doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-2-147-153


УДК 535.317, 681.7.01

Разработка линзы бокового свечения с использованием метода композиции

Романова Г.Э., Цяо С., Стригалев В.Е.


Читать статью полностью 
Язык статьи - английский

Ссылка для цитирования:

Романова Г.Э., Цяо С., Стригалев В.Е. Разработка линзы бокового свечения с использованием метода композиции // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21, №2. С. 147–153 (на англ. яз.). doi:10.17586/2226-1494-2021-21-2-147-153



Аннотация
Предмет исследования. Рассмотрен метод проектирования линзы бокового свечения, работающей с одиночным светодиодным источником света и обеспечивающей формирование узкого светового пучка в горизонтальном направлении в пределах 360°. Метод. При проектировании использован метод композиции, который применяется для синтеза исходной конструкции систем, формирующих изображение. В работе данный подход применен к синтезу системы, задача которой заключается в обеспечении определенной формы и характеристик светового пучка. Этап выбора принципиальной конструкции и синтеза для неизображающей оптики особенно важен, для которой характерно применение так называемой локальной оптимизации. Результат оптимизации в данном случае существенно зависит от исходной системы. В связи с этим особенно важным является этап формирования начального приближения системы. При этом метод композиции может обеспечить наиболее эффективный выбор начального приближения для проектирования линзы бокового свечения. Основные результаты. Показано применение метода композиции и теории аберраций в области синтеза принципиальной схемы линзы бокового свечения. Приведено описание метода выбора ключевых параметров системы. Представлены соотношения для предварительной оценки характеристики проектируемой системы без использования трудоемких процедур расчета или оптимизации. Предложенный подход позволяет обеспечить выбор начальной точки системы для дальнейшей оптимизации, а также добиться высокой эффективности использования светового потока оптической системой линзы до 90 %. Это достигается только за счет оптимального размера зон, на которые разделяется пучок, а также за счет оптимального выбора параметров образующей кривой. При этом профиль линзы формируется двумя зонами, в каждой из которых профиль представляет собой кривую второго порядка, которую можно описать малым числом параметров, что удобно на этапе компоновки. Практическая значимость. Рассмотренный метод может найти применение при проектировании подобных систем, а также применяться на этапе предварительной оценки достижимых характеристик, что может существенно ускорить процесс разработки.

Ключевые слова: неизображающая оптика, метод композиции, теория аберраций, линза бокового свечения, светодиодные источники света

Благодарности. Сюаньлинь Цяо благодарит за поддержку Китайский стипендиальный совет (ID 201908090046).

Список литературы

1. Chaves J. Introduction to Nonimaging Optics. Taylor & Francis, 2015. 786 р.
2. Dross O., Mohedano R., Benítez P., Miñano J.C., Chaves J., Blen J., Hernández M., Muñoz F. Review of SMS design methods and real world applications // Proceedings of SPIE. 2004. V. 5529. P. 35–47. doi: 10.1117/12.561336
3. Miñano J.C., Benítez P., Lin W., Infante J., Muñoz F., Santamaría A. An application of the SMS method for imaging designs // Optics Express. 2009. V. 17. N 26. P. 24036–24044. doi: 10.1364/OE.17.024036
4. Benítez P., Miñano J.C., Blen J., Mohedano R., Chaves J., Dross O., Hernández M., Alvarez J.L., Falicoff W. SMS design method in 3D geometry: examples and applications // Proceedings of SPIE. 2004. V. 5185. P. 18–29. doi: 10.1117/12.506857
5. Bösel C., Gross H. Ray mapping approach for the efficient design of continuous freeform surfaces // Optics Express. 2016. V. 24. N 13. P. 14271–14282. doi: 10.1364/OE.24.014271
6. Tsai C.-Y. Free-form surface design method for a collimator TIR lens // Journal of the Optical Society of America A: Optics and Image Science, and Vision. 2016. V. 33. N 4. P. 785–792. doi: 10.1364/JOSAA.33.000785
7. Wang K., Liu S., Luo X., Wu D. Freeform Optics for LED packages and Applications. John Wiley & Sons, 2017. 352 p. doi: 10.1002/9781118750001
8. Chen J.-J., Lin C.-T. Freeform surface design for a light-emitting diode-based collimating lens // Optical Engineering. 2010. V. 49. N 9. P. 093001. doi: 10.1117/1.3488046
9. Богданов Н.Н., Жданов Д.Д., Потемин И.С. Метод расчета оптического элемента для заградительного огня малой интенсивности // Известия вузов. Приборостроение. 2020. Т. 63. № 7. C. 640–649. doi: 10.17586/0021-3454-2020-63-7-640-649
10. Xu C.Y., Cheng H.B. A free-form side-emitting lens for airfield lighting // Lighting Research and Technology. 2018. V. 50. N 6. P. 937–951. doi: 10.1177/1477153517702695
11. Севергин Н.В., Цяо Сюаньлинь. Проектирование оптики осветительных приборов с использованием метода композиции // Сборник трудов VIII Конгресса молодых ученых. Т. 1. СПб.: Университет ИТМО, 2019. С. 195–199.
12. Romanova G.E., Qiao X. Composing method and aberration theory in collimating systems design // Proceedings of SPIE. 2020. V. 11548. P. 1154812. doi: 10.1117/12.2572640
13. Чуриловский В.Н. Теория оптических приборов. СПб.: СПб ГИТМО (ТУ), 2001. 274 с. (Серия «Выдающиеся ученые ИТМО»).
14. Бахолдин А.В., Романова Г.Э., Цуканова Г.И. Теория и методы проектирования оптических систем. Часть I. СПб.: НИУ ИТМО, 2011. 104 с.
15. Riedl M.J. Optical Design: Applying the Fundamentals. SPIE Press, 2009. 170 p. doi: 10.1117/3.835815
16. Чуриловский В.Н. Теория хроматизма и аберраций третьего порядка. Л.: Машиностроение, 1968. 314 с.
17. Zemax OpticStudio 20.3: User Manual. September 2020.
 



Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2021 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика