Диссертация
№ 423012900030-6

Разработка метода проектирования, основанного на теории аберраций, для систем коллимации и концентрации излучения светодиодов для оптико-электронных приборов

29.01.2023

Brief description of the goals: The work aims to develop a method for designing optical systems for optoelectronic devices operating with LED sources emitting within significant apertures, based on the theory of aberrations, and allowing to choose the optimal combination of the system dimensions and the efficiency of using the light flux in the development of collimator-type systems, as well as systems for concentrating the light flux onto the illuminated area. Objectives: To achieve the aim set, it is necessary to solve the following tasks: - an analytical review of the existing methods for the designing of non-imaging systems, working with modern LEDs as part of optoelectronic devices; - research of basic optical elements in terms of geometric parameters and aberration properties that are important to provide the maximum efficiency of using the light flux for collimation systems and systems for concentrating LED radiation on an illuminated area; - development the composing methods based on basic elements for the formation of collimation systems and optical systems that collect radiation on the illuminated area; - design of a "starting point" based on the basic elements by the composition method and verification of the method using modern optical design software; - design of systems that can be used in solving practical tasks with real LED light sources. The main results of the work can be formulated as follows: 1. The analysis of existing methods for designing non-imaging systems is carried out. 2. A general concept of a design method based on the aberrations theory and the composition of elements with certain aberration properties in separate angular zones for the case of a collimating system and a side-emitting lens is proposed. The proposed design method is based on dividing the wide angular beam from the LED into zones and applying relatively simple relationships to analyze the first-order (paraxial) properties and aberrations for each zone. Unlike the existing design methods, the proposed method does not require large calculations, and allows to evaluate the efficiency of light flux using of the designed system before performing a more detailed analysis with the help of special software or mathematical modeling. 3. The results of numerical simulation showed good agreement between the theoretically predicted optical characteristics both for the case of a collimating lens based on total internal reflection and for a side-emitting lens. 4. The difference between the optimized solutions obtained by numerical optimization in a specialized optical design software using the Bezier surface representation was relatively small and was comparable to manufacturing errors, and the optical efficiency of the optimized solutions was at least 90% for collimating lenses and side-emitting lenses. Thus, the proposed method can be used in the design of highly efficient lighting systems that are part of modern optoelectronic devices and instruments.
ГРНТИ
59.41.71 Узлы, блоки, элементы, детали приборов для измерения оптических и светотехнических величин и характеристик
Ключевые слова
illumination design
aberration theory
LED
Детали

Автор
Цяо Сюаньлинь
Вид
Кандидатская
Целевое степень
Кандидат технических наук
Дата защиты
23.12.2022
Организация защиты
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИТМО"
Организация автора
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИТМО"
Похожие документы
Создание информационной технологии для расчета оптических элементов светодиодов на основе метода лучевого отображения
0.905
НИОКТР
Формирование требуемых распределений освещенности на основе оптических поверхностей свободной формы
0.899
Диссертация
ОТЧЕТ О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ "Разработка технологии комплексного моделирования осветительных приборов реализующих технологию освещения "Плоский луч"" (ппромежуточный)
0.895
ИКРБС
Создание информационных технологий для проектирования энергоэффективных светотехнических устройств на основе светодиодов
0.895
НИОКТР
Создание методов и программных средств для решения обратных задач неизображающей оптики и проектирования оптических элементов светодиодов
0.889
НИОКТР
Создание методов и программных средств для решения обратных задач неизображающей оптики и проектирования оптических элементов светодиодов
0.887
НИОКТР
Разработка оптических систем кругового излучения для задач транспортной коммуникации
0.886
Диссертация
Исследование характеристик источников излучения для определения требований к источнику излучения осветительной системы оптоэлектронного модуля дополненной реальности. Моделирование оптической системы для вывода излучения от источника на LCOS матрицу. Моделирование оптической системы для ввода излучения в волновод. Моделирование волновода с дифракционно-оптическими элементами.
0.882
ИКРБС
Разработка теоретических основ, методов синтеза и расчета оптических систем видимого и двойного ИК диапазонов на элементной базе, включающей нанокомпозитные дифракционные элементы и метаповерхности
0.879
ИКРБС
Разработка методов анализа и компенсации аберраций волнового фронта на основе многоканальной дифракционной оптики с применением машинного обучения
0.878
НИОКТР