Ansys Zemax | 照明设计的理论背景与概念

本文将介绍照明系统的基础知识，特别是照明系统的背景和一些理论。本文是照明学习路径的基础内容，其中没有冗长的理论方程式推导，而是对基本原理的讨论，比如“怎样才能做出好的照明设计？”

本文提供照明设计背后实用的概念，帮助您建立满足设计需求的系统。

简介

本文是照明系统基础学习路径的重要内容，介绍了我们在照明设计开始前所需要了解的基本概念。我们探讨了照明设计中实用的概念，如计量单位、系统的能量和能量守恒(étendue).

本文的写作目的

本文并不是对可用于照明设计中的各种光学理论的引申，而是提出设计师在进行照明设计时应注意的根本理论和概念。

本文没有提供公式的完整推导。

照明设计的一些理论背景与概念

非成像光学，或非序列光线追迹通常用于照明设计。大多数照明设计需要不同于成像光学的思维过程。

照明并不像成像光学一样建立在数学公式的基础上。传统光学长期以来一直以成像光学为基础，我们在成像光学中追迹的光线数目远远少于能够代表物理世界的光线。虽然追迹光线的数目少于系统中全部光线的数目，但我们可以用这些光线来计算如焦距等一阶光学量以及如赛德尔像差等三阶光学量。由于这些光学特性需要大量的数学计算，因此不需要追迹所有的光线，只需要追迹全部物理光线的一个子集。

非成像光学是光学的一个子集，与传统成像光学的不同之处就是非成像光学不形成一个物体的像。非成像光学的主要目标是实现光源和照明目标之间的光能传递，将光能最优地传递到照明目标上，并得到期望的光能分布。

我们现有的计算能力可以追迹数百万条（有时接近10亿条）光线，并使光线充满照明目标，从而获得与照明表面非常接近的效果。请注意，前面的内容没有提到任何公式化的计算，这是一种粗略近似的方法。与其说它是一种推导或计算，不如说它是一种模拟。大多数情况下，照明设计不是基于算法，而是基于直觉和启发式结果。

如上所述，照明设计的主要目标是将光源最优地传递到照明目标上，并得到期望的分布。常见的光学设计特性，如颜色、成本和易于制造也是设计目标。很难将后一种需求量化为评价函数。与“焦距= 50mm”相比，期望的光能分布和总量或传递效率很难量化为评价函数。例如，焦距（或 MTF、光斑半径、畸变）为一个固定的数字，易于作为评价函数。照明目标表面的均匀性可以用几种不同的方法来定义。

当然，完全均匀的表面是很容易定义的。然而，以下哪个是更加均匀照明的表面呢？a) 中心照度分布