Научные статьи
\
Прикладные науки. Медицина. Технология
\
Инженерное дело. Техника в целом
\
Общее машиностроение. Ядерная технология. Электротехника. Технология машиностроения
\
Электротехника
Метод расчёта оптических элементов с поверхностью свободной формы, работающей по принципу полного внутреннего отражения
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии
Статья в выпуске: 4 т.40, 2016 года.
Бесплатный доступ
Представлен новый метод расчёта оптических элементов, работающих по принципу полного внутреннего отражения и формирующих сложные двумерные узкоугольные световые распределения. Расчёт поверхностей свободной формы основан на построении кусочно-гладкого решения, формирующего дискретное световое распределение, с дальнейшей аппроксимацией его сплайновой поверхностью. Работоспособность предложенного метода подтверждается приведёнными примерами расчёта оптических элементов. Световая эффективность полученных оптических элементов составляет 91,8 %, а среднеквадратичное отклонение формируемого распределения освещённости от заданного не превышает 8,6 %.
расчёт оптических поверхностей
\ поверхность свободной формы
\ полное внутреннее отражение
\ узкоугольное световое распределение
Похожие статьи в разделе Электротехника
Короткий адрес: https://sciup.org/14059486
IDS: 14059486 | DOI: 10.18287/2412-6179-2016-40-4-467-474
Design of optical elements with TIR freeform surface
A novel method for the design of total internal reflection based (TIR) optical elements generating complex two-dimensional narrow-angle light distributions is presented. The method consists of two parts: computation of a piecewise smooth solution and its subsequent approximation by a spline surface. Examples of TIR optical elements designed using the proposed approach are discussed. The simulation results demonstrate high performance of the proposed method: the luminous efficacy of the optical elements is 91.8% and the relative root-mean-square error is less than 8.6%.
Список литературы Метод расчёта оптических элементов с поверхностью свободной формы, работающей по принципу полного внутреннего отражения
- Wu, R. Freeform illumination design: a nonlinear boundary problem for the elliptic Monge-Ampére equation/R. Wu, L. Xu, P. Liu, Y. Zhang, Z. Zheng, H. Li, X. Liu//Optics Letters. -2013. -Vol. 38, Issue 2. -P. 229-231. -DOI: 10.1364/OL.38.000229.
- Wu, R. Influence of the characteristics of a light source and target on the Monge-Ampére equation method in freeform optics design/R. Wu, P. Benítez, Y. Zhang, J.C. Miñano//Optics Letters. -2014. -Vol. 39, Issue 3. -P. 634-637. - DOI: 10.1364/OL.39.000634
- Oliker, V.I. Radially symmetric solutions of a Monge-Ampere equation arising in the reflector mapping problem/V.I. Oliker, P. Waltman//Proceedings of the UAB International Conference on Differential Equations and Mathematical Physics, Lecture Notes in Math, 1987. -P. 361-374.
- Moiseev, M.A. Fast and robust technique for design of axisymmetric TIR optics in case of an extended light source/M.A. Moiseev, L.L. Doskolovich, K.V. Borisova, E.V. Byzov//Journal of Modern Optics. -2013. -Vol. 60(14). -P. 1100-1106. - DOI: 10.1080/09500340.2013.844864
- Кравченко, С.В. Расчёт осесимметричных оптических элементов с двумя асферическими поверхностями для формирования заданных распределений освещённости/С.В. Кравченко, М.А. Моисеев, Л.Л. Досколович, Н.Л. Казанский//Компьютерная оптика. -2011. -Т. 35, № 4. -С. 467-472.
- Elmer, W.B. Optical design of reflectors. Part 2/W.B. Elmer//Applied Optics. -1978. -Vol. 17(7). -P. 977-979. - DOI: 10.1364/AO.17.000977
- Moiseev, M.A. Design of refractive spline surface for generating required irradiance distribution with large angular dimension/M.A. Moiseev, L.L. Doskolovich//Journal of Modern Optics. -2010. -Vol. 57(7). -P. 536-544. - DOI: 10.1080/09500341003764069
- Bruneton, A. High resolution irradiance tailoring using multiple freeform surfaces/A. Bruneton, A. Bäuerle, R. Wester, J. Stollenwerk, P. Loosen//Optics Express. -2013. -Vol. 21(9). -P. 10563-10571. -DOI: 10.1364/OE.21.010563.
- Кравченко, С.В. Расчёт преломляющих оптических элементов с двумя рабочими поверхностями для формирования заданных распределений освещённости/С.В. Кравченко, М.А. Моисеев, Л.Л. Досколович//Компьютерная оптика. -2014. -Т. 38, № 3. -С. 435-442.
- Moiseev, M.A. Design of LED refractive optics with predetermined balance of ray deflection angles between inner and outer surfaces/M.A. Moiseev, E.V. Byzov, S.V. Kravchenko, L.L. Doskolovich//Optics Express. -2015. -Vol. 23(19). -P. A1140-A1148. - DOI: 10.1364/OE.23.0A1140
- Talpur, T. TIR collimator designs based on point source and extended source methods/T. Talpur, A. Herkommer//Proceedings of SPIE. -2015. -Vol. 9629. -P. 962906-962916. - DOI: 10.1117/12.2190935
- Moiseev, M.A. Design of TIR optics generating the prescribed irradiance distribution in the circle region/M.A. Moiseev, L.L. Doskolovich//Journal of the Optical Society of America A. -2012. -Vol. 29(9). -P. 1758-1763. - DOI: 10.1364/JOSAA.29.001758
- Moiseev, M.A. Fast and robust technique for design of axisymmetric TIR optics in case of an extended light source/M.A. Moiseev, L.L. Doskolovich, K.V. Borisova, E.V. Byzov//Journal of Modern Optics. -2013. -Vol. 60(14) -P. 1100-1106. - DOI: 10.1080/09500340.2013.844864
- Tsai, C.Y. Free-form surface design method for a collimator TIR lens/C.Y. Tsai//Journal of the Optical Society of America A. -2016. -Vol. 33(4). -P. 785-792. - DOI: 10.1364/JOSAA.33.000785
- Chen, C. Design of optical system for collimating the light of an LED uniformly/C. Chen, X. Zhang//Journal of the Optical Society of America A. -2014. -Vol. 31(5). -P. 1118-1125. - DOI: 10.1364/JOSAA.31.001118
- Chen, J.J. Freeform surface design for a light-emitting diode-based collimating lens/J.J. Chen, C.T. Lin//Optical Engineering. -2010. -Vol. 49(9). -093001 (8 pp). -DOI: 10.1117/1.3488046.
- Chen, J.J. Freeform lens design for LED collimating illumination/J.J. Chen, T.Y. Wang, K.L. Huang, T.S. Liu, M.D. Tsai, C.T. Lin//Optics Express. -2012. -Vol. 20(10). -P. 10984-10995. - DOI: 10.1364/OE.20.010984
- Jiang, J. Optical design of a freeform TIR lens for LED streetlight/J. Jiang, S. To, W.B. Lee, B. Cheung//Optik. -2010. -Vol. 121(19). -P. 1761-1765. -DOI: 10.1016/j.ijleo.2009.04.009.
- Wu, R. Influence of the characteristics of a light source and target on the Monge-Ampére equation method in freeform optics design/R. Wu, P. Benitez, Y. Zhang, J.C. Minano//Optics Letters. -2014. -Vol. 39(3). -P. 634-637. - DOI: 10.1364/OL.39.000634
- Бызов, Е.В. Метод расчёта вторичной оптики светодиодов для автомобильных фар дальнего света/Е.В. Бызов, М.А. Моисеев, Л.Л. Досколович//Компьютерная оптика. -2014. -Т. 38, № 4. -С. 743-748.
- Byzov, E.V. Design method for automotive high-beam LED optics/E.V. Byzov, M.A. Moiseev, L.L. Doskolovich, N.L. Kazanskiy//Proceedings of SPIE. -2015. -Vol. 9629. -96290I (7 pp). -DOI: 10.1117/12.2191510.
- Ma, D. Freeform illumination lens design using composite ray mapping/D. Ma, Z. Feng, R. Liang//Applied Optics. -2015. -Vol. 54, Issue 3. -P. 498-503. - DOI: 10.1364/AO.54.000498
- Oliker, V.I. Mathematical aspects of design of beam shaping surfaces in geometrical optics/V.I. Oliker. -In book: Trends in Nonlinear Analysis. -Ed. by V.I. Oliker, M. Kirkilionis, S. Krömker, R. Rannacher, F. Tomi. -Springer, 2003. -P. 197-224.
- Kochengin, S.A. Computational algorithms for constructing reflectors/S.A. Kochengin, V.I. Oliker//Computing and Visualization in Science. -2003. -Vol. 6. -P. 15-21.
- Keys, R.G. Cubic convolution interpolation for digital image processing/R.G. Keys//IEEE Transactions on Acoustics, Speech and Signal Processing. -1981. -Vol. 29(6). -P. 1153-1160. - DOI: 10.1109/TASSP.1981.1163711
