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系統識別號 U0026-2507201023300300
論文名稱(中文) 雙對稱曲面光學投射元件於StVZO自行車燈之研發
論文名稱(英文) Design of LED Bike Lamp for StVZO Regulations using Optical Project Element of Symmetric Dual-curved Surfaces
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 系統及船舶機電工程學系
系所名稱(英) Department of Systems and Naval Mechatronic Engineering
學年度 98
學期 2
出版年 99
研究生(中文) 黃敏豪
研究生(英文) Min-Hao Huang
學號 p1697104
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 67頁
口試委員 口試委員-邵揮洲
口試委員-李大青
口試委員-謝瑞青
指導教授-沈聖智
中文關鍵字 LED  CPC  自行車頭燈  田口實驗方法 
英文關鍵字 LED  CPC  Bicycle Headlights  Taguchi Method 
學科別分類
中文摘要 本論文的目的在於以高功率LED做為燈源,利用雙對稱曲面光學投射元件之設計,研發一套自行車頭燈設計方法,由此方法設計出一高安全性、高效率並且符合德國StVZO-22A-NO.23法規的自行車前燈。在光學系統的設計上分為兩大部份,一為光型投射鏡組部份,針對德國StVZO自行車前燈法規所規定的光型做設計;二為小角度收光器部分,其設計目的為提升由LED所發射之光線的使用效率。光型投射鏡組的光學設計部份,本論文根據法規規定的光型尺寸,利用幾何光學理論設計一組相互對稱單一曲率的光型投射鏡組,使光型的尺寸可以依各個反射面改變而調整;收光器設計部份是由一CPC (Compound Parabola Concentrator)原理配合邊緣光準則所設計,其主要作用在於縮小LED所發射後的出光角度,提升光線使用效率、減少損失,使得所有光線都得以投射在光型投射鏡組的反射面上。利用此光學系統配合田口實驗方法,對小角度收光器與光型投射鏡組進行最佳化調整,藉以調整光學系統之效果。最後,本論文以調整後之設計參數實際進行實驗驗證,實驗結果證明以本文之設計方法的確可以單一高功率LED設計出符合StVZO德國自行車前燈法規之自行車頭燈,並擁有良好之照明效果。
英文摘要 The purpose of this paper is using symmetric dual-curved surface to made optical project element for high-power LED bike lamp with StVZO regulation. In this study, the optical design is divided into two parts, which are the design of optical collector and the optical projector element for Germany bicycle headlights regulations as StVZO 22A No.23 respectively. The collector is designed to enhance LED light efficiency and is devised by the concept of CPC (Compound Parabolic Collector) which is used to change the angle emitted by LED. By this way, almost all the light ray of LED will be collected in the region of 8° for LED ray angle and then the light efficiency of the headlight could be enhanced. In addition, the size of bike lamp can be reduced using the design of CPC. The second part of optical design is the optical projector element which is constituted by symmetric dual-curved surface. The place and dimension of symmetric dual-curved surfaces can be adjusted. Therefore, it could generate the light pattern of bike lamp for StVZO. Finally, the Taguchi method is used to obtain the optimum parameter of this design which including the relative place and dimensions of collector and optical projector element. According to the result of experiment, a design method of bike headlight for prescribe light pattern, e.g. conforming to the law of Germany StVZO 22A No.23, has been demonstration.
論文目次 摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 VIII
第一章 緒論 1
1-1 研究背景及目的 1
1-2 研究架構 3
第二章 文獻回顧 5
2-1 德國StVZO自行車燈法規介紹 5
2-2 高功率LED於自行車前燈之應用分析 8
第三章 雙對稱曲面反射鏡組之設計 14
3-1 光型投射鏡組設計 14
3-2 小角度出光器之設計 26
3-3 光型投射鏡組配合小角度出光器模擬分析 29
第四章 田口實驗法設計 33
4-1 控制因子設定 33
4-2 直交表的選擇 37
4-3 模擬實驗結果與分析 42
第五章 光學元件製作及實際量測結果分析 50
5-1 製作流程 50
5-2 實際量測結果分析 52
第六章 結論與未來工作 62
6-1 結論 62
6-2 未來工作 63
參考文獻 64
作者簡介 67
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