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以新型光學設計模式及新式田口模擬退火優化法運用於自然導光照明系統之設計與分析

為了解決Mini cooper engine 燈的問題，作者趙世民 這樣論述：

中文摘要近年來由於能源危機及溫室效應，節省能源消耗及減少二氧化碳已是相當重要的議題，其中綠色能源更是受到相當重視之重要能源。為了節能減碳及健康照明，近年來已經有許多的研究著重於無需光電轉換之太陽光集光系統，例 : HIMAWARI, SOLUX 及自然光導光照明系統 (NLIS)等技術。而在這些技術當中，自然導光照明系統可更加容易地施工及安裝於建築物上，並可擷取自然光進入室內進行照明。自然光導光照明系統可分為集光、傳光及放光三個子系統。其中集光子系統部份，稜鏡結構元件扮演了非常重要的角色，此稜鏡結構可收集太陽光並在自然光導光照明系統中傳輸太陽光，此稜鏡元件名稱為”導光磚”，並可將其貼合於建築

物的外觀上。在本論文研究中，我們提出了一新型導光磚，此新型導光磚相較於傳統導光磚可大幅提升效率。在新型導光磚結構上，我們透過數學理論進行設計及分析，設計了兩個稜鏡結構子元件，名稱各為”主導光磚”及”輔導光磚”，藉由組合主導光磚及輔導光磚後，此組合元件將可形成一單元元件，而模擬證明，即使串接超過十個單元元件，太陽光在此導光磚中進行壓縮及傳輸後，仍可保持高效率。藉由新型導光磚的可串接特性，相較於傳統導光磚，不僅可大幅提高效率，並且可減少系統出口數目，進而減少傳光元件的數量。自然光導光照明系統相較於傳統照明燈具可節省80%的能源消耗，具有節能減碳的優點，然而，在現行的集光及傳光子系統設計概念上，為了

減少整體厚度及重量，集光子系統尺寸體積必須越薄越好；相對地，傳光子系統尺寸則必須越大越好以利於更佳的傳輸效率，所以在集光及傳光兩個子系統間，存在著系統尺寸不對等問題。為了解決此系統尺寸不對等問題，我們提出了一新型具有稜鏡結構之錐形光學耦合器，並可將此耦合器安裝運用於自然光導光照明系統中的集光及傳光子系統間，此新型錐型光學耦合器可較輕易地連接集光及傳光子系統，並可因此增加自然光導光照明系統的模組化程度。在本論文中，我們分析了此新型耦合器之數學模型及耦合效率，並且，我們亦分析了包含了集光、新型錐形耦合器及傳光子系統之整體系統傳輸效率。相較於傳統自然光導光照明系統耦合器，例 : 光纖，此新型錐形耦合

器不僅僅可提升整 體系統(包含導光磚、耦合器及2公尺長傳光管)效率1.4倍，亦可簡易地連結集光及傳光兩個子系統。此設計並可透過模組化設計概念進行大量量產，進而藉由自然光導光照明系統來提供穩定及高效率之太陽光。除了新型集光器及耦合器之外，本論文亦提出了一使用於放光子系統之新型混合式田口模擬退 火優化法，由於當集光子系統或傳光子系統進行新式元件改善後，出光配光曲線會因此而改變， 相對應的放光元件也要跟著微調或重新設計，故需進行優化來調整放光元件之設計，傳統模擬退火法可求解廣域優化問題，所以近年來已漸漸地被使用於非成像光學系統上，然而，傳統模擬退火法與退火時程及初始點設定具有強烈關聯性，所以若

初始值設定不佳，則會造成優化結果不佳或優化時間變得相當冗長，本論文提出一新型混合式田口模擬退火優化，我們將傳統模擬退火法中加入田口法，期望透過此新型優化法來減少模擬次數及較穩定之優化結果值。此新型優化法亦已模擬證明可使用於全反射透鏡及室內放光光學透鏡上，並成功地證明新型之混合田口模擬退火優化法可更精確搜尋優化值且具有較低的初始值依賴性。