非成像光學(xué)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-04
非成像光學(xué)的實(shí)例教程
02
成果掠影
近日，寧波東方理工大學(xué)（暫名）信息學(xué)部長(zhǎng)聘副教授黃子勁團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種基于非成像光學(xué)原理的定向微型熱發(fā)射器：由于光學(xué)擴(kuò)展量（光束占據(jù)的面積與立體角之積）守恒，熱輻射從發(fā)射器底部抵達(dá)頂部時(shí)占據(jù)的面積增大，角度范圍因此縮小，產(chǎn)生方向性。這一過(guò)程不依賴于任何振動(dòng)或傳輸模式，所以該發(fā)射器通用于不同偏振和波長(zhǎng)。該發(fā)射器的單元被設(shè)計(jì)為正六邊形，以獲得高對(duì)稱性并實(shí)現(xiàn)密鋪，有利于高效地傳輸熱輻射。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)以雙光子3D光刻為核心的微納加工流程，制備了具有高結(jié)構(gòu)質(zhì)量的微型定向發(fā)射器陣列。光譜測(cè)試驗(yàn)證了該發(fā)射器優(yōu)異的方向性，并實(shí)現(xiàn)了超寬的波長(zhǎng)覆蓋范圍（5-20 μm），遠(yuǎn)超過(guò)往工作。研究成果以“Directional thermal emission and display using pixelated non-imaging micro-optics”為題發(fā)表在《Nature Communications》。
03
圖文導(dǎo)讀
圖1 偏振無(wú)關(guān)的寬帶熱輻射方向性控制
圖2 微米級(jí)非成像光學(xué)陣列及其發(fā)射譜
圖3 熱成像下的像素化定向微型熱發(fā)射器（PDME）
圖4 定向紅外顯示與偽裝
展開(kāi) 雖然上述例子都在照明系統(tǒng)中應(yīng)用了成像理論，但這并不是照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的常規(guī)方法。但當(dāng)非序列模式光線追跡不可用時(shí)，成像理論是設(shè)計(jì)光線分布的唯一方法。雖然成像系統(tǒng)也可以用于照明，但是也沒(méi)有必要為了照明而特地去使用，取而代之的是使用非成像系統(tǒng)。無(wú)論什么方法，不同的照明設(shè)計(jì)都要采取不同的思路和不同的工具（雖然大體上都是非序列模式追跡）。
非成像光學(xué)系統(tǒng)入門
非成像光學(xué)系統(tǒng)是光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)子集，與成像光學(xué)系統(tǒng)相比，它的目的不是為了獲得物體的圖像，而是控制光在光源和被照明物體間的傳輸。換句話說(shuō)，非成像光學(xué)系統(tǒng)和照明光學(xué)系統(tǒng)試圖實(shí)現(xiàn)光從光源到被照明物體上期望分布的最佳傳輸方式。
傳統(tǒng)光學(xué)一直是成像光學(xué)，設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)追跡少量光線計(jì)算焦距等一階參數(shù)、利用賽德理論計(jì)算三階像差等。盡管這些過(guò)程涉及大量計(jì)算，但只需要追跡少量光線就能得出結(jié)果。
非成像光學(xué)中點(diǎn)A和點(diǎn)B之間沒(méi)有嚴(yán)格的關(guān)系，我們?cè)谝龑?dǎo)光線到達(dá)想要的位置時(shí)擁有更多的自由。非成像光學(xué)的約束和限制較少，然而這也意味著為了準(zhǔn)確描述非成像系統(tǒng)的性能，我們需要追跡大量的光線。這種“非解析”性質(zhì)的計(jì)算，如“吞吐量”、“光學(xué)效率”、“光學(xué)均勻性”，會(huì)使優(yōu)化過(guò)程更抽象、更不可控。然而目前計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，短時(shí)間內(nèi)追跡數(shù)百萬(wàn)甚至數(shù)十億光線也是可行的。這極大地幫助了非成像照明系統(tǒng)的發(fā)展。
Ansys Zemax國(guó)內(nèi)可靠代理商
光研科技南京有限公司是國(guó)內(nèi)可靠的光學(xué)軟件和儀器光電供應(yīng)商，提供企業(yè)定制化上門培訓(xùn)服務(wù)，承接各類光學(xué)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，并有一系列自主編寫(xiě)出版的光學(xué)設(shè)計(jì)書(shū)籍。公司擁有一支高素質(zhì)、高水平、實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)豐富的管理，銷售以及研發(fā)團(tuán)隊(duì)，從成立到現(xiàn)在已經(jīng)為廣大企業(yè)，研究所以及高校提供了很多優(yōu)秀的產(chǎn)品和服務(wù)，是光電圈內(nèi)值得信賴的企業(yè)。追光逐夢(mèng)，研以致用！
展開(kāi) 本文的寫(xiě)作目的
本文并不是對(duì)可用于照明設(shè)計(jì)中的各種光學(xué)理論的引申，而是提出設(shè)計(jì)師在進(jìn)行照明設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的根本理論和概念。
本文沒(méi)有提供公式的完整推導(dǎo)。
照明設(shè)計(jì)的一些理論背景與概念
非成像光學(xué)，或非序列光線追跡通常用于照明設(shè)計(jì)。大多數(shù)照明設(shè)計(jì)需要不同于成像光學(xué)的思維過(guò)程。
照明并不像成像光學(xué)一樣建立在數(shù)學(xué)公式的基礎(chǔ)上。傳統(tǒng)光學(xué)長(zhǎng)期以來(lái)一直以成像光學(xué)為基礎(chǔ)，我們?cè)?em>成像光學(xué)中追跡的光線數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于能夠代表物理世界的光線。雖然追跡光線的數(shù)目少于系統(tǒng)中全部光線的數(shù)目，但我們可以用這些光線來(lái)計(jì)算如焦距等一階光學(xué)量以及如賽德?tīng)栂癫畹热A光學(xué)量。由于這些光學(xué)特性需要大量的數(shù)學(xué)計(jì)算，因此不需要追跡所有的光線，只需要追跡全部物理光線的一個(gè)子集。
非成像光學(xué)是光學(xué)的一個(gè)子集，與傳統(tǒng)成像光學(xué)的不同之處就是非成像光學(xué)不形成一個(gè)物體的像。非成像光學(xué)的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)光源和照明目標(biāo)之間的光能傳遞，將光能最優(yōu)地傳遞到照明目標(biāo)上，并得到期望的光能分布。
我們現(xiàn)有的計(jì)算能力可以追跡數(shù)百萬(wàn)條（有時(shí)接近10億條）光線，并使光線充滿照明目標(biāo)，從而獲得與照明表面非常接近的效果。請(qǐng)注意，前面的內(nèi)容沒(méi)有提到任何公式化的計(jì)算，這是一種粗略近似的方法。與其說(shuō)它是一種推導(dǎo)或計(jì)算，不如說(shuō)它是一種模擬。大多數(shù)情況下，照明設(shè)計(jì)不是基于算法，而是基于直覺(jué)和啟發(fā)式結(jié)果。
如上所述，照明設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是將光源最優(yōu)地傳遞到照明目標(biāo)上，并得到期望的分布。常見(jiàn)的光學(xué)設(shè)計(jì)特性，如顏色、成本和易于制造也是設(shè)計(jì)目標(biāo)。很難將后一種需求量化為評(píng)價(jià)函數(shù)。與“焦距= 50mm”相比，期望的光能分布和總量或傳遞效率很難量化為評(píng)價(jià)函數(shù)。例如，焦距（或MTF、光斑半徑、畸變）為一個(gè)固定的數(shù)字，易于作為評(píng)價(jià)函數(shù)。照明目標(biāo)表面的均勻性可以用幾種不同的方法來(lái)定義。
當(dāng)然，完全均勻的表面是很容易定義的。
展開(kāi) 為了實(shí)現(xiàn)手機(jī)外觀設(shè)計(jì)的差異化，各家廠商開(kāi)始在手機(jī)背殼上越來(lái)越多地應(yīng)用新型光學(xué)成像技術(shù)。當(dāng)前，使用集成成像技術(shù)的懸浮成像技術(shù)開(kāi)始被多家手機(jī)廠商應(yīng)用于其高端型號(hào)的背板設(shè)計(jì)上。
懸浮成像技術(shù)，又稱空中成像技術(shù)，是一種通過(guò)特殊的光學(xué)裝置將圖像投射到空中，形成懸浮在空中的三維立體影像技術(shù)。作為一種全新的顯示和交互技術(shù)，懸浮成像技術(shù)的獨(dú)特魅力體現(xiàn)在其能夠在無(wú)實(shí)體接觸的情況下實(shí)現(xiàn)立體、真實(shí)的空中成像，并支持直觀的人機(jī)交互體驗(yàn)。
近年來(lái)，在相關(guān)企業(yè)的積極推動(dòng)下，搭載這一先進(jìn)技術(shù)的產(chǎn)品正在逐步從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化落地。例如，部分智能座艙、懸浮精靈以及車載顯示產(chǎn)品已成功實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化量產(chǎn)。但由于懸浮成像技術(shù)的設(shè)計(jì)和仿真難度，供應(yīng)商通常要耗費(fèi)比通常設(shè)計(jì)更多的時(shí)間成本和打樣次數(shù)來(lái)獲得理想的產(chǎn)品效果。因此，供應(yīng)商們需要通過(guò)光學(xué)仿真軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的產(chǎn)品解決方案。
作為一款專業(yè)用于光學(xué)設(shè)計(jì)、環(huán)境與視覺(jué)模擬系統(tǒng)、成像應(yīng)用的光學(xué)仿真軟件，Ansys Speos提供完美的可視化光學(xué)系統(tǒng)和直觀的人機(jī)交互平臺(tái)。基于三維模型CAD數(shù)據(jù)，Ansys Speos進(jìn)行人眼視覺(jué)分析和人因環(huán)境評(píng)估，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段對(duì)方案可行性進(jìn)行驗(yàn)證，在設(shè)計(jì)前期發(fā)現(xiàn)、反饋和處理問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的產(chǎn)品解決方案。
基于此，7月18日，Ansys 系列網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)將推出「Ansys 光學(xué)在手機(jī)背殼立體成像中的應(yīng)用」主題。在本次研討會(huì)中，將介紹通過(guò)Ansys Speos搭建和仿真懸浮成像技術(shù)的方法，幫助設(shè)計(jì)者預(yù)測(cè)產(chǎn)品成像效果，定位設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，降低打樣次數(shù)從而降低設(shè)計(jì)成本。另外Ansys Speos 支持在VR頭顯中直接觀察懸浮成像效果，相比于普通屏幕，通過(guò)VR頭顯，設(shè)計(jì)者可以直接觀察到產(chǎn)品的懸浮效果，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)更加高效的評(píng)估。
展開(kāi) 本文的寫(xiě)作目的
本文并不是對(duì)可用于照明設(shè)計(jì)中的各種光學(xué)理論的引申，而是提出設(shè)計(jì)師在進(jìn)行照明設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的根本理論和概念。
本文沒(méi)有提供公式的完整推導(dǎo)。
照明設(shè)計(jì)的一些理論背景與概念
非成像光學(xué)，或非序列光線追跡通常用于照明設(shè)計(jì)。大多數(shù)照明設(shè)計(jì)需要不同于成像光學(xué)的思維過(guò)程。
照明并不像成像光學(xué)一樣建立在數(shù)學(xué)公式的基礎(chǔ)上。傳統(tǒng)光學(xué)長(zhǎng)期以來(lái)一直以成像光學(xué)為基礎(chǔ)，我們?cè)?em>成像光學(xué)中追跡的光線數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于能夠代表物理世界的光線。雖然追跡光線的數(shù)目少于系統(tǒng)中全部光線的數(shù)目，但我們可以用這些光線來(lái)計(jì)算如焦距等一階光學(xué)量以及如賽德?tīng)栂癫畹热A光學(xué)量。由于這些光學(xué)特性需要大量的數(shù)學(xué)計(jì)算，因此不需要追跡所有的光線，只需要追跡全部物理光線的一個(gè)子集。
非成像光學(xué)是光學(xué)的一個(gè)子集，與傳統(tǒng)成像光學(xué)的不同之處就是非成像光學(xué)不形成一個(gè)物體的像。非成像光學(xué)的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)光源和照明目標(biāo)之間的光能傳遞，將光能最優(yōu)地傳遞到照明目標(biāo)上，并得到期望的光能分布。
我們現(xiàn)有的計(jì)算能力可以追跡數(shù)百萬(wàn)條（有時(shí)接近10億條）光線，并使光線充滿照明目標(biāo)，從而獲得與照明表面非常接近的效果。請(qǐng)注意，前面的內(nèi)容沒(méi)有提到任何公式化的計(jì)算，這是一種粗略近似的方法。與其說(shuō)它是一種推導(dǎo)或計(jì)算，不如說(shuō)它是一種模擬。大多數(shù)情況下，照明設(shè)計(jì)不是基于算法，而是基于直覺(jué)和啟發(fā)式結(jié)果。
如上所述，照明設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是將光源最優(yōu)地傳遞到照明目標(biāo)上，并得到期望的分布。常見(jiàn)的光學(xué)設(shè)計(jì)特性，如顏色、成本和易于制造也是設(shè)計(jì)目標(biāo)。很難將后一種需求量化為評(píng)價(jià)函數(shù)。與“焦距= 50mm”相比，期望的光能分布和總量或傳遞效率很難量化為評(píng)價(jià)函數(shù)。例如，焦距（或 MTF、光斑半徑、畸變）為一個(gè)固定的數(shù)字，易于作為評(píng)價(jià)函數(shù)。照明目標(biāo)表面的均勻性可以用幾種不同的方法來(lái)定義。
當(dāng)然，完全均勻的表面是很容易定義的。然而，以下哪個(gè)是更加均勻照明的表面呢？
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非成像光學(xué)的最新內(nèi)容
授課時(shí)間
2026/5/21（四）-5/22（五）AM 9:00-PM 16:00
授課地點(diǎn)
上海市嘉定區(qū)南翔銀翔路819號(hào)中暨大廈18樓1805室
課程講師
訊技光電工程團(tuán)隊(duì)及資深顧問(wèn)
課程費(fèi)用
3000RMB/1人次
(課程包含課程材料費(fèi)、開(kāi)票稅金、午餐費(fèi))
課程簡(jiǎn)介
本課程聚焦于利用
[圖片]
簡(jiǎn)介
DMD 投影燈是以數(shù)字微鏡器件為核心的高精度數(shù)字光學(xué)投影系統(tǒng)，通過(guò)光源準(zhǔn)直勻化、DMD 芯片像素級(jí)光調(diào)制及投影物鏡成像的協(xié)同設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)到高清光影的精準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，可顯著提升投影畫(huà)面分辨率、對(duì)比度與亮度均勻性。本案例依托 OAS 光學(xué)軟件完成 DMD 投影燈全鏈路建模、光線追跡與性能優(yōu)化，驗(yàn)證系統(tǒng)照明均勻性、成像質(zhì)量及雜散光抑制水平，為工程化設(shè)計(jì)提供可靠仿真依據(jù)。
案例設(shè)置與操作
文章轉(zhuǎn)載自：中關(guān)村通力科服
威睛光學(xué)，就是人眼中的“晶狀體”與“大腦視皮層”——既承擔(dān)動(dòng)態(tài)相位調(diào)制的光學(xué)編碼，又執(zhí)行神經(jīng)計(jì)算的光電解碼，為AI時(shí)代機(jī)器視覺(jué)的每一次判斷，奠定“所見(jiàn)即所得、所得即真相”的物理基石。
摘要
在AI與機(jī)器視覺(jué)狂飆突進(jìn)的時(shí)代，一個(gè)根本性追問(wèn)被長(zhǎng)期懸置：當(dāng)算法越來(lái)越“聰明”，它賴以判斷的原始數(shù)據(jù)——光子攜帶的物理信息——是否足夠“誠(chéng)實(shí)”？威睛光學(xué)給出了獨(dú)有的答案
光學(xué)成像系統(tǒng)中的像差1個(gè)月前
球形波在焦點(diǎn)的像差效應(yīng)
通過(guò)快速的物理光學(xué)軟件VirtualLab Fusion可以很好地研究像差效應(yīng)。在本周的通訊中，我們選擇了兩個(gè)與像差有關(guān)的例子：第一個(gè)是典型的波前像差如何影響球面波的聚焦模式，第二個(gè)是高功率激光二極管的散光如何影響焦點(diǎn)區(qū)域的性能。使用自由空間傳播場(chǎng)解算器和局部平面界面近似法（LPIA），衍射
[VirtualLab] 光學(xué)相干層析成像的工作原理2個(gè)月前
摘要
掃描干涉測(cè)量是一種表面高度測(cè)量技術(shù)。通過(guò)利用白色光源的低相干性，只有當(dāng)路徑長(zhǎng)度差落在相干性長(zhǎng)度內(nèi)時(shí)才出現(xiàn)干涉圖案。因此，它能夠?qū)崿F(xiàn)非常精確的測(cè)量，這一特性在光學(xué)相干斷層掃描（OCT）的醫(yī)學(xué)成像中得到了利用，OCT正是利用了這一物理原理。VirtualLab Fusion在單個(gè)平臺(tái)上的各種可交互建模技術(shù)有助于對(duì)相干現(xiàn)象進(jìn)行高效建模。在這個(gè)例子中，構(gòu)造了一個(gè)帶有氙燈的邁克爾遜干涉儀，并用于測(cè)量具有平滑調(diào)制表面的樣品
[VirtualLab] 光學(xué)相干層析成像的工作原理2個(gè)月前
摘要
掃描干涉測(cè)量是一種表面高度測(cè)量技術(shù)。通過(guò)利用白色光源的低相干性，只有當(dāng)路徑長(zhǎng)度差落在相干性長(zhǎng)度內(nèi)時(shí)才出現(xiàn)干涉圖案。因此，它能夠?qū)崿F(xiàn)非常精確的測(cè)量，這一特性在光學(xué)相干斷層掃描（OCT）的醫(yī)學(xué)成像中得到了利用，OCT正是利用了這一物理原理。VirtualLab Fusion在單個(gè)平臺(tái)上的各種可交互建模技術(shù)有助于對(duì)相干現(xiàn)象進(jìn)行高效建模。在這個(gè)例子中，構(gòu)造了一個(gè)帶有氙燈的邁克爾遜干涉儀，并用于測(cè)量具有平滑調(diào)制表面的樣品
01/簡(jiǎn)介
零波像差非雙遠(yuǎn)心物鏡憑借“波前畸變趨近于零、適配大視場(chǎng)與復(fù)雜物距場(chǎng)景”的優(yōu)勢(shì)，在精密光刻、微納檢測(cè)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，但其視場(chǎng)邊緣物像比例變化特性，對(duì)成像模型的維度適配性提出更高要求。
二維矢量成像模型雖能表征平面圖形偏振態(tài)，卻因忽略深度光場(chǎng)耦合、厚掩模衍射及視場(chǎng)-深度耦合效應(yīng)，無(wú)法精準(zhǔn)預(yù)測(cè)三維圖形成像質(zhì)量。三維矢量成像模型通過(guò)全空間矢量光場(chǎng)建模，可精準(zhǔn)捕捉非雙遠(yuǎn)心光路下三維偏振演化與深度衍射規(guī)律
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概要
光學(xué)相干層析成像(OCT)系統(tǒng)是斷層成像系統(tǒng)，它通過(guò)圖像反射或散射出來(lái)的光來(lái)獲取被測(cè)物體橫截面或三維圖像。本文講述了光學(xué)相干層析成像(OCT)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并探討了如何使用OpticStudio進(jìn)行相干模擬。
簡(jiǎn)介
光學(xué)相干層析成像(OCT)系統(tǒng)是斷層成像系統(tǒng)，它通過(guò)圖像反射或散射出來(lái)的光來(lái)獲取被測(cè)物體橫截面或三維圖像。盡管光線在
