簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 林時沂
Shyr-Yi Lin
論文名稱: LED TIR Lens應用於室內照明之設計研究
Design of LED TIR Lens for Interior Lighting
指導教授: 蕭弘清
Horng-Ching Hsiao
口試委員: 宋平生
none
黃忠偉
Jong-Woei Whang
張仁家
none
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 75
中文關鍵詞: 二次光學設計全反射面透鏡LED燈具
外文關鍵詞: secondary optical design, Total Internal Reflection Lens, LED luminarie
相關次數: 點閱:205下載:6
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 本論文旨在探討發光二極體(LED)全反射面透鏡(Total Internal Reflection Lens)之二次光學元件應用於室內LED照明燈具,用以簡化燈具設計並提高照明品質與效率。研究係設定以單顆LED經設計特定之配光曲線輸出型式,以疊代及積分方式推導計算中間透鏡及全反射面之座標,用3D模擬軟體SolidWorks建構透鏡模型,再以光學模擬軟體TracePro模擬該模型之配光輸出。任取數個單顆模擬組成燈具模組,由光學模擬軟體TracePro獲得該燈具模組之配光曲線;經照明設計軟體DIALux建立室內環境,與實際傳統燈具模組進行空間照度模擬分析比較,本研究以室內大面積環境作為研究對象,並以學校教室(辦公室亦然)、走廊及櫥窗等典型對象為對比案例來分析。研究結果驗證本研究之貢獻,可提供予製造或設計室內LED照明燈具者之參考。


    The thesis studies the secondary optical elements design of LED total internal reflection lens, TIR Lens, for interior lighting, the purpose is to simplify design procedure of luminarie and raise light quality of illumination. At first, set the single LED’s output distribution curve given by luminaire designers, one calculates the coordinates of total reflection surface using iteration and integration method. Then the model of lens can be constructing by 3D software SolidWorks. Next, a luminarie module, constructed with several single LED with designed TIR Lens, then can be simulated by software TracePro in order to have the luminarie distribution curve. Finally, compares on among the design and other traditional luminaries were made from lighting quality perspectives, such as illuminance, uniformily and power density etc. A interior area, especially for office, classroom, is selected as simulation example. The result is valuable and can be employed in the optical lens design of LED luminaries for interior light in the future.

    中文摘要 I 英文摘要 II 誌謝 III 目錄 IV 符號索引 VI 圖表索引 VIII 第一章 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機與目的 1 1.3 文獻回顧 2 1.4 研究流程與方法 3 1.5 章節概述 6 第二章 光學設計基礎概論 ..7 2.1 光度學 7 2.1.1 光通量(luminous flux) 7 2.1.2 光強度(luminous intensity) 7 2.1.3 照度(illumination) 7 2.1.4 輝度(luminance) 8 2.1.5 光強度分布(intensity distribution) 9 2.1.6 發光效率(luminous efficacy) 9 2.2 幾何光學原理 10 2.2.1折射率(Refractive index) 10 2.2.2反射定律(Laws of reflection) 10 2.2.3折射定律(Laws of refraction) 11 2.2.4全內反射(total internal reflection) 12 2.3 光學理論在照明光源及燈具的關連與應用 13 2.3.1光源 14 2.3.2燈具 15 2.4 結語 16 第三章 LED TIR Lens設計與模擬 17 3.1 LED TIR Lens設計 17 3.1.1 設計流程 17 3.1.2 LED模擬光源選用 19 3.1.3 能量分配計算 21 3.1.4 TIR Lens設計推導 21 3.1.5 TIR Lens模型建構 29 3.1.6光學模擬軟體TracePro介紹 31 3.1.7 TIR Lens配光模擬 32 3.2 LED燈具模組建立 38 3.3 結語 47 第四章 建構室內照明設計範例及分析比較 48 4.1 建立室內照明空間模型 48 4.2 室內照明設計範例之分析比較 51 4.2.1 教室照明設計範例 51 4.2.2 走廊照明設計範例 57 4.2.3 櫥窗照明設計範例 62 4.3 節能分析 68 4.4 結語 69 第五章 結論與未來研究方向 70 5.1 結論 70 5.2 未來研究方向 71 參考文獻 72 作者簡介... 75

    [1] 劉冠顯、蕭鈞毓、張智鴻,「新世代LED照明之發展與應用方向探討」,照明學刊,台灣照明學會,第25卷第3期,第36~44頁,民國九十七年。
    [2] 張智鴻,「人工智慧應用於室內照明最佳化設計之研究」,碩士論文,國立台灣科技大學電機工程研究所,民國九十五年七月。
    [3] 周鼎金,「辦公室照明節能分析」,機電現場技術,39期雙月刊,第101~110頁,民國九十七年十二月。
    [4] 蔣金波、杜雪、李榮彬、張志輝,「一種用於LED路燈的全反射式二次光學透鏡」,固態照明,第2期,中國照明學會,第30~35頁,2009。
    [5] 蕭弘清,「照明節能技術篇」,國立台灣科技大學電機系。
    [6] 劉冠顯,「應用LED混光技術於全日光模擬研究」,碩士論文,國立台灣科技大學電機工程研究所,民國九十六年七月。
    [7] 陳聖文,「LED路燈之光學透鏡設計」,碩士論文,國立台灣科技大學電機工程研究所,民國九十八年七月。
    [8] 周鼎金,「學校教室照明設計技術手冊之研訂」,內政部建築研究,民國八十五年。
    [9] 楊啟男,「學校教室照明設計準則之研究」,中原大學室內設計研究所碩士論文,民國八十四年六月。
    [10] 周鼎金,「學校教室照明規範之研擬」,照明學刊,台灣照明學會,第2卷第16期,第17~22頁,民國八十八年。
    [11] 周鼎金,「學校教室照明自動化技術手冊及教室照明規範之研訂」,內政部建築研究計畫,民國八十六年。
    [12] 周鼎金,「學校教室照明推廣手冊」,內政部建築研究所,民國八十七年。
    [13] 中華民國照明學會,「合理教室照明與節約能源」,民國八十九年。
    [14] 周鼎金,「學校教室照明與節能」,教師天地,132期,第36~44頁,民國九十三年十月。
    [15] 蕭弘清、楊瑞錶、陳俊典,「台灣地區各級學校教室照明現況與改善方案研究」,照明學刊,台灣照明學會,第4卷第11期,第12~22頁,民國八十三年。
    [16] 林逸群,「淺談LED路燈散熱與二次光學技術運用及省電優勢」,機電現場技術,42期雙月刊,第107~124頁,民國九十八年六月。
    [17] 潘建根、李倩,「LED和LED燈具全空間分布光度測量技術」,固態照明,第2期,中國照明學會,第36~38頁,2009。
    [18] Andreas Timinger, Harald Ries, “Street-lighting with LEDs”, Proc. of SPIE, Vol. 7103, 2008.
    [19] 錢可元、羅毅,「LED城市道路照明燈具二次光學系統的光效分析」,照明工程學報,第20卷增刊,中國照明學會,第21~25頁,2009年8月。
    [20] John Bortz , Narkis Shatz, and David Pitou, “Optimal design of a nonimaging projection lens for use with an LED source and a rectangular target”, Proc. of SPIE, Vol. 4092, pp. 130-138, 2000.
    [21] John Bortz , Narkis Shatz, and Matthijs Keuper, “Optimal design of a nonimaging TIR doublet-lens illumination system using an LED source”, Proc. of SPIE, Vol. 5529, pp. 8-16, 2004.
    [22] Yankun Zhen, Zhenan Jia, and Wenzi Zhang, “The optimal design of TIR lens for improving LED illumination uniformity and efficiency”, Proc. of SPIE, Vol. 6834, Nov 2007.
    [23] Andre Domhardt, Simon Weingaertner, Udo Rohlfing, and Uli Lemmer, “TIR optical for non-rotationally symmetric illumination design”, Proc. of SPIE, Vol. 7103, 2008.
    [24] 陳怡如,「TIR透鏡之LED晶粒成像與黃圈現象分析」,碩士論文,國立台灣科技大學光電工程所,民國九十七年九月。
    [25] Cary Eskow, “Tactical flashlights and TIR Lenses”, Light Matters, p.1(2008).
    [26] 李碩重,「照明設計學」,全華科技圖書股份有限公司,民國八十三年。
    [27] 日本照明學會編,照明手冊第二版,全華出版社,2006。
    [28] 蕭弘清,「LED照明工程及節能系統技術」,國立台灣科技大學電機系。
    [29] 耿繼業、何建娃,「幾何光學」,全華科技圖書股份有限公司,民國九十六年。
    [30] 蕭弘清,「高效率照明工程設計照明品質」,國立台灣科技大學電機系。
    [31] 蕭弘清,「LED光源的發光原理及技術發展」,國立台灣科技大學電機系。
    [32] 李厚強,「人工光源之照度及色溫對視覺感知影響與照明方式調查研究」,碩士論文,中原大學室內設計研究所,民國九十年七月。
    [33] Philips Luxeon,http://www.luxeonstar.com。
    [34] 林世凱,「辦公室照明燈具性能與節能效益研究」,碩士論文,國立台灣科技大學電機工程研究所,民國九十八年七月。
    [35] 周澤亞,周鼎金,「教室LED照明改善評估研究」,海峽兩岸第十六屆照明科技與營銷研討會,中國照明學會,第316~323頁,2009年11月。

    QR CODE