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研究生: 黃家軍
Chia-Chun Huang
論文名稱: 基於環帶光通量之非對稱配光研究及燈具設計應用
Study on Asymmetric Luminous Distribution Based on Zonal Flux Technique and Applying to Fixture Design
指導教授: 蕭弘清
Horng-Ching Hsiao
口試委員: 胡能忠
Neng-Chung Hu
王順源
none
蕭鈞毓
none
宋平生
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: 2015
畢業學年度: 103
語文別: 中文
論文頁數: 77
中文關鍵詞: 非對稱透鏡小角度光型疊代方程式LED透鏡
外文關鍵詞: asymmetric lens, sfreeform surface, iterative method, LED lens
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  • 本論文主要針對小區域光環境的均勻配光設計需求,設計適合小區域光環境的燈具及配光要求,從而設計非對稱配光的透鏡,藉由軟體模擬來印證透鏡設計的實用性。本論文以運用疊代運算及環帶光通量法,推導出一套設計透鏡的方程式及理論,以TracePro軟體模擬出透鏡元件,並將建立的模擬透鏡元件的光學輸出配光曲線匯出成IES檔,將檔案匯入至DIALux光學空間模擬軟體,進行光環境的配光模擬分析,比較模擬實驗光環境效果與建立的方程式兩者的差異,印證非對稱配光透鏡的設計流程與效果評比。
    不同於一般習用的投射燈對稱配光,只能將光通量集中在一點之上;本研究為了能產生狹窄空間的非對稱小角度均勻配光的光型,讓小角度光型的配光曲線能將光通量均勻分配在垂直面積上,需要精確規劃光路在透鏡內的能量轉移,藉由環帶光通量法與疊代運算,設計出滿足小區域均勻配光的LED特殊透鏡結構。本研究先針對LED光源透鏡的折射面透鏡區、一次反射面透鏡區、二次反射面透鏡區這三個區域進行理論及方程式的推導,並套用程式模擬印證透鏡結構的輸出配光,將TracePro程式的IES檔案匯出,利用DIALux建立光環境空間模型,並實際模擬光環境的配光效果,用以確認模擬分析結果能符合理論的要求。研究模擬證明,本研究流程與方法可以針對不對稱配光需求的光環境空間,提供一個新的透鏡設計方式。


    The purpose of this thesis is to establish the mathematical models of secondary asymmetrical optical lens based on lighting zonal flux analysis and iteration method. By using the software to verify the practicability of our designed lens for limited area. By the proposed mathematical equations we are able to meet our requirements. The lighting engineering design software DIALux is used to set up a lighting environment for verifying the practicability of the proposed luminaries. Comparing established equation and the result, we can verify the purpose method.
    The thesis is aimed to provide a better and even luminous distribution luminarie suitable for narrow spaces illuminating application with asymmetrical candela distribution by utilizing the refraction area, primary-reflection area and secondary-reflection area. The proposed luminaries gives better overall uniformity of the lighting environment compared with the conventional symmetrical project luminaries which were commonly used in various indoors applications. Based on lighting zonal flux analysis and iteration method, one could distribute the correct optimal optical path precisely and determine the better luminaire structure the . The luminous distribution data files, in standard IES format, given by optical tracing software TracePro were applied into lighting design software DIALux to analyze and evaluate the effectiveness and profits for the proposed luminaries, which in turn to verify the applicability of the derived mathematical models.

    摘要 I Abstract II 目錄 IV 圖索引 VII 表索引 IX 符號索引 X 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 文獻回顧 3 1.4 研究流程與方法 4 1.5 章節概述 6 第二章 光學原理與幾何光學設計概論 7 2.1 前言 7 2.2 照明指標概述特性 7 2.3 幾何光學原理 12 2.4 光學原理用於照明設計與規劃 15 2.5 本章結語 18 第三章 基於環帶光通量法建立透鏡 19 3.1 環帶光通量分析 19 3.2 疊代運算法求自由曲面 22 3.3 透鏡介紹 24 3.4 照明模擬軟體介紹 26 3.5 結語 29 第四章 非對稱透鏡設計與模擬 30 4.1 非對稱透鏡配光曲線分析 31 4.2 折射面設計推導 35 4.3 反射面設計推導 38 4.4 透鏡模擬分析 44 4.5 結語 51 第五章 建立透鏡於室內照明空間分析 53 5.1 室內空間相關參數設定 53 5.2 佈告欄透鏡 54 5.3 螢幕架輔助閱讀透鏡 60 5.4 走廊輔助燈 66 5.5 結語 70 第六章 結論與未來研究方向 72 6.1 結論 72 6.2 未來研究方向 73 參考文獻 74 附錄A 77

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