CN105765294A - 基于led的太阳模拟器系统及使用的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于LED的太阳模拟器光源，其具有由LED组件的多个LED组形成的至少一个LED阵列、至少一个视野致平装置、至少一个衍射元件、以及至少一个光学元件，至少一个光学元件构造成调节宽光谱光源输出信号，且将光源输出信号引导至工作表面。
Description
至相关申请的交叉引用
本申请请求享有2014年9月28日提交的题为“LED-basedsolarsimulatorandMethodofUse”的美国临时专利申请序列号61/884,043的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文中。
背景技术
太阳模拟器在诸多种类的应用中使用。例如，能够复制太阳的光谱特征的光源用来测试各种保护涂层的风化特征，包括涂料、染料、外部涂层、蜡等的测试。进一步地，太阳模拟器可在各种医学研究应用中使用。例如，太阳模拟器经常在针对皮肤癌、光生物应用、光毒性、光过敏测试以及各种其它医学应用的研究中使用。此外，太阳模拟器通常用来确定各种化妆品、防晒乳、乳液、服装等的防晒系数(sunprotectionfactor)(下文中的SPF)。典型地，SPF测试在具有和没有施加到哺乳动物的皮肤上的防晒材料的情况下检查红斑反应(erythemalresponse)。
目前，太阳模拟器通常包括高强度灯，以提供光学输出来复制太阳的光谱特征。尽管在过去已证明基于灯的太阳模拟器系统在一定程度上有用，但也已认识到了诸多缺陷。例如，这些系统常需要使用光学滤光器系统，以将太阳模拟器的光谱输出选择性地调节至期望的波长范围。这些光学滤光器系统增加了太阳模拟器系统的成本和复杂性。进一步地，许多光学滤光器系统可需要使太阳模拟器能够输出在多个期望的波长范围中的光学辐射。此外，最近的环境法规已严格地限制或禁止在有色玻璃滤光器的制造中使用一些材料。因此，如果并非不可能的话，复制太阳光谱的部分已变得困难。
因此，鉴于前文，存在对于能够有效地复制太阳光谱的太阳模拟器系统的不断需要。另外，理想的是，太阳模拟器将能够选择性地复制太阳光谱的部分。
发明内容
本申请指向一种新颖的基于LED的太阳模拟器系统和制造的方法。在一个实施例中，本申请公开了一种基于LED的太阳模拟器光源，其具有由LED组件的多个LED组形成的至少一个LED阵列、至少一个视野致平(fieldflattening)装置、至少一个衍射元件、以及至少一个光学元件，至少一个光学元件构造成调节宽光谱光源输出信号，且将光源输出信号引导至工作表面。各个LED组可构造成输出在谨慎(discreet)光谱范围内的至少一个光学信号。进一步地，视野致平装置可构造成使来自形成LED阵列的LED组的多个输出的至少一个光学特征衰减或变平。此外，衍射元件可构造成接收和组合来自多个LED组的光学信号，以产生宽光谱光源输出信号，从而将多个点源(即，在谨慎波长范围下的单独的LED源)转变成一致的宽光谱单个源。
在另一实施例中，本申请指向一种基于LED的太阳模拟器灯系统，且包括至少一个基于LED的光源，其具有定位在其中的至少一个LED阵列，LED阵列由LED组件的多个LED组形成，各个LED组均构造成输出在谨慎光谱范围内的至少一个光学信号，其中多个LED组协作地输出具有波长光谱的至少一个光源输出信号，以及至少一个控制装置，其与基于LED的光源连通，且构造成选择性地控制至少一个LED组的输出，从而允许光源输出信号的波长光谱的选择性变更。
通过考虑以下详细描述，如在本文中公开的新颖的基于LED的太阳模拟器系统的实施例的其它特征和优点将变得清楚。
附图说明
新颖的基于LED的太阳模拟器系统的若干实施例将通过附图的方式来更详细地阐释，其中：
图1示出了具有LED光源和控制装置的基于LED的太阳模拟器系统的实施例的立面前透视图；
图2示出了在基于LED的太阳模拟器系统中使用的LED光源的实施例的立面后透视图；
图3示出了在基于LED的太阳模拟器系统中使用的LED光源的实施例的后平面视图；
图4示出了在基于LED的太阳模拟器系统中使用的LED光源的实施例的侧平面视图；
图5示出了在基于LED的太阳模拟器系统中使用的LED光源的实施例的底部的向上平面视图；
图6示出了在基于LED的太阳模拟器系统中使用的LED光源的实施例的内部构件的立面透视图；
图7示出了在基于LED的太阳模拟器系统中使用的LED光源的实施例的内部构件的另一立面透视图；
图8示出了在基于LED的太阳模拟器系统中使用的LED光源的实施例中使用的LED阵列的立面侧视图；
图9示出了LED组件的立面侧视图，该LED组件用来形成在基于LED的太阳模拟器系统中使用的LED光源的实施例中使用的LED阵列；
图10示出了在基于LED的太阳模拟器系统中使用的LED光源的实施例中使用的LED阵列的侧视图；
图11示出了在基于LED的太阳模拟器系统中使用的LED光源的实施例的内部构件的另一立面透视图；
图12示出了由LED阵列发射的光学信号的光线轨迹，穿过了在基于LED的太阳模拟器系统中使用的LED光源的实施例；以及
图13示出了在基于LED的太阳模拟器系统中使用的控制装置的内部构件的立面透视图。
具体实施方式
本申请针对基于LED的太阳模拟器的各种实施例。不同于基于现有技术的基于灯的太阳模拟器，本文中所描述的基于LED太阳模拟器提供能够复制太阳的光谱输出的低功率LED光源。此外，本文中所描述的基于LED的太阳模拟器装置允许用户容易地按期望改变输出信号的光谱特征。
图1示出了基于LED的太阳模拟器系统的一个实施例的透视图。如所示，基于LED的太阳模拟器系统10包含至少一个LED光源12，以及至少一个控制系统或装置14。在一个实施例中，LED光源12经由至少一个导线管(conduit)(未示出)来联接到控制装置14上。在备选实施例中，LED光源12可无线地联接到控制装置14上。在另一实施例中，LED光源12可经由计算机网络来联接到控制装置14上。在一个实施例中，LED光源12和控制装置14中的至少一者包括在其中的至少一个处理器或类似的控制器。可选地，LED光源12和控制装置14中的至少一者可与至少一个外部处理器或计算机(未示出)连通。因此，LED光源12和控制装置14可构造成经由至少导线管和/或无线地与外部处理器或计算机(未示出)连通。此外，控制装置14可包括在LED光源12内或并入LED光源12中。
再次参看图1，在图示的实施例中，单个LED光源12示出为带有对应的单个控制装置14。可选地，多个LED光源12可构造成联接到单个控制装置14上。例如，本发明可构造成具有联接到任何数目的控制装置14上的任何数目的LED光源12。
图1-5示出了图1中所示的LED光源12的实施例的各种视图。如所示，LED光源12包括至少一个光源头壳体20，其包围至少一个光源头50(见图6)。在一个实施例中，光源头壳体20由至少一种热塑性材料制成。在备选实施例中，光源头壳体20由至少一种聚合物材料制成。在另一实施例中，光源头壳体20由铝制成。可选地，光源头壳体20可由任何种类的材料制成，包括但不限于聚合物、金属、合金、复合材料等。
再次参看图1-5，光源头壳体20联接到至少一个头支承件22上。在图示的实施例中，头支承件22使用至少一个联接支架28来联接到至少一个工作表面24上。可选地，头支承件22和工作表面24可为一体的。在另一实施例中，光源头壳体20和/或光源头50构造成联接来利用标准光学安装硬件，以将光源头壳体20和光源头50中的至少一者联接到头支承件22、工作表面24中的至少一者或两者上。
在图示的实施例中，至少一个联接装置26用来将光源头50和/或光源头壳体20联接到头支承件22上。因此，在一个实施例中，头支承件22和联接装置26构造成允许包围光源头50的光源头壳体20可在至少一个平面上移动。例如，如图4中所示，容纳光源头50的光源头壳体20可构造成沿x轴线和/或y轴线中的至少一者可调整地定位。进一步地，头支承件22和联接装置26中的至少一者可包括任何数目的自由度，从而允许容纳光源头50的光源头壳体20沿任何数目的平面和定向来移动。在一个实施例中，头支承件22包含光学支承杆，同时联接装置包含光学杆夹具，两者都由NewportCorporation制造。可选地，头支承件22和联接装置26可固定。
如图3中所示，在一个实施例中，构造成收纳一个或多个联接元件或电连接器的一个或多个通路30可形成在光源头壳体20中。例如，构造成将至少一个导线管或线缆收纳在其中的至少一个通路30可形成在光源头壳体20上，从而允许LED光源12联接到控制装置14和或一个或多个外部计算机或处理器(未示出)中的至少一者上。可选地，光源头壳体20可包括形成在其中的多个通路，从而使光源头50(见图6)能够联接到多个装置和/或控制器上。
参看图2和4，光源头壳体20可包括在其中的任何数目的排出口和/或流体通路32。在图示的实施例中，流体通路32形成在光源头壳体20的相对侧上，从而允许形成光源头50的构件的冷却。可选地，任何数目、尺寸和形状的流体通路32可形成在光源头壳体20上的任何位置处。在图示的实施例中，流体通路32构造成允许空气在光源头壳体20内流动。可选地，流体通路32可构造成允许任何种类的流体在包括液体冷却构造的光源头壳体20内流动。在另一实施例中，光源头壳体20构造成包括在其中的至少一个低温冷却器形成光源头50的构件的热调节。
图1、5和6示出了LED光源12的各种视图。如所示，光源头50包括至少一个头底板42，其具有形成在其上的任何数目的孔口和/或口。在图示的实施例中，头底板42构造成可分离地联接到光源头壳体20上。在备选实施例中，头底板42构造成不可分离地联接到光源头壳体20上。再次参看图5和6，头底板42可包括形成在其中的至少一个对准或定位装置孔口36。在图示的实施例中，两个对准装置孔口36形成在头底板42上。
如图1、5和6中所示，一个或多个对准光束或信号34可构造成从对准孔口36投射到工作表面24。例如，一个或多个对准装置64可构造成将至少一个对准信号34从对准装置孔口36投射至工作表面24。在图1中所示的实施例中，两个交叉对准信号34从光源头50投射至工作表面24。可选地，对准信号34可在标本、工作表面24和/或两者上投射任何数目、形状和/或尺寸的对准基准(fiducial)。可选地，对准孔口36可连同一个或多个相机、机器视觉系统等使用。
再次参看图1、5和6，至少一个投射孔口38形成在头底板42上。在图示的实施例中，投射孔口38可尺寸确定为将一个或多个透镜收纳在其中。此外，头底板42可包括在其中的任何数目和尺寸的紧固件凹部40。在一个实施例中，紧固件凹部40构造成允许形成光源头50的构件牢固地联接到头底板42上。在备选实施例中，紧固件凹部40构造成允许一个或多个元件或装置联接到邻近工作表面24的头底板50上。示例性装置包括而不限于相机、检测器、滤光器、快门、断路器、分光器、棱镜、光源等。
图6-11示出了形成上文所描述的光源头50的内部构件的各种视图。如图6、7和11中所示，光源头50包括头框架或脚手架52，其构造成支承光源头50的各种构件。因此，头框架52可联接到头板42上。可选地，头框架52可与头板42整体结合。在一个实施例中，头框架52由铝制成。在备选实施例中，头框架52由一种或多种合金制成。可选地，头框架52和形成头框架52的各种子系统可由任何多种材料制成，包括而不限于钢、铝、钛、合金、复合材料、热塑性塑料、聚合物、弹性体、陶瓷材料等。
再次参看图6-11，头框架52可包括各种框架支承系统，它们构造成支承形成光源头50的各种子系统。例如，头框架52包括至少一个LED阵列支承件54，其构造成在期望位置处支承一个或多个LED阵列94、96。图8示出了联接到头框架52的LED阵列支承件54上或由头框架52的LED阵列支承件54支承的第一LED阵列94和至少第二LED阵列96。在备选实施例中，LED阵列支承件54构造成支承多个LED阵列中的三个。在另一实施例中，LED阵列支承件54构造成支承四个或更多个LED阵列。可选地，LED阵列支承件54可构造成支承单个LED阵列。本领域技术人员将认识到，LED阵列支承件54可构造成支承任何数目和尺寸的LED阵列。在图示的实施例中，LED阵列支承件54构造成在固定地点处支承LED阵列94、96。可选地，LED阵列支承件54可构造成可移动地支承LED阵列94、96。因此，LED阵列支承件54可包括一个或多个可移动级、万向节、运动装置等，从而允许用户沿任何数目的平面来相对于头框架52调整LED阵列94、96的位置。
再次参看图6-11，头框架52可包括一个或多个镜或反射镜支承件56。镜支承件56可构造成在相对于LED阵列94、96的任何位置处支承一个或多个镜。图6示出了镜支承件56的实施例，其具有由一个或多个镜支承件56支承的第一镜130和第二镜132。本领域技术人员将认识到，任何数目的镜可由任何数目的镜支承件56支承。在图6中所示的图示实施例中，至少一个镜安装件62可用来将镜130、132联接到镜支承件56上。在一个实施例中，镜安装件62包含可调整的镜安装件62，其构造成允许联接到镜安装件62上的至少一个镜的多平面调整。例如，在一个实施例中，镜安装件62包含运动镜安装件，它们允许用户精确地调整由镜安装件62支承的镜的位置。可选地，镜安装件62可构造成将镜130、132定位在固定位置中。在图示的实施例中，镜支承件56定位成邻近LED阵列支承件54。本领域技术人员将认识到镜支承件可远离LED阵列支承件54定位。
如图6、7和11中所示，头框架52可包括一个或多个衍射元件支承件58。在图6、7和11中所示的实施例中，衍射元件支承件58构造成在期望位置处支承至少一个衍射光学元件。在图示的实施例中，衍射光学元件支承件58示出为支承第一衍射光学元件160和第二光学衍射元件164。在一个实施例中，衍射光学元件160、164包含分格阶梯衍射光栅(ruledechellediffractiongrating)。可选地，任何种类的反射和/或透射衍射光学元件可与本系统一起使用。示例性备选衍射光学元件包括但不限于衍射光栅、棱镜等。如所示，衍射光学元件可经由一个或多个衍射元件安装件联接到衍射元件支承件58上。在图示的实施例中，第一衍射光学元件160经由第一衍射元件安装件162联接到衍射元件支承件58上。类似地，第二衍射光学元件164经由第二衍射元件安装件166联接到衍射元件支承件58上。在一个实施例中，衍射元件安装件162、166包含可调整的安装件，它们构造成允许联接到衍射元件安装件162、166上的至少一个衍射光学元件的多平面调整。例如，在一个实施例中，衍射元件安装件162、166包含运动安装件，它们允许用户精确地调整由安装件162、166支承的衍射光学元件160、164的位置。在图示的实施例中，衍射元件支承件58定位成远离LED阵列支承件54和镜支承件56。本领域技术人员将认识到衍射元件支承件58可定位成邻近LED阵列支承件54和镜支承件56中的至少一者。
如图6、7和11中所示，头框架52还包括至少一个光学套件支承件60。如所示，光学套件支承件60构造成支承在期望位置处的一个或多个光学元件。在图示的实施例中，联接到光学套件支承件60上的光学套件包括许多光学元件，它们构造成在将光学信号输出至工作表面24之前调节光学信号。(见图1-4)例如，在图示的实施例中，光学套件包括第一透镜144和第二透镜146，但本领域技术人员将认识到任何数目的透镜可在本系统中使用。
再次参看图6、7和11，第一输出镜140和第二输出镜142可包括在光学套件中。在一个实施例中，第一镜140和第二镜142包含分色镜(dichroicmirror)，其中第一输出镜140构造成反射在第一波长范围内的至少一个光学信号，而第二输出镜142构造成反射在第二波长范围内的至少一个光学信号。可选地，第一波长范围和第二波长范围可或可不为重叠的范围。此外，一个或多个附加光学元件148可包括在光学套件中(见图11)。示例性附加光学元件包括而不限于光束均匀器、透镜、视场致平器、传感器、滤光器、波片、图案、光罩、模板、镜等。可选地，附加的光学元件148可定位成邻近形成在光源头50的头板42上的投射孔口38。在一个实施例中，至少一个可调整的光学安装件可用来将光学套件的至少一个元件联接到光学套件支承件60上。可选地，形成光学套件的光学元件可在固定位置中联接到光学套件支承件60上。
如图6、7和11中所示，至少一个热控制系统70可包括在光源头50内。如所示，在一个实施例中，热控制系统70可包括至少一个护罩72，其具有与其连通的一个或多个风扇74。在图示的实施例中，三个风扇74包括在热控制系统70中，但本领域技术人员将认识到可使用任何数目的风扇。此外，风扇74和护罩72构造成将空气引导穿过由LED阵列支承件52支承的至少一个LED阵列的至少一部分，从而向LED阵列94、96(见图8)提供对流冷却。因此，至少一个冷却通路76可形成在光源头50中。图6、7和11示出了具有形成在其中的至少一个冷却通路的光源头50的各种视图。此外，冷却通路76可与形成在光源头壳体20上的至少一个排出口32成流体连通。(见图2和4)。此外，其可包括任何种类的备选热控制装置，包括而不限于冷冻机、压电冷却器、水冷系统等。可选地，光源头50可制造成没有热控制系统70。在另一实施例中，热控制系统70可包括在其中的至少一个加热装置，加热装置构造成预热或加热LED阵列94、94和/或LED组件102至期望的温度，从而减少或消除装置暖机时间和与LED阵列94、94和/或LED组件102(见图8-10)的热循环相关联的波长漂移。
图7和11示出了光源头50的实施例，其具有至少一个安装支承支架80，其与头框架52、头板42或两者连接或另外连通。安装支架80构造成使光源头50能够牢固地联接到联接装置26上，从而允许将光源头50装固到头支承件22(见图1-5)上。因此，安装支架80可包括构造成将一个或多个紧固件收纳在其中的各种安装孔口。
图8-10示出了光源头50的LED阵列的各种详细视图。如所示，至少一个LED阵列支承本体90支承着第一LED阵列94和第二LED阵列96。如上文所陈述，任何数目的LED阵列都可与本系统一起使用。可选地，至少一个冷却通路76可形成在LED阵列支承本体90中。冷却通路76可与上文所描述的热控制系统70成流体连通。
参看图8-10，至少一个视野致平装置可定位成邻近至少一个LED阵列。在图示的实施例中，第一视野致平装置96定位成邻近第一LED阵列94。类似地，第二视野致平装置100定位成邻近第二LED阵列96。在一个实施例中，视野致平装置98、100包含菲涅耳(fresnel)透镜或本体，但本领域技术人员将认识到可使用任何种类的视野致平装置。在一个实施例中，至少一个视野致平装置98、100包含具有平面本体的菲涅耳透镜。在备选实施例中，至少一个视野致平装置98、100包含具有弓形本体的菲涅耳透镜。在另一实施例中，至少一个视野致平装置98、100包含全息菲涅耳透镜。在又一个实施例中，至少一个视野致平装置98、100包含至少一个基于光纤的菲涅耳透镜。
如图8-10中所示，LED阵列94、96可包含一个或多个LED装置，它们构造成输出具有大约200nm到大约2000nm的波长的光学信号。在一个实施例中，LED阵列包含发光二极管组(下文中的LED组)的混合，各个LED组均构造成输出谨慎波长范围。例如，第一LED组将构造成输出具有大约350nm到大约400nm的波长的光学信号，而第二LED组将构造成输出具有大约400nm到大约450nm的波长的光学信号。因此，n个LED组(各个均构造成输出谨慎光谱范围内的光学信号)可协作地输出光学信号，光学信号具有从大约200nm到大约2000nm的光谱范围。如所示，各个LED组均由定位在至少一个印刷电路板或基底110上的一个或多个LED组件102构成。在一个实施例中，各个LED组件102均包含至少一个LED装置或管芯112，其具有联接在其上或定位成邻近其的至少一个全内反射透镜114(下文中的TIR透镜)。在图示的实施例中，TIR透镜114可包括联接到电路板110上的至少一个TIR透镜支承件116。在图示的实施例中，利用LED的LED阵列为单独的光源。可选地，除LED外或作为LED的备选方案，激光发光二极管也可使用。
图10示出了第一LED阵列94和第二LED阵列96的侧面透视图。如所示，LED阵列94、96的至少一个电路板110可与至少一个PCB支承本体120连通。在一个实施例中，PCB支承本体120构造成支承电路板110且加强LED阵列的对流冷却。因此，PCB支承本体120可包括一个或多个延伸部，它们构造成增大支承本体120的表面面积且改善热交换。因此，支承本体120可由任何种类的材料制成，包括而不限于铝、铜、钨、金属合金等。
再次参看图1、6、7和11，至少一个对准装置64可定位在头板42上，头板42邻近于形成在其中的至少一个对准孔口36(见图5)。在使用期间，对准装置64发射至少一个对准信号34，其经由对准孔口36辐照至工作表面24。在一个实施例中，两个对准装置64各自用来将对准信号34成角度地投射到工作表面24上，如图1中所示。两个对准信号34的角度可构造成允许光源12可重复地定位在离工作表面24的期望高度处。例如，用户可针对期望高度(例如，12英寸)设置对准装置64的角度。此后，对准装置64激活且在工作表面24上产生两个分离的信号34。此后，用户将光源12再定位(即，升高和降低)在头支承件22上，使得单个对准信号34出现在工作表面24上，从而确保光源12在离工作表面24的期望高度处。
图12示出了横穿光源头50(见图6)的至少一部分的光学信号。例如，如所示，第一LED阵列94将包含各自具有谨慎波长范围的单独LED组的输出的至少一个光学信号180发射至第一镜130，第一镜130将光学信号180引导至第一衍射光学元件160。衍射元件160用来组合来自在第一LED阵列94上形成的单独LED组的谨慎光学信号，以生成宽光谱输出信号，将宽光谱输出信号引导穿过透镜144至镜140(例如，分色镜)，镜140将信号180经由光学元件148(例如，光束均匀器和/或透镜)反射至工作表面24。不同于现有技术的基于LED的太阳模拟器，本系统使用至少一个衍射元件160来光谱地组合单独的LED组的谨慎光谱输出，以形成在工作表面24处的宽光谱输出。
图13示出了在图1中所示的控制装置14的透视图。如所示，控制装置14包括控制装置本体200，其包含具有联接到其上的至少一个用户界面204的至少一个构件封壳202。用户界面204可包括在其上的至少一个用户促动器、开关或信息显示器。例如，在图示的实施例中，用户界面204包括电源按钮206和至少一个信息和/或字母数字显示器208，但本领域技术人员将认识到任何数目的按钮、开关、显示器等可包括在控制装置14上。例如，在一个实施例中，信息显示器208可构造成显示kW/m2的数值，但本领域技术人员将认识到信息显示器208可构造成显示任何种类的信息。在备选实施例中，信息显示器208包含LED显示器。在另一实施例中，信息显示器208包含LCD显示器。可选地，信息显示器208可包含触摸屏装置。简言之，任何种类的显示器可与控制装置204一起使用。
再次参看图13，控制装置14可包括在其上的至少一个光谱控制系统210。例如，在图示的实施例中，光谱控制系统210包括在其上的一个或多个谨慎波长范围功率控制促动器212、谨慎波长功率选择器(designator)214、以及谨慎波长范围功率指示器216。例如，在一个实施例中，与波长范围促动器218协作，第一波长范围功率控制促动器212A和第一波长范围功率指示器216A可构造成选择性地改变定位在光源头50的第一LED光源94和第二LED光源96(见段落，图7-10)上的对应的LED波长组的输出功率/强度，从而允许用户选择性地改变LED光源12(见图1)的输出的光谱特征。
如图13中所示，波长光谱控制系统210可包括在其上的一个或多个波长范围促动器218和波长范围促动器控制器220。波长范围促动器218可构造成与波长范围功率控制器212和波长范围功率指示器216协作来允许用户在期望的波长范围内调整功率/强度。例如，在使用期间，用户可促动第一波长范围功率控制促动器212A，从而允许LED光源12的输出信号的功率/强度在由第一波长功率选择器214A指示的波长范围内的变化。此后，用户可促动波长范围促动器218，以增大或减小在由第一波长功率选择器214A指示的波长范围内的来自LED光源12(见图1)的输出的光谱特征。在期望的波长范围内的输出功率/强度上的变化由对应于第一波长功率选择器214A的波长范围功率指示器216A来图示。一旦期望的波长光谱实现，则用户可促动第一波长范围功率控制器212A来防止输出波长光谱的进一步变化。
再次参看图13，至少一个波长范围促动器控制器220可包括在控制装置14上。在一个实施例中，波长范围促动器控制器220构造成提供任何种类的功能。在一个实施例中，波长范围促动器控制器220用作用于波长范围促动器218的主控制器，允许或限制了波长范围促动器218改变控制装置14的功率/强度设置的能力。在另一实施例中，波长范围促动器控制器220可构造成作为来自波长范围促动器218的输入的缩放函数来操作。例如，波长范围促动器218和未促动的波长范围促动器控制器220可构造成允许按数十(10)瓦的输出功率/强度的选择性控制，而波长范围促动器218和促动的波长范围促动器控制器220可构造成允许按数百(100)瓦的输出功率/强度的选择性控制。在另一实施例中，波长范围促动器218和波长范围促动器控制器220可允许用户滚动(scroll)过储存在位于控制装置14内的存储器装置内的各种预加载或保存的波长光谱。
如图13中所示，控制装置14可选地可包括一个或多个附加的促动器、显示器等。例如，在图示的实施例中，控制装置14包括至少一个强度校准促动器222和至少一个光谱促动器224。类似于上文所描述的波长范围促动器控制器220，强度校准促动器222和光谱促动器224允许用户基于经由波长范围促动器218的用户输入来定制输出波长光谱和强度，或作为备选，从与控制装置14连通的在外部储存装置(未示出)的控制装置14内保存的任何数目的预加载或保存的输出构造图表(profile)选择。
再次参看图13，至少一个控制电路和电源定位在控制装置本体200的构件封壳202内。在一个实施例中，至少一个微控制器228和至少一个电源230定位在其中。微控制器228经由形成用户界面204的各种构件接收和传输来自用户的输入，且响应于其来控制LED光源的操作。类似地，微控制器228接收和传输来自LED光源的数据，且将数据传输至用户。此外，微控制器228可包括在其中的至少一个储存装置，从而允许用户将数据储存在其上。此外，微控制器228可构造成经由导线管、无线地或两者来与一个或多个外部处理器、计算机、网络、存储器装置等连通。在一个实施例中，电源230构造成将动力提供至LED光源12、控制装置14中的至少一者或两者。可选地，电源230可包含AC电源、DC电源、A-D转换器等。
如图13中所示，一个或多个LED阵列控制板232可定位在控制装置本体200的构件封壳202内。LED阵列控制板232与微控制器228和形成在LED阵列94、96(见图8-10)上的至少一个LED组连通，允许了用户控制在LED阵列94、96上形成的特定LED组的输出，以改变输出波长光谱。例如，在一个实施例上，各个LED控制板232包括一个或多个控制电路，它们构造成控制形成在LED阵列94、96上的特定LED组的输出，以改变形成LED光源12(见图1)的输出信号的光谱特征、功率、亮度、强度等。在一个实施例中，LED控制板232响应于从微处理器228输送至LED控制板232的至少一个命令来改变在LED阵列94、96上形成的特定LED组输送的电压或电流。可选地，任何数目的LED阵列控制板232可包括在控制装置本体200的构件封壳202内。此外，至少一个附加装置234可包括在控制装置本体200的构件封壳202内。例如，在一个实施例中，附加装置包括电源。在另一实施例中，附加装置包括无线连通装置，从而允许控制装置14与LED光源12、外部计算机或处理器(未示出)中的至少一者或两者无线地连通。此外，附加装置234可包括储存装置，允许用户保存和/或存取控制装置14上的至少一个数据库。
本文中公开的实施例是本发明的说明性原理。在本发明的范围内的其它改型也可采用。因此，本申请中公开的装置不限于精确地如本文中所示出和描述的。
Claims (38)
1.一种基于LED的太阳模拟器光源，其包含：
至少一个LED阵列，其由LED组件的多个LED组形成，各个LED组均构造成输出在谨慎光谱范围内的至少一个光学信号；
至少一个视野致平装置，其构造成使来自形成所述LED阵列的LED组的多个输出的至少一个光学特征变平；
至少一个衍射元件，其构造成接收和组合来自所述多个LED组的光学信号，以产生宽光谱光源输出信号；以及
至少一个光学元件，其构造成调节所述宽光谱光源输出信号且将所述光源输出信号引导至工作表面。
2.根据权利要求1所述的基于LED的太阳模拟器光源，还包含多个LED阵列。
3.根据权利要求1所述的基于LED的太阳模拟器光源，其中，所述视野致平装置包含至少一个菲涅耳透镜。
4.根据权利要求1所述的基于LED的太阳模拟器光源，其中，所述视野致平装置包含至少一个平面菲涅耳透镜。
5.根据权利要求1所述的基于LED的太阳模拟器光源，其中，所述视野致平装置包含至少一个弓形菲涅耳透镜。
6.根据权利要求1所述的基于LED的太阳模拟器光源，其中，所述视野致平装置包含至少一个全息菲涅耳透镜。
7.根据权利要求1所述的基于LED的太阳模拟器光源，其中，所述衍射元件包含至少一个分格阶梯光栅。
8.根据权利要求1所述的基于LED的太阳模拟器光源，其中，所述衍射元件包含至少一个衍射光栅。
9.根据权利要求1所述的基于LED的太阳模拟器光源，其中，所述衍射元件包含至少一个棱镜。
10.根据权利要求1所述的基于LED的太阳模拟器光源，其中，所述光学元件包含至少一个光束均匀器。
12.根据权利要求1所述的基于LED的太阳模拟器光源，其中，所述光学元件包含选自透镜、镜、光束均匀器和滤光器构成的集合的至少一个装置。
13.根据权利要求1所述的基于LED的太阳模拟器光源，还包含至少一个对准装置，其构造成将至少一个对准信号从所述LED光源输出至所述工作表面。
14.根据权利要求1所述的基于LED的太阳模拟器光源，还包含定位在所述LED光源上的至少两个对准装置，所述对准装置构造成将来自所述LED光源的至少两个对准信号成角度地输出至所述工作表面，其中所述对准信号在所述LED光源位于离所述工作表面期望高度处时在所述工作表面上交叉。
15.一种基于LED的太阳模拟器灯系统，其包含：
至少一个基于LED的光源，其具有定位在其中的至少一个LED阵列，所述LED阵列由LED组件的多个LED组形成，各个LED组均构造成输出在谨慎光谱范围内的至少一个光学信号，其中所述多个LED组协作地输出具有波长光谱的至少一个光源输出信号；以及
至少一个控制装置，其与基于LED的光源连通，且构造成选择性地控制至少一个LED组的输出，从而允许所述光源输出信号的所述波长光谱的选择性变更。
16.基于LED的太阳模拟器系统，其中，所述控制系统经由至少一个导线管来与所述基于LED的光源连通。
17.基于LED的太阳模拟器系统，其中，所述控制系统与所述基于LED的光源无线地连通。
18.根据权利要求15所述的基于LED的太阳模拟器系统，其中，所述基于LED的光源包括多个LED阵列。
19.根据权利要求15所述的基于LED的太阳模拟器系统，其中，所述基于LED的光源包括至少一个视野致平装置，其构造成使来自形成所述LED阵列的所述LED组的多个输出的至少一个光学特征变平。
20.根据权利要求19所述的基于LED的太阳模拟器系统，其中，所述视野致平装置包含至少一个菲涅耳透镜。
21.根据权利要求19所述的基于LED的太阳模拟器系统，其中，所述视野致平装置包含至少一个平面菲涅耳透镜。
22.根据权利要求19所述的基于LED的太阳模拟器系统，其中，所述视野致平装置包含至少一个弓形菲涅耳透镜。
23.根据权利要求19所述的基于LED的太阳模拟器系统，其中，所述视野致平装置包含至少一个全息菲涅耳透镜。
24.根据权利要求15所述的基于LED的太阳模拟器系统，其中，所述基于LED的光源包括至少一个衍射元件，其构造成接收和组合来自所述多个LED组的光学信号，以产生宽光谱光源输出信号。
25.根据权利要求24所述的基于LED的太阳模拟器系统，其中，所述衍射元件包含至少一个分格阶梯光栅。
26.根据权利要求24所述的基于LED的太阳模拟器系统，其中，所述衍射元件包含至少一个衍射光栅。
27.根据权利要求24所述的基于LED的太阳模拟器系统，其中，所述衍射元件包含至少一个棱镜。
28.根据权利要求15所述的基于LED的太阳模拟器系统，其中，所述基于LED的光源包括至少一个光学元件，其构造成调节所述宽光谱光源输出信号且将所述光源输出信号引导至工作表面。
29.根据权利要求28所述的基于LED的太阳模拟器光源，其中，所述光学元件包含至少一个光束均匀器。
30.根据权利要求28所述的基于LED的太阳模拟器光源，其中，所述光学元件包含选自透镜、镜、光束均匀器和滤光器构成的集合的至少一个装置。
31.根据权利要求15所述的基于LED的太阳模拟器系统，其中，所述基于LED的光源包括至少一个对准装置，其构造成将来自所述LED光源的至少一个对准信号输出至所述工作表面。
32.根据权利要求31所述的基于LED的太阳模拟器光源，还包含定位在所述LED光源上的至少两个对准装置，所述对准装置构造成将来自所述LED光源的至少两个对准信号成角度输出至所述工作表面，其中所述对准信号在所述LED光源位于离所述工作表面期望高度处时在所述工作表面上交叉。
33.根据权利要求15所述的基于LED的太阳模拟器系统，其中，所述控制装置包括至少一个光谱控制系统，所述光谱控制系统包含：
至少一个波长功率控制促动器，其构造成选择性地允许从所述LED阵列的至少一个LED组件的至少一个LED组发射的所述光学信号的强度的变更；
至少一个波长功率选择器，其构造成识别从所述LED组件的至少一个LED组发射的所述光学信号的波长；
至少一个波长范围功率指示器，其构造成显示在由所述波长功率选择器设计的波长范围内的从所述LED组件的至少一个LED组发射的所述光学信号的输出功率；以及
至少一个波长范围促动器，其构造成允许用户在如由所述波长功率控制促动器选择的由所述波长功率选择器设计的波长范围内变更从所述LED组件的至少一个LED组发射的所述光学信号的功率。
34.根据权利要求15所述的基于LED的太阳模拟器系统，其中，所述控制装置还包括至少一个信息显示器，其构造成显示所述基于LED的光源的输出功率。
35.根据权利要求15所述的基于LED的太阳模拟器系统，其中，所述控制装置还包括：
在其中的至少一个电源，所述电源构造成对所述控制装置和所述LED阵列的所述LED组件的所述LED组供能；
与所述电源连通的至少一个微处理器；以及
至少一个LED控制板，其与所述电源和所述LED阵列的所述LED组件的所述LED组中的至少一者连通，所述LED控制板构造成基于来自所述微处理器的命令来改变输送至所述LED组的电流。
36.根据权利要求35所述的基于LED的太阳模拟器系统，其中，所述微处理器与至少一个用户界面连通，至少一个用户界面构造成允许用户通过所述LED控制板来改变输送至所述LED组的电流。
37.根据权利要求36所述的基于LED的太阳模拟器系统，其中，所述用户界面定位在所述控制装置上。
38.根据权利要求36所述的基于LED的太阳模拟器系统，其中，所述用户界面包含与所述微处理器连通的外部处理器。
39.根据权利要求35所述的基于LED的太阳模拟器系统，其中，所述微处理器包括构造成将数据储存在其上的一个或多个存储器装置。
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