高功率LED矩形均勻光型二次全內反射透鏡設計

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樓韋辰(Wei-Chen Lou) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

高功率LED矩形均勻光型二次全內反射透鏡設計
(The design of high power LED rectangular uniform illumination secondary total internal reflection lens)

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摘要(中)

提出一種實現均勻矩形光型之全?反射(Total internal reflection，TIR)二次透鏡設計方式，使用光學模擬軟體 TracePro進行TIR透鏡結構建立、光線追跡模擬、結果分析及結構參數的優化。本論文設計出20度至100度配光角度的均勻矩形光型之TIR透鏡，在光源拼接上與傳統圓對稱光斑之TIR透鏡做比較，光源拼接時會產生光源中心區、暗區與重疊區，這些區域彼此之間光強度相差過大，會使整體照度均勻度不佳。本論文所提出的矩形光斑之TIR透鏡使均勻度提升從84.3%至88.8%，且能有效縮小光源拼接時不同區域彼此之間光強度的相差值。

摘要(英)

A secondary total internal reflection(TIR) lens design method for implementation uniform rectangular illumination. In this study, we use the software, TracePro, to establish the TIR lens structural model, simulating ray trace, analyzing the optical results, and optimizing the TIR lens structural parameters. We design 20 degree to 100 degree candela distribution of uniform rectangular illumination of TIR lens. In source light splice research, we compare the traditional TIR lens with circular illumination. Because of the pattern overlapping issue, the surface has huge illuminance contrast between the light source center, the gap in coverage and overlap area, which makes the illumination uniform uneven. In the result, the illumination uniform of our design is increased by 84.3% to 88.8%. In the source light splice, our design also decrease the difference illuminance between the light source center, the gap in coverage and overlap area.

關鍵字(中)

★ Tracepro
★ 全內反射透鏡
★ 3D互動式優化器
★ 矩形光型

關鍵字(英)

★ Tracepro
★ Total internal reflection lens
★ 3D Interactive Optimizer
★ rectangular illumination

論文目次

摘要 i
Abstract ii
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 x
一、緒論 1
1-1 研究背景 1
1-2 研究動機 3
1-3 論文貢獻 5
1-4 論文架構 5
二、研究內容與方法 6
2-1 研究內容 6
2-2 研究方法 6
三、理論 7
3-1 幾何光學 7
3-1-1 Fermat principle 8
3-1-2 反射定律與Snell’s Law 9
3-1-3 全內反射(Total Internal Reflection，TIR) 13
3-1-4 Fresnel 損耗(Fresnel Loss) 15
3-2 光度學基本概念 16
3-2-1 光通量 17
3-2-2 發光強度 18
3-2-3 照度 19
3-2-4 輝度 20
3-3 配光曲線原理 21
3-4 二次光學系統 22
3-4-1 二次光學設計 23
3-4-2 TIR 透鏡 25
3-5 TracePro軟體介紹 27
3-5-1 TracePro 簡介 27
3-5-2 蒙地卡羅光線追跡法(Monte Carlo Ray Tracing Method) 29
3-5-3 3D 互動式優化器(3D Interactive Optimizer) 30
四、實驗部分 34
4-1 建構LED結構與光源設定 35
4-1-1 建構LED結構 35
4-1-2 Surface Source Generator 表面光源設定 36
4-1-3 LED表面光源設定 40
4-1-4 LED光源追跡模擬 41
4-2 建構矩形光斑之TIR透鏡 43
4-2-1 TIR透鏡結構建立 43
4-2-2 透鏡材質設定 47
4-3 優化條件設定 49
4-4 模擬結果 54
4-5 模擬光源拼接 59
五、結論 63
六、未來展望 64
參考文獻 65

參考文獻

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指導教授

張榮森

審核日期

2018-7-20

推文