傳統醫療燈具多使用鹵素燈做為光源，其原因為鹵素燈具有較合適的色溫，但鹵素燈發光時，會產生少量的紫外線與大量的紅外線，在長時間的照射下會對病患與醫療人員造成傷害，因此，利用發光二極體(light emitting diode, LED)光源取代傳統鹵素燈的LED醫療燈具將成為未來趨勢。本研究目的為利用光學模擬軟體LightTools開發投射式LED牙科燈具並達到目標之矩形光形大小為200mm×100mm與照度能量達11000lux。首先進行單模組LED牙科燈具之開發，設計具有高集光效果之矩形空心導光管結構，此結構與目前市售所見之投射式牙科燈具皆以矩形實心波導結構的方式設計相比，可減少光線因材料的吸收所造成之能量損失。但由於只靠導光管仍無法達到需求之光形大小，故須再搭配一透鏡之設計將光形縮小，以開發出高集光效果之LED燈具模組。最後，將單模組LED牙科燈具進行複製，並透過位置與角度的排列組合，完成符合目標照度之九模組LED牙科燈具設計。

Halogen lamps are mostly applied as a light source to the traditional lamp for medical treatment due to its proper color temperature, but it has its disadvantages such as ultraviolet rays and infrared rays which will be harmful to the patients and faculties in the hospitals under long-term exposure. Consequently, using light emitting diode(LED) as a new light source instead of the traditional halogen lamp will be the trend of the future. The purpose of this study is to design a projective LED dental lamp that can achieve the goals of 200mm×100mm for light shape and 11000lux illuminance energy by using the optics simulation software, LightTools. Firstly, a single LED lamp module with a high focusing hollow tubular light guide structure was designed and developed comparing with the solid light guide structure used in many commercial projective dental lamp, the hollow tubular light guide structure can decrease illuminance energy lose due to the absorption by tube material. Because the required objective light shape could not be achieved by using the designed light guide structure only, so a lens component was adopted and designed in order to shrink the output light shape to the required size. Finally, through the specific arrangement of position and angle of each LED lamp module, a projective LED dental lamp with 9 LEDs lamp modules which conform with the required illuminance energy was proposed.

論文審定書……………………………………………………………………………ii
誌謝……………………………………………………………………………………iii
中文摘要………………………………………………………………………………iv
英文摘要………………………………………………………………………………v
圖次……………………………………………………………………………………viii
表次……………………………………………………………………………………x
符號說明………………………………………………………………………………xi
第一章 緒論……………………………………………………………………………1
1.1 前言…………………………………………………………………………1
1.2 白光發光二極體概述………………………………………………………1
1.3 牙科燈具醫療法規ISO9680：2007簡介…………………………………2
1.4 文獻回顧……………………………………………………………………3
1.4.1 LED相關光學元件設計……………………………………………… 3
1.4.2 醫療燈具設計………………………………………………………… 5
1.5 研究動機與目的……………………………………………………………6
1.6 論文架構……………………………………………………………………6
第二章 基礎理論…………………………………………………………………… 11
2.1 幾何光學基礎理論………………………………………………………11
2.1.1 反射定律………………………………………………………………11
2.1.2 折射定律………………………………………………………………11
2.1.3 全反射定律……………………………………………………………12
2.1.4 透射……………………………………………………………………13
2.1.5 吸收……………………………………………………………………13
2.2 光學單位名詞解釋………………………………………………………13
2.3 色彩學名詞解釋…………………………………………………………15
2.4 非球面透鏡………………………………………………………………17
2.5 造鏡公式…………………………………………………………………18
2.6 LED光源介紹……………………………………………………………19
第三章 光學分析軟體介紹………………………………………………………… 26
3.1 計算方法介紹……………………………………………………………26
3.2 LightTools建模與分析流程…………………………………………… 27
第四章 投射式LED牙科燈模組設計……………………………………………… 30
4.1 單模組LED牙科燈具設計與製作………………………………………30
4.1.1 導光管設計……………………………………………………………30
4.1.2 透鏡設計………………………………………………………………31
4.1.3 單模組LED牙科燈具實體製作及與模擬結果比較…………………32
4.2 多模組LED牙科燈具設計………………………………………………33
第五章 結論與未來展望…………………………………………………………… 52
5.1 結論………………………………………………………………………52
5.2 未來展望…………………………………………………………………52
參考文獻………………………………………………………………………………53
附錄……………………………………………………………………………………56

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