Расчет экструдированных преломляющих оптических элементов, формирующих заданные распределения интенсивности
Автор: Андреева Ксения Валерьевна, Андреев Евгений Сергеевич, Моисеев Михаил Александрович, Кравченко Сергей Васильевич, Бызов Егор Владимирович, Досколович Леонид Леонидович
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии
Статья в выпуске: 6 т.41, 2017 года.
Бесплатный доступ
В данной работе представлен оптимизационный метод для расчёта экструдированных оптических элементов светодиодов с двумя преломляющими поверхностями из условия формирования заданных распределений интенсивности. Метод основан на использовании разработанной процедуры быстрой трассировки лучей, в которой используется аппроксимация оптических поверхностей набором плоскостей, и учитывает протяженный характер источника излучения. Световая эффективность рассчитанных примеров оптических элементов выше 89 %, а среднеквадратичное отклонение формируемого распределения освещённости от заданного не превышает 2 %.
Оптический элемент светодиода, вторичная оптика, трассировка, оптимизация оптической поверхности
Короткий адрес: https://sciup.org/140228675
IDR: 140228675 | DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-6-812-819
Design of extruded refractive optical elements to generate a prescribed intensity distribution
A new method for the design of extruded optical elements with two refractive surfaces is presented. The method is based on the developed fast ray-tracing procedure, in which optical surfaces are approximated by a set of planes. High efficiency of the proposed method is illustrated by the examples of designed extruded optical elements for generating uniform intensity and illuminance distributions. The luminous efficacy of the optical element is shown to be over 89 %, whereas the relative root-mean-square error of the generated irradiance distribution is under 2 %.
Список литературы Расчет экструдированных преломляющих оптических элементов, формирующих заданные распределения интенсивности
- Wu, R. Freeform illumination design: a nonlinear boundary problem for the 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
- Кравченко, С.В. Расчёт осесимметричных оптических элементов с двумя асферическимиповерхностями 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.
- Oliker, V.I. Radially symmetric solutions of a MongeAmpere 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
- Luo, Y. Design of compact and smooth free-form optical system with uniform illuminance for LED source/Y. Luo, Z. Feng, Y. Han, H. Li//Optics Express. -2010. -Vol. 18, Issue 9. -P. 9055-9063. - DOI: 10.1364/OE.18.009055
- Liu, P. Uniform illumination design by configuration of LEDs and optimization of LED lens for large-scale color-mixing applications/P. Liu, H. Wang, R. Wu, Y. Yang, Y. Zhang, Z. Zheng, H. Li, X. Liu//Applied Optics. -2013. -Vol. 52, Issue 17. -P. 3998-4005. - DOI: 10.1364/AO.52.003998
- Moiseev, M.A. Design of high-efficient freeform LED lens for illumination of elongated rectangular regions/M.A. Moiseev, L.L. Doskolovich, N.L. Kazanskiy//Optics Express. -2011. -Vol. 19, Issue 53. -P. A225-A233. - DOI: 10.1364/OE.19.00A225
- Chen, E. Design of LED-based reflector-array module for specific illuminance distribution/E. Chen, F. Yu//Optics Communications. -2013. -Vol. 289. -P. 19-27. - DOI: 10.1016/j.optcom.2012.09.082
- Tadmor, Z. Engineering principles of plasticating extrusion/Z. Tadmor, I. Klein. -New York: Van Nostrand Reinhold Inc., 1970. -500 p. -ISBN: 978-0442156350.
- U.S. Patent 8,602,604 F21V 3/00, 362/311.02, 362/257. Extruded wide angle lens for use with a LED light source/J.X. Zhang, C.H. Lowery, US 12/904,551, filed of October 14, 2010, published of December 10, 2013.
- U.S. Patent 7,273,299 F21V 5/00, 362/244, 362/335, 362/246, 362/249.01. Cylindrical irradiance-mapping lens and its applications to LED shelf-lighting/W.A. Parkyn, D.G. Pelka, US 11/332,738, filed of January 17, 2006, published of September 25, 2007.
- U.S. Patent 7,559,672 F21V 5/00, 362/244, 362/127, 362/92. Linear illumination lens with Fresnel facets/W.A. Parkyn, D.G. Pelka, US 12/126,843, filed of May 23, 2008, published of Jule 14, 2009.
- Досколович, Л.Л. Расчёт радиально-симметричных преломляющих поверхностей с учётом френелевских потерь/Л.Л. Досколович, М.А. Моисеев//Компьютерная оптика. -2008. -Т. 32, № 2. -С. 201-203.
- Досколович, Л.Л. ДОЭ для формирования диаграммы направленности в виде линии/Л.Л. Досколович, C.И. Харитонов, О.И. Петрова//Компьютерная оптика. -2002. -Т. 24. -С. 40-42.
- Бахвалов, Н.С. Численные методы/Н.С. Бахвалов, Н.П. Жидков, Г.М. Кобельков. -6 изд. -М.: Бином. Лаборатория знаний, 2001. -636 с. -ISBN: 5-94774-060-5.
- Андреев, Е.С. Трассировка лучей методом Монте-Карло через осесимметричные оптические элементы с использованием k-мерного дерева/Е.С. Андреев, М.А. Моисеев, К.В. Борисова, Л.Л. Досколович//Компьютерная оптика. -2015. -Т. 39, № 3. -С. 357-362. - DOI: 10.18287/0134-2452-2015-39-3-357-362
- Keys, R.G. Cubic convolution interpolation for digital image processing/R.G. Keys//IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing. -1981. -Vol. 29, Issue 6. -P. 1153-1160. - DOI: 10.1109/TASSP.1981.1163711
- Моисеев, М.А. Оптимизационный метод для расчёта TIR оптических элементов, включающий процедуру быстрой трассировки лучей/М.А. Моисеев, К.В. Борисова, Е.В. Бызов, Л.Л. Досколович//Компьютерная оптика. -2013. -Т. 37, № 1. -С. 51-58.
