大角度收光設計

大角度極限制定完成，經由光學軟體 LightTools，如圖(4.4.1-1)，先建立 第一個角度 31⁰的收光面，利用 LightTools 軟體中 NSray 功能當作模擬參考光 線，建立第一層收光面，使光導入透鏡後，可以從出光孔射出，不會被機構給擋 住，這是建立在大角度收光的目標與方法，以 31⁰界線往大角度設計。

圖(4.4.1-1)NSray 當作參考光線

第一層收光面調整適當的角度，光學模擬如圖(4.4.1-2)，設計目標提高均勻度。

圖(4.4.1-2)第一層收光面照度分布圖

在大角度極限上，第一層收光透鏡建立完成，以此當作建立的起步，陸續地 建立起其它大角度的收光，圖(4.4.1-3)，建立起第二層收光面。

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此收光面與第一層收光面設計不同，因第二層收光面的入射光角度較大，所 以必須使用全反射透鏡設計，此設計方法是將光導入進透鏡，再利用全反射光學 原理，將光投射到設計的目標。

圖(4.4.1-3)第二層收光面

適當調整進光面 1 與全反射面 2，可以設計光出射方向，圖(4.4.1-4)。

圖(4.4.1-4)全反射設計圖

在設計此結構時，調整 1 可以將大角度的光收進到透鏡中，進而再適當調整 1,2 的曲率，可以讓收進來的光更集中，光線打在接收器上目標位子上。

再以 NSray 當作參考光線，適當調整收角度 37⁰~52⁰的光，進行光學模擬，

檢測是否有達到設計目標，圖(4.4.1-5)光線集中接收邊緣符合預期目標。

圖(4.4.1-5)第二層收光面照度分布圖

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遵循第二層收光面設計，評估第三層收光角度與位子高度，建立完成第三層 收光面如圖(4.4.1-6)，第二層收光面已經先將部分角度的光收入出光面，所以 第三層收光面再收角度較大的光 52⁰~67⁰，所以在設計時，往光源靠近，達到收 此角度光線的目標。

圖(4.4.1-6)第三層收光面設計

第三層收光面做適當調整後，也是需要做檢測設計的結果，如圖(4.4.1-7)，

可以發現第三層打在接收器上的角度較第二層角度大，光收在接收器得邊緣，增 加邊緣照度，達到設計目的。

圖(4.4.1-7)第三層收光面照度分布圖

遵循設計原則，第四層收光面建立如圖(4.4.1-8)，收光角度為 67⁰~77⁰，此 收光角度範圍較小，主要原因是基於加工的深度必須在允許範圍(0.55mm)。

圖(4.4.1-8)第四層收光面建立

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進行第四層收光面的光學模擬，如圖(4.4.1-9)，光線一樣收集在接收器的 邊緣，增加均勻度，達到設計的目的。

圖(4.4.1-9)第四層收光面照度分布圖

為了增加光能使用效率，建立第五層收光面，遵循設計原則，此為最大角度 的收光，由於反射面超過了出光孔，所以空間變的狹小，為了躲開機構的阻擋，

收光的最大角度為 77⁰~87⁰，如圖(4.4.1-10)所示。

圖(4.4.1-10)第五層收光面建立

因為第五層收光角度相當大，但收到的能量有限，所以直接將光線打在接收 器四個角上，光學模擬如圖(4.4.1-11)，在此案例是成功的設計。

圖(4.4.1-11)第五層收光面照度分布圖

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大角度收光設計將光線集中在接收器的四個角為目標，目的是為了增加接收 器上的面均勻度，大角度設計完成如圖(4.4.1-12)，可以看到漂亮一層一層的全 反射面，每一層均負責不同的角度，能有效提高光能使用的效率。

圖(4.4.1-12)大角度收光設計完成

利用光學模擬，來檢測大角度收光的成果，將五層的全反射設計同時進行光 學模擬，結果如圖(4.4.1-13)，接收面的四個角的照度為最高，中間的照度值低，

以 3D 照度圖可以看到中間是凹陷的，此設計達到目標，大角度收光設計完成，

再來進行中央透鏡設計。

圖(4.4.1-13)大角度設計照度分布圖、3D 照度圖

中央透鏡設計與大角度收光不同，中央得透鏡設計目的是將光線往中央集中，

增加中央的照度，達到設計規格，然而中央透鏡設計我們使用 Code V 光學軟體，

我們將利用此軟體優化功能，達到中央照度的提升。

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