10.14489/hb.2023.09.pp.036-043

2023, 09 сентябрь (September)

DOI: 10.14489/hb.2023.09.pp.036-043

Байнева И.И., Баляев Т.И.
РАСЧЕТ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ СВЕТОСИГНАЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
(с. 36-43)

Аннотация. Рассмотрены особенности светосигнальных приборов и их характеристики. Описаны элементы конструкции таких приборов и их оптических систем. Проанализированы особенности применения оптических элементов для получения различных диаграмм направленности излучения светодиодов в пространстве. Рассмотрены проблемы и перспективы компьютерного моделирования оптики, которая используется для формирования требуемого светораспределения в светодиодных световых приборах. Компьютерные технологии моделирования и математические методы, лежащие в их основе, предопределяют возможности развития оптических систем в осветительных установках. В статье рассмотрен численный метод моделирования Монте-Карло, который позволяет организовать моделирование трассировки лучей в оптических системах. Проанализирована процедура трассировки лучей методом Монте-Карло. Рассмотрена схема моделирования распространения света в оптической системе, основанная на методе Монте-Карло, который положен в основу работы программного комплекса для оптического проетирования TracePro. TracePro широко используется для моделирования и исследования световых приборов и их оптических элементов, позволяет автоматизировать этап их расчета и проектирования, что значительно сокращает затраты на разработку новых изделий. Осуществлено исследование методик расчета оптических систем на основе линз Френеля, расчет и компьютерное моделирование такой линзы. Для этого в системе автоматизированного проектирования КОМПАС-3D разработаны 3D-модели прибора, линзы Френеля. Для заданных свойств светодиодов, выбранных материалов и условий трассировки лучей в TracePro получено и проанализировано светораспределение прибора. Расчет и моделирование оптической системы в виде линзы Френеля позволило получить приемлемые результаты в виде светораспределения, отвечающего требованиям для целей световой сигнализации. Данную модель можно рекомендовать к прототипированию и исследованию характеристик экспериментальных образцов.

Ключевые слова: светодиод; светосигнальный прибор; световой поток; оптическая система; линза Френеля; моделирование; программное обеспечение.

Bayneva I.I., Balyaev T.I.
CALCULATION AND COMPUTER OF OPTICAL SYSTEMS OF LIGHT-SIGNALING DEVICES
(pp. 36-43)

Abstract. The article discusses the features of light-signaling devices and their characteristics. The design elements of such devices and their optical systems (OSs) are described. The features of the use of optical elements for obtaining various radiation patterns of LEDs in space are analyzed. The problems and prospects of computer modeling of optics, which are used to form the required light distribution in LED lighting devices, are considered. The article discusses a numerical Monte Carlo simulation method that allows to organize the simulation of ray tracing in OSs. The Monte Carlo ray tracing procedure is analyzed. A scheme for modeling of the light propagation in an OS, based on the Monte Carlo method, which forms the basis of the TracePro software package for optical design, is considered. A research of the methods for calculation of OSs based on Fresnel lenses, calculation and computer simulation of such a lens were conducted. 3D models of the device and Fresnel lenses have been developed using the computer-aided design system KOMPAS-3D. For the given properties of LEDs, selected materials, and ray tracing conditions, the light distribution of the device has been calculated and analyzed in TracePro. The calculation and modeling of the OSs based on Fresnel lenses made it possible to obtain the acceptable results in the form of light distribution that meets the requirements for light signaling purposes. This model can be recommended for prototyping and studying the characteristics of experimental samples.

Keywords: LED; Light-signaling device; Luminous flux; Optical system; Fresnel lens; Modeling; Software.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

И. И. Байнева, Т. И. Баляев (Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева, Саранск, Россия) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

Eng

I. I. Bayneva, T. I. Balyaev (National Research Mordovia State University, Saransk, Russia) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Bayneva I. I. The study of reflective optical system characteristics // Dilemas contemporaneos-educacion politica y valores. 2019. V. 6(SI). Р. 61.
2. Bayneva I. I. Calculation and construction of optical elements of light devices // Dilemas contemporaneos-educacion politica y valores. 2019. V. 6(SI). Р. 58.
3. Moiseev M. A., Kravchenko S. V., Doskolovich L. L. Design of efficient LED optics with two freeform surfaces // Optics Express. 2014. V. 22(25). P. A1926–A1935.
4. Bayneva I. I. Features OD Free-Form Optics Design and Manufacture in Lighting Industry // Journal of Advanced Research in Dynamical and Control Systems (JARDCS). 2019. V. 11, 02-Special Issue. P. 465–467.
5. Трембач В. В. Световые приборы. М.: Высшая школа, 1990. 415 с.
6. Baynev V. V., Fedosin S. A. Surface Presentation Methods in Geometric Models of Light Devices // Journal of Advanced Research in Dynamical and Control Systems (JARDCS). 2019. V. 11, 02-Special Issue. P. 460–464.
7. Baynev V. V., Fedosin S. A. Implementation and Optimization of Ray Tracing Algorithm in an Optical System // Journal of Advanced Research in Dynamical and Control.
8. TracePro [Электронный ресурс]. URL: https://www.lambdares.com (дата обращения: 07.03.2023).
9. Monte-Сarlo ray tracing for axisymmetrical optical elements / E. S. Andreev, M. A. Moiseev, K. V. Borisova, L. L. Doskolovich // Computer Optics. 2015. V. 39(3). P. 357–362.
10. Voloboy A. G. Means of visualization of the propagation of light rays in the problems of designing optical systems // Information technologies and computing systems. 2009. No. 4. P. 28–39.

Eng

1. Bayneva I. I. (2019). The Study of Reflective Optical System Characteristics. Dilemas contemporaneos-educacion politica y valores, 6(SI).
2. Bayneva I. I. (2019). Calculation and construction of optical elements of light devices. Dilemas contempora-neos-educacion politica y valores, 6(SI).
3. Moiseev M. A., Kravchenko S. V., Doskolovich L. L. (2014). Design of efficient LED optics with two freeform surfaces. Optics Express, 22(25), A1926 – A1935.
4. Bayneva I. I. (2019). Features OD Free-Form Optics Design and Manufacture in Lighting Industry. Journal of Advanced Research in Dynamical and Control Systems (JARDCS), 11(2), 465 – 467.
5. Trembach V. V. (1990). Light fixtures. Moscow: Vysshaya shkola. [in Russian language]
6. Baynev V. V., Fedosin S. A. (2019). Surface Presentation Methods in Geometric Models of Light Devices. Journal of Advanced Research in Dynamical and Control Systems (JARDCS), 11(2), 460 – 464.
7. Baynev V. V., Fedosin S. A. Implementation and Optimization of Ray Tracing Algorithm in an Optical System. Journal of Advanced Research in Dynamical and Control.
8. TracePro. Retrieved from https://www.lamb-dares.com (Accessed: 07.03.2023).
9. Andreev E. S., Moiseev M. A., Borisova K. V., Doskolovich L. L. (2015). Monte-Сarlo ray tracing for axisymmetrical optical elements. Computer Optics, 39(3), 357 – 362.
10. Voloboy A. G. (2009). Means of visualization of the propagation of light rays in the problems of designing optical systems. Information technologies and computing systems, (4), 28 – 39.

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

Стоимость статьи 500 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.

После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.

Для заказа скопируйте doi статьи:

10.14489/hb.2023.09.pp.036-043

и заполните форму

Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

The cost of a single article is 500 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.

After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.

To order articles please copy the article doi:

10.14489/hb.2023.09.pp.036-043

and fill out the form