Разработка алгоритмов и программных средств моделирования оптических систем на основе технологии рассеивающих микроэлементов

• Автор: Жданов, Дмитрий Дмитриевич
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 138 с. : ил.

Содержание
Содержание.
Введение.
Введение.

Актуальность работы.

Физически аккуратное моделирование распространения света в

оптической системе.

Цель и основные задачи работы

Научная новизна работы.

Практическая значимость

Апробация работы и публикации

Структура диссертации
Глава 1. Оптический элемент и его интерфейс.
1.1. Базовые концепции интерфейса взаимодействия оптического элемента с программой оптического моделирования.
1.2. Интерфейс трассировки лучей.
1.3. Описание оптического элемента.
1.4. Интерфейс связи оптического элемента с оптической системой
1.5. Выводы и результаты.
Глава 2. Реализация основных классов оптических элементов.
2.1. Оптические элементы поверхностного рассеивания
2.1.1. Преобразование света на границе оптического элемента
Преобразование света на границе оптического элемента в случае
простых оптических свойств.
Преобразование света на границе оптического элемента в случае поляризованного рассеивания.
2.1.2. Представление формы рассеивающей поверхности оптического элемента
Оптические элементы со статистическим описанием геометрии
поверхности рассеивания.
Оптические элементы с фиксированным описанием геометрии поверхности рассеивания
2.2. Оптические элементы с объемным рассеиванием
2.3. Выводы и результаты
Глава 3. Примеры практического применения, анализ точности и эффективности предлагаемого решения оптических элементов.
3.1. Моделирование и проектирование системы торцевой подсветки жидкокристаллического дисплея
3.2. Моделирование и проектирование системы нижней подсветки жидкокристаллического дисплея
3.3. Оценка точности моделированияПО
3.3.1. Сравнение результатов измерения характеристик оптических элементов с результатами их моделирования.
3.3.2. Сравнение результатов расчетов, полученных с помощью
различных моделей
Оптические элементы поверхностного рассеивания и макро
геометрическое представление поверхности.
Оптический элемент объемного рассеивания и лучевая модель рассеивания на микрочастицах
3.4. Сравнительный анализ эффективности решения, предлагаемого оптическими элементами, с существующими решениями
3.5. Выводы и результаты.
Заключение.
Благодарности
Список литературы


Пластины обладают свойствами объемного рассеивания и поэтому размывают прямое освещение от источников света, что позволяет добиться равномерного распределения яркости на поверхности экрана. Выходное распределение яркости и графики сечений этого распределения яркости также показаны на рис. Решения, которые использовались в прошлом (например, негатоскопы [] - первые прототипы таких систем), отличала простота конструкции и низкая эффективность. Равномерность выходного излучения достигалась, как правило, за счет увеличения габаритов осветительной системы или введением дополнительных фильтров переменной плотности. Размеры рассеивающих частиц в пластине очень малы (от десятков нанометров до единиц микрон), что делает неприемлемым использование решений геометрической оптики и затрудняет использование традиционных систем оптического Ц моделирования. Более детально влияние параметров рассеивающих микроэлементов на выходное распределение яркости показано на рис. Изменение плотности распределения микроэлементов (уменьшение под засвеченными зонами и увеличение в темных зонах) позволяет добиться равномерного распределения освещенности экрана. Рис. В случае системы с нижней подсветкой было показано влияние вариации концентрации частиц рассеивающей пластины. Низкая концентрация рассеивающих частиц приводит к ярко-выраженной неравномерности выходной яркости. Повышение концентрации частиц выравнивает пространственное распределение выходной яркости, но приводит к снижению среднего уровня выходной яркости. Аналогичные системы подсветки применяются не только в производстве жидкокристаллических дисплеев, но и для подсветки приборных панелей (телефонные трубки, спидометры, автомагнитолы и т. Примеры таких панелей показаны на рис. Рис. Системы подсветки панелей приборов. В данных приборах свет распространяется от источников света через систему световодов и освещает требуемую часть приборной панели. Вывод света наружу в таких приборах обеспечивает, как правило, шероховатая поверхность. Попадая на эту поверхность, свет рассеивается, выходит из зоны углов полного внутреннего отражения и покидает световод. Равномерность распределения выходной яркости в таких приборах обеспечивается посредством вариации параметров шероховатости вдоль поверхности. Естественно, такие решения не являются точными, что сказывается на общем результате моделирования. Новая элементная база, используемая при производстве современных оптических систем, таких как осветительные системы жидкокристаллических (ЖК) дисплеев или панелей приборов, основана на сложных физических эффектах. К таким эффектам можно отнести как рассеивание света на микронеровностях поверхностей, так и рассеивание света на микрочастицах внутри материала. Поэтому физически аккуратное моделирование должно основываться на физических законах распространения света и взаимодействия света с элементами оптической системы. Для проектирования таких оптических систем широко применяются программные системы оптического моделирования, базирующиеся на законах лучевой оптики. Существует ряд принципиально различных подходов к лучевому моделированию. Наиболее известный и широко развитый подход-это метод лучевых трубок [, , , , ], который используется в программных комплексах линзового и зеркальнолинзового расчета и проектирования [, , , , ]. Основной недостаток такого подхода и соответствующих программных систем - это исключительно детерминированный ход луча в оптической системе. Даже если программа допускает моделирование разделения пучка лучей на частично отражающей поверхности, то эффекты, связанные с рассеиванием света, в этом случае не могут быть промоделированы. Детерминистический подход, основанный на методах обратной трассировки лучей [, ] (то есть лучи трассируются от наблюдателя сквозь оптическую систему к поверхностям, несущим ненулевую яркость), имеет ряд преимуществ. Во-первых, преломление, зеркальное отражение и разделение пучков лучей легко моделируются, во-вторых, эффекты сложного поверхностного рассеивания также могут быть учтены.