Аналитические методы расчёта оптических элементов светодиодов для формирования заданных распределений освещённости

• Автор: Асланов, Эмиль Рафик оглы
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 108 с. : ил.

Оглавление
Оглавление
Введение
Актуальность
Цель работы
Задачи диссертации
Научная новизна
Научные положения, выносимые на защиту и их достоверность
Практическая (экономическая, социальная) значимость полученных результатов
Краткое содержание глав
Глава 1 Расчёт компактного коллиматора и массива линз для формирования заданных распределений освещённости
1.1 Расчёт компактного коллиматора
1.1.1 Конструкция коллиматора
1.1.2 Аналитический расчёт
1.1.3 Численное моделирование работы коллиматора
1.2 Расчет массива оптических элементов для формирования заданного распределения освещённости
1.2.1 Описание принципа работы
1.2.2 Аналитическая часть
1.2.3 Численное моделирование работы коллиматора с массивом линз
1.3 Выводы
Глава 2 Расчёт оптических элементов для систем подсветки дисплеев
2.1 Оптический элемент на эффекте полного внутреннего отражения для светодиодных систем подсветки дисплеев
2.1.1 Описание принципа работы
2.1.2 Аналитическая часть
2.1.3 Результаты численного моделирования
2.2 Зеркальный оптический элемент для систем подсветки

2.2.1 Описание принципа работы
2.2.2 Аналитический расчёт
2.2.3 Численное моделирование
2.3 Выводы
Глава 3 Аналитический расчёт оптических элементов для фокусировки вдоль кривых и на поверхность вращения
3.1 Аналитический расчет преломляющих оптических элементов для фокусировки в кривую в плоскости, перпендикулярной оптической оси
3.1.1 Расчет преломляющей поверхности для фокусировки в кривую
3.1.2 Расчет поверхности оптического элемента в криволинейных координатах
3.1.3 Закон сохранения светового потока в приближении тонкого оптического элемента
3.1.4 Фокусировка в отрезок и в составную кривую из двух дуг окружности
3.1.5 Фокусировка в набор точек на кривой
3.2 Аналитический расчет преломляющих оптических элементов для фокусировки в кривую в плоскости, содержащей оптическую ось
3.2.1 Расчет преломляющей поверхности для фокусировки в кривую
3.2.2 Расчет поверхности оптического элемента в криволинейных координатах
3.2.3 Закон сохранения светового потока в приближении тонкого оптического элемента
3.2.4 Фокусировка в отрезок и в составную фигуру в виде стрелки
3.3 Расчёт оптического элемента для формирования осесимметричного распределения освещённости на поверхности вращения
3.3.1 Описание работы оптического элемента
3.3.2 Аналитический расчёт
3.3.3 Численное моделирование
3.4 Выводы
Заключение
Список литературы

Введение
Диссертация посвящена разработке аналитических методов расчёта оптических элементов светодиодов для формирования заданных распределений освещённости.
Актуальность
Европейское сообщество в своих директивах постоянно ужесточает требования по энергетической эффективности к странам, входящим в её состав. Российская Федерация также стремится к общемировым стандартам и принимает необходимые меры по модернизации экономики. Так, в соответствии с федеральным законом № 261 «Об энергосбережении и повышении энергоэффективности», принятом в ноябре 2009 года, внесены ограничения на оборот ламп накаливания. Использование компактных люминесцентных ламп и светодиодных ламп экономит порядка 75-80% электроэнергии. Причём, именно последние обладают наиболее высоким теоретическим пределом эффективности в 3401 Лм/Вт (для сравнения, у ламп накаливания этот показатель равен 50 Лм/Вт, у люминесцентных - 120 Лм/Вт). Поэтому актуальным является решение задач, связанных с использованием светодиодов в светотехнических устройствах.
В общем случае светодиод излучает свет во всех направлениях в телесном угле, соответствующем полусфере. Применения светодиодов в системах освещения требуют использования так называемой вторичной оптики, которая направляет излученный световой поток в заданную область пространства и обеспечивает формирование в этой области заданного распределения освещенности. Примером вторичной оптики являются оптические элементы (коллиматоры, линзы, массивы линз), устанавливаемые над излучающим элементом светодиода (чипом).
1 На основе материалов семинара LED Basics, представленных Walter P. Lapatovich, OSRAM SYLVANIA.LED Lighting research institute, Sept 2010, Rensselaer Lighting Research Center.

массивом линз (вид линзы приведен на рисунке 1.12 в) при различной расходимости освещающего пучка. Для рисунка 1.15 а)-г) расходимости освещающего пучка по уровню интенсивности 0,5 составляют 20 14°, 7° и 4°,
соответственно.