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車輛研測資訊 091期 2012-12 21

在同樣亮度下LED（半導體發光二極體）耗電

量僅為普通白熾燈的1/10，壽命卻可以達到8萬小時

以上，將帶領全世界迎向更加光明的未來，歡迎一

起加入--固態照明世界~

車燈產品的光學設計技術隨著車輛流線外觀的

變化而不斷進步，從傳統封閉式車燈設計僅用單純

的拋物面加上花紋燈殼設計來完成，但因車輛造型

上的考量，燈殼隨著外型增加傾斜角度，原先的設

計方式已無法滿足需求，因此光學設計的技術隨著

提升，再發展出可置換燈泡式玻璃花紋燈殼、多重

反射式、投射式，一直到近年複雜的AFS及LED車

燈光學系統，如圖1所示。

隨著被譽為“照亮未來的技術”的LED問世以

來，其以靈活、綠色環保、調節方便等諸多優點，

快速地為大眾所接受，融入人們日常生活當中，舉

例來說，近幾年來LED應用從電腦，手機到數位相

機，擴及到大眾照明領域，甚至在各種家電產品上

都有其蹤跡，幾乎無所不在；「車燈」，自然也不

例外。不難想見，白熾燈和螢光燈等傳統照明時代

即將結束，車輛中心也從驗證測試開始累積車燈技

術，且一直以來持續投入相當多的資源與人力，從

無到有地建立起自主研發能量。不僅協助國內車燈

廠完成燈具改良設計及新產品開發，同時也提供汽

機車及自行車車燈廠商開發設計人員專業輔導，提

升光學設計及燈具開發技術。

為積極建立國內車燈光學設計以及產品開發

與改良技術，以協助國內車燈產業升級，車輛中心

於2009年成立「光學設計中心」，推動重點之一即

針對廣受各方注目的LED車燈光學設計，進行技術

研發，並結合政府相關升級輔導計畫，協助車燈廠

商增進產品競爭力。目前台灣業者大多鎖定LED機

車頭燈、LED汽車晝行燈及LED霧燈為主要量產目

ARTC光學設計中心車燈產品設計及改良技術的專家

車輛研究測試中心 王溫良、李錦璨

▲ 圖1、車燈的演進

Lighting Headlamp History

Sealed Beams/Lens Optics封閉式頭燈

Complex Reflector多重反射式頭燈

Projector Beam投射式頭燈

AFS適應性前方照明系統

LED Forward LightingLED前方照明系統

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標，至於LED汽車頭燈的量產開發也在計畫趨勢之

內。而車輛中心所執行的 LED燈具技術轉移，其

中具代表性的量產商品，現階段包括有歐規LED機

車頭燈模組、歐規LED汽車頭燈模組、美規LED汽

車頭燈模組及LED光導式晝行燈等開發案持續執行

中，如表2。

　　　　

車燈產品設計及改良介紹

一般售服市場車燈產品改良或開發的主要流

程，包括從原始配光、問題對策擬定到試模及修

改，如圖2所示。但國內部分無設計能力之車燈廠

商卻僅能單靠逆向工程來完成燈具之開發，常常跳

過光學設計及電腦模擬分析步驟，以致難以突破瓶

頸及時程延宕的問題。因此光學設計中心特別針對

中小企業車燈廠，提供技術輔導，協助車燈設計開

發，解決產品品質改良，從而建立起光學設計基礎

能力及正確開發產品觀念，如此奠定良好基本功，

才能自根本提升業者的自有產品設計能力。各階段

重要流程及注意事項分別介紹如圖2。

找出亮點 ARTC光學設計中心

國內車燈廠商除少數如大億、帝寶等大型上

市公司，絕大部份都屬於中小企業，但卻能以彈性

化、客製化以及一貫的高品質，創造出百億產值，

成為台灣車輛零組件外銷的主力之一。不過，對於

規模較小的企業而言，能夠投注於創新研發的資源

有限，因此面對產業升級、市場競爭等挑戰相對會

吃力許多。車輛光學設計中心現有之相關光學技術

已超越國內外多家燈具廠商，實力備受業界肯定，

同時，還兼具電控、散熱部分等多項技術投入及研

究，不僅可協助更多國內車燈、一般照明燈具及車

電產業提升研發設計技術，亦可輔導結合政府研發

計畫資源，以合縱連橫之力發揮綜效，促使產業創

新與國際競爭力同步加速升級。

▼ 表2 ARTC技術轉移廠商量產之代表性LED燈具

量產之燈具

光源 外型 光型

機車頭燈 3W*4

霧燈 3W*2

霧燈 1W*3

晝行燈 1W*2

晝行燈 0.5W*6

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▲ 圖2、車燈改良工作流程

原始配光 (對策擬定)

光學面設計

電腦模擬分析

當執行車燈設計及改良工作時，應首先找出可能影響反射鏡或其他光學

面效率的元件，通常可能影響的光學元件包含遮光罩、副反射鏡、透

鏡，前兩者會影響量測效率，而透鏡除了影響效率還會影響到整體光形

表現。

在車燈設計上，反射鏡的設計常見的形式為拋物面及橢圓面反射鏡，或

者是以二次曲線組合而成的曲面設計。車燈反射鏡的主要用途是為了將

光源集中或發散來達到符合法規的光形位置，因此設計者可利用二次曲

面加上光線反射定律的配合設計出一個可以達到法規要求的車燈反射

鏡。

目前車燈產業中常被使用的電腦模擬分析軟體約有三~四套，每套軟體各

有所長，且每套軟體的操作方式皆不盡相同，但其分析步驟皆由四個流

程所構成：

a. 光源建立：光學分析要做的工作就是追跡光線，從光源發出後經

過一連串的光學元件的反射、折射、散射到最後接收於參考屏幕

上的光線分佈情形。

b. 反射鏡設計：反射鏡設計的目的就是要讓從光源發出的光線產生

匯聚或散射的動作來改變光線分佈的情形，使光的能量分佈設計

至所需的要求值，來符合車燈造型及能量的要求，這也是車燈設

計中最主要的一環。

c. 參考屏幕：其功能為接收光線能量分佈的情形，以分析光源及光

學元件的設計結果。

d. 執行及分析：設定完上述構件後即可進行光線的追跡動作，並依

參考屏幕的能量接收情形做進一步的分析設計。

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研發處/車輛光學設計中心 王溫良 專員

電話:04-7811222 分機:2311

E-mail:uen@artc.org.tw

聯絡窗口：

研發處/車輛光學設計中心 許日滔 博士

電話:04-7811222 分機:2314

E-mail:siva@artc.org.tw

技術項目 服務內容 軟 / 硬體設備

車燈光學

設計技術

能量

．傳統車燈產品設計開發暨改良處理：產品偵錯分析、光學設計暨模擬分析、測試驗證

輔導及相關國內外法規諮詢服務。

．車燈設計開發技術移轉 ( 包含 LED/OLED 燈具、一次 / 二次光學技術 )：光學設計暨模

擬分析技術建立、教育訓練如：法規、光學原理及設計實務指導。

．智慧化顯示屏幕開發技術 (Head Up Display, HUD)：智慧化屏幕虛像光機設計技術、

虛像顯示疊合誤差自動調教技術、車輛資訊顯示整合技術。

ASAP、RAYMASTER、LUCID SHAPE、

ZEMAX、RHINO、AUTO CAD、MDT6、

INVENTOR5.3 等光學模擬分析與 CAD 設計軟體

及配光儀、積分球、光學投影儀等光學量測及驗

證設備。

電控工程

技術能量

先進車燈產品控制及驅動電路開發技術：

．影像式轉向頭燈系統、非接觸式HID水平系統、側向加速感測輔助照明系統、AFS系統、

LED 燈具系統等控制及驅動電路設計與技術轉移。

M AT L A B、S i m u l i n k、M i c r o A u t o b o x、

Freescale、CANoe、LIN、Davinci、Circuit

Protel、PCB Layout 等。

散熱技術

能量．LED 燈具散熱系統設計模擬分析、偵錯及改善與技術轉移

SolidWorks、Pro\Engineer、HyperWorks、

ANSYS FD (Fluent+CFX) 等設計模擬軟體及溫度

場量測設備等。

ARTC光學設計中心技術能量表

ARTC光學設計中心成功協助車燈廠進行LED燈具之設計案例

為符合ECE R19 CLASS F3等級標準，所進行之有效面積直徑小於8公分，2顆高功率LED之LED霧燈設計

ECE R19 F3&R10approved

Housing/ Reflector:Aluminum:Aluminum

LED: 2 piece 3W high power LED (總消耗功率5W)

Lens:Clear PC

Size:8 cm diameter

Sharpness of cut off G = 0.21>0.08(法規)

配光結果符合ECE R19新版霧燈配光

亮區數值乘以0.8透鏡損失可達1.2倍（含0.7因子）