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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:廖峻偉
研究生(外文):Liao , Chun-Wei
論文名稱:無遮光板高亮度LED汽車頭燈之設計分析
論文名稱(外文):Design and Analysis of High Brightness LED Automotive Headlamp without Using Shield
指導教授:陳永昌陳永昌引用關係
指導教授(外文):Chen , Young-Chang
學位類別:碩士
校院名稱:國立屏東科技大學
系所名稱:車輛工程系所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:85
中文關鍵詞:LED 投射式車燈繞射光學元件遮光板光學模擬
外文關鍵詞:LED projection headlampdiffraction optical elementsoptical shieldoptical simulation
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本論文採用光學模擬軟體進行投射式LED 汽車頭燈之開發研
究,以縮短車燈設計流程,主要設計概念包含繞射光學元件(DOE)之
應用與非對稱LED 底座設計,其中LED 封裝表面採用繞射光學元
件,可利用其高聚焦特性,以提升車燈系統照度值;而放置LED 之
底座採用非對稱設計,則可省略遮光板元件,除了簡化設計外並可減
少能量損失。本研究首先進行單顆LED 車燈各設計元件之最佳化參
數分析,然後完成多顆LED 投射式車燈獨立模組之設計。由於車燈
模組數量增多,將增加車燈結構的複雜度與組裝上的困難度,為了簡
化整體車燈排列模組設計,因此進一步改良車燈模組,採用單一反射
罩、單一透鏡與單一非對稱底座之設計。最後製作單顆LED 投射式
車燈的實體模型,並與模擬結果比較,藉以驗證模擬數據的準確性,
完成LED 投射式車燈的設計流程。本研究所開發之投射式LED 汽車
頭燈,提供簡化設計結構、較高效率與減少LED 使用顆數之優點。
In this thesis, a projection LED automotive headlamp system has been developed by using optical simulation software. Two critical design concepts are proposed, one is the application of diffraction optical elements on the encapsulation surface of LED, and the other is the focusing performance and improves the illumination. The latter, a redesign of asymmetric LED base, can ignore the need of optical shield, and simplify the design and reduce energy loss. In this simulation, the optimization of the design for single LED is first investigated. The arrangement of optical devices in the individual module of single LED is
then established. Furthermore, single reflector, lens and LED base are employed to overcome the complexity of assembly for the integrated module array. Finally, a real model of single LED module is fabricated to verify the simulation results. The projection LED automotive headlamp
system designed in this study provides a simplified structure, higher efficiency and less LED requirement.
摘要............................................................................................................. I
Abstract ......................................................................................................II
謝誌...........................................................................................................III
目錄.......................................................................................................... IV
表目錄..................................................................................................... VII
圖目錄....................................................................................................VIII
第1 章 緒論...............................................................................................1
1.1 研究背景...................................................................................1
1.2 研究動機...................................................................................2
1.3 文獻回顧...................................................................................3
1.4 研究目的...................................................................................6
1.5 本文架構...................................................................................6
第2 章 基礎理論.................................................................................14
2.1 光學單位名詞解釋.....................................................................14
2.2 LED 發光原理.............................................................................15
2.3 LED 汽車頭燈設計原理.............................................................19
2.4 ECE R112 汽車近光燈法規簡介...............................................22
第3 章 研究方法....................................................................................26
3.1 光學模擬軟體LightTools 介紹.................................................26
V
3.2 繞射光學元件應用於LED 封裝表面.......................................27
3.3 底座非對稱設計.........................................................................28
3.4 橢圓反射罩設計.........................................................................29
3.5 非球面透鏡設計.........................................................................30
3.6 LightTools 模擬流程...................................................................31
第4 章 單顆LED 投射式車燈模組最佳化..........................................40
4.1 LightTools 光學模擬軟體之最佳化功能...................................40
4.1.1 阻滯最小均方差法(Damped least squares; DLS) ...........40
4.1.2 變數...................................................................................44
4.1.3 誤差函數(Merit Function)................................................44
4.2 LED 投射式車燈模擬結果.........................................................45
4.3 車燈設計元件參數最佳化........................................................45
4.4 圓筒型集光器.............................................................................47
第5 章 多顆LED 光源投射式車燈模組設計......................................57
5.1 多顆LED 投射式車燈模組排列設計.......................................57
5.2 多顆LED 光源之單一車燈模組設計.......................................59
第6 章 LED 車燈實體製作與量測結果................................................74
6.1 LUXEON Rebel LED 光源介紹.................................................74
6.2 LED 投射式車頭燈雛模製作.....................................................75
VI
6.3 LED 投射式頭燈之照度與投射光型量測.................................76
6.3.1 量測方法...........................................................................76
6.3.2 量測結果...........................................................................76
參考文獻...................................................................................................82
作者簡介...................................................................................................85
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