本研究目的是為探討LED的各種光型角度分佈應用於ECE R87汽車晝行燈應用各種Radiation Pattern 之LED的照明配光設計與比較，分別使用直接照明、非對稱透鏡、Fresnel透鏡三種的設計方式，並使用ASAP光學設計分析軟體來模擬配光。由於LED光型並無ㄧ致性，因此選擇光源角度為參數依照Radiation Pattern θ1/10介於20度～120度之間的六種光源，分別為Nichia(θ1/10 = 20度)、SnapLED(θ1/10 = 30、60度)、Batwing(θ1/10 = 75度)、Lambertia(θ1/10 = 90度)以進行探討。結果顯示，直接照明設計方式，LED最低流明數需求為151～1290 Lm；非對稱Fresnel透鏡設計方式，可將LED左右超過20度、上下超過10度以外之光束調整回配光區域內，因此最低流明數需求降為64～180 Lm。而非對稱透鏡設計方式，藉由透鏡的曲面設計可將LED光束左右超過20 度、上下超過10 度以外之光束調整回配光區域內，最低流明數需求僅為60～75Lm。
以上三種光學設計方式，直接照明僅適合θ1/10 ≦30度的LED，其它二種光學設計方式，皆可適用於不同分佈角度的LED。

關鍵字：Fresnel透鏡、晝行燈、照明設計、光學設計。

Three lighting design methods for the ECE R87 vehicle daytime running lights with various radiation patterns LED (θ1/10＝20-90 degrees) are developed in this research. There are the direct lighting design, the asymmetrical lens design, and the asymmetrical Fresnel lens design. LED including various radiation patterns are, Nichia(θ1/10＝20 degree), SnapLED (type HPWS-Fx and HPWS-Tx,θ1/10＝30, 60 degree), Batwing(θ1/10＝75 degree), and Lambertian(θ1/10＝90 degree). CAE－ASAP software is adopted for the optical design to pass the ECE R87 DRLs regulation. Minimum values are 151-1290 lm for the direct lighting design, 60-75 lm for the asymmetrical lens design, and 64-180 lm for the asymmetrical Fresnel lens design. The direct lighting design can only use LED withθ1/10≦30 as light source, meanwhile the other two can adopt various radiation patterns LED selected in this study.


Key Words : Fresnel Lens, LED Headlight, Daytime Running Lights, Lighting Design, Lighting Design

目　錄
審定書
授權書
中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 viii

第一章 緒論
1.1 前言…………………………………………………………………………….1
1.2 研究目的…………………………………………………………….…………4
1.3 文獻回顧……………………………………………………………………….5
第二章 研究架構
2.1 研究方法………………………………………………………………….......10
2.2 LED的選用…………………………………………………………………...12
2.3 ECE R87日行燈法規介紹……………………………………………………14
第三章 LED日行燈的光學設計
3.1 直接照明設計……………………………….………………………………..16
3.1.1 Nichia 型號NSPW500BS…………………………………………………...18
3.1.2 SnapLED 型號HPWS-Fx…………………………………………………...19
3.1.3 SnapLED型號HPWS-Tx…………………………………………………….20
3.1.4 Batwing……………………………………………………………………….21
3.1.5 Lambertian…………………………………………………………………....22
3.1.6 各LED分析與比較…………………………………………………………..23
3.2 透鏡面設計……………………………….…………………………………..24
3.2.1 Nichia型號NSPW500BS…………………………………………………...25
3.2.2 SnapLED型號HPWS-Fx…………………………………………………...26
3.2.3 SnapLED 型號HPWS-Tx…………………………………………………..27
3.2.4 Batwing……………………………………………………………………….28
3.2.5 Lambertian…………………………………………………………………....29
3.2.6 各LED分析與比較…………………………………………………………..31
3.3 FRESNEL透鏡設計 ………………………………………………………32
3.4 Fresnel 三環…………………………………………………………….......34
3.4.1 Nichia35型號NSPW500BS…………………………………………..……...35
3.4.2 SnapLED型號HPWS-Fx…………………………………………………….36
3.4.3 SnapLED 型號HPWS-Tx…………………………………………………...37
3.4.4 Batwing……………………………………………………………..………...38
3.45 Lambertian…………………………………………..………………………...39
3.5 Fresnel 五環…………………………………………………………………...40
3.5.1 Nichia Nichia型號NSPW500BS………………………………………….....41
3.5.2 SnapLED型號HPWS-Fx…………………………………………………….42
3.5.3 SnapLED 型號HPWS-Tx…………………………………………………...43
3.5.4 Batwing……………………………………………………………………….44
3.5.5 Lambertian……………………………………………………………………45
3.6 Fresnel 七環………………………………………………………………….46
3.6.1 Nichia Nichia型號NSPW500BS…………………………………………….47
3.6.2 SnapLED型號HPWS-Fx…………………………………………………….48
3.6.3 SnapLED 型號HPWS-Tx…………………………………………………...49
3.6.4 Batwing……………………………………………………………………….50
3.6.5 Lambertian…………………………………………………………………....51
3.6.6 各LED分析與比較…………………………………………………………..52
第四章　結論………………………………………………………..53
參考文獻……………………………………………………………..54

圖目錄
圖‎ ‎ 1-1 LED光源照明市場滲透率 ‎‎ 10
圖‎ ‎ 1 2 LED的發光強度有集中型與分散型的分佈 12
圖‎ ‎ ‎‎1-3 ‎ ‎專利，車輛晝行燈結構，楊麗華 13
‎圖‎ ‎ 1-4‎ ‎ ‎ Kovach Paten 14
圖‎ ‎ ‎1-5‎ ‎‎YAMADA MITSUO Patent 15
‎圖 1 6 KIM YUN KYUNG Patent 16
圖 1 7 TSUKAMOTO MICHIO Patent 17
圖 2-1汽車日行燈 22
圖 ‎ 3-1　Nichia 25
圖‎ ‎ 3-2　SnapLED WSFX 26
圖‎ ‎ 3-3　SnapLED WSTX 27
圖‎ ‎‎ 3-4　Batwing 28
圖‎ ‎ 3-5　Lambertian 29
圖‎ ‎ 3-6　Nichia LED 搭配透鏡 32
圖‎ ‎ ‎3-8　Snap LED WSFX搭配透鏡 33
圖‎ ‎ 3-9　Snap LED WSTX搭配透鏡 34
圖‎ ‎ 3-10　Batwing LED 搭配透鏡 35
圖‎ ‎ 3-11　Lambertian LED 搭配透鏡 36
圖‎ ‎ 3-12　Fresnel透鏡設計示意圖 38
圖‎ ‎ 3-13　Nichia LED搭配Fresnel三環透鏡 41
圖‎ ‎ ‎3-14　Snap LED WSFX搭配Fresnel三環透鏡 42
圖‎ ‎ ‎3-15　Snap LED WSTX搭配Fresnel三環透鏡 43
圖‎ ‎ 3-16　Batwing LED搭配Fresnel三環透鏡 44
圖‎ ‎3-17　Lambertian LED搭配Fresnel三環透鏡 45
圖‎ ‎ 3-18　Nichia LED搭配Fresnel五環透鏡 47
圖‎ ‎ ‎3-19　Snap LED WSFX搭配Fresnel五環透鏡 48
圖‎ ‎ ‎3-20　Snap LED WSTX搭配Fresnel五環透鏡 49
圖‎ ‎ 3-21　Batwing LED搭配Fresnel五環透鏡 50
圖‎ ‎3-22　Lambertian LED搭配Fresnel五環透鏡 51
圖‎ ‎ 3-23　Nichia LED搭配Fresnel七環透鏡 53
圖‎ ‎ ‎3-24　Snap LED WSFX搭配Fresnel七環透鏡 54
圖‎ ‎ ‎3-25　Snap LED WSTX搭配Fresnel七環透鏡 55
圖‎ ‎ 3-26　Batwing LED搭配Fresnel七環透鏡 56
圖‎ ‎3-27　Lambertian LED搭配Fresnel七環透鏡 57
























表目錄
表2-1　本研究所選定的LED之相關資料 …20
表2-2　本文選定的LED之Radiation Pattern 21
表2-3　日行燈ECE R87之配光標準 22
表3-1　直接照明設計之最低流明數需求 23
表3-2　直接照明設計之設計值與法規規範之比較 24
表3-3　透鏡設計之最低流明數需求 31
表3-4　透鏡設計之設計值與法規規範之比較 31
表3-5　Fresnel透鏡設計之最低流明數需求 39
表3-6　Fresnel透鏡三環設計之設計值與法規規範之比較 40
表3-7　Fresnel透鏡五環設計之設計值與法規規範之比較 46
表3-8　Fresnel透鏡七環設計之設計值與法規規範之較.....................52

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