CN103328882A - 太阳光模拟器和用于运行太阳光模拟器的方法 - Google Patents
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Abstract
一种太阳光模拟器（S），装配有至少一个发光模块（1），其中至少一个发光模块（1）具有：多个光产生单元（2，3），其中光产生单元（2，3）中的每一个都具有带有在下游接入的、聚光的一级光学元件（6，7）的至少一个半导体光源（4，5）；在光产生单元（2，3）下游接入的、使光均匀化的二级光学元件（10）；在二级光学元件（10）下游接入的、成像的三级光学元件（12），其中半导体光源（4，5）产生在多个能够单独控制的波长范围中的光。提出一种方法，所述方法用于运行太阳光模拟器（S），其中控制光产生单元（2，3），使得太阳光模拟器（S）产生随时间变化的光放射。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有多个半导体光源和至少一个在下游接入的光学元件的太阳光模拟器。本发明还涉及一种用于运行太阳光模拟器的方法。
背景技术
已知氙闪光灯用于测试太阳能电池。氙闪光灯的应用具有下述缺点：得出差的可复现性的快速循环的测量，因为出现电容器电荷对闪光功率的影响。此外，氙闪光灯在高的加工成本和高的的能量使用情况下仅具有低的灯使用寿命。此外，放射的光谱是固定预设的并且不能够被跟踪。此外，在太阳能电池未被激活的波长范围中需要高的功率。
DE 10051357 A1描述用于辐照太阳能电池的装置，所述装置包含至少400个固体辐射源，更确切地说以矩阵形的平面的布置以用于优选为硅电池发射光谱为880nm的单色光（矩阵光源）。矩阵光源构成为XY矩阵，其中能够单独控制固体光源的电流。矩阵光源能够具有不同的、光谱的光发射的固体光源的组，其中通过适当地控制组能够产生期望的混合光谱。
US 2008/0115830 A1公开一种太阳能电池和透镜的组件，所述组件位于太阳光集中器模块的表面上。太阳能电池位于透镜的焦点中。通过发光装置替代太阳能电池的其他组件位于太阳光集中器模块的相对置的表面上。每个其他的组件相反地安置在前面的组件上。因此，通过较后面的组件和前面的组件发出的光由发光装置聚焦到太阳能电池上。
DE 10 2007 059 130 A1和DE 10 2007 059 131 A1提出用于调节色度坐标的方法和装置以及照明系统。DE 10 2007 059 130 A1描述一种用于调节至少一个光源的色度坐标的方法，其中测定温度并且其中与测定的温度相关地调节至少一个光源的色度坐标。此外，描述一种用于执行所述方法的装置。DE 10 2007 059 131 A1描述一种用于调节色度坐标的方法，其中设有n个光源，其中n-3个光源被预调节或是预调节的，其中n个光源的色度坐标差异由理论色度坐标来确定并且其中3个没有预调节的光源调节成，使得实现理论色度坐标。此外，描述一种用于执行所述方法的装置。
发明内容
本发明的目的是，至少部分地克服现有技术的缺点。
所述目的根据独立权利要求的特征来实现。优选的实施形式尤其能够在从属权利要求中得出。
所述目的通过具有至少一个发光模块的太阳光模拟器来实现，其中所述至少一个发光模块具有：多个光产生单元，其中光产生单元中的每一个具有带有在下游接入的、聚光的一级光学元件的至少一个半导体光源；在光产生单元的下游接入的、使光均匀化的二级光学元件；和在二级光学元件的下游接入的、成像的三级光学元件；其中半导体光源在多个、能够单独控制的波长范围中产生光。
这种太阳光模拟器能够实现将馈入的能量有效地转换成光。由多个波长范围组成的光（“混合光”）能够由太阳光模拟器以在大面积之上的极其均匀的光谱分布和极其均匀的功率或强度并且以高的精度（例如，为了测量目的）以可复现的方式来提供。换言之，在所辐照的表面的任何位置上能够提供相同的光谱和相同的功率。均匀的分布已经能够直接地在太阳光模拟器的下游提供，尤其也在短焦距的工作距离中，例如为大约400nm，这允许紧凑的装置。
优选地，至少一个半导体光源包括至少一个发光二极管。在存在多个发光二极管时，所述多个发光二极管以相同的色彩或以不同的色彩发光。色彩能够是单色的（例如，红色、绿色、蓝色等）或多色的（例如，白色）。由至少一个发光二极管放射的光也能够是红外光（IR-LED）或紫外光（UV-LED）。多个发光二极管能够产生混合光；例如，白色的混合光。至少一个发光二极管能够包含至少一种波长转换的发光材料（转换型LED）。替选地或附加地，发光材料能够远离发光二极管设置（“远程磷光”）。至少一个发光二极管能够以至少一个单独封装的发光二极管的形式或以至少一个LED芯片的形式存在。多个LED芯片能够安装在共同的基底（基板）上。至少一个发光二极管能够装配有至少一个自有的和/或共同的用于引导射束的光学元件。取代于或附加于例如基于InGaN或AlInGaP的无机发光二极管，通常也能够使用有机LED（OLED，例如，聚合物LED）。替选地，至少一个半导体光源例如具有至少一个二极管激光器。
聚光的一级光学元件用于使由至少一个半导体光源产生的、射到一级光学元件中的光束的张角减小或变窄。聚光的一级光学元件也能够称作准直光学元件或相应于准直光学元件。
一个改进形式是，属于能够单独控制的波长范围中的一个的半导体光源能够以固定预设的方式、例如借助固定预设的电流或电流比来控制。替选地，半导体光源能够可变地控制，例如以便跟踪光强度或光色或将其调整到新的值上。
一个设计方案是，一级光学元件设计并且设置成产生张角不大于15°、尤其不大于10°的成束的光射束。所述准直功能能够实现在下游接入的使光均匀化的二级光学元件中的尤其均匀的光分布。
一级光学元件例如能够包括光导体。射到准直的光导体中的光尤其能够在露出的侧向表面上通过全反射来反射（“TIR（Total InnerReflection，全内反射）棒”）。替选地，光导体的侧部能够被镜面化。
光导体尤其能够是集中器。集中器例如能够是组合的集中器，例如CPC集中器（CPC；“Compound Parabolic Concentrator”，复合抛物面集中器）、CHC（“Compound Hyperbolic Concentrator”，复合双曲面集中器）集中器、CEC（“Compound Elliptic Concentrator”，复合椭圆面集中器）集中器等。然而，也能够使用其他的准直光学元件。
光导体例如能够由玻璃或塑料制成。替选地或附加地，一级光学元件能够构造成反射器、尤其是罩形的反射器。
一个改进形式也是，在至少两个（结构）不同的光产生单元的下游接入不同的一级光学元件，例如光导体或反射器，两个结构不同的光导体或两个结构不同的反射器。
另一个尤其功能性的设计方案是，二级光学元件包括蜂巢聚光器。蜂巢聚光器例如能够具有在共同的基底上在双侧施加的两个微透镜场。替选地，蜂巢聚光器能够具有在间隔设置的基底上分别在单侧施加的两个微透镜场。
此外，一个设计方案是，三级光学元件包括傅里叶光学元件，尤其包括傅里叶透镜（例如，用作傅里叶透镜的凸透镜），尤其包括菲涅尔透镜。
三级光学元件能够在一个或多个二级光学元件的下游接入。
此外，一个设计方案是，三级光学元件产生限定的枕形畸变（“塞德耳像差”）。因此，在多个发光模块的阵列型的平面的布置中，其中彼此相邻地投影发光模块的图像或图像区域，能够实现在多个图像区域上的尤其均匀的光分布，因为枕形畸变在其叠加时能够至少部分地补偿各个图像区域的边缘处的亮度下降。
一个设计方案也为，三级光学元件产生具有能够紧密压缩(packbar)的基本形状的由二级光学元件放射的射束的至少一个图像或图像区域。由此，多个图像区域能够以直接相互邻接的方式或者以无缝隙的方式设置从而完全地覆盖图像面，而所述多个图像区域不需要叠加。然而，图像区域能够在与基本形状（轻微）偏差的区域中、例如在畸变的区域中和/或在外部的边缘区域中叠加。能够紧密压缩的基本形状例如能够包括矩形的基本形状或六边形的基本形状。
又一个设计方案是，半导体光源在至少四个、尤其至少五个能够单独控制的波长范围中产生光。这些数量的波长范围在控制耗费低的同时已经能够实现实际上有意义的近似于太阳光谱。因此，在DE 10 2007 059130 A1和DE 10 2007 059 131 A1中描述的方法和装置也能够有利地用于本太阳光模拟器。
因此，尤其地，一个改进形式能够是，为了调节至少一个发光模块的、至少一个光产生单元的、至少一个半导体光源的和/或至少一个波长范围（色彩通道）的色度坐标设有n个波长范围，其中n-3个波长范围或其半导体光源被预调节或者是预调节的，其中n个波长范围的或其半导体光源的色度坐标差异由理论色度坐标来确定并且其中3个没有预调节的波长范围或其半导体光源调节成，使得实现理论色度坐标。尤其地，色度坐标差异能够借助至少一个测量装置来确定，其中至少一个测量装置尤其包括下述传感器中的一个：亮度传感器、尤其是Vλ评估的亮度传感器，温度传感器和/或色彩传感器。对于每个波长范围或其半导体光源，尤其能够至少各设有一个传感器。能够进行成色度坐标的调节，使得目标变量、即显色指数、色彩品质等级或与应用相关的光谱分布中的至少一个尽可能好地实现预设的值。尤其地，在至少一个目标变量方面的优化能够提前执行并且尤其作为用于n-3个波长范围或其半导体光源的控制信息来提供。此外，对至少一个目标变量根据n个波长范围或其半导体光源进行调节能够借助于至少一个下列参数进行：光通量、照明强度、光强度或亮度。三个没有预调节的波长范围或其半导体光源也能够在CIE x-y图表中展开三角形，其中三角形尤其具有尽可能大的面积。此外，三个没有预调节的波长范围或其半导体光源能够迭代地被调节，使得实现理论色度坐标。此外，为了调节理论色度坐标，能够附加地以能够调节的方式预设相对的或绝对的理论色度坐标和/或亮度信息。
此外，一个设计方案是，至少一个波长范围包括红外辐射。
又一个设计方案是，至少一个波长范围包括紫外辐射（“UV波长范围”）。因此，尤其辐射引致的老化效应（风化）能够逼真地被模拟。特别地，所述UV波长范围能够位于紫外线附近，尤其位于大约（370+/-50）nm的波长范围中。
此外，一个设计方案是，至少一个光产生单元具有多个半导体光源，其中半导体光源在至少两个能够单独控制的波长范围中产生光。因此，能够使用相关联的用于多个波长范围的一级光学元件，这节约成本并且能够实现紧凑的结构。
此外，一个设计方案是，太阳光模拟器具有多个发光模块，其中发光模块产生基本上相互邻接的图像或图像区域（阵列型的平面的装置）。光分布优选地在相互邻接的图像区域之上是基本上均匀的。因此，实际上能够用高功率密度的类似于太阳光的光来辐照任意大的面积。
一个特殊的设计方案是，相邻的发光模块产生下述图像区域，所述图像区域在其畸变（verzeichnet）的边缘突出处、尤其在角处叠加。这尤其与各个图像区域的限定的枕形畸变一起有助于在不同的图像区域至少的均匀的光分布（强度和/或光谱分布）。
另一个改进形式是，太阳光模拟器具有至少一个控制装置以用于控制光产生单元或其半导体光源。
控制装置尤其能够设计成用于以可变的方式控制光产生单元、尤其是相同类型的半导体光源，尤其以便以可变的方式调节或调整由发光模块和/或太阳光模拟器产生的混合光的功率密度和/或（混合）色度坐标。
特别地，控制装置能够设计成用于使混合光模仿每日进程的太阳光特性，以便实现切合实际的日光曲线。因此，清晨和傍晚的日光与中午相比能够具有较小的强度和较高的红色部分。替选地，能够实现独特的光谱分布。
一个普遍的改进形式是，发光模块和/或太阳光模拟器具有至少一个测量装置。至少一个测量装置尤其能够设计成用于检测所产生的光的至少一个特性，尤其包括例如单独地用于一个或多个色彩通道的、尤其是每个色彩通道的至少一个色彩传感器和/或至少一个亮度传感器。附加地或替选地，至少一个测量装置能够包括至少一个温度传感器。传感器尤其能够与在DE 10 2007 059 130 A1和DE 10 2007 059 131 A1中描述地那样来应用。
因此，为了调节至少一个发光模块的、至少一个光产生单元的、至少一个半导体光源的和/或至少一个波长范围（色彩通道）的色度坐标能够测定温度并且与测定的温度相关地调节色度坐标。色度坐标能够包括亮度和/或色彩饱和度。色度坐标能够对应于尤其是预设的理论色度坐标。温度尤其能够是光产生单元的或半导体光源的温度（例如，直接在半导体光源上或在相关联的基底上测量的等）。温度尤其能够借助至少一个温度传感器、尤其借助负温度系数热敏电阻和/或正温度系数热敏电阻来测定。替选地或附加地，温度能够根据被输出的功率和/或根据热阻来确定。根据至少一个发光模块的、光产生单元的和/或半导体光源的温度能够测定至少一个光源的相关联的亮度和波长，尤其是波长范围的峰值波长。亮度和波长能够与预设的校准数据相关联地来测定。尤其如果老化信息是光源的老化特性曲线，那么亮度和波长也能够与所涉及至少一个发光模块、光产生单元和/或半导体光源的老化信息相关地来测定。亮度和波长能够转化成实际色度坐标。特别地，能够将实际色度坐标与（理论）色度坐标进行比较并且至少一个发光模块、光产生单元和/或半导体光源调节成，使得实现所述色度坐标。特别地，至少一个发光模块、光产生单元和/或半导体光源能够迭代地调节，使得实现所述色度坐标。然而，对于对色度坐标的这种调节而言，替选地或附加地，也能够使用其他的传感器，色彩传感器和/或亮度传感器。
尤其有利的是，为每个发光模块设有相应的传感器（尤其是色彩传感器、亮度传感器和/或温度传感器）以用于对发光模块的每个能够单独控制的波长范围（尤其是为其校准）调节色度坐标，尤其是为每个能够单独控制的波长范围设有至少一个传感器。
通常，每个发光模块能够设计成用于自动地调节或调整多个能够单独控制的波长范围的色度坐标。每个发光模块能够对此具有至少一个控制装置。
一个改进形式也为，至少一个测量装置与控制装置耦合，尤其以便能够实现对光产生单元或半导体光源的适配或调整。由此，能够实现混合光的和/或各个光部分的或色彩通道的准确的可复现性。特别地，也能够实现校准和/或自校准。
另一个改进形式是，控制装置包括中央控制单元和/或用于每个发光模块的、尤其是用于多个发光模块之间的通信（“模块-模块-通信”）的控制单元。
尤其为了调整太阳光模拟器的多个发光模块的光放射，尤其为了调节其色度坐标，发光模块、尤其其控制单元能够设计成用于模块-模块-通信。
另一个改进形式是，每个发光模块能够将亮度理论值准确地控制和/或调整成至少2%。另一个改进形式是，发光模块（在存在多个发光模块时）能够将其亮度值控制和/或调整成正好是所有发光模块的（总）亮度理论值、精确地是至少2%。对此，尤其能够使用用于模块-模块-通信的能力。
另一个改进形式是，太阳光模拟器具有接口以用于输出光谱特性和/或关于由所述太阳光模拟器放射的光的亮度分布的信息。接口例如能够耦合于要辐照的太阳能电池的测量装置。这在每次测量中实现太阳能电池的测量值的关联和精细校正。
此外，一个改进形式是，发光模块和/或太阳光模拟器配设有液冷装置、尤其是水冷装置，以便将在光产生或辐射产生时产生的余热有效地导出。水冷装置的应用具有下述优点：能够实现极其有效的散热，由此在高的工作电流下也能够保持低的阻挡层温度。因此，延长使用寿命。此外，能够实现具有低温度损耗的有效的LED运行。水冷装置还有助于光产生和光输出的稳定性。此外，水冷装置简化大量的发光模块的共同应用。
另一个改进形式是，太阳光模拟器的水冷装置连接于热量回收的水冷循环，例如工厂。由此，能够实现太阳光模拟器的尤其节约能量的运行。
所述目的也通过用于运行尤其是如同在上文中描述的太阳光模拟器的方法来实现，其中光产生单元或半导体光源被控制成，使得太阳光模拟器产生随时间变化的（预设的）光放射。随时间变化的光放射尤其能够模仿每日进程的太阳光。
太阳光模拟器能够在连续模式中或在闪光模式中运行。
附图说明
在下面的图中根据实施例示意地更详细地描述本发明。在此，为了可视性，相同的或起相同作用的元件设有相同的附图标记。
图1从斜侧向示出用于太阳光模拟器的根据第一实施形式的发光模块的视图；
图2从斜后方示出根据第一实施形式的发光模块的视图；
图3从前方示出根据第二实施形式的发光模块的视图；
图4示出借助于发光模块产生的图像的亮度分布；
图5示出太阳光模拟器的多个发光模块的图像的布置的俯视图；以及
图6示出由发光模块产生的图像的光谱分布。
具体实施方式
图1从斜侧向斜示出用于太阳光模拟器S的发光模块1的视图。图2从斜后方示出发光模块1的视图。太阳光模拟器S具有至少一个发光模块1。
发光模块1具有多个光产生单元2、3，也就是五个第一光产生单元2和二十四个第二光产生单元3。第一光产生单元2和第二光产生单元3关于发光模块的纵轴线L以90°转动对称地设置。五个第一光产生单元2更确切地说以具有中央的光产生单元2（纵轴线L穿过所述光产生单元伸展）和四个外部的光产生单元2的矩阵布置来设置，而二十四个第二光产生单元3以每六个光产生单元3成一组的方式设置在相邻的光产生单元2之间。
光产生单元2、3中的每一个具有多个以发光二极管（LED）形式的半导体光源。第一光产生单元2在此例如具有带有多个放射红外光的LED（IR-LED）的组件4，其中所述IR-LED能够具有不同的波长或波长带。第二光产生单元3具有带有多个LED的组件5，其中所述LED也能够具有不同的波长或波长带，例如能够放射可见光和/或IR光。对此，例如能够使用不同色彩的LED（也就是说，放射不同波长的光的LED），其中附加地也能够存在IR-LED。
组件4和/或5能够作为LED模块存在，其中每个LED模块在共同的基底上具有多个LED。LED尤其能够作为LED芯片存在，所述LED芯片例如施加在共同的陶瓷基底上。LED能够作为单独封装的高功率LED存在。
组件4、5中的每一个与以在此例如使用的水冷装置的形式的液冷装置（没有示出）连接，以便将通过LED产生的余热导出。
在组件4、5中的每一个的下游接入聚光的一级光学元件6或7，以便减小分别放射的光束的尤其关于纵轴线L的放射角（“准直单元”）。因此，关于主放射轴线、光学轴线或纵轴线具有180°的放射角或θ=90°的张角的朗伯辐射体的对LED典型的放射特性优选地减小到θ≤大约15°、更优选地减小到θ≤大约10°。
在各个组件4下游接入的一级光学元件6以反射罩的形式存在，例如具有抛物线形的横截面轮廓。因此，各个组件4的IR-LED射到一级光学元件6中并且部分地在一级光学元件6的构造成IR反射的内壁上反射并且部分地以不反射的方式通过前面的光出射平面8输出。
在各个组件5下游接入的一级光学元件7以光导体的形式存在。因此，各个组件5的LED射到一级光学元件7中并且部分地在一级光学元件7的外侧上全反射以及部分地以不反射的方式通过前面的光输出面9输出。一级光学元件7例如能够由玻璃、尤其由石英玻璃、或者由塑料构成，尤其包含环状的烯烃聚合物（COP；“Cycloolefin Polymer，环烯烃聚合物”），例如以德国的Zeon Europe股份有限公司的品名Zeonex或Zeonor获得，或者包含环状的烯烃共聚物（COC；“CycloolefinCopolymer，环烯烃共聚物”），例如以德国的TOPAS Advanced Polymers股份有限公司的品名TOPAS获得。光输出面9和光出射平面8基本上位于共同的平面中并且具有相同的主放射方向。
在光产生单元2、3和一级光学元件6和7的下游接入使光均匀化的二级光学元件10，所述二级光学元件具有在沿着纵轴线L的俯视图中为矩形的基本形状。二级光学元件10此外用于，使由光产生单元2、3射入的光经由二级光学元件10的光放射面11在强度或光强和色彩或波长方面均匀化或平衡。对于观察者而言，光放射面11理想地表现成矩形的、均匀辐射的面。
在本实施例中，二级光学元件10构造成蜂巢聚光器（“Fly’s Eye，蝇眼”）。蜂巢聚光器尤其能够具有光学串联的、错开设置的具有蜂巢形矩阵布置的微透镜的两个场，其中第一场的微透镜的子孔径尤其一致地通过第三光学元件12（见下面）（能够）成像于目标平面。尤其与聚光到优选为θ≤大约15°、更优选为θ≤大约10°的张角的一级光学元件6和7相组合，通过二级光学元件10能够实现高的均匀度。
可选地，在二级光学元件10的下游接入在此以傅里叶光学元件、尤其以傅里叶透镜、尤其以节约空间的菲涅尔透镜的形式的成像的三级光学元件12，以便由二级光学元件10成像于位于三级光学元件12的焦点中或焦点处的期望的图像区域、例如太阳能电池或要风化的面，如同例如在图4中示出。
三级光学元件12能够在一个或多个二级光学元件10的下游接入。通过多个二级光学元件10的矩形的基本形状，所述多个二级光学元件能够基本上以无间隙的方式并且在基本上没有重叠的情况下（“紧密压缩的基本形状”）相互设置。三级光学元件12也能够具有以不同成形的外部轮廓，例如，与一个或多个二级光学元件10相一致的外部轮廓，例如四边形的、尤其正方形的外部轮廓。
光产生单元2、3通常能够控制成，使得能够对相同类型的LED，还有不同的光产生单元2、3的LED共同地并且必要时也与其他LED无关地、例如关于其工作电流进行控制。换言之，尤其能够单独地控制发光模块1的和/或太阳光模拟器S的单独的色彩通道。例如，能够共同地控制同一色彩的所有LED。由此，通过二级光学元件10，尤其也能够在能够通过发光模块实现的色彩空间（“色域”）之内产生具有由相同类型的LED的多个组组成的能够调节的色彩点的混合光。为了控制光产生单元2、3，LED能够与合适的控制装置或驱动器连接或由其控制或馈电。
控制装置对此尤其能够可变地控制光产生单元2、3，尤其是可变地调节或调整由发光模块1和/或太阳光模拟器S产生的混合光的功率密度和/或（混合）色度坐标。因此，特别地，混合光模仿每日进程的太阳光特性，以便实现真实的日光曲线。因此，清晨和傍晚的日光与中午相比能够具有较小的强度和较高的红色部分。替选地，能够模拟单独的光谱分布。
此外，发光模块1和/或太阳光模拟器S能够具有至少一个测量装置以用于检测所产生的光的至少一个特性。至少一个测量装置例如能够包括例如单独地用于色彩通道中的一个或多个的，尤其用于色彩通道中的每一个的至少一个色彩传感器、至少一个亮度传感器和/或至少一个温度传感器。
特别地，至少一个色彩传感器和/或至少一个亮度传感器能够对反散射的和/或反射回的光是灵敏的、尤其是校准于此。
至少一个测量装置与控制装置耦合，以便控制装置能够实现光产生单元2、3的匹配或调整。因此，借助于通过控制装置来跟踪光源能够实现混合光的和/或各个光部分或色彩通道的极其准确的可复现性。特别地，也能够实现对发光模块1和/或太阳光模拟器S的校准和/或自校准。
控制单元能够包括中央控制单元和/或多个发光模块1之间的通信装置。
图3从前方示出根据第二实施形式的发光模块21的视图。发光模块21与发光模块1不同地具有八个第二光产生单元22和四个第三光产生单元23。第二光产生单元22与第一实施例的第二光产生单元3的不同在于：其一级光学元件24在相反于纵轴线L的俯视图中具有细长的形状。每两个第二光产生单元22设置在两个外部的第一光产生单元2之间，并且每一个第三光产生单元23设置在两个相邻的第二光产生单元22之间。第三光产生单元23的一级光学元件25比第二光产生单元22的一级光学元件24更宽，但是在俯视图中与此平行地定向。第二光产生单元22和第三光产生单元23能够具有相同的或不同的LED的组件4。
构成为蜂巢聚光器的二级光学元件10尤其在与三级光学元件12组合时能够实现：其光放射面11基本上均匀地放射光，更确切地说，即使光产生单元2、22和/或23中的仅几个、例如仅光产生单元22和/或23被接入时也如此。
然而，由于边缘效应，在实践中通常在二级光学元件10的边缘上并且主要也在三级光学元件12的傅里叶平面中的图像面的边缘上出现强度下降。图4示出三级光学元件12的傅里叶平面中的借助于发光模块1或21产生的锐利地限界的图像或图像区域B的亮度分布。图像区域B与发光模块1的间距大约为450mm。由于强度下降通常得出成圆形的强度分布，更确切地说也在二级光学元件10的矩形的功能面中、尤其是微结构布置中来得出。为了借助简单的机构对所述成圆形的强度分布进行补偿，发光模块1或21产生矩形的基本形状G的限定的枕形畸变V（“塞德耳像差”）。这尤其能够表示，图像区域B的角从矩形的基本形状G向外凸出。在图像区域B的右侧上再次示意地示出基本形状G的和畸变V的外部轮廓。
图5示出太阳光模拟器S的多个直接相邻设置的发光模块1的图像区域B的布置（“阵列型的平面的布置”）的俯视图。图像区域B的基本形状G形成至少一个共同的、基本上矩形的156mm2的或其几倍的面积，这对应于典型的太阳能电池的面积。枕形畸变V通过它们和必要时还有基本形状G的侧部的最外的边缘区域重叠来至少部分地补偿各个二级光学元件10的或图像区域B的基本形状G的边缘上的强度下降。
因此，代替期望借助高耗费来单独地补偿作为不期望的效应的边缘侧的强度下降和枕形畸变V，因此为了提供强度枕形畸变V在此借助相对少的耗费保持在相应的图像区域B的边缘处。总体上，在图像区域B之上得出不仅彩色的、而且也在其功率密度分布方面高度均匀的光分布。因此，简单的阵列型的平面的可配置性能够实现由多个相邻设置的发光模块1组成的总体上低畸变的光学系统。
图6示出由发光模块1产生的图像区域B的光谱分布，作为相对于以nm为单位的波长λ对以任意单位的光谱功率进行的描述。太阳光谱SpS以点的方式示出，而LED光谱SpL以直线示出。LED光谱SpL在此由五个不同的色彩通道组成，所述色彩通道借助于五组LED来产生。然而，也能够使用更少的、尤其为四个、还有更多的色彩通道。通过使用多个色彩通道能够更准确地接近于太阳光谱SpS。
在此，LED光谱SpL由各个色彩通道或波长范围λ=（950尖峰波长+/-50）nm、（850+/-50）nm、（740+/-50）nm、（630+/-50）nm和（450+/-50）nm组成。
总体上，通过发光模块1通常能够产生大于1000W/m2的辐射强度，所述辐射强度高于太阳在中纬度中的、例如在中欧中的地面上的辐射强度，使得能够在缩短的时间内研究尤其与太阳光相关的老化效应。
因此，一个或多个发光模块1得出下述优点：能够（a）极其均匀地、（b）在大的面积上并且（c）以高的精度（例如，用于测量目的）以可复现的方式提供混合光的功率和光谱分布。
此外，通过光学系统确保，以相同的辐射功率在被辐照面的任何位置处提供有相同的光谱。
发光模块1和/或太阳光模拟器S尤其能够配设有水冷装置，以便将在光产生中或辐射产生中产生的余热有效地导出。对此，LED的基底尤其能够与水冷装置热连接。水冷装置的应用具有下述优点：能够实现极其有效的散热，由此也能够在工作电流高时保持低的阻挡层温度。因此，也延长使用寿命。此外，能够实现具有小的温度损耗的有效的LED运行。水冷装置此外有助于光产生和光输出的稳定性，更确切地说不仅关于强度而且关于光谱的稳定性（避免热相关的光谱偏移）。此外，水冷装置简化尤其以阵列型的平面的布置的大量发光模块1的共同应用。
在使用水冷装置时尤其有利的是，在工厂水冷循环中将余热回收利用的可能性。对此，太阳光模拟器的水冷装置例如能够连接于工厂水冷循环。
然而，对水冷装置替选地，空气冷却装置也是可行的，尤其在发光模块1以闪光模式（“flash mode”）运行时。
当然，本发明不局限于所示出的实施例。
因此，例如为了风化设备能够附加地提供具有目的明确的紫外光的色彩通道，例如通过使用UV-LED，例如在近UV范围中，例如在（370+/-50）nm的波长范围中。
对于一个或多个色彩通道而言，射入到二级光学元件10中的光能够至少部分地借助于波长转换来产生，更确切地说直接在LED的发射面的区域中（“芯片级转换”）或稍微远离所述发射面（“远程磷光”）来产生。为了波长转换能够使用一种或多种发光材料，尤其是辉光发光材料，尤其是荧光和/或磷光发光材料。为了波长转换尤其能够使用多频带发光材料，尤其在可见的范围中的多频带发光材料。
在芯片级转换中尤其能够将蓝光转换成绿光和/或红光。
半导体光源通常能够通过合适的种类分布（“面元划分”，binning）而具有各个色彩的扩宽的波长范围或扩宽的光谱宽度。
不同的半导体光源的和/或波长范围的光通常能够以光谱方式至少部分地叠加（“通道间混合”）或基本上没有示出叠加。
附图标记列表：
1 发光模块
2 第一光产生单元
3 第二光产生单元
4 LED的组件
5 LED的组件
6 一级光学元件
7 一级光学元件
8 光出射平面
9 光输出面
10 二级光学元件
11 光放射面
12 三级光学元件
21 发光模块
22 第二光产生单元
23 第三光产生单元
24 一级光学元件
25 一级光学元件
B 图像区域
G 基本体
L 纵轴线
S 太阳光模拟器
SpS 太阳光谱
SpL LED 光谱
V 畸变
Claims (15)
1.一种具有至少一个发光模块（1；21）的太阳光模拟器（S），其中所述至少一个发光模块（1；21）具有：
-多个光产生单元（2，3；22，23），其中所述光产生单元（2，3；22，23）中的每一个具有带有在下游接入的、聚光的一级光学元件（系统）（6，7）的至少一个半导体光源（4，5）；
-在所述光产生单元（2，3；22，23）的下游接入的、使光均匀化的二级光学元件（10）；
-在所述二级光学元件（10）的下游接入的、成像的三级光学元件（12），
其中所述半导体光源（4，5）产生在能够单独控制的多个波长范围中的光。
2.根据权利要求1所述的太阳光模拟器（S），其中所述一级光学元件（6，7）为此设计并且设置成产生具有不大于15°的、尤其不大于10°的张角的成束的光束。
3.根据上述权利要求之一所述的太阳光模拟器（S），其中所述一级光学元件（6，7）包括光导体（7）和/或反射器（6）。
4.根据权利要求3所述的太阳光模拟器（S），其中在至少两个不同的光产生单元（2，3；22，23）的下游接入不同的一级光学元件（6，7）。
5.根据上述权利要求之一所述的太阳光模拟器（S），其中所述二级光学元件（10）包括蜂巢聚光器。
6.根据上述权利要求之一所述的太阳光模拟器（S），其中所述三级光学元件（12）包括傅里叶透镜。
7.根据上述权利要求之一所述的太阳光模拟器（S），其中所述发光模块（1；21）产生限定的枕形畸变。
8.根据上述权利要求之一所述的太阳光模拟器（S），其中所述三级光学元件（12）产生具有能够紧密压缩的基本形状（G）的由二级光学元件（10）放射的射束的图像区域（B）。
9.根据上述权利要求之一所述的太阳光模拟器（S），其中至少一个波长范围包括紫外辐射。
10.根据上述权利要求之一所述的太阳光模拟器（S），其中至少一个光产生单元（2，3；22，23）具有多个半导体光源（4，5），其中所述半导体光源（4，5）产生在能够单独控制的至少两个波长范围中的光。
11.根据上述权利要求之一所述的太阳光模拟器（S），所述太阳光模拟器具有多个发光模块（1；21），其中所述发光模块（1；21）产生基本上相互邻接的图像。
12.根据权利要求7、8和10之一所述的太阳光模拟器（S），其中相邻的发光模块（1；21）产生图像，所述图像在其畸变的边缘突出处、尤其在角处叠加。
13.根据上述权利要求之一所述的太阳光模拟器（S），其中所述太阳光模拟器（S）具有多个发光模块（1；21）并且设计成用于从发光模块（1；21）到发光模块（1；21）的通信。
14.根据上述权利要求之一所述的太阳光模拟器（S），其中每个能够单独控制的波长范围的每个发光模块（1；21）存在有至少一个传感器以用于调节相关的色度坐标。
15.一种用于运行太阳光模拟器（S）的、尤其是根据上述权利要求之一所述的太阳光模拟器的方法，其中控制所述光产生单元（2，3；22，23），使得所述太阳光模拟器（S）产生随时间变化的光放射。
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