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研究生: 陳俊文
CHUN-WEN CHEN
論文名稱: 自由曲面微結構圓盤放光器
Circular Light Emitter Design Based on Freeform Microstructure
指導教授: 黃忠偉
Allen Jong-Woei Whang
口試委員: 陳伯奇
Po-Ki Chen
孫沛立
Pei-Li Sun
趙涵捷
Han-Chieh Chao
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 光電工程研究所
Graduate Institute of Electro-Optical Engineering
論文出版年: 2015
畢業學年度: 103
語文別: 中文
論文頁數: 54
中文關鍵詞: 自然光照明系統綠建築放光器室內照明
外文關鍵詞: Natural Light Illumination System (NLIS), Green Building, Emitter, Indoor Illumination
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  • 隨著人類文明的發展,能源的消耗與日俱增,綠色能源在近年來已受到各國的重視,例如:潮汐能、地熱能、風力、水力、太陽能等,其中又以太陽能最為受到關注。太陽能被認為是取之不盡、用之不竭的乾淨能源。在這個前提之下,如何有效的利用太陽能已經成為時下重要的議題之一。
    在眾多應用太陽能技術的產品之中,有一種技術是不需要經過光電轉換,而將太陽光直接由室外引導至室內做為照明使用。這種照明系統分為動態式以及靜態式照明系統。動態式系統以馬達來控制追日系統追蹤太陽運行的軌跡,進而收集太陽光,例如:日本的HIMAWARI。靜態式系統則是以集光器將陽光收集並傳導至室內做為照明使用,例如:自然光照明系統(Natural Light Illumination System, NLIS)。
    如果將自然光照明系統應用於室內的照明,相較於提供一樣照明亮度的傳統人工光源,可以節省80%的能源。在本論文,我們提出一個微結構裝置,可以跟自然光照明系統裡現有的圓盤集光器作結合,並使集光器轉變成為放光器。其利用圓盤作為光束擴束器,將接收的準直點光束擴展,並透過微結構裝置使其配光曲線為崁燈配光曲線,並達到63.2%之效率。該裝置可以應用在畫廊、博物館等需要集中照明的地方,或是居家室內裝潢之展示燈。為室內提供舒適之自然光照明環境。


    Directly conveyance sunlight used to illuminate indoor is the most efficient way of utilizing solar energy.In this paper, we propose a lighting component with freeform microstructures that can be combined with the radial concentrator of NLIS (Natural Light Illumination System). Due to reversibility of light, the concentrator can be transformed into an emitter with this component. The component can recombine the luminous intensity distribution curve of the radial concentrator to a new one that recessed light has. It also can transform the sunlight from a point source to a surface source without lighting expander and the efficiency is 63.2%.

    摘要 I ABSTRACT II 誌謝 III 目錄 IV 圖目錄 VII 表目錄 X 第一章、緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 研究動機與目的 1 1.3 論文架構 2 第二章、光學基礎理論與照明設計指標介紹 4 2.1 光學原理 4 2.1.1 反射定律 4 2.1.2 折射定律 4 2.1.3 全反射 5 2.1.4 光的可逆性 6 2.2 優良照明環境 6 2.3照明設計指標 7 2.3.1 光通量(Luminous flux, Φ) 7 2.3.2 立體角(Solid angle, Ω) 8 2.3.3 光強度(Luminous intensity, I) 9 2.3.4 照度(Illuminance, E) 9 2.3.5 均勻度(Uniformity, U) 11 2.3.6輝度(Luminance, L) 11 2.3.7眩光(Glare) 12 2.3.8色溫(Color temperature, K) 14 2.3.9演色性指數(Color rendering index) 15 第三章、自然光照明系統簡介 17 3.1 常見日照系統 17 3.1.1 動態式(Dynamic)日照系統-HIMAWARI System 17 3.1.2 靜態式(Static)日照系統-Solatube System 17 3.1.3 兩種日照系統比較分析 18 3.2 自然光照明系統 19 3.2.1 集光子系統 20 3.2.2 傳光子系統 21 3.2.3 放光子系統 22 第四章、自由曲面微結構設計 24 4.1 整體燈具設計概念 24 4.2 圓盤集光器 24 4.2.1 圓盤自由曲面透鏡單位結構 24 4.2.2 圓盤集光器模組化設計 25 4.2.3 圓盤集光器 26 4.3設計流程 27 4.3.1 圓盤集光器的逆向光追跡 28 4.3.2 圓盤環數定義及個別效率分析 29 4.3.3 微結構角度設計 30 4.3.4 微結構角度設計元件建模 33 4.3.5 圓盤放光器 35 第五章、模擬結果與分析 36 5.1 選取指標 36 5.2 模擬結果分析 36 5.3 情境模擬 42 第六章、圓盤放光器應用於藝境 45 6.1 「藝境」植生牆 45 6.2 圓盤放光器模組化 46 6.3 「藝境」情境模擬 47 第七章、結論與未來展望 50 7.1 結論 50 7.2 未來展望 51 参考文獻 52

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