加入方錐透鏡二次光學元件

（b）

（c）

（d）

（e）

（f）

圖 4.12 光偏角對 Fresnel 透鏡聚光能量分佈之影響（開口張角 30 度方錐透鏡），

（a）0 度，光學效率 84.3 %；（b）0.2 度，光學效率 84.2 %；（c）0.4 度，光學效率 83.7 %；（d）0.6 度，光學效率 69.6 %；（e）0.8 度，光 學效率；7.9%（f）1 度，光學效率 0.1%

圖 4.13（a）～（f）為光偏角對 Fresnel 透鏡聚光能量分佈之影響（開口張 角 25 度方錐透鏡）。

（a）

（b）

（c）

（d）

（e）

（f）

圖 4.13 光偏角對 Fresnel 透鏡聚光能量分佈之影響（開口張角 25 度方錐透鏡），

（a）0 度，光學效率 84.3 %；（b）0.2 度，光學效率 84.2 %；（c）0.4 度，光學效率 83.7 %；（d）0.6 度，光學效率 69.6 %；（e）0.8 度，光

圖 4.14（a）～（f）為光偏角對 Fresnel 透鏡聚光能量分佈之影響（開口張 角 20 度方錐透鏡）。

（a）

（b）

（c）

（d）

（e）

（f）

圖 4.14 光偏角對 Fresnel 透鏡聚光能量分佈之影響（開口張角 20 度方錐透鏡），

（a）0 度，光學效率 84.3 %；（b）0.2 度，光學效率 84.2 %；（c）0.4 度，光學效率 83.7 %；（d）0.6 度，光學效率 69.6 %；（e）0.8 度，光 學效率 41.3%；（f）1 度，光學效率 38.1%

圖 4.15（a）～（f）為光偏角對 Fresnel 透鏡聚光能量分佈之影響（開口張 角 15 度方錐透鏡）。

（a）

（b）

（c）

（d）

（e）

（f）

圖 4.15 光偏角對 Fresnel 透鏡聚光能量分佈之影響（開口張角 15 度方錐透鏡），

（a）0 度，光學效率 84.3 %；（b）0.2 度，光學效率 84.2 %；（c）0.4 度，光學效率 83.7 %；（d）0.6 度，光學效率 70.1； %（e）0.8 度，光 學效率 73.3%；（f）1 度，光學效率 66%

表 4.3 不同開口張角的方錐透鏡對不同光偏角模擬之光學效率 光偏角(度)\開口張角(度) 15 20 25 30

0.0 84.3 % 84.3 % 84.3 % 84.3 % 0.2 84.2 % 84.2 % 84.2 % 84.2 % 0.4 83.7 % 83.7 % 83.7 % 83.7 % 0.6 70.1 % 69.6 % 69.6 % 69.6 % 0.8 73.3 % 41.3 % 9 % 7.9 % 1.0 66 % 38.1 % 0.1 % 0.1 %

結果發現開口張角 30 度及 25 度之方錐透鏡在入射角 0.8 度時大量內部全反 射的光線由左端入口反射出，導致原已折射的光線無法落在電池接受面上，如圖 4.12（e）與圖 4.13（e）所示。

開口張角在 15 度時光學效率較佳，光學效率可達 66 %以上，且比其它開口 張角的方錐透鏡效率高，因為其內反射光線大部分只反射一次，再穿透方錐透鏡 到達電池接受面上。

特別的是開口張口 15 度之方錐透鏡在入射角 0.8 度的效率高於入射角 0.6 度的效率，因為入射角 0.6 度的光線大都從方錐透鏡與電池之間的空隙穿過，且 內部全反射的光線部分向入口端反射出，故出現效率較入射角 0.8 度為低的現 象，如圖 4.15（d）及圖 4.15（e）所示。

4.3.3 加入半球透鏡二次光學元件

如圖 4.16，我們先以電池邊長（5 mm）的一半為半球形透鏡半徑，半徑每 增加 2 mm 模擬一次，光學模擬結果如表 4.4。

圖 4.16 半球形透鏡示意圖，材質為 BK7

圖 4.17（a）～（f）為光偏角對 Fresnel 透鏡聚光能量分佈之影響（半徑 2.5 mm 半球形透鏡）。

（a）

（b）

（c）

（d）

（e）

（f）

圖 4.17 光偏角對 Fresnel 透鏡聚光能量分佈之影響（半徑 2.5 mm 半球形透鏡），

（a）0 度，光學效率 84.3 %；（b）0.2 度，光學效率 80.9 %；（c）0.4 度，光學效率 67.5 %；（d）0.6 度，光學效率 53.6 %；（e）0.8 度，光 學效率 31.4%；（f）1 度，光學效率 0.4%

圖 4.18（a）～（f）為光偏角對 Fresnel 透鏡聚光能量分佈之影響（半徑 4.5 mm 半球形透鏡）。

（a）

（b）

（c）

（d）

（e）

（f）

圖 4.18 光偏角對 Fresnel 透鏡聚光能量分佈之影響（半徑 4.5 mm 半球形透鏡），

（a）0 度，光學效率 84.3 %；（b）0.2 度，光學效率 84.2 %；（c）0.4 度，光學效率 83.7 %；（d）0.6 度，光學效率 81.3 %；（e）0.8 度，光

圖 4.19（a）～（f）為光偏角對 Fresnel 透鏡聚光能量分佈之影響（半徑 6.5 mm 半球形透鏡）。

（a）

（b）

（c）

（d）

（e）

（f）

圖 4.19 光偏角對 Fresnel 透鏡聚光能量分佈之影響（半徑 6.5 mm 半球形透鏡），

（a）0 度，光學效率 84.3 %；（b）0.2 度，光學效率 84.2 %；（c）0.4 度，光學效率 83.7 %；（d）0.6 度，光學效率 79.7 %；（e）0.8 度，光 學效率 71.5%；（f）1 度，光學效率 62.4%

圖 4.20（a）～（f）為光偏角對 Fresnel 透鏡聚光能量分佈之影響（半徑 8.5 mm 半球形透鏡）。

（a）

（b）

（c）

（d）

（e）

（f）

圖 4.20 光偏角對 Fresnel 透鏡聚光能量分佈之影響（半徑 8.5 mm 半球形透鏡），

（a）0 度，光學效率 84.3 %；（b）0.2 度，光學效率 84.2 %；（c）0.4 度，光學效率 83.7 %；（d）0.6 度，光學效率 77.2%；（e）0.8 度，光

表 4.4 不同半徑的半球形透鏡對不同光偏角模擬之光學效率 光偏角(度)\半徑(mm) 2.5 4.5 6.5 8.5

0.0 84.3 % 84.3 % 84.3 % 84.3 % 0.2 80.9 % 84.2 % 84.2 % 84.2 % 0.4 67.5 % 83.7 % 83.7 % 83.7 % 0.6 53.6 % 81.3 % 79.7 % 77.2 % 0.8 31.4 % 72.3 % 71.5 % 68.5 % 1.0 0.4 % 61 % 62.4 % 59 %

半球形透鏡半徑小，曲率大，其折射之效果較佳，一旦光偏角增加時，會因 為半徑太小而無法折射光線，甚至造成部分光線向左端入口全反射出去，半徑大 則反之，如圖 4.17（e）及圖 4.20（f）所示。

由表 4.4 可看出 0.6 度光偏角時，在初始模擬下以半徑 4.5 mm 的光學效率為 較佳值，但在光偏角 1 度時，則以半徑 6.5 mm 較佳，因此推估效率較佳的半球 形透鏡半徑在 4.5 mm～6.5 mm。