Исследования и расчёт оптических систем световых приборов на основе светодиодов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.07, кандидат наук Прытков, Сергей Владимирович

• Прытков, Сергей Владимирович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Прытков, Сергей Владимирович

Содержание

Введение

1 Методы расчёта светораспределения световых приборов

1.1 Метод элементарных отображений

1.2 Векторный метод расчёта симметричных зеркальных отражателей

1.3 Метод обратного луча

1.4 Расчёт произвольной оптической поверхности

1.5 Расчёт углового распределения силы света системы разноориентиро-

ванных излучателей

Выводы по первому разделу

2 Разработка метода расчёта оптической системы системы разноориентиро-ванных излучателей

2.1 Аналитическое решение задачи

2.2 Численный метод расчёта светораспределения

2.3 Алгоритм расчёта на ЭВМ и результаты его применения

2.4 Аппроксимация фотометрических данных тригонометрическими

полиномами одной переменной

Выводы по второму разделу

3 Разработка оптической системы светодиодных светильников для уличного освещения

3.1 Моделирование светодиодных уличных светильников

3.2 Изготовление макетного образца светодиодного светильника для уличного освещения

3.3 Исследование светотехнических характеристик опытных образцов

светодиодных светильников для уличного освещения серии СДУ-01

Выводы по третьему разделу

Заключение

Список использованных источников

Приложение А (обязательное) Тексты программ

Приложение Б (рекомендуемое) Экспериментальное угловое распределение силы света светодиодных источников света

Приложение В (рекомендуемое) Расчётное угловое распределение силы света системы разноориентированных излучателей

Приложение Г (рекомендуемое) Экспериментальное угловое распределение силы света системы разноориентированных излучателей

Приложение Д (рекомендуемое) Файлы фотометрических данных IE SNA для отражателей С10918_Bridget-S, C10919_Bridget-M, C10920_Bridget-W

Приложение Е (рекомендуемое) Описание гониофотометрического комплекса

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследования и расчёт оптических систем световых приборов на основе светодиодов»

Введение

Историческое развитие световых приборов (СП) состоит в постоянном изменении, как источников света (ИС), так и связанных с ними оптических систем (ОС) и различных конструктивных деталей [1].

Прогресс техники освещения в настоящее время во многом обусловлен появлением и бурным развитием источников света принципиально нового типа — светодиодов (СД). Главное преимущество СД перед традиционными источниками света состоит в том, что у последних потенциал эффективного преобразования электрической энергии в свет практически исчерпан, тогда как у СД прирост световой отдачи значителен [2].

В то же время, такие отличительные особенности СД как миниатюрность и сильная зависимость излучательной способности от температуры р-п перехода диктуют новые подходы к разработке осветительных приборов на их основе.

В настоящее время широкое распространение получили две концепции: использование вторичной оптики со сложной геометрией поверхности и подход, когда светораспределение СП формируется посредством задания определённой ориентации излучателей.

Такой подход интересен по следующим причинам:

- он позволяет создавать фотометрическое тело (ФТ) любой сложности, используя вторичную оптику с простой геометрией;

- обеспечив в конструкции ОП возможность поворота отдельных СД (СД-модулей), можно оптимизировать его светораспределение, учитывая специфику условий освещения;

- изменяя интенсивность излучения отдельных светодиодов или их групп, можно добиться значительного изменения ФТ.

Светотехнический расчёт является отправной точкой при проектировании СП. Он позволяет оценить световые параметры СП и осветительных установок

(ОУ) без изготовления физических моделей, что, во-первых, удешевляет процесс разработки СП, а во-вторых ускоряет его. Вычислительные возможности современных компьютеров, качественные математические пакеты и языки программирования высокого уровня позволяют решать самые разнообразные задачи, которые ставит светотехническая практика.

Целью работы является разработка метода и алгоритма расчёта углового распределения силы света системы разноориентированных источников, а также проверка работоспособности метода на практике.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1 Исследовать вопрос о возможности сложения сил света источников, расположенных в разных точках пространства;

2 Разработать алгоритм перехода между фотометрически эквивалентными сетками (ФЭС);

3 Написать программу расчёта углового распределения силы света системы разноориентированных источников света;

4 Измерить угловое распределение силы света светодиодных ИС;

5 Выбрать взаимную ориентацию светодиодных ИС и рассчитать суммарное угловое распределение силы света;

6 Изготовить макет СП из светодиодных ИС, задав ориентацию, используемую в расчётах;

7 Измерить угловое распределение силы света макета;

8 Сопоставить расчётное угловое распределение силы света макета с экспериментальным.

Для реализации задач были задействованы следующие методы и средства.

Методы: математическое моделирование, физическое моделирование, эксперимент; средства: математический пакет GNU Octave, гониофотометрический комплекс GO 2000А.

Актуальность темы диссертационного исследования подтверждается интересом малого и среднего бизнеса к производству светодиодных СП.

Основные положения, выносимые на защиту:

1 При построении ФЭС для нахождения силы света в заданных узлах необходимо использовать интерполяцию по рассеянным данным.

2 Метод расчёта углового распределения силы света системы разноориентированных излучателей без ограничений на форму фотометрических тел последних.

3 Исключение малых слагаемых в тригонометрических полиномах позволяет существенно упростить итоговое аналитическое выражение для КСС без существенного снижения качества приближения к эспериментальным значениям силы света.

Научная новизна.

1 Предложен метод расчёта углового распределения силы света системы разноориентированных ИС. Метод применим как для ИС с симметричным, так и асимметричным светораспределением.

2 Предложено использовать интерполяцию по рассеянным данным для нахождения силы света в заданных узлах.

3 Предложен способ нахождения аналитической зависимости силы света от направления излучения для двумерного случая посредством аппроксимации фотометрических данных тригонометрическими полиномами одной переменной.

4 Показано, что исключение малых слагаемых в тригонометрических полиномах позволяет существенно упростить итоговое аналитическое выражение.

Практическая значимость.

1 Предложенный метод был реализован в системе GNU Octave в виде программы Photometry Body Sum.

2 Разработана методика проектирования светодиодных светильников с применением программы Photometry Body Sum.

3 С помощью программы был осуществлён светотехнический расчёт трёх СД светильников для уличного освещения: СДУ-01-60-001, СДУ-01-100-001, СДУ-01-170-001.

4 Реализован программный блок для визуализации углового распределения силы света.

5 Написана программа расчёта доверительного интервала для сил света по всем измеренным направлениям.

Достоверность полученных результатов была экспериментально подтверждена на гонифотометрическом комплексе СО 2000А центра коллективного пользования «Светотехническая метрология» светотехнического факультета.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на международных научно-технических конференциях «Проблемы и перспективы развития отечественной светотехники, электротехники и энергетики» (Саранск, 2012, 2013 г.г); на всероссийском конкурсе работ студентов и аспирантов «Молодёжь — развитию региона» (Саранск, 2012); на конкурсе инновационных проектов по федеральной программе «У.М.Н.И.К.» (Саранск, 2012); на международных научно-технической конференциях «Фундаментальные и прикладные проблемы физики» (Саранск, 2012, 2013 г.г.), на XVII научно-практической конференции молодых учёных, аспирантов и студентов (Саранск, 2013); на научно-практических интернет-конференциях «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития '2013», «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании '2013» (Одесса, 2013).

Личный вклад. Все основные результаты, изложенные в диссертации, включая постановку задач и их алгоритмические решения, получены автором лично или выполнены под руководством научного руководителя при непосредственном участии.

Публикации. Основные результаты по теме диссертации изложены в 13 публикациях, 3 из которых изданы в журналах, рекомендованных ВАК, 4 — в сборниках трудов международных конференций, 1 — в сборнике работ победите-

лей Всероссийского конкурса работ студентов и аспирантов, 3 — в журналах РИНЦ, 2 — патенты РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трёх разделов, заключения и шести приложений. Полный объем диссертации составляет 155 страниц с 49 рисунками и 12 таблицами. Список литературы содержит 80 наименований.

В первом разделе даётся краткая история развития оптических систем для осветительных приборов и методов их расчёта. В частности, рассматриваются метод элементарных отображений, векторный метод расчёта симметричных зеркальных отражателей, метод обратного луча. Особое внимание уделено современным методам расчёта (equi-flux grid methods) систем с произвольной геометрией оптической поверхности. Указывается на то, что методы расчёта оптических систем для осветительных приборов можно разделить на два класса: работающие с геометрией оптической поверхности и работающие с пространственной ориентацией источников света. В конце первого раздела рассматриваются методы, относящиеся ко второму классу. .

Второй раздел посвящен расчёту углового распределения силы света системы разноориентированных излучателей. Даётся аналитическое решение для двумерного и трёхмерного случая. Доказывается, что в трёхмерном случае разным наборам сферических координат Q, Ф в собственной системе излучателя при одних и тех же углах поворота ах, ау, az отвечают разные наборы координат в0, (р0 в общей системе. Установленный факт не вызывает затруднений при сложении аналитически заданных фотометрических тел (ФТ), но безусловно является препятствием при сложении ФТ, полученных в результате эксперимента, т.е. когда функция имеет табличное представление. В этом случае после совмещения собственных систем координат различных ФТ с общей перестают совпадать наборы (в, (р). В результате чего, невозможно сложить силы света различных ФТ. Для решения данной проблемы во втором разделе предлагается метод фотометрически эквивалентных сеток (подраздел 2.2). В подразделе 2.3 описывается

алгоритм, реализующий предложенный метод. Оцениваются результаты его работы. В подразделе 2.4 описано приближенное нахождение аналитической зависимости силы света / точечного источника света от направления его излучения путём аппроксимации фотометрических данных тригонометрическими полиномами одной переменной.

Третий раздел освещает разработку трёх светодиодных уличных светильников (СДУ-01-60-001, СДУ-01-100-001, СДУ-01-170-001) по предложенной методике. Светильники разрабатывались в качестве аналогов по светораспределению и области применения уличных светильников РКУ с лампами типа ДРЛ. В подразделе 3.3 описываются результаты испытаний опытных образцов. Также в разделе 3 даются рекомендации по использованию светильников для освещения улично-дорожной сети.

В заключении по результатам исследований сформулированы краткие выводы.

1 Методы расчёта светораспределения световых приборов

Ещё в X веке арабский учёный Ибн Сахл даёт подробное письменное описание параболических зеркал, используемых для концентрации света, в своём трактате «При Горении Зеркал и Линз» [16]. Но есть предположение [там же], что способность параболических зеркал концентрировать излучение было известно с древнейших времён. Так греческий математик Диокл описал фокальные свойства параболы во 2 веке д.н.э.

Использование же параболических зеркал не для концентрации излучения, а для формирования пучка лучей стало общепринятым только в конце XIX века в маяках. Маяк Ханстентон в Англии претендует на звание первого маяка, оснащённого параболическим отражателем в 1776. Уильям Хэтчинсон, начальник дока в Ливерпуле, сделал параболические зеркала и описал их конструкцию. В то время, они делались из зеркальных пластинок, которые закреплялись в гипсе (см. рисунок 1.1). Гипс заведомо формовался в виде параболоида.

Рисунок 1.1- Прожектор Хетчинсона Для производства гладких отражателей потребовалось усовершенствование технологии производства. В 1799 году Кулибин стал изготавливать сплошные

стеклянные отражатели параболической и гиперболической форм. Однако, в связи со сложностью производства больших параболических зеркал и их дорогостоящим обслуживанием, призматические линзы, изобретённые в 1823 году Френелем и Aparo стали быстро вытеснять зеркала в маяках [17]. Кстати с френелевскими линзами связан интересный факт. За границей фирма Сотте, наладившая у себя их производство, в середине XIX столетия делала уже фотометрические испытания таких систем и даже строила теоретическую кривую распределения освещенности на плоскости, удаленной на расстояние в 1000 м. Повидимому, это был первый светотехнический расчёт решающий прямую задачу. При построении кривой предполагалось, что источник света это равнояркий шар. Так как, на самом деле, источником света являлась дуга, у которой величина кратера зависела от силы тока, и кривая распределения силы света имела своеобразный ход, а система Френеля, собранная из отдельных линз, имела аберрационную погрешность, то теоретическая кривая распределения силы света значительно отличалась от той, которая получалась на практике.

Несмотря на то, что параболоидные отражатели практически перестали применяться в маяках, потребность в них не исчезла и область применения прожекторов, построенных на их основе, стала расширяться. Нужны были методы расчёта параболоидных отражателей. В России пионером светотехнического расчёта является выдающийся учёный — электротехник В. Н. Чиколев. В конце XIX в. он предложил группировать лучи от источника света падающие на отражатель в конические пучки, так называемые элементарные отображения. Метод элементарных отображений (МЭО), предложенный В. Н. Чиколевым и математически сформулированный им совместно с В. А. Тюриным и Р. Э. Классоном [18], был предназначен для расчёта светового пучка параболоидного отражателя, работающего с угольной дугой. Он учитывал геометрию угольной дуги и распределение силы света по её поверхности. Подробнее метод описан в подразделе 1.1.

Но освещение удалённых объектов не единственная задача светотехнической арматуры. Использование отражателей конической и эллиптической формы

для других задач освещения стало широко распространенным явлением в конце XI Х-го века. Можно найти патенты США на уличные светильники с коническими и эллиптическим отражателями того периода, см рисунок 1.2 [19, 20].

Рисунок 1.2 - Отражатели, сконструированные в конце XIX начале XX веков: а — светильник с эллиптическим отражателем. Патенты США 1874 года [19 - 20]; б -светильник с коническим отражателем. Патент США 1924 года [21].

Основным недостатком конических форм является то, что у них ограниченные возможности по перераспределению светового потока. Переход от конических поверхностей к поверхностям, полученным с помощью численного интегрирования, произошёл в начале 1930-х. Джоли описывает в 1930 геометрический метод определения профиля отражателя, основанный на построении следующих друг за другом точек отражателя [22]. Тем не менее, автором не даётся уравнение, описывающее форму отражателя. Общее уравнение отражателя выводит Болдырев в 1932 году [23].

В 30-х годах XX столетия в теоретической фотометрии произошло значимое событие. A.A. Гершуном была разработана теория светового поля [24]. В качестве одного из приложений своей теории он в 1934 году совместно с Болдыревым в [25] описывает геометрический способ построения отражателя с осевой симметрией (см. подраздел 1.2). Причём авторы указывают и на возможность создания

аналитической реализации метода. В том же 1934 году Френку Бенфорду был выдан патент, описывающий уравнение отражателя для осесимметричных отражателей, несколько примеров его применения, а также методики для численного интегрирования уравнения [26].

С конца 1930-х годов до начала 1970-х годов, наблюдался устойчивый рост патентных публикаций посвященных осветительным системам с отражателями, но принципиально новых методов расчёта в этот период не было предложено.

В 1974 году выходит книга Элмера «Оптический расчёт отражателей». В ней обобщаются актуальные на тот момент знания и методы расчёта, и устанавливается более строгий подход к расчёту отражателя [27].

В 1976 году Кущ О. К. и Митин А. И. в [28] описывают метод обратного луча. Принцип используемой в этом методе аналогичен принципу, который применяется в компьютерной графике для синтеза фотореалистических изображений, а также в телевидении (см. подраздел 1.3).

С ростом вычислительной мощности компьютеров стала возможна реализация статистических методов расчёта. Так в 1986 году в СССР выходит статья «Использование метода Монте-Карло в светотехнических расчётах» [29], а 1993 году статья «Расчёт фотометрических характеристик оптических систем методом Монте-Карло в прямом ходе лучей» [30]. Заметим, что в известной программе ТгасеРго для расчёта оптических систем используется как раз трассировка лучей методом Монте-Карло.

В начале 1990-х, понятие краевых лучей, используемое при проектировании концентраторов солнечной энергии, стало применяться при проектировании отражателей, где ИС рассматривался как ламбертовский ИС конечных размеров. Большинство этих методов разработано для ИС цилиндрической формы или в виде полосы [31, 32]. Другим направлением исследований было использование нескольких поверхностей для обхода ограничений, присущих отражателям с одной поверхностью. Это направление привело к так называемому методу SMS

(Simultaneous Multiple Surface method) [33]. Первоначально он был разработан для расчёта концентраторов, но затем был распространён на расчёт светильников.

Позднее в 2000 году произошло два крупных прорыва. Во-первых, были опубликованы два численных решения общего уравнения отражателя: В. Олике-ром [34], и Райсом, Мушавеком [35]. Во-вторых, постоянно растущая вычислительная мощность позволила оптимизировать поверхности произвольной геометрии.

В 2010 г. был предложен метод гладкого подгоночного преобразования для расчёта отражающих поверхностей произвольной формы в трёхмерном пространстве [36-40] (см. пункт 1.4.1). В 2013 метод был распространён на преломляющие поверхности [41-44] (см. пункт 1.4.2).

Также в 2007 — 2010 гг. появляются методы расчёта светораспределения системы разноориентированных излучателей [45-49](см. подраздел 1.5 первого раздела и второй раздел). Это было обусловлено миниатюрностью СД и возможностью формировать светораспределение СП путём задания различной пространственной ориентации отдельных СД или СД-модулей. В 2013 г. был предложен метод фотометрически эквивалентных сеток (МФЭС)[9].

1.1 Метод элементарных отображений

Метод элементарных отображений (МЭО) относится к числу методов, в котором характеристика светового поля СП определяется по площади проекции светлой части оптического устройства (ОУ) и по её яркости. Достоинством МЭО является то, что в нём учитываются геометрические размеры ИС. Для этого лучи света группируются в конусы. Причем, образующие конусов лежат на касательных к поверхности ИС линиях, а их вершины на поверхности ОУ (см. рисунок 1.3). После взаимодействия с поверхностью ОУ лучи также группируются в конусы, так называемые элементарные отображения (ЭО). Основной принцип МЭО

состоит в определении подмножества точек поверхности ОУ, видимых светлыми по данному направлению. В свою очередь определение подмножества светлых точек состоит в отборе ЭО, которые имеют луч либо параллельный направлению наблюдения (при расчёте КСС), либо пересекающий точку наблюдения (при расчёте освещённости).

Рисунок 1.3 - Элементарные отображения в падающем и отражённом свете, след ЭО: М - точка поверхности отражателя; N - нормаль к поверхности отражателя; Ь

- след ЭО на плоскости Р.

Этот принцип позволяет для данного направления пространства (на бесконечно большом расстоянии) или для некоторой точки в пространстве (на конечном расстоянии от прибора) определить площадь проекции светлой части ОУ.

Изложив концептуальную сторону вопроса, перейдём к описанию реализации МЭО. Расчёт осуществляется в прямом свете и сводится к двумерной задаче: отысканию фигуры светлых точек (ФСТ) по заданному направлению. Согласно графоаналитической реализации МЭО операция выделения подмножества действующих по данному направлению ЭО предполагает отображение поверхности

А/

ОУ на плоскость, на которую нанесен график полярных координат а,(3. Тогда, образом поверхности ОУ будет, так называемая, область следов осевых лучей (ОСОЛ), а образом светового пучка будет совокупность следов ЭО. Для определения следов ЭО можно использовать формулы, приведённые в [50]. Ниже приведены основные этапы расчёта углового распределения силы света СП. Этапы расчёта:

1 Построение на графике полярных координат образа поверхности ОУ и образа светового пучка (см. рисунок 1.4);

2 Построение фигуры светлых точек (ФСТ) (см. рисунок 1.4);

Рисунок 1.4 - Построение ФСТ для направления а (образа светлой части оптического устройства) на графике полярных координат а, /?.

3 Определение коэффициента заполнения по ФСТ (см. рисунок 1.5):

_Аар _пар а

(1Л)

О

Рисунок 1.5 - К расчёту коэффициента заполнения

4 Определение площади зоны А¿;

5 Определение площади светлой части зоны по заданному направлению:

Аар = Кар • (L2)

6 Нахождение силы света i-ой зоны по заданному направлению:

/¿(cr,/?) = pLyiAyiKapi cos oa(ii\ (1.3)

7 Нахождение суммарной силы света, создаваемой всеми зонами по направлению а,(3:

lap =Yd=lh(a,P) = £Г=1 pLcpiAyiKapiCOSCJapi-, (] 4)

где р - коэффициент отражения; L^ - средняя яркость светящего тела по направлению к середине зоны; А^ - площадь поверхности зоны; Кар[ - коэффициент заполнения зоны; cos <xa^j - проектирующий множитель.

Определение коэффициента заполнения по ФСТ осуществляется довольно просто (см. рисунок 1.5). Надо посчитать количество ячеек вписанных в ФСТ и

поделить на общее количество ячеек зоны, тем самым поделим площадь светлой части на площадь зоны. В [1] представлен вариант МЭО для расчёта освещённости на близком от СП расстоянии.

МЭО прошёл длинный путь от графического метода [17] до численного [48, 49]. В его развитие сделали вклад как советские (Н. А. Карякин, В. В. Кузнецов, М. М. Елин) [51, 52], так и зарубежные учёные (С. Рибьер, Ф. Бенфорд). Изначально МЭО был разработан для решения прямой задачи светотехнического расчёта. Однако, в работах В.В. Трембача [1] он получил дальнейшее развитие, позволяющее применять его для определения геометрии ОУ по заданной КСС.

1.2 Векторный метод расчёта симметричных зеркальных отражателей

В 1936 A.A. Гершун совместно с Н.Г. Болдыревым опубликовали статью «Векторный метод расчёта симметричных зеркальных осветительных колпаков» [25], в которой, используя векторные представления световых величин, предложили графический метод расчёта СП с зеркальным отражателем. Причём метод позволяет решать как прямую, так и обратную задачи для осесимметрич-ного зеркального СП. В методе делаются следующие допущения: ИС точечный и обладает осесимметричным распределением силы света.

Здесь целесообразно привести терминологию, которую используют авторы, поскольку это редкий случай, когда для расчёта СП прибегают к положениям теории светового поля [24].

Итак, световой вектор — это вектор, абсолютная величина которого равна наибольшему значению разности освещённостей двух сторон площадки в данной точке, а направление совпадает с направлением преимущественного распространения света. Если из линий светового вектора составить замкнутую поверхность цилиндрического типа, то внутренняя область, ограниченная этой поверхностью будет световой трубкой.

Ниже представлен порядок действий для графического построения КСС отражённого от зеркальной поверхности СП света.

1 По заданной КСС ИС находятся зональные световые потоки по методу угловых коэффициентов;

2 По найденным в пункте 1 зональным потокам строится кривая нарастания светового потока (см. рисунок 1.6);

3 По графику, полученному в пункте 2, определяются лучи разбивающие световой поток ИС на равные части, тем самым определяются границы световых трубок;

4 Делается рисунок, на котором совмещаются разрез отражателя, чертёж светового поля ИС и ход отражённых лучей (см. рисунок 1.7а);

5 Строится точка, в которую параллельным переносом помещаются отражённые зеркальной поверхностью лучи. Вокруг точки строится окружность того же радиуса, что в чертеже светового поля ИС. Из точек пересечения отражённых лучей с окружностью опускаются перпендикуляры на ось. Расстояния между перпендикулярами пропорциональны зональным телесным углам отражённых световых трубок;

6 Определяются коэффициенты усиления для средних лучей световых трубок. Для этого расстояния между перпендикулярами на рисунке 1.7а делятся на расстояния на рисунке 1.76.

7 Осуществляется переход к абсолютным значениям силы света.

F. лм

Рисунок 1.6 - Кривая нарастания светового потока Fot меридионального угла а

А б

Рисунок 1.7 - Определение КСС осесимметричного СП

а - графическое определение световых трубок отражённого потока;

б - график определения телесных углов световых трубок в отражённом потоке

1.3 Метод обратного луча

Переходя к изложению метода обратного луча (МОЛ) надо сказать, что в нём как в МЭО интенсивность светового поля ведётся по яркости и по площади светящей поверхности. Однако если в МЭО лучи света группируются в конические пучки и далее уже анализируются оставляемые ими следы на графике полярных координат, то в МОЛ производится трассировка множества лучей из внешнего пространства через оптическую систему, с последующим анализом встречи лучей с поверхностью ИС. Обратимся к рисунку 1.8. Луч по направлению а2р после встречи с точкой М отражается в точку т ИС с яркостью Ь^ф. Из этого можно заключить, что точка М в направлении /За2 будет светить с яркостью 1-ра2 — рЬфф. Давайте теперь посмотрим на луч После отражения он пройдёт мимо ИС. Это означает, что точка М не светит по направлению Раг. Таким образом, прослеживая пути лучей параллельных выбранному направлению падающих из внешнего пространства на оптическую систему (ОС), устанавливают все светлые точки ОС для данного направления. Кстати говоря, данный подход аналогичен подходу, используемому в компьютерной графике для фотореалистического синтеза изображений.

Рисунок 1.8 — К расчёту светлой части оптической системы по методу обратного

луча

Данное направление расчёта оптических систем для СП у нас в стране развивали в основном Кущ О. К. и Митин А. И. [28, 54]. В своей работе [55] Кущ О. Г. так описывает этапы расчёта по МОЛ:

1 Описание яркостных и геометрических свойств светящего тела источника света;

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Прытков, Сергей Владимирович, 2014 год

Список использованных источников

1 Трембач, В.В. Световые приборы / В.В Трембач. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1990. - 463 с.

2 Овчукова, С.А. Многофункциональные облучатели нового поколения / С.А. Овчукова, JI.K. Алферова JI.K. // Электрификация и автомотизация сельского хозяйства: сб. научн. тр. МГАУ. — М.: 1999. — С. 13-17.

3 Прытков, C.B. Об оптимизации профиля зеркальной MTJI с керамической горелкой / C.B. Прытков, A.C. Федоренко, В.М. Пчелин // Проблемы и перспективы развития отечественной светотехники, электротехники и энергетики: сб. науч. тр. X междунар. науч.-техн. конф. - Саранск: СВМО, 2012.-С. 164-165.

4 Прытков, C.B. Зеркальная металлогалогенная лампа с асимметричным профилем отражателя / C.B. Прытков // Молодёжь — развитию региона: сб. работ победителей Всерос. конкурса работ студентов и аспирантов /редкол.: В.Д. Черкасов (отв. ред.) [и др.] — Саранск: Изд-во Мордов. унта, 2012.-С. 239-246.

5 Прытков, C.B. Сборка устройства IMAGIN SPHERE™ для измерения пространственных характеристик светодиодов и светодиодных источников света / C.B. Прытков, С.А. Микаева, A.C. Микаева, О.Е Железникова // Сборка в машиностроении, приборостроении . — 2013. — №8. — С. 13-17.

6 Прытков, C.B. О конструировании светодиодной лампы / C.B. Прытков, A.A. Ашрятов // Сборник научных трудов SWORLD. — 2013. -№2. - С.64-66.

7 Прытков, C.B. Современные подходы к измерению пространственных характеристик излучения светодиодов /C.B. Прытков, O.E. Железникова, A.A. Косицын // Сборник научных трудов SWORLD. - 2013. -№2. - С.72-77.

8 Прытков, C.B. Решение светотехнических задач с использованием математического пакета GNU Octave / C.B. Прытков // Проблемы и перспективы развития отечественной светотехники, электротехники и энергетики: сб. науч. тр. XI междунар. науч.-техн. конф. в рамках II Всероссийского светотехнического форума с междунар. участием. - Саранск: Афанасьев B.C., 2013. - С. 230-233.

9 Прытков, C.B. Метод фотометрически эквивалентных сеток для расчёта светораспределения системы разноориентированных источников света / C.B. Прытков // Проблемы и перспективы развития отечественной светотехники, электротехники и энергетики: сб. науч. тр. XI междунар. науч.-техн. конф. в рамках II Всероссийского светотехнического форума с междунар. участием. - Саранск: СВМО, 2013. - С 234-237.

10 Прытков, C.B. О разработке программы расчёта МГЛ с керамической горелкой и зеркальным отражателем / C.B. Прытков, A.C. Федоренко, В.М. Пчелин // Проблемы и перспективы развития отечественной светотехники, электротехники и энергетики: сб. науч. тр. IX междунар. науч.-техн. конф. - Саранск: СВМО, 2013. - С. 45-48.

11 Прытков, C.B. Метод расчёта пространственного светораспределения системы разноориентированных светодиодных излучателей / C.B. Прытков, A.A. Ашрятов, А.О. Сыромясов // Компьютерные исследования и моделирование. - 2014. - № 4. - С. 577-584.

12 Прытков, C.B. IMAGIN SPHERE™ - устройство для измерения пространственных характеристик светодиодов и светодиодных источников света /C.B. Прытков, С.А. Микаева, О.Е Железникова // Справочник. Инженерный журнал с приложением — 2014. — №3. — С. 51-56.

13 Прытков, C.B. Аппроксимация фотометрических данных тригонометрическими полиномами одной переменной / C.B. Прытков, А.О. Сыромясов // Альманах современной науки и образования . — 2014. — №5-6.-С. 117-122.

14 Патент на полезную модель. №143201. Многофункциональный светодиодный световой прибор (варианты) / Ашрятов А.А., Прытков С.В. (Россия).-№2013152492; заявл. 26.11.2013; опубл. 17.06.2014.

15 Патент на полезную модель. №140838. Световой прибор с изменяемым светораспределением / Ашрятов А.А., Прытков С.В. (Россия). — №2013158573; заявл. 27.12.2013; опубл. 14.04.2014.

16 Bellosta, Н. Burning Instruments: From Diocles to Ibn Sahl / H. Bellosta. — Cambridge University Press, 2002.

17 Jones, R. The lighthouse encyclopedia: The definitive reference / R. Jones. -Globe Pequot Press, 2004.

18 Чиколев, B.H. Избранные труды / B.H. Чиколев. - М. — JL: Госэнергоиз-дат, 1949.-336 с.

19 A. Wilhem, "Improvement in reflectors," US Patent 149,555 (April 7, 1874).

20 W. Wheeler, "Reflector," US Patent 247,589 (September 27, 1881).

21 W. H. Wood, "Headlight," US Patent 1,502,453 (July 22, 1924).

22 Jolley, L.B.W. The theory and design of illuminating engineering equipment / L. B. W. Jolley, J. M. Waldram, G. H. Wilson. - London: Chapman & Hall, 1930.-709 p.

23 Болдырев, Н.Г. О расчёте несимметричных зеркальных колпаков (кососветов) / Н.Г. Болдырев // Светотехника. - 1932. - №7. — С. 7-8.

24 Гершун, А. А. Световое поле / А.А Гершун. - M.-JL: ОНТИ, 1936. - 180 с.

25 Гершун, А.А. Векторный метод расчёта симметричных зеркальных осветительных колпаков / А.А. Гершун, Н.Г. Болдырев // Светотехника. — 1936.-№1. С. 7-24.

26 F. A. Benford, "Reflector and method of designing the same," US Patent 758,389 (December 20, 1934).

27 Elmer, W.B. The optical design of reflectors, 2d ed. / W.B. Elmer. - New York: Wiley, 1980.-290 p.

28 Кущ, O.K. Расчёт светораспределения зеркальных симметричных поверхностей с протяженными источниками света на ЭВМ / O.K. Кущ, А.И. Митин // Светотехника. - 1976. - №6. - С. 5-8.

29 Коробко, А.А. Использование метода Монте-Карло в светотехнических расчётах / А.А. Коробко, О.К Кущ // Светотехника. — 1986. - № 10. - С. 14-17.

30 Барцев, А.А. Расчёт фотометрических характеристик оптических систем методом Монте-Карло в прямом ходе лучей / А.А. Барцев, В.П. Будак // Светотехника. - 1993. - № 4. - С. 4-8.

31 Ries, Н. Tailored edge-ray reflectors for illumination / H. Ries, R. Winston // Opt. Soc. Am. A. - 1994. - Vol. 11. - pp. 1260-1264.

32 Jenkins, D. Tailored reflectors for illumination / D. Jenkins, R. Winston // Appl. Opt. - 1996.-Vol. 35.-pp. 1669-1672.

33 Miñan, J.C. New method of design of nonimaging concentrators / J.C. Miñan, J.С. Gonzalez // Appl. Opt. - 1992. - N 31. - pp. 30-51.

34 Oliker, V.I. Mathematical aspects of design of beam shaping surfaces in geometrical optics / V.I. Oliker // Trends in Nonlinear Analysis. - 2002. - pp. 191-222.

35 Ries, H. Tailored freeform optical surfaces / H. Ries, J. Muschaweck // J. Opt. Soc. Am. A. - 2002. - N19(3). - pp. 590-595.

36 Fournier, F. Fast freeform reflector generation using source-target maps / F. Fournier, WJ. Cassarly, J.P. Rolland // OPTICS EXPRESS. - 2010. - Vol. 18, N. 5.

37 Fournier, F. Design methodology for high brightness projectors / F. Fournier, J. Rolland//J. Disp. Technol.-2008.-N4.-pp. 86-91.

38 Fournier, F.R. Designing freeform reflectors for extended sources / F.R. Fournier, W.J. Cassarly, J.P. Rolland // Nonimaging Optics: Efficient Design for Illumination and Solar Concentration. — 2009. — N VI.

39 Fournier, F. Optimization of freeform lightpipes for light-em itting-diode projectors / F. Fournier, J. Rolland // Appl. Opt. - 2008. - N 47(7). - pp. 957966.

40 Timinger, A. Designing tailored free-form surfaces for general illumination / A. Timinger, J. Muschaweck, H. Ries // Proc. SPIE. - 2003. - Vol. 5186. - pp. 128-132.

41 Ван, В. Конструирование основанных на овале Декарта линз произвольной формы для светодиодов / В. Ван, А. Гэ, П. Цю // Светотехника. — 2013.-№. 10.-С. 33-37.

42 Parkyn, W.A. Segmented illumination lenses for step lighting and wall washing / W.A. Parkyn // Current Developments in Optical Design and Optical Engineering. - 1999. - N VIII. - pp. 363-370.

43 Ding, Y. Freeform LED lens for uniform illumination / Y. Ding, X. Liu, Z. R. Zheng, P. F. Gu // Opt. Express. - 2008. -N16(17).

44 Wang, L. Discontinuous free-form lens design for prescribed irradiance / L. Wang, K. Qian, and Y. Luo // Appl. Opt. - 2007. -N46(18).

45 Ашурков, С.Г. Метод расчёта фотометрического тела излучателей со светодиодами разной пространственной ориентации / С.Г. Ашурков, А.А. Карцев // Светотехника. - 2007. - №1. - С. 43-44.

46 Коваленко, О.Ю. Моделирование светодиодного модуля по заданной кривой силы света / О.Ю. Коваленко, О.А. Захаржевский, В.В. Афонин // Системы проектирования, моделирования, подготовки производства и управление проектами CAD/CAM/CAE/PDM: сб. статей II Междунар. научно-практич. конф. Пенза: АНОО «Приволжский Дом знаний», 2008. — С.30-33.

47 Коваленко, О.Ю. К проблеме синтеза светодиодного модуля кривой силы света / О.Ю. Коваленко, О.А. Захаржевский, В.В. Афонин // Проблемы и перспективы развития отечественной светотехники, электротехники и

энергетики: сб. науч. тр. VI Междунар. науч.-технич. конф. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2008. - С. 38 - 41.

48 Коваленко, О.Ю. Методика проектирования полусферического светодиодного модуля / О.Ю. Коваленко, О.В. Пивкин, С.А. Панфилов // Информация, сигналы, системы: вопросы методологии, анализа и синтеза: матер, междунар. научн. конф.- 4.5. Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2008.-С. 20-23.

49 Пат. 2406920 РФ. МПК F21L 4/00. Световой прибор / Коваленко О.Ю., Захаржевский О.А., Афонин В.В., Пивкин О.В., Панфилов С.А. (Россия). -№2008141527/28; заявл. 20.10.2008; опубл.20.12.2010, Бюл. №35. - 8 е.:

ил.

50 Трембач, В.В. Физическое и математическое моделирование световых приборов / В.В. Трембач. -М. : Энергия, 1975. — 144 с.

51 Васин, Е.Г. Расчёт светораспределения фары на ЭВМ / Е.Г. Васин, В. Степанов // Светотехника. — 1987. — №5. — С. 13 — 14.

52 Карякин, Н.А. Световые приборы / Н.А. Карякин. — М.: Высшая школа, 1975.-335 с.

53 Карякин, Н.А. Световые приборы прожекторного и проекторного типов / Н.А. Карякин. — М.: Высшая школа, 1966. — 412 с.

54 Гавриленков, В.А. Расчёт на ЭВМ кривых сил света параболоидного отражателя с цилиндрическим светящим телом / В.А. Гавриленков, М.Ф. Смолянский, В.В. Трембач // Светотехника. — 1982. — № 3. — С. 15 — 16.

55 Кущ, O.K. Оптический расчёт световых и облучательных приборов на ЭВМ / O.K. Кущ. -М.: Энергоатомиздат, 1991. - 150 с.

56 Frankot, R. A method for enforcing integrability in shape from shading algorithms / R. Frankot, R. Chellappa // IEEE Trans. Pattern Anal. Mach. Intell. - 1988. - N 10(4). - pp. 439-451.

57 Noakes, L. 2D leapfrog algorithm for optimal surface reconstruction / L. Noakes R. Kozera// Vision Geometry. - 1999. -N VIII. - pp. 317-328.

58 ГОСТ P 54350-2011. Приборы осветительные. Светотехнические требования и методы испытаний. - Введен 2012 — 07 — 01. — М.: Госстандарт России : Изд-во стандартов, 2011. - 70 с.

59 Тиходеев, П.М. Световые измерения в светотехнике / П.М. Тиходеев. — М.: ОНТИД936. — 519 с.

60 Гершун, A.A. Избранные труды по фотометрии и светотехнике / A.A. Гершун. -М: Гос. изд-во физ.-мат. лит-ры, 1958. - 548 с.

61 Постников, М.М. Лекции по геометрии. Ч. 1. Аналитическая геометрия : учеб. пособие / М.М. Постников. - 3-е изд., испр. - СПб.: Лань, 2009. — 416 с. - (Учебники для вузов. Специальная литература).

62 1ESNA LM-63-95. IE SNA Recommended Standard File Format for Electronic Transfer of Photometric Data. — New York : Illuminating Engineering Society of North America, 1995.

63 Скворцов, A.B. Триангуляция Делоне и ее применение / A.B. Скворцов. — Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. — 128 с.

64 Выгодский, М.Я. Справочник по высшей математике / М.Я. Выгодский. - М.: Джангар, 2001. - 864 с.

65 GNU Octave [Электронный ресурс]:[свобод, распр. математич. пакет Octave] - Электрон. дан. и прогр. - Режим доступа: http://www.gnu.org/software/octave/index.html, свободный. — Дата обращения: 8.09.2013.

66 Алексеев, Е.Р. Введение в Octave для инженеров и математиков / Е.Р. Алексеев, О. В. Чеснокова. - М.: ALT Linux, 2012. — 386 с.

67 GNU Octave [Электронный ресурс]:[ GNU Octave. A high-level interactive language for numerical computations. Edition 3 for Octave version 3.6.1.] — Электрон. дан. и прогр. — Режим доступа: http://www.gnu.org/software/octave/octave.pdf, свободный. — Дата обращения: 8.09.2013

68 Кнорринг, Г.М. Светотехнические расчёты в установках искусственного освещения / Г. М. Кнорринг. — JL: Энергия, 1973. — 200 с.

69 Зигмунд, А. Тригонометрические ряды. В 2 т. Т. 2 / А. Зигмунд; пер. с англ. О. С. Ивашева-Мусатова; под ред. Н. К. Бари. — М. : Мир, 1965.

70 Будак, Б.М. Кратные интегралы и ряды / Б.М. Будак, С.В. Фомин. — 3-е изд. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. - 512 с.

71 Wolfram Mathematica 9 [Электронный ресурс] : [сайт компании-производителя] - Электрон. дан. и прогр. - Режим доступа: http://www.wolfram.com/mathematica, свободный. — Дата обращения: 7.04.2014.

72 Гмурман, В.Е. Руководство к решению задач по теории вероятностей и математической статистике / В.Е. Гмурман. — 9-е изд., стер. — М. : Высш. шк., 2004.-404 с.

73 ГОСТ 17616-82. Лампы электрические. Методы измерения электрических и световых параметров. — Введен 1983 — 01 — 01. — М.: Государственный комитет СССР по стандартам : Изд-во стандартов, 1983. — 50 с.

74 Бахвалов, Н.С. Численные методы / Н. С. Бахвалов, Н. П. Жидков, Г. М. Кобельков. - М.: Бином. Лаборатория знаний, 2011. — 640 с.

75 GALAD [Электронный ресурс]: [Научно-производственное объединение GALAD]. - Режим доступа: http://galad.ru/, свободный. — Дата обращения: 28.09.2013.

76 Bridgelux ES Star Array Series [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.bridgelux.com/wp-content/uploads/2013/10/DS23-Bridgelux-ES-Star-Array-Data-Sheet-2013.10.11.pdf/, свободный. — Дата обращения: 28.09.2013.

77 Кунтце, Томи. Выбор оптики для светодиодов /Томи Кунтце // Современная светотехника. — 2009. — № 1.-е. 52-62.

78 Белявны, Андреас. Направлять или отражать: вот в чём вопрос / Андреас Белявны // Современная светотехника. — 2010. — № 1. — С. 34—37.

79 ЬЕ01Ь [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.ledil.com/, свободный. - Дата обращения: 29.09.2013.

80 СНиП 23-05-95* Естественное и искусственное освещение. - М.: Минре-гион России, 2010. — 75 с.