Научные статьи \ Прикладные науки. Медицина. Технология \ Инженерное дело. Техника в целом \ Общее машиностроение. Ядерная технология. Электротехника. Технология машиностроения \ Электротехника

Расчет оптических элементов при протяженном источнике излучения

Расчет оптических элементов при протяженном источнике излучения

Бызов Егор Владимирович Досколович Леонид Леонидович Кравченко Сергей Васильевич Моисеев Михаил Александрович Казанский Николай Львович

Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics

Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии

Статья в выпуске: 1 т.47, 2023 года.

Бесплатный доступ

С использованием ранее разработанного оптимизационного метода [Byzov EV, Kravchenko SV, Moiseev MA, Bezus EA, Doskolovich LL. Optimization method for designing double-surface refractive optical elements for an extended light source. Opt Express 2020; 28(17): 24431-24443. DOI: 10.1364/OE.400609] для протяженного источника излучения рассчитан компактный преломляющий оптический элемент (отношение высоты элемента к размеру источника излучения - 1,55), обеспечивающий формирование равномерного распределения освещенности в смещенной прямоугольной области. Продемонстрировано применение оптимизационного метода в задаче расчета так называемых TIR-элементов, имеющих рабочую поверхность, на которой происходит полное внутреннее отражение лучей. Для протяженного источника излучения рассчитаны компактные TIR-элементы с выходной поверхностью свободной формы, формирующие равномерные распределения освещенности в прямоугольной области. Результаты работы перспективны для применения при решении широкого класса задач расчета компактных оптических элементов для светоизлучающих диодов.

поверхность свободной формы \ оптимизация \ оптика для светодиодов \ распределение освещенности \ неизображающая оптика \ оптический дизайн

Похожие статьи в разделе Электротехника

Многомасштабный подход в задаче линейного программирования для расчета преломляющего оптического элемента, формирующего заданное распределение освещенности в дальней зоне
Многомасштабный подход в задаче линейного программирования для расчета преломляющего оптического элемента, формирующего заданное распределение освещенности в дальней зоне

Сошников Д.В., Мингазов А.А., Досколович Л.Л.

Метод расчёта оптических элементов с поверхностью свободной формы, работающей по принципу полного внутреннего отражения
Метод расчёта оптических элементов с поверхностью свободной формы, работающей по принципу полного внутреннего отражения

Андреева Ксения Валерьевна, Моисеев Михаил Александрович, Кравченко Сергей Васильевич, Досколович Леонид Леонидович

К расчету фокусаторов лазерного излучения в дифракционном приближении
К расчету фокусаторов лазерного излучения в дифракционном приближении

Воронцов М.А., Матвеев А.Н., Сивоконь В.П.

Расчёт преломляющих оптических элементов с двумя рабочими поверхностями для формирования заданных распределений освещённости
Расчёт преломляющих оптических элементов с двумя рабочими поверхностями для формирования заданных распределений освещённости

Кравченко Сергей Васильевич, Моисеев Михаил Александрович, Досколович Леонид Леонидович

Градиентный расчет преломляющей сплайн-поверхности из условия формирования заданного распределения освещенности
Градиентный расчет преломляющей сплайн-поверхности из условия формирования заданного распределения освещенности

Досколович Леонид Леонидович, Моисеев Михаил Александрович

Расчёт осесимметричных оптических элементов с двумя асферическими поверхностями для формирования заданных распределений освещённости
Расчёт осесимметричных оптических элементов с двумя асферическими поверхностями для формирования заданных распределений освещённости

Кравченко Сергей Васильевич, Моисеев Михаил Александрович, Досколович Леонид Леонидович, Казанский Николай Львович

Короткий адрес: https://sciup.org/140296260

IDS: 140296260   |   DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1178

Design of optical elements for an extended light source

Using the previously developed optimization method for an extended light source [Byzov EV, Kravchenko SV, Moiseev MA, Bezus EA, Doskolovich LL. Optimization method for designing double-surface refractive optical elements for an extended light source. Opt Express 2020; 28(17): 24431-24443. DOI: 10.1364/OE.400609], we designed a compact refractive optical element (the ratio of the element height to the light source size being 1.55) providing a uniform illuminance distribution in a shifted rectangular region. An application of the optimization method for calculating the so-called TIR-elements, exploiting the phenomenon of the total internal reflection of rays, is considered. For an extended light source, compact TIR-elements with freeform exit surfaces that generate uniform illuminance distributions in a rectangular region are designed. The results of the work show promise for a wide class of problems of designing compact optical elements for light-emitting diodes.

Список литературы Расчет оптических элементов при протяженном источнике излучения

  • Wu R, Feng Z, Zheng Z, Liang R, Benitez P, Minano JC, Duerr F. Design of freeform illumination optics. Laser Photon Rev 2018; 12(7): 1700310.
  • Wu R, Xu L, Liu P, Zhang Y, Zheng Z, Li H, Liu X. Freeform illumination design: a nonlinear boundary problem for the elliptic Monge-Ampere equation. Opt Lett 2013; 38(2): 229-231.
  • Mao X, Xu S, Hu X, Xie Y. Design of a smooth freeform illumination system for a point light source based on polartype optimal transport mapping. Appl Opt 2017; 56(22): 6324-6331.
  • Wu R, Chang S, Zheng Z, Zhao L, Liu X. Formulating the design of two freeform lens surfaces for point-like light sources. Opt Lett 2018; 43(7): 1619-1622.
  • Brix K, Hafizogullari Y, Platen A. Designing illumination lenses and mirrors by the numerical solution of Monge-Ampere equations. J Opt Soc Am A 2015; 32(11): 22272236.
  • Yadav NK, ten ThijeBoonkkamp JHM, IJzerman WL. Computation of double freeform optical surfaces using a Monge-Ampere solver: Application to beam shaping. Opt Commun 2019; 439: 251-259.
  • Schwartzburg Y, Testuz R, Tagliasacchi A, Pauly M. High-contrast computational caustic design. ACM Trans Graph 2014; 33(4): 74.
  • Oliker V. Controlling light with freeform multifocal lens designed with supporting quadric method(SQM). Opt Express 2017; 25(4): A58-A72.
  • Doskolovich LL, Bykov DA, Andreev ES, Bezus EA, Oliker V. Designing double freeform surfaces for collimat-ed beam shaping with optimal mass transportation and linear assignment problems. Opt Express 2018; 26(19): 24602-24613. DOI: 10.1364/OE.26.024602.
  • Doskolovich LL, Bykov DA, Mingazov AA, Bezus EA. Optimal mass transportation and linear assignment problems in the design of freeform refractive optical elements generating far-field irradiance distributions. Opt Express 2019; 27(9): 13083-13097. DOI: 10.1364/OE.27.013083.
  • Bykov DA, Doskolovich LL, Byzov EV, Bezus EA, Ka-zanskiy NL. Supporting quadric method for designing refractive optical elements generating prescribed irradiance distributions and wavefronts. Opt Express 2021; 29(17): 26304-26318. DOI: 10.1364/OE.432770.
  • Doskolovich LL, Byzov EV, Mingazov AA, Karapetian GJ, Smorodin VI, Kazanskiy NL, Bykov DA, Bezus EA. Supporting quadric method for designing freeform mirrors that generate prescribed near-field irradiance distributions. Photonics 2022; 9(2): 118. DOI: 10.3390/photonics9020118.
  • Luo Y, Feng Z, Han Y, Li H. Design of compact and smooth free-form optical system with uniform illuminance for LED source. Opt Express 2010; 18(9): 9055-9063.
  • Li Z, Yu S, Lin L, Tang Y, Ding X, Yuan W, Yu B. Energy feedback freeform lenses for uniform illumination of extended light source LEDs. Appl Opt 2016; 55: 10375-10381.
  • Liu Z, Liu P, Yu F. Parametric optimization method for the design of high-efficiency free-form illumination system with a LED source. Chin Opt Lett 2012; 10: 112201-112201.
  • Fournier F, Rolland J. Optimization of freeform lightpipes for light-emitting-diode projectors. Appl Opt 2008; 47: 957-966.
  • Zhao S, Wang K, Chen F, Qin Z, Liu S. Integral freeform illumination lens design of LED based pico-projector. Appl Opt 2013; 52: 2985-2993.
  • Moiseev MA, Doskolovich LL. Design of refractive spline surface for generating required irradiance distribution with large angular dimension. J Mod Opt 2010; 57(7): 536-544. DOI: 10.1080/09500341003764069.
  • Wu R, Huang CY, Zhu X, Cheng H-N, Liang R. Direct three-dimensional design of compact and ultra-efficient freeform lenses for extended light sources. Optica 2016; 3: 840-843.
  • Wu R, Hua H, Benitez P, Minano JC. Direct design of as-pherical lenses for extended non-Lambertian sources in two-dimensional geometry. Opt Lett 2015; 40: 3037-3040.
  • Hu S, Du K, Mei T, Wan L, Zhu N. Ultra-compact LED lens with double freeform surfaces for uniform illumination. Opt Express 2015; 23: 20350-20355.
  • Li X, Ge P, Wang H. Prescribed intensity in 3D rotational geometry for extended sources by using a conversion function in 2D design. Appl Opt 2017; 56: 1795-1798.
  • Li X, Ge P, Wang H. An efficient design method for LED surface sources in three-dimensional rotational geometry using projected angle difference, Light Res Technol 2019; 51(3): 457-464.
  • Sorgato S, Chaves J, Thienpont H, Duerr F. Design of illumination optics with extended sources based on wave-front tailoring. Optica 2019; 6: 966-971.
  • Byzov EV, Kravchenko SV, Moiseev MA, Bezus EA, Doskolovich LL. Optimization method for designing double-surface refractive optical elements for an extended light source. Opt Express 2020; 28(17): 24431-24443. DOI: 10.1364/0E.400609.
  • Byzov EV, Kravchenko SV, Moiseev MA, Doskolovich LL. Optimization method for designing optical elements with an extended light source. Computer Optics 2020; 44(5): 712-720. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-762.
  • Wei S, Zhu Z, Li W, Ma D. Compact freeform illumination optics design by deblurring the response of extended sources. Opt Lett 2021; 46: 2770-2773.
  • Moiseev MA, Doskolovich LL. Design of TIR optics generating the prescribed irradiance distribution in the circle region. J Opt Soc Am A 2012; 29(9): 1758-1763. DOI: 10.1364/JOSAA.29.001758.
  • 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.
  • Zhao Z, Zhang H, Liu S, Wang X. Effective freeform TIR lens designed for LEDs with high angular color uniformity. Appl Opt 2018; 57: 4216-4221.
  • Andreeva KV, Kravchenko SV, Moiseev MA, Doskolovich LL. Designing freeform TIR optical elements using supporting quadric method. Opt Express 2017; 25(19): 23465-23476. DOI: 10.1364/OE.25.023465.
  • Ma D, Feng Z, Liang R. Freeform illumination lens design using composite ray mapping. Appl Opt 2015; 54: 498503.
  • Shikin EV, Plis LI. Curves and surfaces on a computer screen. Spline guide for users [In Russian]. Moscow: "DI-ALOG-MIFI" Publisher; 1996.
  • Bicubic interpolation. Source: (https://en.wikipedia.org/wiki/Bicubic_interpolation).
  • TracePro - software for design and analysis of illumination and optical systems. Source: (https://www. lambdares.com/tracepro/).
Еще
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp