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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:賴文祥
研究生(外文):Lai Wen-Hsiang
論文名稱:高效率單一自由曲面透鏡式LED 車頭燈設計
論文名稱(外文):The Design Of Free-Form Singlet Lens For High Efficiency LED-Based Headlamp
指導教授:黃光榮黃光榮引用關係
指導教授(外文):Huang Kuang-Lung
口試委員:黃光榮石大明陳建宇
口試委員(外文):Huang Kuang-LungShih Ta-MingChen Chien-Yue
口試日期:2012-06-22
學位類別:碩士
校院名稱:明道大學
系所名稱:光電暨能源工程學系碩士班
學門:工程學門
學類:綜合工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:93
中文關鍵詞:車頭燈LED透鏡設計全反射透鏡自由曲面透鏡
外文關鍵詞:headlampLEDlens designTIR lensfree-form lens
相關次數:
  • 被引用被引用:2
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本研究主要為LED汽車近光頭燈透鏡設計,以達到歐洲車輛安全檢測基準法規(ECE R112)所要求之光型及照度為目標。著重於光線在透鏡內之折射、反射與全反射以及如何使用自由曲面設計LED二次光學車頭燈透鏡。經由LightTools軟體模擬後,僅使用一顆10瓦 1050流明高功率LED,即可達到法規需求之光形及照度標準,整體效率為60%。本透鏡最後經由測試除Ⅲ區產生部份雜散光需待消除外,餘皆滿足要求
The purpose of this study is to design a free-form surface LED-based headlamp lens, which satisfied “ECE R112 low-beam shape” and illuminance legal requirement. The design is mainly focused on the LED secondary optical design, which covers the refraction, reflection and total internal reflection in-side the singlet lens. The thesis also addressed how the free-form surface is used in this headlamp lens design. Use only a 10-watt 1050 lumen high-power LED. After the Light Tools software simulation, the design has reached the ECE-R112 legal reguirements. The overall optical efficiently is 60%. Finally the lens has been tested which show the performance has matched the light patent only remove some unwanted light at zone Ⅲneed to be removed.
目錄
致謝 I
摘要 II
ABSTRACT III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 XIII
符號表 XIV
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與背景 1
1.2 文獻與專利探討 2
1.2.1 投射式車頭燈 2
1.2.2 反射式車頭燈 3
1.2.3 拋物面式車頭燈 4
1.2.4 Refraction Reflection Internal reflection(RXI)LED車頭燈 4
1.2.5 光纖導光式LED車頭燈 5
1.3 汽車近光車頭燈法規簡介 6
1.4 論文大綱與架構 7
1.5 設計流程圖 9
第二章 幾何光學基本原理與車燈設計方法 10
2.1 光的獨立傳播定律 10
2.2 光的直線傳播定律 10
2.3 光的反射定律 11
2.4 光的折射定律 12
2.5 光的全反射 13
2.6 光度學 14
2.6.1 光通量 14
2.6.2 發光強度 15
2.6.3 照度 16
2.6.4 亮度 17
2.7 自由曲面 19
2.7.1 自由曲面控制點建構 19
2.7.2垂直軸光形之自由曲線設計 20
2.7.3 水平軸光形之自由曲線設計 24
2.7.4 決定透鏡直徑與初始點位置 26
第三章 單透鏡車頭燈設計 27
3.1 光源模擬 27
3.2 透鏡模擬 28
3.2.1 設計初始透鏡 29
3.2.2 垂直面光形設計 30
3.2.3 水平面光形設計 31
3.2.4垂直面光形與水平面光形合併 32
3.2.5上仰15°角設計 34
3.2.6改良自由曲面透鏡車頭燈 35
第四章 模擬結果與成果分析 37
4.1 ECE-R112汽車頭燈相關規範與基準 37
4.2 量測點模擬與規範照度標準比較 39
4.3 光源位置位移測試 47
4.3.1 光源沿著x軸位移變化 48
4.3.2 光源沿著y軸位移變化 54
4.3.3 光源沿著z軸位移變化 60
4.4 實體製做與比較 66
第五章 結論與未來展望 72
參考文獻 74


中文
吳享珍,“投射式光學系統結構”,中華民國專利,專利編號I274127,2005.
許日滔;王溫良, “反射式LED車頭燈” 中華民國專利,專利編號I281971,2005。
Sormani, Joseph, “發光二極體發光裝置及頭燈系統” 中華民國專利,專利編號I281971,2005.
陸懋宏,“Geometrical Optics ”,取於教學講義。
照明學會,“照明手冊”,全華科技圖書,2006。
林進堂,“自由曲面於LED準直透鏡之設計”,國立彰化師範大學電機工程學系碩士論文,2009。
藍鈺邴,“高功率白光發光二極體之汽車頭燈設計”,國立中央大學光電科學研究所碩士論文,2006。

英文
http://www.unece.org/fileadmin/DAM/trans/main/wp29/wp29regs/R112rev2_e.pdf
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Shoji Kobayashi, “Projection-Type Headlamp Also Having Infrared Light Emtting Function,” US Paten6,827,473 B2 2004.
Takashl Akutagawa; Motoyuki Ichihara; Yoshiaki Akiyama; Yasuaki Kaizumi, “Vehicle Headlight,”US Pub0309680A1, 2010.
Christopher D. Hercules, ; Washington, ;D.C. , “Vehicle Headlights,” Serial 752,014, 1958.
P. Benitez and J. C. Minano et al., “Novel LED Headlamp Architectures that Create High Quality Patterns Independent of LED Shortcomings, ” Proeceedings ISAL 2005
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O. Dross, R. Mohedano , M. Hernández , A. Cetkovic, J. C. Miñano, P. Benítez, “Köhler integrators embedded into illumination optics add functionality, ” Proc. of SPIE, vol. 7103, pp. 71030G-12~71030G-19, 2008.
Chin-Chia Chen, Kuang-Lung Huang, Po-Chun Lin, "Computer Modeling of a fiber-and-light-emitting-diode-based vehicle headlamp, "Optical Engineering, Vol. 49, No.7, pp. 073002-1~073002-8, 2010.
Oliver Dross1, Aleksandra Cvetkovic, Julio Chaves, Pablo Benítez, Juan C. Miñano LPI Europe, “LED Headlight Architecture that creates a High Quality Beam Pattern independent of LED Shortcomings, ” Proc. SPIE 5942 (2005).
http://www.artc.org.tw/chinese/03_service/down.aspx?file_name=tw_knowledge_m048_01.pdf&file_value=3
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