研究生: |
楊世堯 Shi-Yao Yang |
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論文名稱: |
具高效率之自由曲面優化準直器設計方式 Design and Fabrication of Free Form Collimator With High Efficiency |
指導教授: |
黃忠偉
Allen Jong-Woei Whang |
口試委員: |
陳致曉
Chih-Hsiao Chen 林保宏 Pao-hung Lin 阮聖彰 Shanq-Jang Ruan 黃忠偉 Allen Jong-Woei Whang |
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: | 2017 |
畢業學年度: | 105 |
語文別: | 中文 |
論文頁數: | 62 |
中文關鍵詞: | 自然光照明系統 、準直器 、自由曲面 、菲涅爾損耗 、司乃爾定律 、塑膠光纖 |
外文關鍵詞: | Natural Light Illumination System, Collimator, Freeform surface, Fresnel’s loss, Snell’s law, Plastic optical fiber |
相關次數: | 點閱:284 下載:9 |
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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.
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