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。

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.

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