臺灣博碩士論文加值系統

近年來，在發光二極體(Light emitting diodes, LED)的發光效率不斷的提升以及LED的使用壽命長、低耗電量、切換反應速度快等優點，其照明市場上所使用的光源也漸漸的利用LED取代傳統的鹵素燈泡，所以在車用照明市場中的前霧燈以LED取代傳統的鹵素燈為光源是未來的方向與趨勢。因此，在本研究設計了利用高功率LED搭配自由曲面透鏡，將LED所發出來的光經自由曲面透鏡投射出符合歐規ECE R19 class F3法規光型圖與光強度配光分佈。自由曲面透鏡的設計是利用自由曲面建構流程算法的推導且搭配光源與目標偵測面上能量映射的計算，再經由繪圖軟體Solidworks進行3D建模，得出有著自由形式的幾何表面透鏡，並載入光學模擬軟體TracePro，模擬光源所發出來的光線經此自由曲面透鏡投射在偵測面上呈均勻光分佈的光型圖，以符合目標偵測面法規橫向的光強度需求。其前霧燈模組的光學元件設計架構分為單一自由曲面式均勻光透鏡與自由曲面均勻光透鏡搭配柱狀透鏡的組合式透鏡，進行模擬結果的探討與分析，最後再針對此光型量測各點強度是否符合法規的規範，並進行實際前霧燈的樣品製作與量測，確認實際量測的配光光強度分佈與模擬數據的比較是否符合法規規範。

In recent years, in the light-emitting diode (Light Emitting Diodes, LED) luminous efficiency of the continuous improvement and LED long life, low power consumption, switching speed and other advantages, the lighting market used in the light source gradually the use of LED to replace the traditional halogen bulb, so in the automotive lighting market in the front fog lamp to replace the traditional halogen lamp for the light source is the future direction and trend. Therefore, in this study, we designed the use of high-power LED with free-form lens, the LED emitted by the free-form of the lens projection to meet the European regulations ECE R19 class F3 regulations and light intensity distribution of light pattern. The design of the free-form lens is based on the derivation of the free-form construction process algorithm and the calculation of the energy map on the light source and the target detection surface. The 3D modeling is carried out by SolidWorks, which is a free-form geometric surface lens. Into the optical simulation software TracePro, the light emitted by the simulated light source through the free surface lens projection on the detection surface was uniform light distribution of light patterns to meet the target detection surface regulation of light intensity requirements. The optical element design of the front fog lamp module is divided into a single free-form surface-type uniform lens and a free-form uniform lens with a lenticular lens. The simulation results are discussed and analyzed. Finally, whether the strength of the point of compliance with the specifications of the regulations, and the actual fog lamp sample production and measurement to confirm the actual measurement of light intensity distribution and simulation data comparison is consistent with regulatory requirements.

摘要 i
ABSTRACT ii
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 xii
第一章、緒論 1
　　　1-1前言 1
　　　1-2文獻回顧 2
　　　1-3研究動機 5
　　　1-4論文架構 5
第二章、光學原理與自由曲面 6
　　　2-1幾何光學基礎原理 6
　　　　　2-1-1反射定律 6
　　　　　2-1-2折射定律 7
　　　2-2光度學 7
　　　　　2-2-1光通量(Luminous flux，φ) 8
　　　　　2-2-2光強度(Luminous intensity，I) 8
　　　　　2-2-3光照度(Illuminance，E) 9
　　　2-3自由曲面幾何表面建構與計算方法 11
　　　　　2-3-1折射面幾何光學分析 11
　　　　　2-3-2自由曲面建構流程 12
　　　2-4自由曲面均勻光幾何表面建構與計算方法 15
　　　2-5光學模擬軟體TRACEPRO 17
第三章、法規介紹 18
　　　3-1歐洲法規 (ECE R19) 18
　　　3-2車用前霧燈配光分佈 19
　　　3-3配光分佈法規強度 21
　　　3-4法規偵測面上配光分佈的角度與長度換算 23
第四章、自由曲面均勻光透鏡前霧燈設計與模擬 24
　　　4-1自由曲面均勻光透鏡設計 26
　　　　　4-1-1自由曲面均勻光透鏡模擬 30
　　　4-2自由曲面均勻光透鏡前霧燈設計 35
　　　　　4-2-1自由曲面均勻光透鏡前霧燈法規縱向配光 35
　　　　　　　4-2-1-1透鏡縱向切割設計與模擬 35
　　　　　　　4-2-1-2加入縱向曲面 40
　　　4-3自由曲面均勻光透鏡前霧燈結論 42
第五章、組合式透鏡前霧燈模組設計與模擬結果 43
　　　5-1大角度自由曲面均勻光透鏡設計 44
　　　　　5-1-1大角度自由曲面均勻光透鏡模擬 47
　　　5-2柱狀透鏡設計 52
　　　5-3組合式透鏡前霧燈模組設計 53
　　　　　5-3-1組合式透鏡前霧燈模組模擬結果 54
　　　5-4組合式透鏡前霧燈模組結論 64
第六章、單一自由曲面透鏡前霧燈設計與量測 65
　　　6-1兩軸不對稱曲線設計自由曲面透鏡 66
　　　6-2兩軸不對稱自由曲面透鏡設計前霧燈光學模擬結果 66
　　　6-3兩軸不對稱自由曲面透鏡下曲面切割光學模擬結果 69
　　　　　6-3-1下曲面固定角度切割 69
　　　　　6-3-2下曲面垂直角度切割 71
　　　6-4單一自由曲面透鏡前霧燈模組樣品與配光量測結果 74
第七章、結論 80
參考文獻 81

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[8]光學網：http://optics.ofweek.com/2012-08/ART-250001-11001-28628304.html
[9]愛發股份有限公司：http://www.apic.com.tw/
[10]Economic Commission for Europe　https://www.unece.org/fileadmin/DAM/trans/main/wp29/wp29regs/2015/R019r7e
[11]動力研究室綜合區，汽車討論區：https://m.mobile01.com/topicdetail.php?f=214&t=1136307&p=5