博碩士論文 102256009 詳細資訊




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姓名 林子堯(Lin-Tzu Yao)  查詢紙本館藏   畢業系所 光電科學與工程學系
論文名稱 以自由曲面之優化方法設計二次光學元件
(Optimization Method of Free-form Surface used design Secondary lens)
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摘要(中) 在本論文中,基於基本幾何光學原理之下,建構透鏡式與反射杯兩種自由曲面二次光學系統的初始系統模型,搭配使用 TracePro 軟體的 2D/3D 互動式優化器繪製模型,使用Downhill simplex method進行自由曲面的自動優化,將直徑 300mm 表面光源的二次光學系統收光角度設計在 9 度以內。由此方法可以避免不斷重複的調整模型和重新設置參數,大幅縮短所花費的時間,在短時間之內就能優化出精準配光的自由曲面光學元件,而設計出的自由曲面二次元件與相同尺寸之非自由曲面元件,其收光角度優化了15度~17度。
摘要(英) In this thesis, we built two types of initial model of free-form surface secondary optical system, lens and reflector based on principles of geometry optics. Then use 2D/3D interactive optimizer of TracePro to create initial model, and automatic optimization of free-form surfaces. The beam angle (50% lv) of the secondary optical system on 300mm diameter surface light source is 9 degrees or less. Apply this method, we avoiding repeated re-set parameters and adjust model, significantly reducing the time it takes. Finally we got the best model of high precision free-form surface secondary optical element in a shorter time.
關鍵字(中) ★ 自由曲面 關鍵字(英)
論文目次 摘要 ........................................................................................................ I
ABSTRACT ........................................................................................ II
致謝 ..................................................................................................... III
目錄 ..................................................................................................... IV
圖目錄 ............................................................................................... VII
表目錄 ................................................................................................. XI
第一章 緒論 ................................................................................... 1
1-1 前言 ..................................................................................................... 1
1-2 照明光源演進史 ................................................................................. 3
1-3 研究動機與目的 ................................................................................. 8
1-4 論文大綱 ............................................................................................. 8
第二章 LED 發展與原理介紹 ................................................... 10
2-1 LED 發展歷史 ................................................................................. 10
2-2 LED 發光原理 ................................................................................. 14
2-2-1 基本原理 .......................................................................................... 14
2-2-2 電子轉移機制 .................................................................................. 17
2-2-3 注入機制 ........................................................................................... 20 V

2-3 發光效率與量子效率....................................................................... 23
2-4 輻射光譜 ........................................................................................... 26
第三章 基本原理 ......................................................................... 29
3-1 幾何光學 ........................................................................................... 29
3-1-1 費馬原理 ........................................................................................... 29
3-1-2 反射定律與折射定律 ....................................................................... 30
3-1-3 全反射 ............................................................................................... 33
3-2 光度學 ............................................................................................... 34
3-2-1 光度學基本概念 .............................................................................. 34
3-2-2 光度計量單位 .................................................................................. 36
3-3 二次光學系統 ................................................................................... 39
3-3-1 何謂二次光學 ................................................................................ 39
3-3-2 TIR 透鏡原理 ................................................................................. 41
3-3-3 反射杯原理 ...................................................................................... 43
第四章 TracePro 軟體介紹 .......................................................... 45
4-1 TracePro 簡介 .................................................................................. 45
4-2 Tracepro 軟體使用介紹 ................................................................. 49
4-2-1 TracePro 主要介面介紹 ................................................................... 49 VI

4-2-2 TracePro 設計及分析流程 ............................................................... 50
4-3 TracePro 2D/3D 互動式優化器 ...................................................... 54
4-3-1 2D/3D 互動式優化器介紹 ............................................................... 54
4-3-2 2D Interactive Optimizer 繪製及優化流程 ...................................... 56
第五章 二次光學元件設計與優化流程 ........................................ 59
5-1 光源繪製與參數設定....................................................................... 59
5-2 反射杯優化過程 ............................................................................... 60
5-3 反射杯優化結果 ............................................................................... 63
5-4 透鏡優化過程 ................................................................................... 65
5-5 透鏡優化結果 ................................................................................... 67
5-6 自由曲面設計結果比較 .................................................................. 70
第六章 結論 ..................................................................................... 72
6-1 結論 ................................................................................................... 72
6-2 未來展望 ........................................................................................... 72
文獻參考 ............................................................................................. 74
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指導教授 張榮森(Rong-Seng Chang) 審核日期 2015-7-24
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