Расчет экструдированных преломляющих оптических элементов, формирующих заданные распределения интенсивности
Андреева К.В., Андреев Е.С., Моисеев М.А., Кравченко С.В., Бызов Е.В., Досколович Л.Л.

 

Институт систем обработки изображений РАН – филиал ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН, Самара, Россия,
Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, Самара, Россия

Аннотация:
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 %.

Ключевые слова:
оптический элемент светодиода, вторичная оптика, трассировка, оптимизация оптической поверхности.

Цитирование:
Андреева, К.В. Расчет экструдированных преломляющих оптических элементов, формирующих заданные распределения интенсивности/ К.В. Андреева, Е.С. Андреев, М.А. Моисеев, С.В. Кравченко, Е.В. Бызов, Л.Л. Досколович // Компьютерная оптика. – 2017. – Т. 41, № 6. – С. 812-819. – DOI: 10.18287/2412-6179-2017-41-6-812-819.

Литература:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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.

  9. 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.
  10. Tadmor, Z. Engineering principles of plasticating extrusion / Z. Tadmor, I. Klein. – New York: Van Nostrand Reinhold Inc., 1970. – 500 p. – ISBN: 978-0442156350.

  11. 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.
  12. 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.
  13. 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.
  14. 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.
  15. 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.

  16. 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.
  17. 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.

  18. 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.

© 2009, IPSI RAS
Россия, 443001, Самара, ул. Молодогвардейская, 151; электронная почта: ko@smr.ru ; тел: +7 (846) 242-41-24 (ответственный секретарь), +7 (846) 332-56-22 (технический редактор), факс: +7 (846) 332-56-20