电力助动自行车led车头灯之光学设计-科技部工程科技推展中心.pdf

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告 電力助動自行車 LED車頭燈之光學設計 研究成果報告(精簡版) 計 畫 類 別 ： 個別型 計 畫 編 號 ： NSC 100-2622-E-150-005-CC3 執 行 期 間 ：100年06月01日至101年05月31日 執 行 單 位 ：國立虎尾科技大學機械與電腦輔助工程系 計 畫 主 持 人 ： 蔡忠佑 計畫參與人員： 碩士班研究生-兼任助理人員：張家銘 碩士班研究生-兼任助理人員：黃竣鴻 大專生-兼任助理人員：蘇春美 大專生-兼任助理人員：吳泰霖 公 開 資 訊 ： 本計畫可公開查詢 中 華 民 國 101 年 08月 25 日 中 文 摘 要 ： 本研究主要是針對自行車LED 車頭燈的反射鏡，探討其投射 後之均勻度，並提出一種改善投射均勻度的變焦拋物面。再 利用歪斜光線追蹤法對其作數學建模，進而利用最佳化設計 理論，獲得最佳化的變焦拋物面參數，而達到投射均勻度之 提升。最後利用ZEMAX光學分析軟體，加以比較驗證。 本研究以軸對稱曲面的一次反射面為主，提出一種改善 投射均勻度的變焦拋物面。由於光線到達成像面目標區時， 部分為直接到達，部分為一次反射後再到達，因此在數學建 模上有一定的困難度。而本研究乃是以純解析的歪斜光線追 蹤法，對此變焦拋物面的集光器進行數學建模。再套用最佳 化設計理論，獲得一組最佳化的變焦拋物面參數。接著我們 再利用ZEMAX光學分析軟體，模擬現有的二種最常見的反射 面（即球面及標準拋物面），並與本研究所提出的變焦拋物 面進行比較。因此，本研究得到以下結果：(1)球面雖然有其 加工容易上的優點，但投射的均勻度以及接收率均不佳。(2) 標準拋物面相對於球面加工上雖然難一點，但接收率卻提升 至92%，不過投射至成像面上並不夠均勻。(3)本研究所提出 的變焦拋物面，投射均勻度比標準拋物面改善了約92%；雖 然接收率降為85%（比標準拋物面少了7%），但目前市面上 已有許多高光強的LED 晶片，只要再挑選高光強的LED，就 可輕易彌補投射後7%的損失。 中文關鍵詞： LED、頭燈設計、光線追蹤 英 文 摘 要 ： The purpose of this project is to design a headlamp projection system which can give more uniform projection light on target area. In this study, we provide a specific reflector, i.e., variable-focus- paraboloid (VFP) reflector, and use the skew ray tracing method t