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研究生: 呂明君
Ming-Chun Lu
論文名稱: 以LED矮路燈設計為例之非軸對稱式自由曲面設計
The Design of Non-axisymmetric Freeform Lens for Short LED Street Light
指導教授: 黃忠偉
Jong-Woei Whang
口試委員: 陳怡永
none
吳錦銓
Chin-Chuan Wu
陳鴻興
Hung-shing Chen
溫照華
none
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 光電工程研究所
Graduate Institute of Electro-Optical Engineering
論文出版年: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 82
中文關鍵詞: 光學設計自由曲面非軸對稱路燈發光二極體
外文關鍵詞: non- axisymmetric, street light
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  • LED照明產業迅速發展且伴隨著發光效率不斷提高之背景下,利用LED體積較小與壽命長之優勢應用於道路上,逐漸取代了傳統燈具,提高於在道路上當照明的可行性。在這個利基下,我們提出自由曲面設計方法以克服LED其特殊光強分佈。

    為使能量可以做重新分配,本文提出了一自由曲面設計方法為“以虛擬面分析量建立能量分配”,省略繁雜的計算過程直接在光線與能量上做處理,在光源資訊與預期的照明區域建立關係,同時保有直接在能量上做匹配以及控制光線能力。

    我們將此方法應用於矮路燈設計上,矮路燈非一般傳統路燈的高度,而是設定在1.5 m高度上,設計上以幾何光學為基本架構,由圓形光斑轉換成三角光斑,利用點到點至向量推導出多個面的位置與傾斜角度,再利用這些參數建立離散面,多個離散面匯聚成一個自由曲面後匯入光學軟體進行模擬分析與修改,達到中垂線為4 m底邊長8 m之三角型照明區域,平均照度達到17 Lux以上。此燈具的提出可解決一般路燈過高所造成的光源浪費與光汙染問題,同時於偏遠山區資源不足的地方,以矮路燈取代路面照明便於維修與造價較便宜。


    As LED lighting efficiency has increased, LED lights for street lighting have shrunk in size and gained lifetime. So, LED lights are gradually replacing ordinary street lights. In this paper, we have proposed a freeform lens design, for use with LEDs deployed as street lights.
    The height of our design is 1.5 m, which is different from traditional street light designs. This can reduce light pollution caused by street light positions. Also, the design is easy to maintain and repair, which is very important in rural and mountain areas.
    In this paper, we used the optical engineering software, FRED, to simulate a Lambertian source on a mounting normal to the illuminated area. The source was angled up 53.13° from normal to the pole. In order to illuminate a triangle (isosceles) of size 4 × 8 meters, we designed freeform lens covers for LED street lights, to meet the street lighting code proposed by the Illuminating Engineering Society of North America. The design of our freeform lens street light cover is based on re-distribution of light and geometrical optics, combined with a process of transforming a circular spot into a triangular spot. We collected a great many readings on surfaces, angles of surfaces, and direction vectors to assemble the front of the freeform lens, which was modified and simulated by optical engineering software to achieve a triangle (4 × 8 m) of illumination whose average illuminance was more than 17 Lux.

    摘要I AbstractII 目錄IV 圖目錄VI 表目錄VIII 第一章緒論1 1.1研究背景1 1.2研究動機與目的2 1.3論文章節概述3 第二章非成像光學5 2.1非成像光學概述5 2.2幾何光學7 2.2.1費馬定理7 2.2.2折射、反射定律8 2.3光輻度學與量詞11 第三章自由曲面19 3.1數值優化法20 3.2直接法22 3.2.1Simultaneous Multiple Surface22 3.2.2Tessellation method24 3.2.3Tailored Lens26 第四章以LED為光源之非軸對稱自由曲面設計29 4.1以虛擬面分析量建立能量分配29 4.2自由曲面之離散面的建立34 第五章以LED矮路燈為例之應用設計39 5.1LED矮路燈照明系統參數設定40 5.2虛擬面分析量匹配設計42 5.3矮路燈之自由曲面離散面位置建置參數化44 5.4模擬結果與分析52 第六章結論與未來展望57 參考文獻59

    [1]U.S. Department of Energy http://www.energysavers.gov
    [2]國際商情網http://www.trademag.org.tw
    [3]丁毅,「自由曲面光學器件的設計及其在照明系統中的應用」,博士論文,浙
    江大學資訊學院
    [4]陳怡永,「使用自然光源以及人造光源之照明導光系統之設計、分析與製
    造」,博士論文,國立台灣科技大學電子工程系博士論文,台北(2008)
    [5]楊淑樺,「藉由數學分析提升靜態式稜鏡集光器效率」,碩士論文,國立台灣
    科技大學電子工程系碩士論文,台北(2010)
    [6]R. Winston, J. C. Minano, and P. Benitez, “Nonimaging Optics”
    (Elsevier Academic, 2005).
    [7]Julio C.Chaves, “Introduction to Nonimaging Optics”(CRC Press,
    Taylor& Francis Group,2008)
    [8]W.J.Smith,E.Betensky,and D.Williamson,et a1, “The Past,Present,
    and Future of Optical Design”,SPIE-OSA 6342,1-32 (2006)
    [9]李林,「現代光學設計方法」,北京理工大學出版社(2009)
    [10]郝翔,「基于自由曲面的LED照明系統研究」,碩士論文,浙江大學信息科學與
    工程學院(2008)
    [11]易勇,「汽車自由曲面前照燈設計及照明效果模擬」,碩士論文,江蘇大學
    (2004)
    [12]汪巍,「基于透射型自由曲面理論的均勻照明設計方法研究」,碩士論文,浙江
    大學(2006)
    [13]Henrik Wann Jensen, “Monte Carlo Ray Tracing”,Siggraph 2003
    Course 44(2003)
    [14]吳仍茂,屠大維,黃志華,趙其傑,「一種基於同步多曲面方法的LED定向照明
    設計」,光學技術,第35卷第7期,561-565(2009)
    [15]Oliver Dross,Ruben Mohedanoa, “Review of SMS Design Methods and Real
    World Applications”,Proc. of SPIE Vol. 5529 ,35-47(2004)
    [16]P. Benitez, J. C. Minano, J. Blen, R. Mohedano, J. Chaves, O.Dross,
    M. Hernandez, and W. Falicoff, “Simultaneous multiple surface
    optical design method in three dimensions”,Opt. Eng.43, 1489–1502
    (2004).
    [17]Lin Wang, Keyuan Qian, and Yi Luo, “Discontinuous free-form lens
    design for prescribed irradiance”, APPLIED OPTICS . Vol. 46, No. 18
    (2007)
    [18]Harald Ries, and Julius Muschaweck, “Tailoring freeform lenses for
    illumination”Proceedings of SPIE Vol. 4442 (2001)
    [19]H. Ries,“Tailored freeform optical surfaces” J. Opt. Soc. Am. A,
    Vol. 19, No. 3, 590–595 (2002).
    [20] Ivan Moreno, Ching-Cherng Sun, “LED array: where does far-field
    begin? ” Proc. of SPIE Vol. 7058, 70580R, (2008)
    [21]Illuminating Engineering Society of North America北美照明協會
    http://www.iesna.org/
    [22]齊瀚光電http://www.lustrous.com.tw

    無法下載圖示 全文公開日期 2016/07/03 (校內網路)
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