反射式發光二極體光源之近燈頭燈設計

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姓名

陳俊瑋(Chun-wei Chen) 查詢紙本館藏

畢業系所

光機電工程研究所

論文名稱

反射式發光二極體光源之近燈頭燈設計
(Reflective Headlamp Design for the Passing Beam with LEDs Sources)

相關論文

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摘要(中)

本論文以發光二極體(Light Emitting Diodes, LED)作為車輛頭燈之設計光源，採用多重區塊式複合曲面的反射鏡面方式設計一反射式頭燈單元反射罩，可配合會聚功能之變形透鏡構成一高能量使用效率的單元頭燈系統。透過六個上述單元頭燈系統排列不同位置與方向在目標屏幕上疊加其光型以符合需求。首先於光機模擬軟體中建立基本光學模型，每單元頭燈系統中包含一個燈源、一個多重區塊複合之反射曲面，單元頭燈系統開口尺寸分別控制於寬度60公厘，高度60公厘以內，光源藉由各自獨立之多重區塊複合曲面內不同的區塊分割與配合而調整於目標屏幕所對應產生之光型，其後分別將數個單元反射罩產生之光型與能量疊加，用以符合歐洲經濟委員會(Economic Commission for Europe, ECE) R112法規之非對稱光型頭燈規範，成功地設計出一個達到歐規近燈頭燈法規之反射式發光二極體光源之近燈頭燈，最後並模擬分析單元頭燈系統與發光二極體光源裝置之位置偏差容忍度與對應結果，以利實際應用。

摘要(英)

In this paper, we provide a vehicle headlamp using Light Emitting Diodes for sources. And we design a multi-reflectors including several reflectors with different focal length and curvature for a reflective unit lamp. There’re six units lamps whose height and breadth are both within 60mm in a vehicle headlamp system in the designs. We still can put lens on the headlamps for higher efficiency of power used. Every unit lamp comprises a multi-reflectors and a LED light source and it can bring the objective lighting pattern on the measuring screen at 25m distance. We arrange and adjust the six unit lamps in different positions and directions for the final lighting pattern to conform with the law of passing beam headlamps of Economic Commission for Europe Regulation 112, Finally we simulate the pattern of departure of the LED sources and concern with the tolerance of the headlamp system.

關鍵字(中)

★ 複合曲面
★ 近燈
★ 反射式頭燈
★ 發光二極體
★ 多重反射面

關鍵字(英)

★ multi-reflector
★ passing beam
★ reflective headlamp
★ LED

論文目次

摘要 I
Abstract II
誌謝 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 研究目的與動機 2
1.3 相關文獻 4
1.4 論文架構 8
第 2 章光學原理與頭燈相關法規 10
2.1 幾何光學基本原理 10
2.1.1 光的直線傳播定律 10
2.1.2 光的獨立傳播定律 10
2.1.3 反射定律 10
2.1.4 折射定律 11
2.2 常用曲面之特性 12
2.2.1 拋物面 13
2.2.2 球面 15
2.2.3 橢圓面 15
2.3 光度學 16
2.3.1 立體角(Solid Angle) 17
2.3.2 光通量(Luminous flux) 17
2.3.3 光強度(Luminous Intensity) 18
2.3.4 照度(Illuminance) 19
2.3.5 輝度(Luminance) 19
2.4 頭燈相關法規 21
2.4.1 ECE R112非對稱光型頭燈法規 21
2.4.2 中華民國道路交通安全規則附件七 23
第 3 章反射式發光二極體光源近頭燈設計 25
3.1 設計流程 25
3.2 設計目標 27
3.3 光源選用與模擬 31
3.3.1 光源選定-Lumileds K2 Emitter 31
3.3.2 光源模擬 33
3.3.3 光源需求個數 34
3.4 單元頭燈反射罩初階設計 35
3.4.1 點光源初階設計模擬CASE1 35
3.4.2 點光源初階設計模擬CASE2 37
3.5 照度模擬分析 40
3.5.1 點光源初階設計模擬CASE1 40
3.5.2 點光源初階設計模擬CASE2 42
3.5.3 LED光源初階設計模擬CASE1 43
3.5.4 LED光源初階設計模擬CASE2 44
第 4 章近頭燈模組之設計優化 45
4.1 區塊分割與對應光型 45
4.2 多個模組構成之近頭燈系統 53
4.3 光源與反射罩偏移影響 55
4.3.1 單元頭燈之燈源與反射面相對位置偏移 55
4.3.2 頭燈模組之位置偏移 59
4.3.3 頭燈模組之角度偏移 62
第 5 章結論與未來展望 66
5.1 結論 66
5.2 未來展望 66
參考文獻 68

參考文獻

1 John F. Van Derlofske and Michele McColgan, White LED source for vehicle forward lighting, Lighting Research Center, Rensselaer Polytechnic Institute, Troy, NY 12180, Proc. of SPIE Vol. 4776, P.195~205, 2002
2 Frank Wall, Paul S. Martin, Gerard Harbers, Lumileds Lighting LLC, San Jose, CA 95131, HIGH POWER LED PACKAGE REQUIREMENTS, Proc. of SPIE Vol. 5187, P.85~92, Bellingham, WA, 2004
3 Dr. R. Scott Kern and Mr. Markus Malie, Innovative automotive lighting with LEDs：Luxeon® LEDs for front and interior lighting, http://www.lumileds.com
4 Karsten Eichhorn, Hella KGaA Hueck & Co., Lippstadt, Germany, LED Frontlighting, Proc. of SPIE Vol. 5663 P.7~14, Bellingham, WA, 2005
5 Marc Stephano, Automobile headlamp with inclined front glass, U.S. PAT. NO. 4567550, 1986
6 Satoshi Yamamura, Naoki Uchida, Vehicle headlamp with steps in periphery with parabolic edges with different focal lengths, U.S. PAT. NO. 6004014, 1999
7 Shoichiro Yikoi ; Kazuki Okui, Vehicular headlamp, U.S. PAT. NO. 6998784, 2006
8 豐田汽車公司(TOYOTA)代理商網站, http://www.toyota.com.tw/
9 S. Herman ; E. W. Stark, Reflector design based on the transformation of power densities, Applied Optics Vol. 9 No. 7, 1970
10 Lee W. Otto ; Walter J. Kosmatka ; Frank E. Zalar, Automotive headlamp, U.S. PAT. NO. 4754373, 1988
11 Jean Planchon, Faceted Reflector, U.S. PAT. NO. 3700882, 1972
12 Jeyachandrabose Chinniah, Multi-faceted light reflector for headlamp with facets having differentially tilted parabolic cylinders, U.S. PAT. NO. 5539629, 1996
13 Benoit Reiss ; Jean-Pierre Aynie, Motor vehicle headlamp having a discharge lamp with masks and a multi-zone reflector, U.S. PAT. NO. 6017138, 2000
14 Jianzhong Jiao ; Douglas F. Kreysar, Automotive headlamp reflector and method for its design, U.S. PAT. NO. 6007224, 1999
15 Kamislav Fadel, Motor vehicle headlamp having a reflector giving selective light deviation, and methods of making such a reflector, U.S. PAT. NO. 6186652, 2001
16 Takashi Futami, Projector type headlamp, U.S. PAT. NO. 5902039, 1999
17 Kiyoshi Sazuka, Hiroyuki Ishida, Masashi Tatsukawa, Vehicle headlamp, U.S. PAT. NO. 6951416, 2005
18 游璞 ; 于國萍, 光學, 高等教育出版社, 7月, 2003
19 許日滔, 高效能LED頭燈設計, ARTC車輛研測資訊NEWS, 3月, 2005
20 王溫良, 車燈電腦輔助模擬配光分析, ARTC車輛研測資訊專題報導, 9月, 2004
21 Eugene Hecht, OPTICS, 4th EDITION, Addison Wesley Longman, New York, 2002
22 安連生 ; 李林 ; 李全臣, 應用光學, 北京理工大學出版社, 7月, 2003
23 Transmitted by the Ministry of Industry and Trade of the Republic of Turkey, Informal document No. GRE-53-04, October 2004
24 中華民國交通部, 道路交通安全規則附件七, http://www.motc.gov.tw/
25 Jianghong Jiao, Ben Wang, Etendue Concerns for Automotive Headlamp Using White LEDs, Third International Conference on Solid State Lighting, Proc.of SPIE Vol. 5187, P.234~242, Bellingham, WA, 2004
26 Lumileds Lighting, http://www.lumileds.com
27 ReectorCADTM 1.5 User's Guide, Breault Research Organization, Inc., December 21, 2001

指導教授

陳奇夆(Chi-Feng Chen)

審核日期

2006-7-22

推文