doi: 10.17586/2226-1494-2022-22-3-450-458


УДК 535.317, 681.7.01

Метод проектирования оптической системы для концентрации излучения мощных светодиодов

Романова Г.Э., Цяо С., Козлова О.К.


Читать статью полностью 
Язык статьи - английский

Ссылка для цитирования:
Романова Г.Э., Цяо С., Козлова О.К. Метод проектирования оптической системы для концентрации излучения мощных светодиодов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2022. Т. 22, № 3. С. 450–458 (на англ. яз.). doi: 10.17586/2226-1494-2022-22-3-450-458


Аннотация
Предмет исследования. Рассмотрена оптическая система, обеспечивающая концентрацию излучения светодиода, излучающего внутри полусферы, на освещаемую площадку, расположенную в ближней зоне. Метод. Систему предлагается рассматривать в виде композиции центральной зоны, которая представляет собой классическую собирающую линзу, и рабочей зоны, отвечающей за работу с излучением светодиода в пределах угла от 40 до 90º относительно оси. Основные результаты. Выполнен анализ вариантов с центральной зоной в виде биасферической и сфероэллиптической линзы конечной толщины. Проанализирован альтернативный вариант концентрирующей системы в составе коллимирующей линзы, которая работает на основе эффекта полного внутреннего отражения и дополнительной фокусирующей линзы. Приведены математические выражения для оценки возможной эффективности концентрации и размеров светового пятна. Показаны примеры систем, разработанных с учетом результатов теоретического анализа. Обсуждаются факторы определения выбора требуемой конфигурации системы. Представлены примеры оптических элементов, которые показали близкую к 90 % оптическую эффективность. Практическая значимость. Предложенный подход может быть использован при проектировании светодиодных оптических систем для эффективной концентрации светового потока в некоторых оптико-электронных системах, в частности, при передаче сигнала по волоконно-оптическому жгуту.

Ключевые слова: светодиод, волоконный жгут, освещение в ближней зоне, концентрация излучения, проектирование оптических систем

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

Список литературы
  1. Sun W.S.,Chiang Y.C., Tsuei C.H. Optical design for the DLP pocket projector using LED light source // Physics Procedia. 2011. V. 19. P. 301–307. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2011.06.165
  2. Ding Z.,Liu Y.,Ma Y.,Zheng Z.,Wang M., Zeng P., She J., Wu R. Direct design of thin and high-quality direct-lit LED backlight systems // IEEE Photonics Journal. 2021. V. 13. N 2. P. 9385835. https://doi.org/10.1109/JPHOT.2021.3068746
  3. Byzov E.V.,Kravchenko S.V., Moiseev M.A., Bezus E.A.,Doskolovich L.L. Optimization method for designing double-surface refractive optical elements for an extended light source // Optics Express. 2020. V. 28. N 17. P. 24431–24443. https://doi.org/10.1364/OE.400609
  4. Liu Z., Liu P.,Yu F. Parametric optimization method for the design of high-efficiency free-form illumination system with a LED source // Chinese Optics Letters. 2012. V. 10. N 11. P. 112201–112201. https://doi.org/10.3788/COL201210.112201
  5. Fu Q.,Su C.Y.,Zhou Z.,He R.L. LED coupled device for fiber-optic illumination // Journal of Applied Optics. 2013. V. 34. N 1. P. 45–50. https://doi.org/10.5768/JAO201334.0101008
  6. Benítez P., Miñano J.C., Blen J., Mohedano R., Chaves J., Dross O., Hernández M., Falicoff W. Simultaneous multiple surface optical design method in three dimensions // Optical Engineering. 2004. V. 43. N 7. P. 1489–1503. https://doi.org/10.1117/1.1752918
  7. Wang L., Qian K., Luo Y. Discontinuous free-form lens design for prescribed irradiance // Applied Optics. 2007. V. 46. N 18. P. 3716–3723. https://doi.org/10.1364/AO.46.003716
  8. Romanova G.E.,Qiao X. Composition of collimating optical systems using aberration theory // Journal of Optical Technology. 2021. V. 88. N 5. P. 274–281. https://doi.org/10.1364/JOT.88.000274
  9. Romanova G.E., Qiao X., Strigalev V.E. Designing a side-emitting lens using the composing method // Научно-техническийвестникинформационныхтехнологий, механикииоптики. 2021. Т. 21. № 2. С. 147–153.https://doi.org/10.17586/2226-1494-2021-21-2-147-153
  10. Chen J.-J., Wang T.-Y., Huang K.-L., Liu T.-S, Tsai M.-D., Lin C.-T. Freeform lens design for LED collimating illumination // Optics Express. 2012. V. 20. N 10. P. 10984–10995. https://doi.org/10.1364/OE.20.010984
  11. 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. https://doi.org/10.1117/1.3488046
  12. Handbook of Optical Systems / ed. by H.Gross. WILEY-VCH Verlag, 2005.
  13. Чуриловский В.Н. Теория оптических приборов. СПб.: СПбГИТМО (ТУ), 2001. 274 с. (Серия «Выдающиеся ученые ИТМО»).
  14. 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 2001-2022 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика