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研究生: 陳蕙質
Chen, Hui-Zhi
論文名稱: 二次光學透鏡之設計應用LED於道路照明模組
Design of Optical Lens for LED Streetlight Application
指導教授: 洪茂峰
Houng, Mau-Phon
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 微電子工程研究所
Institute of Microelectronics
論文出版年: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 107
中文關鍵詞: LED路燈二次光學透鏡光學模擬
外文關鍵詞: LED streetlight, optical design, optical simulation
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  • 本論文主旨在探討發光二極體(LED)與光學透鏡(Optical Lens)之二次光學設計,應用在路燈照明模組,用二次光學透鏡之設計來提高道路照明品質,達到所需之道路光形。首先由單一封裝的LED與一顆光學透鏡去做二次配光,改變LED光源初始的Lambertian分布,用3D繪圖模擬軟體SolidWorks建構透鏡模型,並且設計透鏡之最佳參數,再以光學模擬軟體TracePro模擬單顆組合之配光曲線。接著建構LED路燈模組,組成一60W路燈模組,以光學模擬軟體TracePro獲得該路燈模組之最佳配光曲線。並且模擬與實作的LED路燈之配光曲線皆符合經濟部能源局所訂定之燈具配光特性。最後利用DIALux建立道路環境,並針對實作路燈之配光進行照度模擬,分析道路的平均照度、平均輝度、眩光等等。本論文研究之結果,對照國際照明委員會(CIE)標準,可提供LED路燈應用於次要道路照明上。

    This study is concerned with the secondary optical design of the LED and optical lens used in streetlight. The purpose is designing the secondary optical lens to improve the quality of illumination. First, set a single LED in optical simulation software, and the module of lens can be constructed by 3D software Solidworks. The next step is trying to find the optimum parameters of the optical lens.
    We simulated the structure composed of a single LED and an optical lens using the software TracePro. By changing the initial Lambertian distribution, the patterns that we needed can be obtained. Then, a 60W LED streetlight module composed of several LEDs and lenses can be constructed and simulated by software TracePro. The best distribution curve can then be received. The implemented and simulated Luminous Intensity Distribution Curves of the LED streetlight conform to the lamp characteristics of Bureau of Energy.
    Finally, the simulation software DIALux can be used to establish a road environment and analyze average illumination, average luminance, glare and so on for implementing streetlight. According to the standards of CIE (The International Commission on Illumination), the results of this research can be applied to streetlight on secondary roads.

    摘要 I 英文摘要 II 目錄 VI 表目錄 VIII 圖目錄 IX 第一章 緒論 1 1.1 固態照明發展背景 1 1.2 研究動機 2 1.3 研究目的 3 第二章 基本原理 6 2.1 光學原理 6 2.1.1 幾何光學定律 6 2.1.2 光的度量用語 10 2.1.3 朗伯特散射(Lambertian Scttering) 14 2.2 照明名詞級單位介紹 15 2.2.1 色溫(Color Temperature) 15 2.2.2 演色性(Color Rendering Index) 16 2.3 道路照明設計理論 17 2.3.1 配光曲線(Luminous Intensity Distribution Curve) 17 2.3.2 理想的配光曲線 20 2.3.3 均齊度 22 2.3.4 眩光 (Glare) 23 2.4 現有道路照明規範 25 2.4.1道路分類 25 2.4.2路燈配置 26 2.4.3 路燈高度與間隔 29 第三章 LED二次光學模擬 30 3.1模擬軟體介紹 30 3.1.1 TracePro光學模擬軟體 30 3.1.2 SolidWorks建構3D模型 32 3.1.3 DIALux照度分析軟體 32 3.2 實驗流程與架構 33 3.2.1二次光學設計架構理論 33 3.2.2 實驗流程 39 3.3 LED光源量測與模擬分析 40 3.3.1積分球量測儀器之介紹 40 第四章 LED路燈設計 43 4.1TracePro光學模擬步驟 44 4.2 SolidWorks建構二次光學透鏡 47 4.2.1縱向透鏡之設計-垂直道路的光學模擬結果與分析 47 4.2.2橫向透鏡之設計-平行道路的光學模擬結果與分析 61 4.3 60W LED路燈模組 85 4.3.1 60W路燈模組光學模擬與結果分析 85 4.3.2 國家規範標準與結果討論 90 4. 4 LED路燈實做與量測 92 4.4.1 量測設備操作原理 92 4.4.2 實際量測結果與分析 95 4. 5 LED路燈DIALUX真實照度模擬 98 4.5.1 道路模擬規範設定 98 4.5.2 最佳化模擬與結果討論 100 第五章 結論與未來展望 104 參考文獻 106

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