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研究生: 李維
WEI-LEE
論文名稱: 應用於自然光照明系統之低損耗微稜鏡陣列準直器設計方法
Design and Fabrication of Free Form Collimator for Light Propagation in Natural Light Illumination System
指導教授: 黃忠偉
Jong-Woei Whang
口試委員: 趙涵捷
Han-Chieh Chao
林瑞珠
Jui-Chu Lin
陳炤彰
Chao-Chang Chen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電子工程系
Department of Electronic and Computer Engineering
論文出版年: 2016
畢業學年度: 104
語文別: 中文
論文頁數: 65
中文關鍵詞: 自然光照明系統準直器微稜鏡陣列菲涅爾損耗
外文關鍵詞: daylight illumination, collimator, micro prism arrays, low-loss
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  • 隨著科技日新月異,人們對於環保議題越加重視,2015年巴黎協議簽署氣候協定,全球超過190國攜手降低汙染、抑制全球暖化,台灣也於2015年7月通過《溫室氣體減量與管理法》降低二氧化碳的排放,再生能源的發展已成為趨勢,其中,太陽能為最靠近彼此生活的再生能源,若是將太陽光導入室內提供照明,除了節約能源,還能創造舒適的生活環境,因此臺灣科技大學PSSDL實驗室致力於研究自然光照明系統,將太陽光導入室內照明,使得群眾在室內也能享受健康的陽光。

    自然光照明系統,主要分為三大子系統:集光、傳光、放光,集光子系統將收集到的陽光透過傳光子系統傳導至放光子系統,其中,集光子系統所收集的陽光經過折射與反射之後於光線會發散,導至傳光效率降低,對自然光照明系統整體效率影響甚具。

      因此,本論文提出一低損耗微稜鏡陣列準直器,以網格切割的方法,將集光出口分成若干稜鏡單元,分析每一稜鏡單元上的光線入射向量,並且估算其菲涅爾損耗篩選出最強能量之出射向量,以控制稜鏡曲率的方式使發散之光源收斂為平行光。裝上準直器之後,根據網格精度與微稜鏡陣列的大小、擺放位置其耦合效率最高可達88.6%,並且平均角度差異可控制在0.5度以內。


    Due to the rapid development of science and technology. People pay more attention to environmental protection. More than 190 countries work together to reduce pollution. The status of renewable energy has become a trend. Solar energy is one of the important renewable energy. If sunlight can be introduced into the chamber, can save a lot of energy. Therefore, PSSDL laboratory dedicated to research Natural Light Illumination System (NLIS).

    Natural Lighting Illumination System, divided into three main subsystems: collecting, transmitting and irradiating. Due to the refraction of light in different mediums of NLIS, the angle of the light is transform, this transform led to reduction of transmission to the interior.

    Thus, this paper presents an innovative low-loss micro prism arrays collimator used in NLIS. Analyzing the most output energy of prism arrays. Control the slope to collimate the source of collector. Coupling efficiency of 88.6%, and the average difference between the light can be controlled within 0.5 degrees.

    中文摘要i ABSTRACTii 目次iii 圖次vi 表次vii 第一章 緒論1 1.1研究背景1 1.2研究動機與目的2 1.3論文架構2 第二章 光學基礎理論4 2.1幾何光學基本觀念4 2.1.1 折射率4 2.1.2 司乃爾定律4 2.1.3 全反射5 2.1.4 費馬定理 6 2.1.5 光展量定理7 2.2波動光學基本觀念7 2.2.1 菲涅爾方程7 2.1.1 反射率8 2.3基本照明單位9 2.2.1 光通量9 2.2.2 立體角10 2.2.3 照度10 2.2.4 均勻度11 2.2.5 輝度11 2.2.6 輻射度學與光度學12 第三章 自然光照明系統介紹14 3.1常見日照系統14 3.2自然光照明系統15 3.2.1 前集光系統(定日鏡系統)16 3.2.2集光子系統17 3.2.3傳光子系統19 3.2.4放光子系統21 3.3自然光照明系統效率估算21 第四章 準直器設計方法23 4.1 常見準直器設計方式23 4.1.1 LED準直器23 4.1.2 光纖光源準直器24 4.2 設計方法與理論分析25 4.3 設計目標與流程32 第五章 模擬結果分析與34 5.1 模擬配置與量化指標34 5.1.1 量化指標35 5.2 分析不同網格數之準直器效率比較35 5.3 篩選最強入射光與最強出射光之差異41 5.4 分析面擺放距離與準直效率之比較43 5.5 不同尺寸之準直器效率分析44 5.6 出光口與準直器距離分析44 5.7 無焦透鏡與全反射透鏡準直器50 5.8 網格分析法準直器50 第六章 結論與未來展望53 7.1 結論..53 7.2 未來展望53 參考文獻54

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