浅谈非成像光学从业第二次分享-------专业照明光学系统的设计 ...

发表于 2023-3-19 07:40:56

上一期文章，也即《浅谈光学从业方向系列（二）-----非成像光学设计与光学系统设计》系列的第一次分享，跟大家聊了传统照明设计（各种灯具的照明设计）的从业行情，大师兄个人认为，除了车灯行业有其特殊性，其他行业均可作为非成像光学设计从业的入门行业。
当大家积累了光度学以及色度学在实际项目中的应用，以及非成像理论的初步应用，还有大家已经掌握了光学计算与仿真，大家完全可以转入专业照明系统或者光学系统的设计，光学设计的光学器件，不再是简单的单透镜、反光杯之类的，而是整个光学系统的协调和工程设计。
所以，本期大师兄如约与大家分享非成像的进阶行业，照明光学系统的设计。大家已从业或还未从业的问题，都可以咨询讨论。
国内高校编写的几本书推荐一下：
第二次分享（内容）目录：
二、非成像光学的专业照明从业方向-------专业照明光学系统的设计。
1、LED背光设计；（推荐行业）
2、LED或LD投影照明设计；（强烈推荐行业）
3、激光雷达；（强烈推荐行业）
3、安防补光照明设计；（推荐行业）
4、红外探测照明设计；（推荐行业）
5、光纤通信；（光学设计不推荐）
6、激光加工；（光学设计不推荐）
7、衍射型光学器件设计；（推荐行业）
8、光学镀膜；（推荐行业）
9、LED阵列像素屏（光学设计不推荐）
10、医疗设备；（重点推荐行业）

三、照明应用领域。------室内照明设计灯光设计
1、灯光设计与灯具配型；（推荐行业）
2、配色设计；（光学设计不推荐）
<hr/>二、非成像光学的专业照明从业方向------专业照明光学系统的设计。

1、LED背光设计；

大家用的手机、液晶电视、以及各种显示屏设备，基本都是用的LED作为背光源。
1.1 从业选择还是很多的，建议多去大厂，如：
（1）比如国内专门做屏幕的京东方（四川、重庆）；
（2）国内专门做电视的海信、创维、tcl、康佳、海尔、长虹；大多在环境优美的青岛。
（3）国内手机或者智慧屏：华为、荣耀、小米、oppo/vivo；
1.2 专业知识：
背光行业技术路线相对来说比较成熟，如常见的侧发光和直下式等等，但是都差不多都跟扩散光学打交道。
如下图技术路线中的直下式方案，光学腔（尺寸和反射属性）、扩散板、扩散膜、集光片、增亮片的各种搭配，看起来简单，但是要轻薄还要均匀，还是比较难的，挺注重经验积累的。

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背光设计除了亮度均匀性和白光颜色均匀性（不能做出来局部有色差的屏幕出来），还包括色温的调节以及其他颜色的混色，是需要有一定的色度学的基础的。另外还需要掌握显示行业的评价行业标准，是非常必要的。
如果还在从业传统照明灯具设计的朋友，想转行做背光，多多积累面板灯的设计，尤其是扩散板的设计以及直下式面板灯的设计。
<hr/>2、LED或者LD投影照明设计；

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2.1 行业技术概述
目前相对常见的5种投影技术：分别是LCD、3LCD、DLP、3DLP、LCoS，光源主要是HP热光源、LED、LD。
但是目前主流应用还是DLP+LED（LD）的应用。
这个方向还是挺锻炼人的，我觉得学光学设计的，最好有投影光学系统设计的经验，尤其是照明系统的设计。
理由：
（1）因为照明设计是非成像和成像的结合，如照明系统与成像系统数值孔径的匹配，主光线的配合等；光学技能将比较综合，真正的光学系统设计。
（2）整个光学系统搭配、选型和设计，其实就是光学扩展量原理最贴切的实际应用。如光源、光机尺寸以及显示芯片（如DMD）之间的设计博弈，如何能达到最大的光效。是光机设计者的难点，也是痛点，也是设计的核心。
（3）光路中用到的光学器件，也比较综合，比如玻璃和塑料镜片，复眼或者光棒、二向色镜、棱镜的设计与加工、复眼。激光投影还涉及到色轮或其他分色混色方案，相干的消除。还有整机光器件与散热、光源照射的衰变经验。
总之，不是我一两句话能讲清楚的。
关于投影照明系统的设计，我有3年的光机设计经验，有机会与大家分享。喜欢的朋友可以关注+收藏。

2.2 从业方向：
（1）消费级智能家用微投行业
液晶电视行业因为尺寸做大，技术难点的提升可不是线性的，而且价格也是呈现指数级增长，大屏电视除了技术和价格限制，还有100寸的电视，光运输到您家，都是一笔不小的费用。
所以消费级互联网家用投影越来越火，如极米、坚果的中长焦家用智能微投，如小米的激光电视等，其实这类产品竞争的技术核心都是投影光机。而投影机的竞争的技术核心是投影照明光学系统（追求高亮度和颜色显示需求），成像这块除了超短焦有点意思（涉及到自由曲面反射镜），中长焦镜头镜头根本不具备竞争力。
目前技术路线主流是基于DLP的。
（2）工程投影
大家都去电影院看过电影吧，就是这种大型的电影播放机。当然做的好的，都被国外把持。
还有办公室、会议室用的投影仪，都暂且都归类为工程投影吧。因为有些投影机光源还是用的热光源，如HP光源，当然价格也很便宜，使用寿命和其他性能当然不能和LED光源或者LD光源的投影机比。
技术路线有用DLP的，也有用LCOS的；
（3）3D打印
相当于是蓝光LED+DLP投影的技术路线。应用工业标准。这个行业目前也是热门行业，也推荐大家从业，不过技术经历没有做消费级投影丰富，因为是单色光。建议是从智能微投转到3D打印
（4）AR/VR、HUD等
这个行业某种程度上讲，也是一种特殊投影，有的是实像，有的成虚像，光路结构特征也与上述投影光路有一定的差异。这个行业，我已经多次推荐过。是目前的热门行业，后续会单独拿出来讲。
<hr/>3、激光雷达；

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这一章，因为是热门行业，内容比较多，我后续会单独来聊；这里只做一些技术路线以及从业概述。
（1）机械雷达。如国内禾赛。
这种雷达的主要的主要特征是机械部分（扫描模块）和电子部分（激光收发模块）都在运动——被电机带着360度旋转。
目前发货数量上，这种雷达产品比较多。但是过车规是痛点。
如果是想在车载领域发展的朋友，就不推荐了。
（2）混合固态型（MEMS、转镜和棱镜）。如Innoviz、速腾聚创、先锋；
这种雷达的主要的主要特征是激光收发模块是不运动的，只有扫描模块在运动。
（3）全固态。如tof（Dtof和itof），飞行时间法；还有FWMC方案。大家都比较看好tof中的Dtof。
这种雷达的主要的主要特征是不仅激光收发模块不运动，而且，扫描模块也没有机械运动。
不论是哪种形式的激光雷达，最终目标是要达到车载的“前装量产”，所以机械雷达和混合固态型都有其根本性缺陷，最终是要过车规，还得看全固态雷达。所以我的从业建议是，直接去参与全固态激光雷达的研发。
<hr/>3、安防补光照明设计；

3.1 常见的补光灯设计
安防补光，大家比较常见的是那种940nm或者850nm的TIR透镜的设计，单独TIR透镜的设计其实在传统照明中已经是基础，比如射灯透镜，大多数都是用TIR透镜。这里之所以单独把安防领域的应用放到专业照明，主要有以下原因：
（1）因为涉及近红外波段，为人眼不可见波段，与传统照明为可见光的照明设计相比，光源更加专业特殊、且近红外波段的评测也大有不同。
大家在从业时，需要选型合适的灯珠，要根据计算功率，安防照明的配光需求特殊性，测试和评价均大大不同，还要与竞品做竞争和创新设计。
（2）因为与成像镜头共同组成安防监控功能。所以还要迎合成像质量的需求，补光灯的发散角以及光分布、以及补光灯的功率和监控范围（视场和距离）的选型搭配，还有竞品成像质量的评测。
比如，产品经理要做一个安防摄像头，要求功耗8W，监控范围90*50°，距离15m，还有尺寸和排布位置限制；你拿到这个需求，要分解的东西有很多，首先，你要给光源方案（选什么样的光源，以及用多少颗光源，驱动电流或功率是多少），你要在尺寸和位置限制下，评价透镜如何设计，发散角和光分布如何，而且你做之前，避免不了要去评测竞品，作为您设计补光的一手资料，万一结构限制有遮挡，你还得出方案解决等等。
安防其实还有很多的跟照明相关的工作，比如灯罩、杂散光分析，还有导光板、扩散板类型的照明，跟传统照明一样的模式。还有一个比较重要的是：主动式和被动式的红外探测，见下小节内容。
虽然不直接从事成像镜头的选型，但是也不要觉得简单，因为产品竞争很激烈，每一个环节都要认真评价，总的来说，还是挺能锻炼人的。而且可以转激光雷达行业。
<hr/>4、红外探测照明设计；

我所经历的主要有：
（1）主动式的类似于红外热成像仪。
（2）被动式的，需要设计PIR透镜，这个是个比较稀缺的岗位，首先您要根据需求，分解出感应区域，不同感应区域的菲涅尔透镜的焦距不一样，所以你要设计很多个不同焦距的菲涅尔透镜，而且菲涅尔透镜要实现任意曲率下的菲涅尔透镜，最终还要拼成一个菲涅尔透镜（建模能力要很强），还得找供应商去制造，制造完还得测试，万一有几十上百个感应区域，无论是搭建场景，还是测试，都是个工作量很大的事情。
目前海康、大华急需这类人才，推荐大家可以从事这个方向。
舔着脸，推销下自己，自己在这方面有过两年的积累，有疑惑的朋友可以咨询我。
（3）各种类型的激光测距仪的研发。有民用和军用的
<hr/>5、光纤通信；

主要是一些类似于光耦合器器件的设计，个人觉得想丰富自己的光学经验，不怎么推荐；
6、激光加工；

类似于光纤通信，器件类型比较简单，设计一些激光准直镜之类，也没啥意思。以光学设计从事这个行业，还不如直接从事激光器本身以及工艺本身。
7、衍射型光学器件设计；

在消费级产品领域来看，主要是DOE的设计，高端的如手机上用的3D结构光，中端的是扫描枪上用的线条光斑，低端的是激光笔上常用的那种。
工业级的，如衍射光栅的设计。
研究型的，如全息相机行业（衍射和干涉都有）。
实话说，我只有这个行业器件的应用和选型经历，具体设计还真不是我的强项。如果是我推荐的话，我建议可以去玩下DOE的设计，全息相机也很好玩，但是还没普及，我怕钱给不够啊。
8、光学镀膜；

镀膜产品的应用是非常广泛的，几乎可以说，几乎任何光电产品都离不开光学镀膜产品，如挂在你脸上的眼睛、每天半夜玩的手机、工作用的电脑、各种类型的摄像头、每天开的汽车哪样都离不开光学镀膜。
而且几乎不太可能被淘汰，从事设计工作的话，就是膜系设计，客户需求的达成评估（结合自己厂的工艺水平），然后把控好工艺去实现。工作还是很好找的，但是个人觉得工艺大于设计。
工厂级从业，基本待在工厂了，在工厂的待遇，自己悟吧。国内做的比较好的，如水晶光电。
虽然，我也仅仅是这个行业光学器件的选型和使用者，但我知道这个行业水很深，技术门道还是挺丰富的，该不该推荐呢，光学设计的话，我觉得不太好，但是如果只是从事光学行业，个人觉得还是不错的。
9、LED阵列像素屏

LED的阵列像素大屏，几乎都是几十上百万的产品类型。其实没什么光学设计，更偏电子，写在这里，可能我觉得跟色度学有一定的关系。如果是想做光学设计，我就不推荐了。
10、医疗设备；

这个行业可就火了，而且越来越火。

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10.1  手术照明光源。
如无影灯，还有手术中的其他照明灯具，都有很多的讲究：
（1）无影要求，且对眩光要求很高。
（2）还有色温要求（人体不同组织在不同色温下的视觉清晰度不一样），如一般在2700~6500K范围内可调
（3）显色性高，一般要求90以上；
（4）用LED光源，为无IR波段的冷光源，可使医务人员不易疲劳，不易使病体出现光致发热；
（5）照明光场可调等等。
10.2  内窥镜、B超设备、CT设备的光学系统设计。
这个行业一般还是直接采购国外的。
10.3  医用激光器（或者LED）的设计
医用激光的应用，这个就太多了，有几十种应用吧，
如：整容设备、美肤设备。
如：二氧化碳激光主要用于去除浅表皮肤良性赘生物及肿瘤，包括寻常疣，尖锐湿疣，脂溢性角化病，色素痣，皮赘，皮角，角化棘皮瘤，化脓性肉芽肿等，有时也用于Bowen病，基底细胞癌，鳞状细胞癌等肿瘤的治疗。
如：
10.4  最近炒的比较火的光医疗与光健康技术。
如：近红外对线粒体生物学的影响以及用于近红外光热治疗的靶向聚吡咯纳米粒子光热疗法；
如：视觉功能的测量，包括阈值，比如视锐度、对比敏感度：对比度阈值、立体视、游标锐度、视野、闪光融合频率的阈值等
如：微生物感染是人类最常见的疾病之一。作为抗生素药物的替代品，抗微生物光疗法可对治疗此类疾病有效；
如：LED无创光疗在代谢性疾病治疗中的应用；
如：改善情绪障碍的疗愈光照射用于视觉效应、情绪效应与生理效应，与光环境、健康疗愈、积极环境有关等。

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<hr/>三、照明应用领域。------室内照明设计灯光设计

1、灯光设计与灯具配型；

（1）市政照明工程灯光设计。有照明设计和景观照明设计。
（2）室内装饰照明设计。比如室内照明灯具的搭配与选型，以及装饰灯具的搭配与选型。
（3）工业场景灯光照明设计；
（4）办公环境灯光照明设计；
从业单位：独立工作室、或者装潢公司、以及灯具厂的照明方案设计。
2、配色设计；

从业推荐：消费级智能微投、LED显示屏、LED背光源设计。

发表于 2023-3-19 07:41:53

是涉及光学设计的行业都不推荐吗？为什么呀，光学设计是没出路了嘛[捂脸]

发表于 2023-3-19 07:42:09

看行业啊哥们儿，师兄说的不推荐的行业基本很成熟，趋近于红海了，可挖掘的点不多，都是成熟的东西，都有现成案例，不需要怎么设计。

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