臺灣科技大學PSSDL實驗室主要為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。

因此本論文將針對台灣科技大學光學模擬設計實驗室(Photonic System Simulation and Design Laboratory,PSSDL)的集光元件專利-光斧之出光口進行光線角度收斂為近平行光，達到光線遠距離傳輸高效率的目的。本論文之準直器設計利用網格切割搭配三次樣條曲線擬合(Cubic spline interpolation)的方式以篩選出來的光線位置為基準，在每條光線中依照曲面之斜率趨勢佈內插點。斜率計算該條光線的曲面斜率值，並依照斜率趨勢內插點，擬合出自由曲面，再利用光學模擬軟體 FRED建立準直器。

以自由曲面設計之準直器能夠在單一網格內準直複數光線，比起以稜鏡結構設計之準直器擁有更佳的準直效率，且與光纖比較擁有更佳的傳輸效率，更成功將集光元件出口的光線角度收斂至2.7度，使經過準直器的光線在自由空間中以直線傳輸，適合用於遠距離傳光，且自由曲面能夠優化準直面連續性與精確性，使建模上能夠避免破損問題。

但由於製作光學元件過程中會有不可避免的能量損耗問題，故本論文將準直器的效率損耗原因一一作說明，並且將其數據化，未來應將思考如何改善並且提升準直器整體的效率。

Natural Lighting Illumination System(NLIS), divided into three main subsystems: collecting, transmitting and irradiating. Due to the refraction of light in different mediums of NLIS, the angle of light is constantly changing, this will cause low light transmission efficiency in NLIS.

Therefore, this paper will be for the University of Science and Technology of Guangdong University of Optics Simulation Design Laboratory (Photovoltaic System Simulation and Design Laboratory, PSSDL) of the light-emitting element patent - light ax out of the optical port of light convergence into near-parallel light, to achieve long-distance light transmission efficiency the goal of. In this paper, the collimator design is based on the Cubic spline interpolation, which is based on the light position of the screen, and the interpolation point is based on the slope of the surface. The slope is calculated by the slope, and the free surface is fitted according to the slope trend interpolation point, and the collimator is established by optical simulation.

The collimator designed with a free-form surface can collimate multiple rays in a single grid, have better collimation efficiency than collimator with prism-structured design, and has better transmission efficiency than fiber The light angle of the exit of the light-collecting element is successfully converged to 2.7 degrees, so that the light passing through the collimator is transmitted in a straight space in a free space, suitable for long-distance transmission, and the free-form surface can optimize the continuity and accuracy of the collimation surface, So that modeling can avoid damage problems.

However, due to the process of making optical components will have the inevitable energy loss problem, so this paper will be the accuracy of the collimator to explain the reasons for one by one, and its data, the future should be thinking about how to improve and enhance the collimator as a whole efficiency.

[1] Nations Unies Collection des Traites,
https://treaties.un.org/Pages/ViewDetails.aspx?src=TREATY&mtdsg_no=XXVII-7-d&chapter=27&lang=fr，2016/07/03。

[2] 行政院環保署-溫室氣體減量及管理法
http://ivy5.epa.gov.tw/docfile/190010.pdfUnderstandingOpitcal，2016/07/03。

[3] 林全能，2013，台灣能源期刊，經濟部能源局。

[4] 趙世民，2013，以新型光學設計模式及新式田口模擬退化優化法運用於自然導光照明系統之設計與分析，博士論文，臺北。

[5] 何友瀚，2013，設計可用於多光源的自由曲面透鏡應用於自然導光照明系統，碩士論文，臺北，國立台灣科技大學。

[6] R. Winston, C. M. Juan, and B. Pablo. 2005. Nonimaging optics. Academic Press

[7] 陳妍郿，2015，應用於自然光照明系統之自由曲面微透鏡準直器，碩士論文，臺北，國立台灣科技大學。

[8] 張政民，2013，臺北，自然光照明系統與LED人造光源之結合應用分析，國立台灣科技大學，碩士論文。

[9] 林振漢，1997，臺北，工程電磁學，高立圖書有限公司。

[10] 李長綱，2000，電磁學與電波的理論與應用(下)，臺北，鼎茂圖書。

[11] 陳品光，2014，新穎式具多光源自由反射曲面之照明元件，碩士論文，臺北，國立台灣科技大學。

[12] 吳曉蓉，2014，「應用於自然光照明系統之自由曲面為透鏡陣列光準直器」，碩士論文，臺北，台灣科技大學電子工程研究所。

[13] 王辰佑，2014，應用於自然光照明系統之定日鏡，碩士論文，臺北，國立台灣科技大學。
[14] 蘇韋少，2014，「針對現有集光模組之優化設計應用於自然光照明系統」，碩士論文，臺北，台灣科技大學電子工程研究所。

[15] 蘇建誠，2014，應用於傳光之自由準直透鏡，碩士論文，臺北，國立台灣科技大學。

[16] 謝晉傑，2014，自由曲面反射透鏡設計應用於趙明系統之集光模組，碩士論文，臺北，國立台灣科技大學。

[17] Himawari Solar Lighting System La Foret Engineering Co，Ltd.
http://www.himawari-net.co.jp/e_page-index01.html, 2016/07/05

[18] Solatube, http://www.solatube.com/，2016/07/05

[19] S. H. Yang, Y. Y. Chen, and J. W. Whang. 2009. “Using prismatic structure and brightness enhancement film to design cascadable unit of static solar concentrator in natural light guiding system.” Proc. SPIE, 7423, pp. 74230J1-74230J9

[20] 何友皓，2015，前集光定日鏡設計應用於自然光照明系統，碩士論文，臺北，國立台灣科技大學。

[21] 黃兆鵬，2016，應用於自然光照明系統胱傳輸之自由曲面準直器設計方法，碩士論文，臺北，國立台灣科技大學。

[22] 高博元，2015，自由曲面微結構線型放光器應用於自然光照明系統，碩士論文，臺北，國立台灣科技大學。

[23] 顏佐融，2015，自然光照明系統之稜鏡陣列結構光準直器設計，碩士論文，臺北，國立台灣科技大學。

[24] DigiKey Electronics-Electronic Components Distributor，
http://www.digikey.com/catalog/en/partgroup/lenses/14236，2016/07/05

[25] PIDA-光連雙月刊第38期，2002. 3。

[26] 自由曲面示意圖

[27] Winston, R., Minano, J.C., Benitez, P., Shatz, N., and Bortz, J.C. 2005. Nonimaging Optics: Elsevier Inc.

[28] L. Wang, K. Qian, and Y. Luo. 2007. “Discontinuous free-form lens design for prescribed irradiance” Appl. Opt., 46(18), pp. 3716-3723.

[29] 吳曉蓉，2014，「應用於自然光照明系統之自由曲面為透鏡陣列光準直器」，碩士論文，臺北，台灣科技大學電子工程研究所。

[30] 郝翔，2008，基于自由曲面的LED趙明系統研究，碩士論文，杭州，浙江大學。

[31] 呂明君，2011，以LED矮路燈設計為例之非軸對稱式自由曲面設計，碩士論文，臺北，國立台灣科技大學。