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研究生: 李佳容
Lee, Chia Jung
論文名稱: 高功率發光二極體應用於機車車頭燈具之設計與分析
High Power LED Headlamp Design and Analysis for Motorcycles
指導教授: 王培仁
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 71
中文關鍵詞: 機車頭燈發光二極體光源設計
外文關鍵詞: Headlamp, Light emitting diode, Optical design
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  • 隨著人類文明的發展,照明已經廣泛的應用於日常生活,因此關於照明的消耗能源也漸漸增加。由於發光二極體(以下簡稱LED)製造生產上關鍵技術的突破,現今LED在發光強度、光衰週期降低等性能上有顯著的提升;因具備體積小、反應速度快、壽命長、抗震性佳及省電等優點,在許多光源應用產品上正被大量倒入,例如:顯示器、手電筒及背光板等。市面上已經有部分為LED模組產品販售,相信LEDs在照明產業的全面普及化是指日可待的。車用照明設備除提供駕駛人夜間路況之照明,亦保障了乘車人與用路人的安全。現今對LED用於車輛照明系統也訂定了相關的法規,對車燈光型及亮度亦統一規定之。
    本研究嘗試以白光LEDs配新月形透鏡來設計機車頭燈以達法規要求。研究方式如下:首先利用實驗與光學模擬相互驗證,進行LEDs光源建立,提高光源模型的精確度;同時以ASAP 內建指令,建立球面透鏡模型,利用模擬找出最佳參數的聚光透鏡,綜合上述的結果搭配反射面進行LEDs車頭燈的模擬設計,期望能設計出符合法規要求的車頭燈LEDs替代光源。


    As civilization progresses in the past decades, illumination has been widely spreading to human’s daily life. Hence, energy consumption in illumination gradually increases in the last century. Due to breakthrough in manufacture technology of light emitting diode (LED), the recent achievements in LED industry, today LEDs have been able to provide high power, high illumination efficacy, long life-cycle, fast response, and vibration resistance. Typical applications are products for white-light LEDs in illumination, LCD display monitors, flashlights, and cell-phone backlights. Automotive lightings have provided drivers with road conditions at night as well as safer environment for passengers and pedestrians. Therefore, safety regulations for LED lightings in automotives are now established with beam profile and illumination intensity.
    In this thesis, procedures for design of motorcycle LED headlamp have been devised with following steps; 1) measurement of illumination intensity of LED light sources, 2) establishment of simulation models of LED light sources with experimental verifications, 3) design of a motorcycle LED headlamp by using elliptical reflector plus meniscus lens, 4) optics analysis for design satisfying ECE regulations. The final goal has been achieved with satisfactory results.

    1 摘要 I 2 目錄 III 3 圖目錄 VI 4 表目錄 X 1 第一章 簡介 1 1-1研究背景 1 1-2研究目的 2 1-3文獻回顧 3 2 第二章 理論介紹 8 2-1光學原理 8 2-1-1費馬原理(Fermat’s Principle) 8 2-1-2反射、折射定律(Snell’s Law) 9 2-1-3全反射 9 2-1-4基礎光學設計 10 2-2光度學單位名詞解釋 10 2-3光源簡介 13 2-3-1鹵素燈 13 2-3-2HID氣體放電式燈泡 13 2-3-3LED 發光二極體 15 2-4電腦配光模擬分析 16 2-5車燈法規介紹及設計原理 18 2-5-1配光要求 18 2-5-2光源計算 19 2-5-3車燈設計原理 20 3 第三章 問題分析 33 3-1HPLED光度量測實驗 33 3-1-1實驗規劃與架構設計 33 3-1-2實驗設備 34 3-1-3實驗過程與實驗數據整理 35 3-1-4實驗結果分析 35 3-2光學軟體建立 5W LED模組光源模型 36 3-2-1相關係數計算 36 3-2-2實驗數據與模擬結果比較 37 4 第四章 機車頭燈設計 46 4-1設計目標 46 4-2高功率LED模組之光源選擇 46 4-3投射式車燈構件建立 47 4-3-1橢圓反射罩建立 47 4-3-2透鏡相關係數設定 47 4-3-3管狀反射面設計 48 4-4電腦輔助模擬配光分析 49 4-5遠光燈設計模擬結果 49 4-6近光燈設計模擬結果 49 4-6-1遮光片位置與形狀設定 49 4-7整體車燈尺寸 50 4-8效率計算 50 5 第五章 結論與未來工作 65 5-1結果與討論 65 5-2未來工作 66 5-2-1改善稱橢園反射罩與鏡片 67 5-2-2改善光源利用效率 67 5-2-3考量產品製造方面 67 6 第六章 文獻參考 69

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