Введение к работе
Актуальность диссертационной работы.
В последние годы в связи с возросшими требованиями к
энергосбережению возникает необходимость использования новых
источников света, таких как свето диоды. Ужесточаются требования к
светотехническим параметрам осветительных устройств. Перспективным для
построения конструкции и расчёта оптических систем осветительных
устройств со светодиодами является использование оптических элементов с преломляющими и отражающими поверхностями свободной формы. Такие оптические системы не строят изображения на освещаемой поверхности. Для расчёта неизображающих оптических систем известные методы, разработанные для расчета сферической и близкой к ней асферической оптики, не применимы. Поэтому разработка методов построения оптических систем на основе применения поверхностей свободной формы, алгоритмов и программ для их расчёта из условия оптимального распределения светового потока на поверхности требуемой формы является актуальной задачей исследования.
Цель диссертационной работы
Целью работы является разработка методов построения оптических систем на основе применения поверхностей свободной формы, алгоритмов и программ для автоматизированного расчета неизображающих оптических систем с применением кривых Безье для описания формы поверхностей.
Задачи исследования
-
Анализ известных методов построения и расчёта неизображающей оптики.
-
Анализ применимости кривых Безье к расчету оптических систем и построение математических уравнений поверхностей, основанных на использовании кривых Безье.
-
Анализ метода оптимизации и расчёта оптики свето диодов.
-
Исследование оптических систем, формирующих прямоугольные пучки света в широком пучке лучей.
4 5. Исследование оптических систем, формирующих заданное асимметричное распределение силы света источника излучения.
Методы исследования
-
Методы аналитической геометрии.
-
Компьютерное моделирование оптических систем.
-
Численные методы решения систем нелинейных уравнений.
-
Методы оптимизации оптических систем при непоследовательной трассировке лучей.
Научная новизна работы
-
Для увеличения скорости трассировки лучей и упрощения параметрического представления оптических поверхностей выполнено упрощение кривой Безье.
-
Получены восемь видов уравнения поверхности, образованной вращением кривых:
- кривой Безье по окружности или по эллипсу;
- кривой, полученной вытягиванием кривой Безье вдоль прямой;
кривой, полученной вытягиванием кривой Безье вдоль другой кривой Безье;
кривой, полученной вытягиванием кривой Безье вдоль отрезка полярной кривой п-Безье;
кривой, которая формируется двумя кривыми Безье, при этом используется три различных кривых;
четырьмя кривыми Безье, каждая из которых вращается по эллипсу в пределах угла, равного л/2;
четырьмя кривыми Безье, каждая из которых вращается по кривой п-Безье в пределах угла, равного л/2;
восьмью кривыми Безье, каждая из которых вращается по кривой полярной функции R(q>)=Acos(2q>) +Bsm(2q>) в пределах л/4, при этом образующая вращения изгибается под воздействием кривой п-Безье.
3. Создан набор динамических библиотек (D11) для применения в программе Zemax, описывающих объекты на основе кривых Безье, которые служат для компьютерного моделирования и расчета оптических элементов.
5 Основные результаты, выносимые на защиту
-
Упрощение кривой Безье, позволяющее увеличить скорость трассировки лучей и упростить параметрическую модель оптической системы.
-
Варианты уравнений преломляющих и отражающих поверхностей, образованных вращением кривых, полученных преобразованием кривых Безье, вдоль направляющих различной формы.
-
Вариант построения и расчета оптической системы, формирующей прямоугольный пучок света с большой расходимостью, а также варианты построения и расчета оптических систем, преобразующих распределение силы света светодиодного источника излучения в асимметричное.
Практическая ценность
1. Предложенные в диссертационной работе варианты уравнений
преломляющих и отражающих поверхностей, в основу построения которых положены уравнения кривых Безье, являются теоретическим и практическим вкладом в теорию и практику проектирования оптических систем.
2. Разработанный набор динамических библиотек для программы Zemax,
описывающих объекты на основе кривых Безье, позволяет успешно решать задачи автоматизированного расчета неизображающих оптических систем различного типа.
3. Рассмотренные варианты схем неизображающих оптических систем
могут найти применение при решении различных практических задач оптотехники осветительных устройств.
4. Полученные уравнения поверхностей достаточно удобны в применении
и могут быть легко внедрены в CAD программы и программы расчета оптических систем.
Апробация работы
Результаты выполненных исследований были доложены: на VII Всероссийской межвузовской конференции молодых ученых «КМУ - 2010» (20 - 23 апреля 2010 г.), на VIII Всероссийской межвузовской конференции
молодых ученых «КМУ - 2011» (12 - 15 апреля 2011 г.), на Всероссийском конгрессе молодых ученых «КМУ - 2012» (11 - 16 апреля 2012 г.), на международной конференции «Прикладная оптика-2012» (15-19 октября 2012).
Публикации
По материалам диссертационного исследования опубликовано 4 работы, из них 2 в журналах из перечня ВАК.
