Аннотация результатов, полученных в 2014 году
Проект направлен на разработку информационных технологий (математических методов и программных средств) для решения обратных задач неизображающей оптики и создание на этой основе универсального программного комплекса для автоматизированного проектирования светотехнических устройств различного назначения. В соответствии с заявкой в 2014 году были выполнены следующие работы и получены следующие научные результаты: 1. Проведен анализ существующих методов расчета осесимметричных оптических элементов и оптических элементов с одной рабочей поверхностью свободной формы, выявлены достоинства и недостатки существующих методов расчета. 2. Разработаны новые методы расчета отражающих и преломляющих поверхностей свободной формы. В рамках разработанных методов расчёт оптических поверхностей включает следующие этапы: построение кусочно-гладкой поверхности, фокусирующей поток источника в набор точек (начальное приближение), аппроксимация рассчитанной поверхности бикубическим сплайном, дальнейшая оптимизация полученной поверхности из условия минимизации среднеквадратичного отклонения (СКО) формируемого светового распределения от требуемого. Данный подход учитывает размеры источника излучения и обеспечивает высокую скорость сходимости оптимизационного процесса при формировании сложных световых распределений. 3. Разработан программный комплекс с развитым графическим интерфейсом, реализующий ряд известных ранее, а также разработанные в рамках проекта математические методы расчета оптических элементов. Программный комплекс также включает в себя расчет формируемых элементами световых распределений, функции редактирования параметров оптических поверхностей, оптимизацию параметров рабочих поверхностей элементов и экспорт рассчитанных трехмерных моделей в распространенные CAD-форматы: STEP, IGES и STL. 4. Рассчитан и промоделирован ряд оптических элементов, формирующих равномерные распределения освещенности в типовых областях. Представленные примеры подтверждают хорошую работоспособность разработанных методов расчета преломляющих и отражающих оптических элементов с поверхностью свободной формы при формировании областей с угловым размером до 145°. 5. Созданы прототипы рассчитанных оптических элементов и экспериментально исследованы их рабочие характеристики. Согласно результатам экспериментальных исследований максимальное отклонение измеренных значений освещённости (силы света) от расчётных значений, полученных путем численного моделирования, не превышает 15%. Полученные экспериментальные результаты подтверждают правильность разработанных теоретических методов и технологическую реализуемость рассчитываемых на их основе оптических элементов. Результаты, полученные в рамках этапа 2014 года, соответствуют мировому уровню исследований. В рамках данного проекта в 2014 году были опубликованы 4 статьи, индексируемых в базе Scopus, в том числе одна статья в журнале Optics Express (импакт фактор — 3,525), одна статья в журнале Journal of the Optical Society of America A (JOSA A) (импакт фактор — 1,448) и 2 статьи в журнале «Компьютерная оптика».

Аннотация результатов, полученных в 2015 году
Проект направлен на разработку информационных технологий (математических методов и программных средств) для решения обратных задач неизображающей оптики и создание на этой основе универсального программного комплекса для автоматизированного проектирования светотехнических устройств различного назначения. В соответствии с заявкой в 2015 году были выполнены следующие работы и получены следующие научные результаты: 1. Проведен анализ существующих методов расчета оптических элементов светодиодов с двумя рабочими поверхностями, выявлены достоинства и недостатки существующих методов расчета. 2. Реализован в виде вычислительного модуля программы метод расчета оптических элементов с внутренней сферической поверхностью и внешней поверхностью свободной формы, создающих заданные двумерные распределения освещенности при протяженном источнике излучения. 3. Разработаны два новых метода расчета преломляющих оптических элементов с двумя поверхностями свободной формы. Первый метод позволяет рассчитывать поверхности элементов из условия формирования заданного распределения освещённости, второй – из условия создания требуемой диаграммы направленности. Использование двух поверхностей свободной формы в конструкции оптического элемента позволяет достичь значительно большей световой эффективности по сравнению с оптическими элементами с внутренней сферической поверхностью, так как в этом случае работа по перераспределению светового потока делится между двумя поверхностями, что позволяет существенно снизить френелевские потери. 4. Разработан новый метод расчета преломляющих оптических элементов с внутренней цилиндрической поверхностью и внешней поверхностью свободной формы. Внутренняя поверхность оптического элемента работает по принципу полного внутреннего отражения и позволяет эффективно поворачивать боковые лучи от источника на большие углы. Внешняя поверхность свободной формы преобразует цилиндрический световой пучок, созданный внутренней поверхностью, и формирует произвольно заданное распределение освещённости. Оптические элементы данного типа позволяют формировать световые распределения в узких вытянутых областях с высокой световой эффективностью, достигающей 90-92 %. 5. Созданный в рамках проекта в 2014 году программный комплекс дополнен вычислительными модулями, реализующими известные ранее, а также разработанные в рамках проекта математические методы расчета оптических элементов с двумя рабочими поверхностями. Вычислительные модули включают в себя функции расчёта, моделирования, оптимизации и экспорта трёхмерных моделей в распространенные CAD-форматы соответствующих оптических элементов. 6. Рассчитан и промоделирован оптический элемент, формирующий типовое для дорожного освещения класса А (магистральные дороги и улицы общегородского значения) световое распределение. Результаты моделирования подтверждают хорошую работоспособность разработанного метода расчета оптических элементов с двумя поверхностями свободной формы. 7. Создан прототип дорожной мультилинзы для освещения дорог класса А. Результаты экспериментальных исследований показали, что отклонение значений силы света в контрольных точках от значений, полученных путем численного моделирования, не превышает 8,5%. Полученные экспериментальные результаты подтверждают правильность разработанных теоретических методов и технологическую реализуемость рассчитываемых на их основе оптических элементов. Результаты, полученные в рамках этапа 2015 года, соответствуют мировому уровню исследований. В рамках данного проекта в 2015 году было опубликовано 6 работ, индексируемых в базе Scopus, в том числе две статьи в журнале Optics Express (импакт фактор 3.488), две статьи в трудах конференции SPIE Optical Systems Design 2015 (Scopus IPP 0.279) и 2 статьи в журнале «Компьютерная оптика».

Аннотация результатов, полученных в 2016 году
Проект направлен на разработку информационных технологий (математических методов и программных средств) для решения обратных задач неизображающей оптики и создание на этой основе универсального программного комплекса для автоматизированного проектирования светотехнических устройств различного назначения. В соответствии с заявкой в 2016 году были выполнены следующие работы и получены следующие научные результаты: 1. Реализован в виде вычислительного модуля программы метод расчёта коллимирующих оптических элементов: оптических элементов с поверхностью, работающей по принципу полного внутреннего отражения, и френелевских оптических элементов. 2. Разработан и реализован новый метод расчёта микролинзового рельефа для формирования равномерного распределения освещенности в заданной области при плоском падающем пучке. Использование микролинзового рельефа в качестве оптического корректора для коллиматоров позволяет получить эффективное и компактное решение в задачах проектирования автомобильного освещения. 3. Разработан и реализован новый метод расчёта поверхности свободной формы, создающей заданное двумерное распределение освещенности при плоском падающем пучке. Оптические элементы на основе коллиматоров с использованием поверхности свободной формы в качестве оптического корректора позволяют формировать сложные световые распределения. 4. Разработан и реализован новый метод расчёта оптических элементов, формирующих узкоугольные распределения интенсивности для автомобильных светотехнических приложений. Данный метод позволяет проектировать оптические элементы на основе коллиматоров с внешней поверхностью свободной формы и микролинзовым рельефом, формирующие сложные световые распределения, возникающие в задачах расчёта осветительных устройств автомобиля. 5. С использованием предложенных методов, были рассчитаны оптические элементы для указателей поворота, задних противотуманных фонарей и фар дальнего света автомобиля. Моделирование этих оптических элементов в коммерческом программном обеспечении по моделированию светотехнических систем TracePro® показало, что они удовлетворяют всем требованиям ЕЭК ООН для соответствующих устройств автомобиля. 6. Создан прототип оптического модуля для заднего противотуманного фонаря. Результаты экспериментальных исследований показали, что отклонение значений силы света в контрольных точках от значений, полученных путем численного моделирования, не превышает 12,7%. Полученные экспериментальные результаты подтверждают правильность разработанных теоретических методов и технологическую реализуемость рассчитываемых на их основе оптических элементов. 7. Созданный в рамках проекта в 2014 году программный комплекс дополнен вычислительными модулями, реализующими методы проектирования коллимирующих оптических элементов и разработанные в рамках данного проекта математические методы расчёта оптических элементов на основе коллиматоров с внешней поверхностью свободной формы и микролинзовым рельефом. Вычислительные модули включают в себя функции расчёта, моделирования, оптимизации и экспорта трёхмерных моделей в распространенные CAD-форматы. Результаты, полученные в рамках этапа 2016 года, соответствуют мировому уровню исследований. В рамках данного проекта в 2016 году был сделан доклад и опубликованы тезисы конференции «Фундаментальные проблемы оптики 2016», а также опубликовано 6 работ, индексируемых в базе Scopus, в том числе: статья в журнале Optics Express (импакт-фактор 3.488), статья в журнале Applied Optics (импакт-фактор 1.598), статья в журнале Journal of the Optical Society of America A (импакт-фактор 1,457) и 3 статьи в журнале «Компьютерная оптика».