CN105318280A

CN105318280A - 一种新型的led太阳模拟器光学系统结构

Info

Publication number: CN105318280A
Application number: CN201410241662.8A
Authority: CN
Inventors: 李果华; 孙健刚
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-06-03
Filing date: 2014-06-03
Publication date: 2016-02-10

Abstract

本发明涉及一种利用大功率LED作为光源的太阳模拟器光学系统，系统包含不同峰值波长的大功率LED，聚光透镜，绒面钢化玻璃板，高反射率镜面金属方形反射腔等元器件组成。LED光源阵列在方形反射腔的正上方，LED光源经过透镜首次聚光后，经绒面钢化玻璃板扩散，形成混合光，再经反射腔混光、聚光，将LED发出的光混合并汇聚到辐照平面上，实现模拟器有效辐照面上1000W/m²的辐照强度要求。

Description

一种新型的LED太阳模拟器光学系统结构

技术领域

本发明属于光学设计技术领域，涉及一种LED太阳模拟器光学系统结构。

背景技术

太阳模拟是利用人工光源模拟太阳光辐照特性的一门技术。太阳模拟器的应用领域非常广泛，大型太阳模拟器是航天技术中卫星空间环境模拟的主要组成部分，主要用于完成卫星的热平衡试验，检验卫星的热设计。中小型太阳模器用于卫星姿态控制的太阳敏感器地面模拟试验与标定及地球资源卫星多光谱扫描仪太阳光谱辐照响应的地面定标，同时中小型太阳模拟器在光伏科学与工程过程中也是必不可少的设备之一。这种类型的太阳模拟器可用于太阳电池的检测与标定、遥感技术中室内模拟太阳光谱辐照以及农业科学中研究植物发育和培育良种、建材行业中材料的耐辐照老化试验等。特别是近年来随着适合于人体健康保健用太阳光装置的研制成功，进一步推动了的研究人工太阳模拟技术。

在光伏产业中应用的中小型太阳模拟器是光伏产业中检测与定标的必不可少的设备。早期的太阳模拟器的光源主要是碳弧灯，其优点在于它的光谱分布和太阳光谱最为接近，缺点在于电极材料易损耗，易造成溅射污染而影响试件的光学性能。当前用于光伏检测定标的太阳模拟器大多用氙灯作为光源，其优点是工作状态稳定、光电参数一致性好、亮度高、发光效率高以及能够形成对称分布的配光曲线、光谱范围比较接近真实太阳光谱分布等。但其不足同样制约了其通用性，氙灯太阳模拟器体积大、成本高、能耗大。这使得其不能应用到光伏小型、微型电池组件的试验与生产中。在大型组件的应用中，氙灯模拟器耗电更多。在小型、微型组件的测量中一般用卤钨灯代替标准太阳模拟器，而卤钨灯的光谱分布与太阳光谱分布相差甚远。

目前国内外使用的太阳模拟器的光学系统都是以氙灯为光源设计的，无法套用在以LED为光源的太阳模拟器上，因此，很有必要发明一款新的光学系统实现以LED为光源的太阳模拟器。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够同时实现输出的辐照强度达到1000W/m²和辐照不均匀度≤2%的LED太阳模拟器光学系统。

为了解决上诉技术问题，本发明实现的LED太阳模拟器光学系统包括不同峰值波长的大功率LED、聚光透镜、绒面钢化玻璃板、高反射率镜面金属方形反射腔、辐照面；所述聚光透镜采用的是内全反射透镜(TIR)，对LED光源进行聚光作用。所诉的绒面钢化玻璃板是将LED出射的光形成杂散光，将所有波长的光进行首次的混合。所述的高反射率镜面金属方形反射腔作用是将外围光能进行汇聚，并将不同波长的光通过镜面反射多次混合，形成混合光，最后通过出光口辐射至辐照面。

工作原理说明：

各种不同波长的LED光源按照合理的结构排列形成光源阵列，经聚光透镜聚光后经过绒面钢化玻璃板形成杂散光，再经金属方形反射腔多次反射充分混合形成均匀光。在辐照面上的不均匀调整中，逐一将某一波长的光的均匀度调整最佳的状态，然后依次调整剩余波长的LED光源，最后全部点亮，在辐照面上形成均匀的光斑。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明的新型的LED太阳模拟器光学结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明实现的LED太阳模拟器光学系统包括不同峰值波长的大功率LED、聚光透镜、绒面钢化玻璃板、高反射率镜面金属方形反射腔、辐照面；所述聚光透镜采用的是内全反射透镜(TIR)，对LED光源进行聚光作用。所诉的绒面钢化玻璃板是将LED出射的光形成杂散光，将所有波长的光进行首次的混合。所述的高反射率镜面金属方形反射腔作用是将外围光能进行汇聚，并将不同波长的光通过镜面反射多次混合，形成混合光，最后通过出光口辐射至辐照面。

本发明能够同时满足辐照均匀度高和输出能量密度达到1000W/m²的要求。

本发明能够达到下列指标：

b)辐照度1000W/m²；

c)辐照不均匀度≤2.0%;

c)辐照不稳定度≤2.0%;

d)光谱匹配：AM1.5光谱辐照度分布。

以上所述为本发明专利的优选实施例，并非因此限制本发明专利的范围，凡是利用本发明专利及附图内容所做的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关技术领域，均包括在本发明专利的保护范围之内。

Claims

1.LED太阳模拟器光学系统，其特征在于:包括不同峰值波长的大功率LED(1)、聚光透镜(2)、绒面钢化玻璃板(3)、绒面钢化玻璃板(4)、高反射率镜面金属方形反射腔(5)、辐照面(6)；LED阵列光源首先经过透镜阵列形成高辐照能的光束，经绒面钢化玻璃板扩散，形成混合光，再经过反射腔的多次反射并进行聚光形成均匀的混合光，辐照在有效辐照面上。

2.根据权利要求1所述，任何波长LED的组合作为模拟器的光源均在权利要求保护之内。

3.根据权利要求1所述，任何花纹、绒面结构的玻璃板均在权利要求保护之内。

4.根据权利要求1所述，任何结构的聚光透镜均在权利要求保护之内。

5.根据权利要求1所述，任何结构的反射腔结构均在权利要求保护之内。