Otomotiv dış aydınlatma sistemleri için ışık tüplerinin optik tasarımı ve özellikleri
Optical design of lightguides for automotive exterior lighting systems and their properties
Yazar: ELİF GÜNEY
Danışman: PROF. MÜRSEL ALPER
Bursa Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Katıhal Fiziği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Son yıllara kadar sürücünün görüşünü kolaylaştırmak ve araç görünürlüğünü sağlamak amacıyla kullanılan otomotiv aydınlatma sistemleri, günümüzde gelişen teknolojinin yardımıyla, stil odaklı çalışmalara dönüşmüştür. Estetik görünüme verilen önemin artması; ışık tüpleri gibi istenilen alana uyarlanabilen, farklı şekil ve geometrilerde uygulanabilen ve araç stilini yansıtan optik aydınlatma sistemlerinin ön plana çıkmasına neden olmuştur. 

Bu çalışmada, farklı şekil ve geometrilerin etkisini incelemek amacıyla 3 farklı mekanik yapıda ışık tüpü optik tasarımı ve aydınlatma yüzeyi homojenite analizleri gerçekleştirilmiştir. Optik tasarımlar ve simülasyonlar özel bilgisayar yazılımları kullanılarak yürütülmüştür. Işık tüplerinin malzemesi PMMA olarak belirlenmiş ve her bir geometri için farklı ışık çıktısına sahip ışık kaynakları seçilmiştir. Yapılan simülasyonlar ışığında, en uygun optik tasarım parametreleri sabitlenmiş ve ışık tüplerinin uluslararası standartlarda belirtilen ışık değerlerini sağlayarak, hedeflenen yüzey homojenliğine sahip olduğu doğrulanmıştır. 

Optik tasarımları tamamlanan ve arzu edilen sonuçları veren ışık tüplerinin prototipleri üretilmiştir. Üretilen prototipler üzerinden fotometri testleri ve yüzey homojenliği analizleri yapılarak tasarım çıktıları ile prototip sonuçları karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar ışığında, tasarım ile prototip sonuçları arasında genel olarak % 80' in üzerinde uyum olduğu tespit edilmiştir.

Farklı büyüklüklerdeki yüzey pürüzlülüklerinin ışık dağılımı, ışık değerleri ve yüzey aydınlanması üzerine etkilerini incelemek amacıyla, 6 farklı büyüklükte yüzey pürüzlülüğü numunesinin davranışı incelenmiştir. Elde edilen veriler değerlendirildiğinde, yüzey pürüzlülüğü uygulanmamış ışık tüpünde en dar yayınım açısı ve en yüksek ışık şiddeti görülürken, yüzey pürüzlülüğü arttıkça ışık dağılımının FWHM değerinin daha geniş açılara yayıldığı gözlenmiştir. Yüzey pürüzlülüğünün artması prizmatik yüzeylerin TIR özelliğinin kaybolmasına, dolayısıyla daha çok saçılmaya neden olmuştur ve sonuç olarak sistemin yaydığı ışık şiddeti azalmıştır

Abstract:
Until recent years automotive lighting systems were used to facilitate the driver's vision and provide vehicle visibility, today with the help of developing technology they have turned into style-oriented works. Increasing emphasis on aesthetic appearance; optical lighting systems such as light guides, that can be adapted to the desired area, can be applied in different shapes and geometries and that reflect the vehicle style, have become more attractive.

In this study, optical design and illumination surface homogeneity analyzes of light guides were carried out in 3 different mechanical structures in order to examine the effect of different shapes and geometries. Optical designs and simulations were carried out using a special computer software. The material of the light guides was determined as PMMA and for each geometry light sources were selected with different light output. Optimum optical design parameters were determined and according to the simulation results, it was verified that the light guides are fullfilling the light values that specified in international standards by providing good level of surface homogeneity. 

After the determination of optimum optical parameters and reaching the desired results in simulation enviroment, light guide prototypes were produced. Photometry tests and surface homogeneity analyzes were made on the prototypes and the design outputs and prototype results were compared. It is observed that there is a general agreement of over 80 % between the design and prototype results. 

In order to examine the effects of different surface roughness on light distribution, the behavior of 6 different surface roughness samples was investigated. It was observed that the narrowest diffusion angle and the highest light intensity were observed in the light guide without surface roughness, while the FWHM value of the light distribution spread over wider angles as the surface roughness increased. The increase in the surface roughness caused the loss of the TIR of the prismatic surfaces, thus more scattering, and as a result, the light intensity emitted by the system is decreased.