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光学设计与照明设计的区分

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发表于 2020-8-10 10:49 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 looker 于 2020-8-11 12:27 编辑

今天我们谈个简单而又常见的问题:如何区分光学设计与照明设计?

我与一些同行聊过这个话题。说到光学,大家通常反应是镜头,ZEMAX,即成像光学;照明即对应非成像光学,包括LED的一次,二次光学设计,投影光机的前半段。但是,如果大家与非光学同行去聊聊,他们概念中的照明会是灯光设计,Dialux,这两年还加上了Revit。

"照明"这一词比较容易产生歧义,就如同大部分光学专业毕业生工作后对于"干涉"一词的重新认知一样。那么,怎样区分比较合理呢?这可以从软件的计算基础来讲一讲。

成像类的光学软件(ZEMAX,SYNOPSYS,CODEV)是基于序列光线追迹的运算结果,其每个视场的每根光线的光程,角度,达到像面的位置都可以精确的计算获得,由此获得反馈修改系统;

非成像类光学软件(Tracepro,ASAP,LT等)是基于大量非序列光线的运算结果,通常是统计等能光线落在评价面上的概率分布,由此获得反馈来修改系统;

照明设计软件(DIALUX等)是基于发光物体的配光曲线,计算各个表面的照度分布,获得反馈而修改布灯参数或者更改参数。

从这里我们可以看到,关键不同点在于配光曲线这个问题上。那么什么是配光曲线?其计算原理是否是光线追迹?这个对于搞照明的人来说是个常见的概念,很容易理解。

度娘说道:配光曲线的定义:它是指光源(或灯具)在空间各个方向的光强分布

还是不大好理解?那么我们来看看这玩意通常照明行业怎么测:


这是照明行业最常用的测量配光曲线的分布式光度计示意图,除去配电柜和电脑桌,那一团黑乎乎的东西就是光度计主体----光具座,它的作用是使灯具可以沿任意角度旋转;隔了5堵墙后面有个支架,那里是一个照度计。

因此它的原理很简单,通过灯具旋转,测量照度,反算出各个角度上的光强度,即上文定义中的光强分布。那么,通过照度来计算光强度的原理是什么?

我们看下书中怎么讲:



《光度学》中的解释是:照度距离平方反比定律,即E=I/R^2,其中E为照度,I为光强度,R为光源和测试点的距离。好像一切都很顺利,但是仔细看下这个公式的上下文,有这么一个前提:点光源。判定依据引用原文:"圆盘形发光体直径不大于照射距离的1/5,线状发光体长度不大于照射距离的1/4"。
这样也很好理解为什么分布式光度计的示意图中的照度计要放置离光具座那么远。

好了,那么问题很清楚了,常规工作中的光学设计与照明设计区别在于能否使用配光曲线计算,基于配光曲线计算的为照明设计,基于光线追迹的为光学设计(分为成像与非成像)。判定能否使用配光曲线的关键在于照度距离平方反比定律的使用限制范围:即光源能否近似为点光源。判定依据也已给出。

这也解释了另一个从成像转入非成像设计(通常为LED二次配光)时经常遇到的问题:我能不能基于配光曲线做光学设计?很明显,配光曲线是远场数据,通常都不适用于与光源非常接近的非成像光学设计,直下式背光布灯的也许是个例外。

正确方法是使用RayData,即近场光线分布数据,通常来说大厂的LED在其官网上都能下载到,这个网上到处都是教程,找一下便会了

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发表于 2020-8-11 08:25 | 显示全部楼层
平方反比定律中的I是发光强度,单位为cd,不是亮度,亮度的单位是cd/m2
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 楼主| 发表于 2020-8-11 12:26 | 显示全部楼层
hurricane23 发表于 2020-8-11 08:25
平方反比定律中的I是发光强度,单位为cd,不是亮度,亮度的单位是cd/m2

谢谢指正,已修改
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发表于 2020-8-11 16:01 | 显示全部楼层
对于正迷茫于照明设计与非成像光学设计的小白,楼主的分享简直是雪中送炭,感谢感谢。
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发表于 2020-8-31 14:04 | 显示全部楼层
光学设计包含成像光学设计和非成像光学设计,非成像设计主要应用在照明领域。
照明中的光学设计是主要指二次设计,即透镜、反光杯等折射反射元件的设计;而照明设计,是根据灯的光强分布来设置灯具的位置达到想要的想要的照明效果。(个人见解)
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