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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:朱恩銳
研究生(外文):En-Jui Chu
論文名稱:反射罩光學設計
論文名稱(外文):A Case Study on Reflector optical design
指導教授:朱紹舒
指導教授(外文):Shao-Shu Chu
口試委員:王文壽沈添財
口試委員(外文):Wein-So WangTeintsai Steven Shen
口試日期:2014-01-15
學位類別:碩士
校院名稱:崑山科技大學
系所名稱:機械工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:49
中文關鍵詞:發光二極體桌燈照明光學均光
外文關鍵詞:Light Emitting DiodeLED desk lampsilluminationopticaluniformity
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照明是人類文明的象徵,就像食衣住行與生活息息相關。照明的品質,將會影
響工作效率及個人視力正常發展,傷害身心健康。但目前在照明能源使用卻極為不
具效率,使得照明能源消耗增加率,大於整體能源消耗增加率。目前在一般照明市
場中以白熾燈/鹵素燈、螢光燈、緊湊型螢光燈、高強度放電燈最為常用,必須發展
出更省電、環保的照明技術,來增加照明效率,降低能源使用率。
本研究利用量測LED光源光強度以取得光源配光,使用TracePro光學設計軟體建
立模擬用光源,確認模擬光源與實驗結果相符。研究照明法規及照明設計文獻,利
用光學軟體輔助進行斜照式檯燈作曲線優化設計。以二次光學模擬分析及量測為案
例,將理論和實驗比對LED照明模組替代傳統照明光源進行研究。整合光學並設計
出環保節能、符合法規之照明燈具。
The illumination is a symbol of human civilization, as closely related to the basic
daily needs in life. The illumination quality, will affect the working efficiency and normal
development of personal vision to damage the physical and psychological health of human.
Because of using the illumination energy is extremely inefficient at the present, therefore;
the consumption increment of illumination energy is greater than that of the overall
energy’s.
Although the LED has many advantages, used in lighting feature has been widely
recognized. But in comparison to traditional light optical design has a great difference, it
cannot be directly substituted. To retrofit original system is needed in order to match the
optical system, to meet the standard optical light distribution, and their applications. LED
lighting modules design not only can improve the utilization rate of LED luminous flux
but also can comply with the industrial regulations or living needs.
Lighting design is the most important technique in optical designs. The need to
understand the light source, and to obtain their lighting distribution data. Therefore, the
data can be applied in the optical design software to create model and to generate the
simulation light source. In this study, an illumination module of desk lamp is applied by
using the optical light tracing method. To design the uniformity illumination module of
desk lamp with conformed to the illumination regulations, comfortable light environment,
energy-saving, high-efficiency, convenient control and the low environmental pollution,
we select the suitable LED, to create source with the standards document and light curve
to optical software, matching designed optical element, to trace the simulation of the rays.
目錄
中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 III
表目錄 V
圖目錄 VI
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機及目的 2
1.3 文獻回顧 3
第二章 光學原理 4
2.1 基本光學原理 4
2.1.1 折射反射定律 4
2.1.2 光線追跡 5
2.2 常用光學名詞 7
2.2.1 光通量發光強度 7
2.2.3 照度與色度 8
2.3 照明規範及標準 10
2.4 光學模擬軟體分析方法 12
2.4.1 光學模擬軟體介紹 13
2.4.2 操作流程 15
第三章 反射罩光學設計案例 23
3.1 LED光源與反射罩設計 23
3.2 光源的介紹 24
3.3 反射罩結構 27
第四章 模擬結果與討論 32
4.1 反射曲面y方向優化 32
4.2 反射曲面x方向優化 37
4.3曲面優化結果與討論 42
第五章 結論與未來展望 46
5.1 結果與討論 46
5.2 未來展望 46
參考文獻 47

表目錄
表2-1能源之星對所有燈具之共同要求 11
表3-1光源篩選型式 19

圖目錄
圖 2.1折射定律 4
圖2.2 反射定律 5
圖2.3以向量形式表現反射現象。 為單位向量 6
圖2.4光線追跡遇到反射面。(1)入射光r.(2)找到入射點p.(3)找到p點的法線方向. (4)代入2-1-3 式找到反射光 . 6
圖2.5以向量方式表現折射定律 7
圖2.6立體角定義圖 8
圖2.7發光強度定義圖 8
圖2.8照度定義圖 9
圖2-9 CIE RGB原色的色域和原色在CIE 1931 xy 色度圖 9
圖2-10 CIE 1931 RGB 顏色匹配函數圖 10
圖2.11能源之星標章 10
圖2.16 Energy Star SSL 標準發展歷程 11
圖2.17固態照明八個相對色溫指定值在 CIE 1931 之區域定義 12
圖2.18自由曲面反射罩示意圖 13
圖2.19設定輻射量單位 16
圖2.20設定光線追跡之計算門檻值 16
圖2.21設定表面特性操作01 17
圖2.22設定表面特性操作02 17
圖2.23設定表面光源參數操作01 18
圖2.24設定表面光源參數操作02 18
圖2.25設定光線篩選 19
圖2.26光線追跡設定 20
圖2.27運行光線追跡 20
圖2.28設定光照度圖分析選項 21
圖2.29光照度圖 21
圖2.30光線局部顯示示意圖01 22
圖2.31光線局部顯示示意圖02 22
圖3.1 TracePro 模擬結果 24
圖3.2 EPSx-NF33之實體照片 25
圖3.3 EPSx-NF33之構造圖 25
圖3.4 SolidWorks之EPSx-NF33光源模型 25
圖3.5 EPSx-NF33參數之發光強度 25
圖3.6 EPSx-NF33參數之配光曲線 26
圖3.7 輸入EPSx-NF33發光角度參數 26
圖3.8 設定EPSx-NF33發光強度 26
圖3.9 TracePro模擬EPSx-NF33發光 27
圖3.10 TracePro模擬EPSx-NF33的場形分布 27
圖3.11 交叉發散 28
圖3.12 初步設計之反射罩 28
圖3.13 反射罩模擬之光線追跡 29
圖3.14 反射罩模擬輻照度分析圖 30
圖3.15 Interactive Optimizer優化程式 30
圖3.16反射罩垂直曲線(左)與平行之曲線(右) 31
圖4.1 原始垂直曲線尺寸和LED距離位置 32
圖4.2 觀測面大小與垂直曲面距離 33
圖4.3 原垂直曲面-輻照度分析圖 33
圖4.4 優化程式建檔設定 34
圖4.5 參數一設定 34
圖4.6 參數一最佳優化結果 35
圖4.7 參數二設定 35
圖4.8 參數二最佳優化結果 36
圖4.9 參數三設定 36
圖4.10 參數三最佳優化結果 37
圖4.11 水平曲線尺寸 37
圖4.12 水平曲線LED距離 38
圖4.13 水平曲線觀測面距離 38
圖4.14原水平曲面-輻照度分析圖 38
圖4.15 優化程式建檔設定 39
圖4.16 參數一設定 39
圖4.17 參數一最佳優化結果 40
圖4.18 參數二設定 40
圖4.19 參數二最佳優化結果 41
圖4.20 參數三設定 41
圖4.21 參數三最佳優化結果 42
圖4.22 兩曲線合成曲面模型 42
圖4.23 光線追跡圖 43
圖4.24 輻照分析圖 43
圖4.25 光線追跡 44
圖4.26 輻照分析圖 44
圖4.27 光線追跡圖 45
圖4.28 輻照度分析圖 45
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