非對稱汽車頭燈之參數化光學設計

Parameterized Optical Design of Asymmetrical Automobile Headlamp

張伯毅(Po-Yi Chang)

指導教授 ： 蔡忠佑

國立虎尾科技大學/工程學院/機械與電腦輔助工程系碩士班/碩士(2014年)

https://doi.org/10.6827/NFU.2014.00124

摘要

本研究主要是針對非對稱汽車頭燈進行參數化光學設計，探討如何應用參數化的變焦拋物面方程式於汽車頭燈之自由曲面式反射鏡設計，藉由調整方程式中的四項參數，達到歐規ECE R112及國內法規之光型要求，最後利用ZEMAX光學分析軟體與實體模型，進行比較驗證。

　　本研究以逆向工程的掃描作業將實體車燈反射鏡進行CAD建構，並依角度等分剖面，蒐集量測取得曲線點資料，利用點資料定義出變焦拋物曲線的a、b、c、d四項參數，而本研究共定義出八條變焦拋物曲線，並以此八條曲線建構出一參數化曲面反射鏡，再針對八組a、b、c、d四項參數進行靈敏度分析，得到各項參數對於光型變化的影響，進而調整出一組符合法規光型要求之參數設計自由曲面反射鏡。

關鍵字

參數設計 ； 變焦拋物面方程式 ； 汽車近光頭燈 ； 自由曲面式反射鏡 ； ECE-R112

並列摘要

The proposed research provided an alternative approach to design an automobile headlamp base on the parameterized optical design. Differing from the traditional free form reflectors, this paper uses eight variable-focus-parabolic curves, in which each curve is determined by four parameters, construct a free form reflector. In order to obtain a certain light pattern (e.g. Europe ECE R112 regulations for automotive headlamps), sensitivity analysis is necessary to determine the relationship between the curves’ parameters and the certain light pattern. Base on the results of sensitivity analysis, we can tune the useful parameters to finally satisfy the requested light pattern. The validity of the final design is demonstrated by means of ZEMAX simulations. It is shown that the parameterized free form reflector design yields a significant improvement in efficency compared to conventional free form reflector design.

並列關鍵字

Parameter design ； Parabolic ； Lowbeam ； Free-form reflectors ； ECE-R112

參考文獻

2. 蔡漢文, 1997,“車輛頭燈照明設計之發展與研究,”光學工程季刊第60期, 第35-44頁。

21. 劉源昌、黃浩榮和賴岦俊, 2012,“LED前霧燈光學設計之研究,”中州科技大學電機與能源科技系, 工程應用技術學刊第一卷第2期。

6. 黃峻峰, 2006,“逆向工程在車燈曲面重建技術之探討,”國立中央大學機械工程研究所, 碩士論文。

10. T.T. Liao and P.D.Lin, 2003, “Analysis of optical elements with flat boundary surfaces,”Appl. Opt. 42,1191-1202.

11. R. S. Longhurst, 1964, “Geometrical and Physical Optics, Longmans,” Green, 42-44 .