Tato diplomová práce se zabývá problematikou generace rovnoměrného výstupního osvětlení pomocí LED. Cílem práce je seznámit se a naučit se pracovat s optickým programem OpticStudio 14 od společnosti ZEMAX a pomocí něho navrhnout a simulovat freeform čočku pro rovnoměrné obdélníkové výstupní LED osvětlení. Výsledkem je výroba čočky a proměření její vyzařovací charakteristiky. V práci je rovněž shrnut přehled freeform čoček, používané materiály, technologie výroby a povrchové úpravy čoček.
Čočka byla navržena v programu OpticStudio 14 od společnosti ZEMAX. K návrhu čočky jsem použil speciální mód s názvem NCS Roadway Lighting. Pro modelování čočky byla použita rovnice bikonické Zernikeho plochy s využitím Z-term kořenů. Potom byla nastavena meritní funkce, podle které byla čočka finálně optimalizována pro rovnoměrné obdélníkové osvětlení.
Na základě této práce bylo možné vyrobit freeform čočku pomocí přesné 3D tiskárny. Freeform čočka má rozměry 34 × 21 mm s výškou 12,5 mm, vyzařovací úhel 25 × 140 ° a osvětluje prostor o tvaru obdélníku s poměrem stran 10 : 1. Výsledné změřené parametry se shodují s parametry, které byly simulovány v OpticStudiu 14, což potvrzuje správný návrh a výrobu freeform čočky.
Anotace v angličtině
Focus of this diploma thesis is the topic of uniform rectangular LED illumination. The aim of this thesis is to get acquainted and learn to work with optical program OpticStudio 14 from ZEMAX Company and use it to design and simulate freeform lens for uniform rectangular LED illumination. The result of this process is the lens development and measurement of radiation characteristic of the lens. The thesis also contains overview of freeform lenses and summarization of used materials, production technology and lens coatings.
The lens was designed in program OpticStudio 14 from ZEMAX Company. I used a special mode called NCS Roadway Lighting for the lens design. Biconical Zernike surface with Z-term roots was used for the lens modelling. Then the merit function was set up, according to which the lens was finally optimized for uniform rectangular illumination.
Based on this design it would be possible to produce the freeform lens on precise 3D printer. The final dimension of the freeform lens is 34 × 21 mm with height 12,5 mm, the viewing angle is 25 × 140 ° and it illuminates the rectangular area with an aspect ratio 10 : 1. The final measured parameters are consisted with the parameters that have been simulated in OpticStudio 14 which proves the correctness of design and production of freeform lens.
Freeform lens, LED, Illumination, Simulation, Zemax OpticStudio 14, Light distribution
Rozsah průvodní práce
97s. (16 400 znaků)
Jazyk
CZ
Anotace
Tato diplomová práce se zabývá problematikou generace rovnoměrného výstupního osvětlení pomocí LED. Cílem práce je seznámit se a naučit se pracovat s optickým programem OpticStudio 14 od společnosti ZEMAX a pomocí něho navrhnout a simulovat freeform čočku pro rovnoměrné obdélníkové výstupní LED osvětlení. Výsledkem je výroba čočky a proměření její vyzařovací charakteristiky. V práci je rovněž shrnut přehled freeform čoček, používané materiály, technologie výroby a povrchové úpravy čoček.
Čočka byla navržena v programu OpticStudio 14 od společnosti ZEMAX. K návrhu čočky jsem použil speciální mód s názvem NCS Roadway Lighting. Pro modelování čočky byla použita rovnice bikonické Zernikeho plochy s využitím Z-term kořenů. Potom byla nastavena meritní funkce, podle které byla čočka finálně optimalizována pro rovnoměrné obdélníkové osvětlení.
Na základě této práce bylo možné vyrobit freeform čočku pomocí přesné 3D tiskárny. Freeform čočka má rozměry 34 × 21 mm s výškou 12,5 mm, vyzařovací úhel 25 × 140 ° a osvětluje prostor o tvaru obdélníku s poměrem stran 10 : 1. Výsledné změřené parametry se shodují s parametry, které byly simulovány v OpticStudiu 14, což potvrzuje správný návrh a výrobu freeform čočky.
Anotace v angličtině
Focus of this diploma thesis is the topic of uniform rectangular LED illumination. The aim of this thesis is to get acquainted and learn to work with optical program OpticStudio 14 from ZEMAX Company and use it to design and simulate freeform lens for uniform rectangular LED illumination. The result of this process is the lens development and measurement of radiation characteristic of the lens. The thesis also contains overview of freeform lenses and summarization of used materials, production technology and lens coatings.
The lens was designed in program OpticStudio 14 from ZEMAX Company. I used a special mode called NCS Roadway Lighting for the lens design. Biconical Zernike surface with Z-term roots was used for the lens modelling. Then the merit function was set up, according to which the lens was finally optimized for uniform rectangular illumination.
Based on this design it would be possible to produce the freeform lens on precise 3D printer. The final dimension of the freeform lens is 34 × 21 mm with height 12,5 mm, the viewing angle is 25 × 140 ° and it illuminates the rectangular area with an aspect ratio 10 : 1. The final measured parameters are consisted with the parameters that have been simulated in OpticStudio 14 which proves the correctness of design and production of freeform lens.
Freeform lens, LED, Illumination, Simulation, Zemax OpticStudio 14, Light distribution
Zásady pro vypracování
Naučte se pracovat v prostředí optického sofware Zemax\copyright{
.
Seznamte se modulem Illumination System Design programu Zemax\copyright{
.
Navrhněte free form plochy pro zadané obdélníkové a hexagonální výstupy LED osvětlení.
Navrhněte a optimalizujte zadanou free form plochu.
Spolupracujte na realizaci prototypu LED osvětlení, využívající takovouto plochu.
Proměřte charakteristiky prototypu světelného zdroje a zhodnoťte jeho kvalitu.
Zásady pro vypracování
Naučte se pracovat v prostředí optického sofware Zemax\copyright{
.
Seznamte se modulem Illumination System Design programu Zemax\copyright{
.
Navrhněte free form plochy pro zadané obdélníkové a hexagonální výstupy LED osvětlení.
Navrhněte a optimalizujte zadanou free form plochu.
Spolupracujte na realizaci prototypu LED osvětlení, využívající takovouto plochu.
Proměřte charakteristiky prototypu světelného zdroje a zhodnoťte jeho kvalitu.
Seznam doporučené literatury
\renewcommand{\labelenumi}{[\arabic{enumi}]}
Zemax\copyright{
, Optical Design Program, User's Manual, 2011.
Malý P.: Optika. Karolinum, 2008, ISBN: 9788024613420.
Smith W.: Modern lens design. McGraw Hill Professional, 2004, ISBN: 9780071438308.
Zhenrong, Z., Xiang, H. and Xu, L.: Freeform surface lens for LED uniform illumination. Applied optics, Dec 2009, Vol. 48, No. 35, s. 6627-6634.
Sun, L.iwei / Jin, S., Cen, S.: Free-form microlens for illumination applications. Applied optics, Oct 2009, Vol.48, No.29, s.5520-5527.
Moiseev, M. A., Doskolovich, L. L. and Kazanskiy, N. L.: Design of high-efficient freeform LED lens for illumination of elongated rectangular regions. Optics express, May 2011 Vol. 19, No. S3, s. 225-233.
Další časopisecká literatura dle zadání vedoucího BP.
Seznam doporučené literatury
\renewcommand{\labelenumi}{[\arabic{enumi}]}
Zemax\copyright{
, Optical Design Program, User's Manual, 2011.
Malý P.: Optika. Karolinum, 2008, ISBN: 9788024613420.
Smith W.: Modern lens design. McGraw Hill Professional, 2004, ISBN: 9780071438308.
Zhenrong, Z., Xiang, H. and Xu, L.: Freeform surface lens for LED uniform illumination. Applied optics, Dec 2009, Vol. 48, No. 35, s. 6627-6634.
Sun, L.iwei / Jin, S., Cen, S.: Free-form microlens for illumination applications. Applied optics, Oct 2009, Vol.48, No.29, s.5520-5527.
Moiseev, M. A., Doskolovich, L. L. and Kazanskiy, N. L.: Design of high-efficient freeform LED lens for illumination of elongated rectangular regions. Optics express, May 2011 Vol. 19, No. S3, s. 225-233.
Další časopisecká literatura dle zadání vedoucího BP.
Přílohy volně vložené
2 Grafy, 1 Tabulka, 1 CD ROM
Přílohy vázané v práci
ilustrace, grafy, tabulky
Převzato z knihovny
Ano
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Průběh obhajoby je zveřejněn pouze přihlášenému uživateli.