照明系統的案例
ZEMAX軟件技術應用專題：照明系統簡介
LCD顯示器照明器（LCD顯示器背光作為照明系統的一部分）
光波導
光波導利用發生在介質中的多次全內反射來傳輸光學介質中的光。這種方式幾乎允許光彎曲向任何方向，但需要理解由于全內反射產生的限制，以避免光的泄漏。
成像與照明的區別
之前的部分介紹了常見的照明系統，其中有些是成像系統，有些是非成像照明系統。成像光學系統如攝影物鏡，會形成一個物體的圖像。
非成像系統，顧名思義，不會將物或像作為設計方法的考慮范圍，與成像系統有著根本區別，但二者都是照明仿真中的有用概念。
成像理論在照明系統中的應用
有實像的系統可能是攝影鏡頭，也可能是投影儀。如果像直接投影到屏幕上，我們可以把光線從物方傳播到屏幕來實現照明。
投影儀成像系統與攝影鏡頭還是有些不同，例如它利用透鏡的遠心性來提高物光分布的均勻性。但光線追跡的思路仍能對照明系統設計有一定程度的啟發。
上面的例子都是針對實像的，然而也有使用虛像的照明系統。目鏡、定位儀、平視顯示器等都是使用虛像的成像系統，盡管與照明沒有直接聯系，但都含有照明組件。例如，對于平視顯示器，照明對象（通常是LCD）向眼睛投射虛像，虛像的亮度取決于光是如何從LCD傳到我們的眼睛的。如果不仔細考慮其中的邏輯，我們最終得到的平視顯示器圖像則可能是不均勻的，或者我們轉動頭部時看到的圖像會產生變化。
一些照明系統中使用了成像系統的理論和技術，下面是常見的實例和概述。
臨界照明
光源在被照明區域成像，可以被認為是照明系統的一種形式。這種形式被稱為臨界照明。由于光源直接成像到被照明的表面，所以光源的均勻性（或不均勻性）將直接影響到所得照明效果的均勻性。因此臨界照明系統最好與均勻性高的光源一起使用。對于需要控制像差的投影系統，投影透鏡還需要在它和光源像之間留出適當空間。
展開 ZEMAX | 照明系統的定義和概念以及相關擴展
在這篇文章中，我們將介紹有關照明系統的定義和概念，并對其進行擴展。讓我們從原始的問題“什么是照明系統設計？”開始。我們不急于直接討論照明系統包含哪些組成部分，而是以常見的實例幫助大家構建對成像照明系統和非成像照明系統的認知。
什么是照明系統設計？
用一句話概括：照明系統設計是讓光源發出的光呈現特定的分布。
所以對于所有的照明系統，必須有光源，以及描述光學系統輸出光線分布的方法。
一些光源的例子：
發光二極管 (LED)
激光二極管 (LDs)
白熾燈、鹵素燈
太陽和其他黑體輻射源（如人類和動物）
熒光燈
冷光燈
點光源（如星星）
在工業應用中，最常用的光源是放電光源（如鹵素燈）和電致發光光源（如LED 和激光器）。
常見照明系統參數：
通量：
功率或輻射通量（瓦）
光通量（流明）
單位面積通量：
輻照度（瓦每平方米）
照度（勒克斯）
單位立體角通量：
輻射強度（瓦每立體角）
光強度（坎德拉）
單位面積-單位立體角通量：
輻亮度（瓦每平方米每立體角）
亮度（尼特）
光源、探測器、計量單位可點擊文末“閱讀原文”了解更多詳情。
我們令光實現特定分布的同時，也要盡可能高效地傳輸光源的光。常見的光學現象：如反射、折射甚至散射，都能幫助我們改變光線方向，從而達成性能目標。
展開 ZEMAX軟件技術應用教程專題:典型照明系統設計周期的概述
本課程概述了典型照明系統的設計周期。您將學習照明設計中的各個步驟，使您可以在設計時即節省時間又能避免關鍵性的錯誤。本課是照明學習路徑的第三課。
作者 Katsumoto Ikeda
引言：為什么理解設計周期對光學設計者來說非常重要？
設計周期是說明光學設計各個步驟的指南。通過認識設計周期中的不同步驟，可以了解每個步驟的目標，這樣我們就可以知道在適當的時候該做的確切任務，并且可以在設計進行的過程中預測未來的任務。有了堅定的指導方針，在設計過程中就不會有意外，我們甚至可以對未來的步驟采取先發制人的行動，因為我們可以預見到潛在的問題。
讓我們來看看典型的照明設計周期，即設計照明系統的各個步驟。
設計周期是鏡頭設計的指南
在光學系統中，更具體地說是在照明系統中，從設計到制造有許多步驟。下圖為照明設計過程中需要的不同步驟的路線圖。這些步驟主要可以分為兩組：設計階段和制造階段。
(參考: Illumination Engineering, R. Koshel, IEEE Press)
對上述設計周期的觀察表明，在設計階段存在迭代，但是迭代包含在設計階段中。請注意，制造部分具有返回設計階段的迭代路徑。這一步驟的返回意味著在加工制造過程中，我們可能會遇到問題，即由于我們沒有考慮到關鍵的公差參數，導致基礎設計不適合加工。很容易看出，通過在設計周期的早期就涵蓋到我們的步驟，就可以避免頻繁的迭代。如果關鍵的迭代將返回至設計初期的階段，可能會導致時間上的損失，從而導致項目延遲。
讓我們看看上圖中設計周期中的每個步驟，并將其分解。
設計階段
概念：在這一步確定系統中的相關概念。這意味著確定了光學系統的可能性、規格要求（或系統目標）以及系統類型。如果光學元件受整個系統中其他較大目標的控制，則此步驟可能不需要光學設計者的參與。
展開 ZEMAX | 典型照明系統設計周期的概述
本課程概述了典型照明系統的設計周期。您將學習照明設計中的各個步驟，使您可以在設計時即節省時間又能避免關鍵性的錯誤。本課是照明學習路徑的重要內容。
引言：為什么理解設計周期對光學設計者來說非常重要？
設計周期是說明光學設計各個步驟的指南。通過認識設計周期中的不同步驟，可以了解每個步驟的目標，這樣我們就可以知道在適當的時候該做的確切任務，并且可以在設計進行的過程中預測未來的任務。有了堅定的指導方針，在設計過程中就不會有意外，我們甚至可以對未來的步驟采取先發制人的行動，因為我們可以預見到潛在的問題。
讓我們來看看典型的照明設計周期，即設計照明系統的各個步驟。
設計周期是鏡頭設計的指南
在光學系統中，更具體地說是在照明系統中，從設計到制造有許多步驟。下圖為照明設計過程中需要的不同步驟的路線圖。這些步驟主要可以分為兩組：設計階段和制造階段。
對上述設計周期的觀察表明，在設計階段存在迭代，但是迭代包含在設計階段中。請注意，制造部分具有返回設計階段的迭代路徑。這一步驟的返回意味著在加工制造過程中，我們可能會遇到問題，即由于我們沒有考慮到關鍵的公差參數，導致基礎設計不適合加工。很容易看出，通過在設計周期的早期就涵蓋到我們的步驟，就可以避免頻繁的迭代。如果關鍵的迭代將返回至設計初期的階段，可能會導致時間上的損失，從而導致項目延遲。
讓我們看看上圖中設計周期中的每個步驟，并將其分解。
設計階段
概念：在這一步確定系統中的相關概念。這意味著確定了光學系統的可能性、規格要求（或系統目標）以及系統類型。如果光學元件受整個系統中其他較大目標的控制，則此步驟可能不需要光學設計者的參與。例如，手電筒中的光學器件的體積受到嚴格限制。另一個例子，汽車前大燈的光學要求是法律規定的。
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應用在智能照明系統中的光距感-接近傳感芯片
隨著人們生活水平的提高，越來越多的家庭，在裝修時都開始安裝智能照明系統，以便提供更高層次和舒適的服務，智能家居照明系統可以提高住宅照明光環境質量，充分以人為本。充分考慮到人的視覺效果，還考慮到人體因受到季節光照減少而產生的“季節性情感紊亂”，創造出一個個性化、藝術化、舒適、高雅的人居環境，但是照明系統一直是一個重要的能源消耗對象，目前有著嚴重的浪費現象，因此發展智能照明有著很重要的意義。
智能照明四種控制技術：
遙控照明：通過無線電信號控制照明設備，可利用手機客戶端遠程遙控開關，也有在購買時就配備了開關插座和發射器。
紅外感應：通過捕捉特定波長紅外線來控制燈具明滅，延時照明實現"人來燈亮、人走燈熄"效果。
組合照明：如今由多種光源構成的組合照明已經發展得十分成熟，無論是場景還是顏色亮度都能自由組合。
觸控照明：通過手指觸摸帶來電容變化從而控制燈具，絕緣防水特點適用于浴室、廚房等空間。
智能照明六大功能：
1、定時控制功能可以自由調節燈光開關的時間，任你所選，任你所用，時時刻刻為你效勞。
2、集中控制和多點操作功能在任何一個地方的終端均可控制不同地方的燈；或者是在不同地方的終端可以控制同一盞燈。
3、全開全關和記憶功能整個照明系統的燈可以實現一鍵全開和一鍵全關的功能。不用一個按鍵一個按鍵的去關閉或者開啟燈光，減少不必要的麻煩。
4、場景設置設置固定模式，一次編程即可一鍵控制。或選擇自由設置，根據您個人的需要，賦予它更多的功能，用自己的想法控制自己的家。
5、軟啟功能開燈時，燈光由暗漸漸變亮，關燈時，燈光由亮漸漸變暗，避免亮度的突然變化刺激人眼，給人眼一個緩沖，保護眼睛。
展開 FRED 應用于照明系統的分析及模擬
(二)LED 的應用及模擬
在FRED 你可以設計或分析LED 光源，可分析LED 的視角，照度圖、色座標，及LED 的應用如混光、照明等等之用途皆可以在FRED 進行LED 的模擬與分析。
(三)燈具的開發設計
在FRED 之中，你可以模擬任何的照明系統，而照明系統中的燈具的開放也是極為重要的一環，所以如下所示，為一日光燈燈具的一個設計分析，在FRED 你可以設計一組燈具并可由軟體中的照度分析可分析出此組燈具是否已達法規標準，配光曲線是否有達到要求，是否會產生嚴重的眩光等等之現象，皆可以由FRED 直接就分析出來。
FRED 應用于照明系統的分析及模擬
(二)LED 的應用及模擬
在FRED 你可以設計或分析LED 光源，可分析LED 的視角，照度圖、色座標，及LED 的應用如混光、照明等等之用途皆可以在FRED 進行LED 的模擬與分析。
(三)燈具的開發設計
在FRED 之中，你可以模擬任何的照明系統，而照明系統中的燈具的開放也是極為重要的一環，所以如下所示，為一日光燈燈具的一個設計分析，在FRED 你可以設計一組燈具并可由軟體中的照度分析可分析出此組燈具是否已達法規標準，配光曲線是否有達到要求，是否會產生嚴重的眩光等等之現象，皆可以由FRED 直接就分析出來。
基于Zemax設計優化光閥投影照明系統
光閥投影鐘的照明系統，除了將積分柱出口端的聚焦到光閥面上，還要有接續光的功能。 就是將積分柱出來的光接續至光閥面，經光閥面發射后進入成像系統。
上圖的初始結構大致符合要求，需要再優化下。1.總長的限制，2.第二三片鏡片間距離的限制：照明系統中會加入反射鏡折轉光路，3.光點大小的限制，光點的大小表示積分柱出光看在光閥上是否成像清晰。4.出瞳位置要控制，因為要與成像系統搭配。
利用TTHI限定任意兩個面的距離，對于透鏡領用MNCG MXCG MNEG MXEG限制厚度，MNCV MXCV限制曲率。對于光點，利用RSCH RSCE REAX REAY來限制。填寫好優化函數后，優化。
圖上可以看出光點在500um，仍然需要優化，相對照度還可以。將其中一片改成B270非球面，并在函數中加入FCGT FCGS
DISG 來改善場曲和畸變，優化后光點尺寸大幅度改善。
最后，有Zemax相關需求，歡迎通過微信公眾號聯系我們。
微信公眾號:320科技工作室。
展開 智能照明控制系統圖文解析
第一部分：智能照明節能控制
設計智能照明控制系統的目的
節能 采取時間控制、調光控制、移動感應控制、光線感應控制、場景控制、集中控制等控制方式，做到實時控制，最大限度地節能，合理良好的智能照明控制系統節能可達50%左右。 舒適性 采取照度感應，場景等控制方式，可按不同場所設定照度，使照度控制在舒適的范圍內，達到最佳的照明效果。 滿足建筑經濟性運行要求 自動化提供了實現節能運行與管理的必要條件，同時可以大量減少管理與維護人員，降低管理費用，提高勞動效率。 最為人性化的照明自動控制方式 能滿足多種用戶對不同環境功能的要求，允許用戶迅速而方便地改變建筑物的使用功能或重新規劃建筑平面。
展開 電子產品目錄優化了設計師和照明系統制造商之間的信息流
Schrempp 電子有限公司是黑森州 LED 照明系統的制造商，專注于生產工業、信號和系統照明設備。近年來，由于對設計相關的 CAD 數據的需求不斷增加，急需一種高.效的解決方案。為此，公司專門就如何通過實施專.業的在線解決方案為工程師和設計師提供優化信息等問題咨詢了著.名軟件制造商CADENAS。
優化的信息共享加強了與客戶的溝通
如今工程師和設計師對快速獲取高質量產品信息的需求與日俱增。而時至今日，仍然需要客戶通過電子郵件向Schrempp提出數據請求，而且每個申請的具體情況都不同，需要工作人員耗費大量時間依次回復。Schrempp很快意識到，優化制造商與客戶之間的信息流勢在必行。
選擇CADENAS技術是明智之舉
CADENAS的解決方案：通過在我們的網站上提供高質量的3D CAD數據可以實現這一目標。在滿足客戶對產品信息需求的同時，減少我們的工作量。這樣的解決方案不僅能滿足目前的需求，同時也能適應未來的不斷發展。
免費下載智能工程數據
借助CADENAS eCATALOGsolutions技術的電子產品目錄，Schrempp 現在可以為工程師和設計師提供來自機器、信號和工場照明領域的智能3D CAD產品數據的免費下載。工程師和采購商可以通過3D CAD數據共享平臺PARTcommunity上的在線產品目錄輕松選擇所需的零部件，并以150多種原始CAD格式（例如AUTODESK Inventor，SOLIDWORKS或SOLID EDGE）下載該組件模型，然后僅需單擊幾下鼠標即可將其集成到設計中。
展開 結構光照明的顯微鏡系統
摘要
與阿貝理論預測的分辨率相比，用于熒光樣品的結構照明顯微鏡系統可以將顯微鏡系統的分辨率提高2倍。VirutualLab Fusion提供了一種通過入射波屬性來研究結構化照明模式的快速方法。本案例研究了入射波的偏振及其對結構化照明圖案對比度的影響。
場景
在VirtualLab Fusion中構建系統
系統構建塊
組件求解器
總結
幾何光學仿真
通過光線追跡法
結果：光線追跡
快速物理光學仿真
通過場追跡法
焦平面處的結構照明圖案
文檔信息
更多閱覽
- Debye-Wolf Integral Calculator
- Analyzing High-NA Objective Lens
- Resolution Investigation for Microscope Objective Lenses by Rayleigh Criterion
展開 
結構光照明的顯微鏡系統
摘要
與阿貝理論預測的分辨率相比，用于熒光樣品的結構照明顯微鏡系統可以將顯微鏡系統的分辨率提高2倍。 VirutualLab Fusion提供了一種通過入射波屬性來研究結構化照明模式的快速方法。 本案例研究了入射波的偏振及其對結構化照明圖案對比度的影響。
場景
在VirtualLab Fusion中構建系統
系統構建塊
組件求解器
總結
幾何光學仿真
通過光線追跡法
結果：光線追跡
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焦平面處的結構照明圖案
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展開 結構光照明的顯微鏡系統
摘要
與阿貝理論預測的分辨率相比，用于熒光樣品的結構照明顯微鏡系統可以將顯微鏡系統的分辨率提高2倍。 VirutualLab Fusion提供了一種通過入射波屬性來研究結構化照明模式的快速方法。 本案例研究了入射波的偏振及其對結構化照明圖案對比度的影響。
場景
在VirtualLab Fusion中構建系統
系統構建塊
組件求解器
總結
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通過光線追跡法
結果：光線追跡
快速物理光學仿真
通過場追跡法
焦平面處的結構照明圖案
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展開 結構光照明的顯微鏡系統
摘要
與阿貝理論預測的分辨率相比，用于熒光樣品的結構照明顯微鏡系統可以將顯微鏡系統的分辨率提高2倍。VirutualLab Fusion提供了一種通過入射波屬性來研究結構化照明模式的快速方法。本案例研究了入射波的偏振及其對結構化照明圖案對比度的影響。
場景
在VirtualLab Fusion中構建系統
系統構建塊
組件求解器
總結
幾何光學仿真
通過光線追跡法
結果：光線追跡
快速物理光學仿真
通過場追跡法
焦平面處的結構照明圖案
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展開 Ansys Zemax | 照明設計的性能指標
概要
本文介紹了照明系統的基礎知識，特別是照明系統的性能目標。本文是照明系統基礎學習路徑的一部分，會指引您了解“如何完成良好的照明設計？”，也會描述照明系統的各種性能目標，以便你能清楚地定義照明設計的目標參數。
簡介
本文是照明基礎的內容，提供了關于照明系統性能目標的討論和示例。“如何完成良好的照明設計？”，這個問題將通過討論照明設計中常見的單位和目標來解決。
如何完成良好的照明設計？
照明設計的核心目標只有一個：“光線從光源到探測器能夠最優傳輸”。
然而，我們知道事情并沒有那么簡單。光線傳輸有許多方法。一些約束會根據我們的優先級（比如系統尺寸和性能）使最優傳輸發生改變。并且，探測器可以是任何形狀。雖然本文中應用了常見的光學工程特性，如顏色、成本和制造性，但我們也將定義針對各種系統的標準照明需求。學習本文后，我們將能夠定義照明系統的關鍵參數，并確保我們的照明設計性能良好。
照明系統的計量單位
在深入了解核心性能之前，讓我們先定義照明系統的參數。計量單位有兩組，每組又有計量子集。
照明系統的計量單位分為兩個方面：輻射度學單位和光度學單位。輻射度學是對電磁輻射的計量，包括可見光光譜；而光度學是計量人眼對光的響應。當我們考慮照明系統時，這兩個方面之間的區別是非常重要的。例如，波長為905nm的激光二極管不能被人眼看到，因此，任何光測量值都為零。另一方面，平衡 sub-UV 藍光光源與近紅外光光源的能量是至關重要的，因為人眼最敏感的波長約為550nm，需要更多550nm兩側的光譜實現人眼的平衡。
這兩項剛開始可能會混淆，但總而言之，輻射度量包含輻射通量 Φ，輻射照度E，輻射強度 I 和輻射輝度 L，而光度量包含光通量 Φ，光照度 E，發光強度I和輝度L。
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