spis treści

SPIS TREŚCI
Wykaz symboli. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
1. Wstęp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1. Wprowadzenie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2. Cel pracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
4
7
2. Charakterystyka techniczna i konstrukcja diod elektroluminescencyjnych . . . . . . . . . . . . . . .
2.1. Zasada działania diod elektroluminescencyjnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2. Budowa LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.1. Budowa diod barwnych. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.2. Budowa diod białych. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3. Parametry techniczne diod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.1. Gabaryty diod, ich moc, skuteczność świetlna, strumień świetlny, barwa światła .
2.3.2. Bryła fotometryczna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
8
10
10
10
13
13
15
3. Kształtowanie rozsyłu strumienia świetlnego w oprawach z diodami elektroluminescencyjnymi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1. Składanie brył fotometrycznych opraw wieloźródłowych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.1. Oprawa diodowa jako układ wieloźródłowy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.2. Metoda replikacyjna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.3. Metoda komplementacyjna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.4. Metoda mieszana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.5. Praca diod na wspólny układ optyczny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2. Elementy kształtujące rozsył strumienia świetlnego. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.1. Odbłyśniki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.2. Kolimatory masywne i liniowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.3. Światłowody planarne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.4. Elementy rozpraszające . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3. Oczekiwana bryła fotometryczna oprawy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.1. Rozsył wąskostrumieniowy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3.2. Bryła realizująca zadany (równomierny) rozkład natężenia oświetlenia . . . . . . . .
3.3.3. Bryła realizująca zadany (równomierny) rozkład luminancji na drodze. . . . . . . . .
17
17
17
17
18
19
20
23
23
25
26
27
27
27
29
31
4. Graficzna analiza zjawisk optycznych na granicy ośrodków . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1. Opis zjawisk zachodzących na granicy ośrodków . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2. Zależności geometryczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3. Załamanie – zadanie proste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4. Załamanie – zadanie odwrotne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5. Odbicie – zadanie proste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.6. Odbicie – zadanie odwrotne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
37
37
41
43
44
45
45
5. Wykreślne projektowanie układów optycznych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1. Idea wykreślnego projektowania układu optycznego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2. Wyznaczenie wiązki promieni pierwotnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.1. Modelowanie źródła światła . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.2. Rozmieszczenie równomierne, symetria obrotowa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.3. Rozmieszczenie proporcjonalne do gęstości strumienia (światłości), symetria obrotowa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
46
46
48
48
49
50
102
Spis treści
5.2.4. Rozmieszczenie równomierne, dwie płaszczyzny symetrii . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.5. Rozmieszczenie proporcjonalne do gęstości strumienia, dwie płaszczyzny symetrii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Wyznaczenie i przypisanie promieni wyjściowych do promieni pierwotnych . . . . . . . .
Wyznaczenie powierzchni wejściowej i wiązki promieni wtórnych. . . . . . . . . . . . . . . . .
Wyznaczenie kształtu układu optycznego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Przykładowy projekt układu optycznego oprawy oświetlenia drogowego ze źródłem LED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.6.1. Idea tworzenia kształtu elementu optycznego. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.6.2. Tworzenie przekroju poprzecznego. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.6.3. Tworzenie przekroju podłużnego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
65
65
68
69
6. Symulacyjna weryfikacja projektu układu optycznego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1. Przegląd metod symulacyjnych. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2. Wprowadzanie modelu do środowiska obliczeniowego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3. Wykonanie obliczeń symulacyjnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.4. Analiza wyników. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.5. Symulacja deformacji produkcyjnych i błędów montażowych. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
71
71
73
75
78
82
7. Projekt i analiza technologiczna procesu produkcji i montażu elementów optycznych
oprawy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.1. Oprawa oświetleniowa jako złożone urządzenie techniczne. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2. Projekt części nieoptycznej oprawy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2.1. Projekt wzorniczy oprawy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2.2. Projekt obwodu elektrycznego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2.3. Projekt chłodzenia diod elektroluminescencyjnych . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2.4. Projekt mechanicznej konstrukcji oprawy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2.5. Ocena odkształceń i deformacji elementów optycznych. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2.6. Analiza procesu produkcji i montażu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
83
83
84
84
84
85
86
89
90
8. Ocena parametrów technicznych opraw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.1. Prototypowanie i seria próbna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2. Pomiary fotometryczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.3. Projekt weryfikacyjny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.4. Pomiary elektryczne, termiczne, mechaniczne, wytrzymałościowe, trwałościowe . . . . .
8.5. Pomiary poligonowe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.6. Certyfikacja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
91
91
91
93
94
96
96
5.3.
5.4.
5.5.
5.6.
53
54
58
60
63
9. Podsumowanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
.