LENS DESING FOR ARTIFICIAL VISION LIGHTING FIXTURE USING RAY MAPPING METHOD

Abstract

Since energy efficiency constantly gains importance, more efficient products have begun to be used in the lighting industry. LEDs (Light Emitting Diodes) are actively used in all lighting areas due to their long lifespan, energy efficiency, and environmentally friendly nature. Artificial vision systems can perform functions such as object recognition, fault detection and classification on image data. For these methods to be successful, suitable lighting is necessary. Because LEDs are point light sources, secondary optics are required for them to emit light at the desired angle. This study, we focused on designing lenses suitable for the target lighting area. The ray mapping method was used for lens design. The ray mapping method was implemented with the C# software language without using professional optical design programs. In the ray mapping method, the input surface is considered spherical and therefore not calculated. The software was used to obtain data for the output surface of the lens in the X and Z axes. The data for the Y axis was obtained by rotating around the X axis. In this study, the lens design was made with an interface that will allow changing parameters instead of solving complex formulas.

Keywords

• LED
• Lens
• Ray Mapping Method

IŞIN HARİTALAMA YÖNTEMİ İLE YAPAY GÖRÜ AYDINLATMA ARMATÜRÜ İÇİN LENS TASARIMI

Abstract

Enerji verimliliğinin sürekli önem kazanması ile aydınlatma sektöründe daha verimli ürünler kullanılmaya başlamıştır. LED (Light Emitting Diode)’ler uzun ömürlülükleri, enerji verimlilikleri ve çevreci olmalarından dolayı tüm aydınlatma alanlarında aktif olarak kullanılmaktadır. Yapay görü sistemleri ile görüntü verileri üzerinde nesne tanıma, hata bulma, sınıflandırma gibi işlevler yapılabilir. Bu yöntemlerin başarılı olabilmesi için amacına uygun aydınlatma ile mümkündür. LED’ler noktasal ışık kaynakları olduklarından istenilen açıda ışın yayabilmesi için ikincil optik kullanılması gerekmektedir. Bu çalışmada hedef aydınlatma alanına uygun lens tasarımı üzerine çalışılmıştır. Lens tasarımı için ışın haritalama yöntemi kullanılmıştır. Işın haritalama yöntemi profesyonel optik tasarım programları kullanılmadan C# yazılım dili ile gerçekleştirilmiştir. Işın haritalama yönteminde giriş yüzeyi küresel olarak kabul edilir ve bu sebeple hesaplanmaz. Yazılım ile lensin çıkış yüzeyinin X ve Z eksenindeki verileri elde edilmiştir. X ekseni etrafında döndürülmesi ile Y ekseni verileri elde edilmiştir. Bu çalışmada lens tasarımı karmaşık formüllerin çözümü yerine parametrelerin değiştirilmesini sağlayacak bir arayüz ile yapılmıştır.

Keywords

• LED
• Lens
• Işın Haritalama Yöntemi

References

1. [1] G. Zissis, Energy Consumption and Environmental and Economic Impact of Lighting: The Current Situation, Handbook of Advanced Lighting Technology, Springer International Publishing, 2017, 921-933, doi:10.1007/978-3-319-00176-0_40.
2. [2] C. Perdahçı, U. Hanlı, Verimli Aydınlatma Yöntemleri, 3E Elektrotech Dergisi, 2009, 323-327, ISSN: 1303-4782
3. [3] Y. Erol, T. Canbolat, Aydınlatma Sektöründe Yeni Nesil Power LED Teknolojileri, Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu, Fırat Üniversitesi, Elazığ, 2011.
4. [4] W.C. Chen, T.T. Lai, M.W. Wang, H.W. Hung, An optimization system for LED lens design, Expert Systems with Applications, vol. 38, 11976-11983, 2011.
5. [5] Y. Ding, X. Liu, Z. Zheng, P. Gu, Freeform LED lens for uniform illumination, Optics Express, Vol. 16, Issue 17, 12958-12966, 2008. [DOI: 10.1364/OE.16.012958]
6. [6] J. Zheng, K. Qian, Designing single LED illumination distribution for direct-type backlight, Applied Optics, Vol. 52, Issue 28, 7022-7027, 2013. [DOI: 10.1364/AO.52.007022]
7. [7] S.L. Wei, Z.B. Zhu, Z.C. Fan, Y.M. Yan, D.L. Ma, Multi-surface catadioptric freeform lens design for ultra-efficient off-axis road illumination, Optics Express, Vol. 27, Issue 12, A779-A789, 2019. [DOI: 10.1364/OE.27.00A779]
8. [8] R. Wu, Z. Feng, Z. Zheng, R. Liang, P. Benítez, J. C. Miñano, F. Duerr, Design of Freeform Illumination Optics, Laser & Photonics Reviews, Vol. 12, Issue 7, 2018 [DOI: 10.1002/lpor.201700310]

9. [9] D. Ma, Z. Feng, R. Liang, Freeform illumination lens design using composite ray mapping, Applied Optics, Vol. 54, no. 3, pp. 498-506, 2015. DOI: 10.1364/AO.54.000498.
10. [10] LED Armatürlerde Optik Tasarımın Faydaları, Aydınlatma Teknolojileri Araştırma ve Eğitim Derneği. Erişim Tarihi: 22.05.2024
11. [11] Lens, Aydınlatma Teknolojileri Araştırma ve Eğitim Derneği, https://aydinlatma.org/lens.html. Erişim Tarihi: 23.05.2024
12. [12] LED'ler: Optik Performansı Anlamak, https://agustos.com/yazilar/ledler-optik-performans-anlamak. Erişim Tarihi: 23.05.2024
13. [13] C. Bösel, H. Gross, Ray mapping approach for the efficient design of continuous freeform surfaces, Optics Express, Vol. 24, Issue 13, 14271-14282, 2016 [DOI: 10.1364/OE.24.014271]
14. [14] D. Ma. Exploration Of Ray Mapping Methodology In Freeform Optics Desıgn For Non-Imaging Applications, PhD thesis. University of Arizona, 2015.