Projektowanie układów optycznych do elektroluminescencyjnych źródeł światła z wykorzystaniem metody graficznej

• Autorzy: Zalewski S.

Warianty tytułu

EN

Designing optical systems for solid light sources using drawings methods

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca opisuje proces projektowania układów optycznych stosowanych w oprawach oświetleniowych wykorzystujących diody elektroluminescencyjne jako źródła światła. W procesie tym wyznaczenie geometrii elementów oddziałujących na kierunki propagacji fali świetlnej odbywa się w oparciu o autorską metodę graficznego wykreślenia przebiegu promieni świetlnych i stycznych do powierzchni czynnych elementów w punktach koincydencji. Opracowanie rozpoczyna się od charakterystyki diod elektroluminescencyjnych pod kątem przydatności ich zastosowania w oprawach oświetleniowych. Następnie przedstawione są metody kształtowania rozsyłu strumienia świetlnego w oprawach wieloźródłowych. Opisane sąposzczególne elementy wykorzystywane do formowania bryły fotometrycznej. Przedstawiona jest własna metoda precyzyjnego doboru bryły fotometrycznej do konkretnych zastosowań oprawy. Opis metody graficznego wykreślania kształtu elementów optycznych zawiera wyprowadzenie idei metody z zasad optyki geometrycznej, przedstawienie opracowanych narzędzi projektowych oraz zastosowanie ich w praktyce. Ostatnim elementem pracy jest weryfikacja projektu w postaci komputerowych symulacji świecenia oprawy oraz wykonania pomiarów fotometrycznych oprawy wyposażonej w zaprojektowany układ optyczny i wykonania projektu wzorcowego. Rozprawa ma charakter praktyczny. Przydatność opisanej metody została potwierdzona wdrożeniem do produkcji zaprojektowanego zgodnie z nią elementu optycznego i powodzeniem rynkowym opraw, w których został on zaimplementowany.

EN

The introduction of light emitting diodes for lighting offered completely new quality in the construction of luminaires. Different production technology required new methods and design tools. The author's research on the development and practical application of his own method of luminaires design that use light emitting diodes as light sources was described in eight chapters of this work. Light emitting diodes were described as light sources useful for lighting. The construction and basic parameters of LEDs were characterized. The rules of creating expected luminous intensity distribution of the whole luminaire, realizing each, sometimes very complex, lighting task, were presented. Various methods were discussed of connecting components obtained from each set of LED with its light distributor in resultant luminous intensity distribution. The drawing method was discussed and proven; it consists of determining polylines (which are profiles of active surfaces) in a computer graphic environment with simple geometric tools. It was shown how luminous flux distribution of light sources and specific light distribution of optical components should be split into elementary rays to design the shapes of these elements without any problems. A design verification method through simulation of light distribution was shown. The main sources of calculation errors were indicated. The design process from the concept to the implementation of the LED luminaire was shown upon the example of road lighting. The methods and procedures used by the designer were described. Also, technological problems inftuencing introduction of the designed element to production were mentioned.

Słowa kluczowe

PL

elektroluminescencja; źródła światła; metoda graficzna; dioda elektroluminescencyjna; LED

EN

electroluminescence; light sources; graphic method; electroluminescent diode; LED

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej
• Czasopismo: Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektryka
• Rocznik: 2016
• Tom: z. 147
• Strony: 3--100
• Opis fizyczny: Bibliogr. 60 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Zalewski S.

• Instytut Elektroenergetyki, Wydział Elektryczny, Politechnika Warszawska

Bibliografia

• [1] ANSI ANSLG C78.377-2011 Specifications for the Chromaticity of Solid State Lighting Products
• [2] ANSI/IES LM-63-02 ANSI Approved Standard File Format for Electronic Transfer of Photometric Data and Related Information
• [3] Balcerzak P., Siemiński P., Zalewski S.: Kolimator do układów oświetleniowych z diodami świecącymi. Opis ochronny Wzoru Użytkowego Nr 67284 Urząd Patentowy RP
• [4] Chen L., Suzuki M., Goda T., Yoshirnura N.: Luminous intensity characteristics of luminaires: Monte Carlo simulation, Lighting Research and Technology December 1998 30: 159-164
• [5] CIE Publication 102-1993: Recommended File Format for Electronic Transfer
• [6] CIE Technical Report: Design Methods for Lighting of Roads, CIE 132-1999
• [7] CIE Technical Report: Road Lighting Calculations, CIE 140-2000
• [8] Czyżewski D., Zalewski S.: Układ optyczny dioda elektroluminescencyjna-odbłyśnik. Opis patentowy Nr 209121 Urząd Patentowy RP
• [9] Elmer W.B.: A Study in Street Lighting Reflector Design Applied Optics, vol. 5, Issue 2, pp. 343-349 (1966)
• [10] Fryc I.: Źródło światła o kształtowanej charakterystyce widmowej, rozprawa habilitacyjna. Rozprawy Naukowe Nr 138, Wydawnictwo Politechniki Białostockiej, Białystok 2006
• [11] Ge A., Cai J., Chen D., Shu H., Qiu P., Wang J., Zhu L.: Optical design of a street lamp based on dual-module chip-on-board LED arrays. Applied Optics, vol. 53, Issue 25, pp. 5750-5754 (2014)
• [12] http://en.wikipedia.org/wiki/Light-emittin_diode
• [13] http://hu.wikipedia.org/wiki/Vil%C3%A1g%C3%ADt%C3%B3_di%C3%B3da #mediaviewer/File:Blue_LED.jpg
• [14] http://ledlight.osram-os.com/wp-content/uploads/2013/0l/OSRAM-OS_LED-FUNDAMENTALS_Basics-of-LEDs_v1_09-01-10_SCRIPT.pdf
• [15] http://www.directindustry.com/prod/fkk-corporation/power-leds-smd-78631-854255.html
• [16] http://www.lighting.philips.com/pwc_li/main/connect/Lighting_University/internet-courses/LEDs/led-lamps12.html
• [17] http://www.luxeonstar.com/assets/downloads/DS25.pdf
• [18] http://www.cree.com/LED-Chips-and-Materials/Chips/Chips
• [19] http://www.cree.com/LED-Components-and-Modules/Products/XLamp/Arrays:Directional/XLamp-XML-EasyWhite
• [20] http://www.osram-os.com/Graphics/medium/XPic4/00142638_0.jpg
• [21] http://www.rosa.pl/Realizacje/Oswietlenie_uliczne_1
• [22] http://www.xicato.com/sites/defaultlfiles/documents/XSM%20Standard%20 Series%20Datasheet.pdf
• [23] Jenkins D., Winston R.: Tailored reflectors for illumination. Applied Optics, vol. 35, Issue 10, pp. 1669-1672 (1996)
• [24] Matuszewski C.: Automatyzacja procesu wykreślania bryły kolimatora masywnego. Praca magisterska Politechnika Warszawska 2012
• [25] Meyer-Arendt J.R.: Wstęp do optyki. PWN Warszawa 1977
• [26] Narisada K.: Balance Between Energy, Environment and Visual Performance, 24th Session of the CIE (Publication CIE No. 133), Warsaw 1999
• [27] Nithisoontom M.: Shooting algorithm for illuminance: Comparison of prediction with experiment, Lighting Research and Technology March 1994, vol. 26, no. 1, 13-18 doi: 10.1177/096032719402600103
• [28] Ong P.T., Gordon J.M., Rabi A.: Tailoring lighting refiectors to prescribed illuminance distributions: compact partial-involute designs. Applied Optics, vol. 34, Issue 34, pp. 7877-7887 (1995)
• [29] Pawlak A., Zaremba K.: Reftector luminaire with high power light-emitting diode for general lighting, Applied Optics, vol. 47, issue 3, 20 January 2008
• [30] Photopia 2014 User's Guide PDP LTI Optics
• [31] PN-EN 13201-1:2005 Oświetlenie dróg - Część I: Wybór klasy oświetlenia
• [32] PN-EN 13201-4:2005 Oświetlenie dróg - Część IV: Metody pomiarów parametrów oświetlenia
• [33] PN-EN 50102:2001 - Stopnie ochrony przed zewnętrznymi uderzeniami mechanicznymi zapewnianej przez obudowy urządzeń elektrycznych (Kod IK) PKN 2001
• [34] PN-EN 60529:2003 - Stopnie ochrony zapewnianej przez obudowy (Kod IP)
• [35] PN-EN 60598-1:2011 - Oprawy oświetleniowe - Część l: Wymagania ogólne i badania PKN 2011
• [36] PN-EN 60598-2-3:2006 - Oprawy oświetleniowe - Część 2-3: Wymagania szczegółowe - Oprawy oświetleniowe drogowe i uliczne PKN 2006
• [37] PN-EN 61000-5-7:2005 - Kompatybilność elektromagnetyczna (EMC) - Część 5-7: Wytyczne instalowania urządzeń i ograniczania zaburzeń - Stopnie ochrony przed zaburzeniami elektromagnetycznymi zapewniane przez obudowy (kod EM)
• [38] Rabi A., Gordon J.M.: Reftector design for illumination with extended sources: the basic solutions. Applied Optics, vol. 33, Issue 25, pp. 6012-6021 (1994)
• [39] Round H.J.: A Note on Carborundum. Electrical World, v. 19 (February 9, 1907)
• [40] Shchekin O., Sun D.: Evolutionary new chip design targets lighting systems. Compound Semiconductor, v. 13, No 2 (March 2007)
• [41] Słomiński S.: Dynamiczne mapowanie luminancji na modelu obliczeniowym źródła światła. Przegląd Elektrotechniczny 10/2010
• [42] Słomiński S.: Mapowanie rozkładu luminacji źródła światła w obliczeniach fotometrycznych odbłyśników zwierciadlanych, rozprawa doktorska Politechniki Warszawskiej, 2010
• [43] Stockmar A.W.: EULUMDAT, ein leuchtendatenformat fur den europaischen beleuchtungplaner in Tagungsband Licht, 1990
• [44] The Photometry and Goniophotometry of Luminaires CIE Technical report CIE 121-1996 ISBN 978 3 900734 74 7 74 9
• [45] Tregenza P.R.: The Monte Carlo method in lighting calculations Lighting Research and Technology, December 1983; vol. 15, 4: pp. 163-170
• [46] Wandachowicz K., Antonutto G.: Optymalizacja profilu odbłyśnika zwierciadlanego o symetrii obrotowej. Przegląd Elektrotechniczny 10/2010, s. 252
• [47] Wandachowicz K.: Obliczanie krzywej profilowej odbłyśnika zapewniającego uzyskanie zadanych parametrów fotometrycznych. Przegląd Elektrotechniczny 11/2009, s. 266-271
• [48] Wandachowicz K.: Wyznaczanie rozkładu luminancji we wnętrzach z uwzględnieniem kierunkowo-rozproszonych charakterystyk odbiciowych materiałów. Politechnika Poznańska 2000
• [49] Wiśniewski A.: Źródła światła, SEP COSIW, Warszawa 2013, ISBN 978-83-61
• [50] Zalewski S.: A proposed method for the calculation of light emitting diode road lighting. Lighting Research & Technology, 44, ISSN 1477-1535, pp. 186-196
• [51] Zalewski S.: Digital recording of photometric data for multisource luminaires. Przegląd Elektrotechniczny, 88, ISSN 0033-2097, pp. 220-222, 04a
• [52] Zalewski S.: Obliczenia symulacyjne rozpraszających opraw oświetleniowych o symetrii obrotowej. Rozprawa doktorska Politechniki Warszawskiej, 2002
• [53] Zalewski S.: Optymalizacja bryły fotometrycznej opraw oświetlenia drogowego ze względu na równomierny rozkład luminancji nawierzchni. Przegląd Elektrotechniczny 1k/2007 s. 67-69
• [54] Zaremba K.: Analiza i synteza właściwości świetlnych odbłyśników obrotowo-symetrycznych metodą uporządkowanego śledzenia strumieni elementarnych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Białostockiej, Białystok 2010
• [55] Zaremba K., Pawlak A.: Projektowanie obrotowo-symetrycznych opraw oświetlenia miejscowego. Przegląd Elektrotechniczny 09/2001, s. 234-238
• [56] Zaremba K., Pawlak A.: Soczewki dla opraw z diodami LED o dużej mocy. Przegląd Elektrotechniczny 05/2007, s. 21-23
• [57] Żagan W: Iluminacja obiektów. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2003
• [58] Żagan W: Oprawy oświetleniowe. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej 2012
• [59] Żagan W: Podstawy techniki świetlnej. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2005
• [60] Żagan W: Rozwinięcie metody promieni odwrotnych w zastosowaniu do obliczeń opraw oświetleniowych, rozprawa habilitacyjna. Politechnika Warszawska 1993

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).