一種高準直度、高均勻性的照度分布之演算法分析與驗證

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陳彭豪(0980478621) 查詢紙本館藏

畢業系所

光機電工程研究所

論文名稱

一種高準直度、高均勻性的照度分布之演算法分析與驗證
(Design and verification of an illumination distribution algorithm method for high collimation and uniformity)

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摘要(中)

本研究提供一種光源與偵測面之間垂直距離在未滿足遠場條件下的光照度分布演算法。目標設計垂直距離為160mm，相對於出光面直徑30mm擁有高均勻性、高準直度、FWHM=7.3°的二次光學元件，明顯未滿足遠場條件，因此本研究利用幾何概念對此透鏡出光面進行設計切割，分成數個有規則性的子光源，子光源因為出光面尺寸比原始出光面尺寸較小，相對於原始垂直距離滿足遠場條件，即可將面光源視為一點光源，然而點光源都會擁有代表光源特性的光強度分布，藉由光學模擬軟體模擬子光源強度分布逐一分析。
　子光源強度分布經光學軟體模擬結果為非理想圓對稱光強度分布，因此額外模擬其他維度的光強度數值，並藉由內差法得到子光源完整的光強度分布。接著利用點光源與偵測點的兩點座標相對位置，建立一套自製的光照度演算法，計算其所對應的角度與能量值，完成偵測面上的光照度分布。本研究這套技術，可以在其他燈具出光面較大情況得到非遠場條件下較為準確的光照度分布，並也可應用在光機電設備上，便於靈活運用，最後與光源模擬之光照度分布、實際LED安裝二次光學透鏡量測，進行雙重驗證，結果顯示具有一定的吻合性。

摘要(英)

This research provides an illumination distribution algorithm method for light source which distance to detector did not fulfil far-field condition. Setting a secondary lens with project distance 160mm, source diameter 30mm and FWHM=7.3°, with the condition that clearly not reach far-field condition. Therefore this research uses the concept of geometric concept to make source surface into regular sub-light sources (array), the size of the sub-light sources are much more smaller that can reach far-field condition in same project distance. In this case, consider an extended source to an point source will be suitable and can be simulated in optical software.
The light distribution result of sub-light source from optical software shows non-ideal circular symmetry light intensity distribution. So this research simulate other axis additionally to use interpolation method to get the hole data of sub-light source light distribution. Furthermore, using the relative position of an point source and detection point to establish an illumination distribution algorithm, calculating the angle and energy.
This research provide an illumination distribution algorithm method for high collimation and uniformity light source, it can help calculate the light distribution for non-far-field situation more accurate. By the simulation from the experiment in setting up LED light source with secondary lens, the result all shows that this technic has high accurate and high reliability.

關鍵字(中)

★ 高準直度
★ 高均勻性
★ PCB曝光機光源
★ 非遠場條件
★ 非理想圓對稱光強度分布
★ 照度演算法

關鍵字(英)

★ high degree of collimation
★ high uniformity of illumination
★ light source of PCB Exposure
★ non-far-field condition
★ non-ideal circular symmetry light intensity distribution
★ illumination distribution algorithm method

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前言 1
1-3 文獻回顧 6
1-3-1 遠場條件 6
1-3-2 光源陣列照度計算 8
1-4 論文大綱 9
二、基礎理論 10
2-1 輻射度學光度學 10
2-1-1 簡介 10
2-1-2 光通量(luminous flux) 12
2-1-3 立體角(solid angle) 13
2-1-4 發光強度(luminous Intensity) 13
2-1-5 輝度(luminance) 14
2-1-6 光照度(illuminance) 15
2-2 光度學的餘弦定理 16
2-3 配光曲線 17
2-4 光感測器 18
三、環形子光源切割設計 22
3-1 光學透鏡元件特性 23
3-2 切割前提與方式 24
3-2-1 遠場距離 24
3-2-2 環形切割 24
3-2-3 子光源出光面最大尺寸 25
3-3 切割流程與結果 26
3-3-1 切割目標 26
3-3-2 切割結果 28
3-4 模擬子光源強度分布 30
3-4-1 LED光源選用 30
3-4-2燈具光強度分布模擬 30
3-4-3 子光源強度分布模擬 32
3-5 小結 37
四、子光源照度演算法與驗證 38
4-1 近似點光源的光照度計算 38
4-1-1 單顆近似點光源在偵測面上垂直距離的光照度 38
4-1-2 單顆近似點光源在偵測面上非垂直距離的光照度 39
4-1-3 多顆近似點光源在偵測面上非垂直距離的光照度 40
4-2 子光源中心位置 40
4-3 子光源多維度光強度分布 42
4-3-1 子光源新增維度光強度分布 42
4-3-2 子光源不同方向上強度值 45
4-3-3 子光源光強度數據資料庫 46
4-4 子光源光照度分布演算法與軟體模擬比較 47
4-4-1 光照度分布演算流程 47
4-4-2 單一子光源光照度分布演算與軟體模擬比較 49
4-5 全部子光源光照度演算法與軟體模擬比較 54
4-5-1各子光源對於偵測點貢獻的計算 55
4-5-2全部子光源光照度分布演算法與軟體模擬比較 56
4-6 小結 60
五、實際量測 61
5-1 光源挑選 64
5-2 燈具配光曲線量測 70
5-3 燈具光照度量測 71
5-4 燈具線型陣列光照度量測 72
5-5 小結 77
六、結論與未來展望 78
6-1 結論 78
6-2 未來展望 79
參考文獻 80

參考文獻

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取自：http://tw.mouser.com/ProductDetail/OSRAM-Opto-Semiconductors/BPW-21/?qs=nTDll3UaDK52Wq/sjfIAIA

指導教授

陳奇夆

審核日期

2016-1-22

推文