CN211316079U - 一种全光谱led太阳模拟器匀光装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种全光谱LED太阳模拟器匀光装置，其包括：LED匀光光源室，所述LED匀光光源室的出光口处设置有辐照面，所述辐照面与所述LED匀光光源室的出光口处之间设置有准直透镜，所述准直透镜与所述LED匀光光源室的出光口处之间还设置有聚光透镜。本实用新型中LED光源产生的不同波长的光束通过聚光透镜压缩能够汇聚到其焦平面，再配合准直透镜对光束能量进行集中和准直，最终得到的光束光均匀性高，无色散无光斑。
Description
技术领域
本实用新型属于二次光学设计领域，特别涉及一种全光谱LED太阳模拟器匀光装置。
背景技术
太阳能模拟器是一种模拟太阳光的设备，一般包含光源、太阳电池、电路控制等组成部分，太阳能模拟器通过不同光源的组合和光学配件能够调节出太阳能模拟器需要的光谱匹配度和辐照不均匀度。
目前，太阳能模拟器中应用到光源的组合有氙灯与LED灯、多种不同波段的LED灯等。其中，氙灯的光谱最接近太阳光谱曲线，其调节较为方便，能够较快地实现太阳能光谱匹配，但是氙灯容易受太阳电池电容效应的影响，氙灯的闪光时间随着太阳模拟器的使用时间增加而增加，这样导致光源寿命减少，更换光源的频率加快，电路硬件控光的稳定性下降，维护成本增加。另外，现在的LED灯较之以前的LED灯在发光效率方面已具有较大改进，也能够实现太阳能光谱匹配，但是LED灯与太阳光谱曲线拟合度差，辐照不均匀度一般达不到很高的标准，且有光斑出现。
实用新型内容
本实用新型为了解决上述技术问题提供一种全光谱LED太阳模拟器匀光装置，其能够解决目前太阳模拟器采用LED进行模拟时均匀性较低，且有光斑出现的技术问题。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种全光谱LED太阳模拟器匀光装置，其包括：LED匀光光源室，所述LED匀光光源室的出光口处设置有辐照面，所述辐照面与所述LED匀光光源室的出光口处之间设置有准直透镜，所述准直透镜与所述LED匀光光源室的出光口处之间还设置有聚光透镜。
本实用新型的有益效果是：本实用新型中LED光源产生的不同波长的光束通过聚光透镜汇聚到其焦平面，再配合准直透镜对光束能量进行集中和准直，最终得到的光束光均匀性高，无色散无光斑。
在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
进一步，所述聚光透镜与所述准直透镜之间设置有复眼透镜。
采用上述进一步方案的有益效果是：光束通过复眼透镜使得不均匀性获得补偿，从而使整个孔径内的光能量得到有效均匀的利用，提高均匀度，使得太阳模拟器最终光谱匹配度可达A+级。
进一步，所述LED匀光光源室包括基板、LED阵列和匀光腔，所述匀光腔为具有进光端和出光端的中空结构，所述匀光腔的进光端固定安装有所述基板，所述基板表面安装有产生射出所述出光端的光线的LED阵列。
采用上述进一步方案的有益效果是：LED光源产生的光束通过匀光腔内壁的反射进行充分混光，有助于减少能量散失，为形成均匀光束奠定基础。
进一步，所述匀光腔的内壁设置有由铜和/或铝材料制备而成的反光层。
进一步，所述基板上还设置有散热器。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过散热器能够及时的将LED产生的热量带走，从而确保LED正常工作，增加装置的使用寿命。
进一步，所述散热器为风冷散热器、水冷散热器或半导体制冷散热器。
采用上述进一步方案的有益效果是：散热器的散热形式多样，使用/生产者可以根据实际环境条件进行配备，经济可行，适用范围较广。
进一步，所述LED阵列由至少9种波长的LED光源组成。
采用上述进一步方案的有益效果是：不同波长的LED光源能够实现不同的使用/制造需求，从而控制生产成本，提高企业竞争力。
进一步，所述LED光源的波长为310nm至1200nm。
附图说明
图1为本实用新型全光谱LED太阳模拟器匀光装置的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
2、LED匀光光源室，4、基板，6、LED阵列，8、匀光腔，10、聚光透镜，11、复眼透镜，12、第一列复眼透镜阵列，13、第二列复眼透镜阵列，14、准直透镜，16、辐照面，18、散热器。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
在本实用新型创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本实用新型创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型创造中的具体含义。
下面是结合附图1对本实用新型进一步说明：
实施方式一
本实施方式提供一种全光谱LED太阳模拟器匀光装置，如图1所示，其包括：LED匀光光源室2，所述LED匀光光源室2的出光口处设置有辐照面16，所述辐照面16与所述LED匀光光源室2的出光口处之间设置有准直透镜14，所述准直透镜14与所述LED匀光光源室2的出光口处之间还设置有聚光透镜10。
本实施方式能够解决目前太阳模拟器采用LED进行模拟时均匀性较低，且有光斑出现的技术问题。
本实施方式LED光源产生的不同波长的光束通过聚光透镜10汇聚到其焦平面，再配合准直透镜14对光束能量进行集中和准直，最终得到的光束光均匀性高，无色散无光斑。
为更进一步提高光束均匀度，所述聚光透镜10与所述准直透镜14之间设置有复眼透镜11。
这样，光束通过复眼透镜11使得不均匀性获得补偿，从而使整个孔径内的光能量得到有效均匀的利用，提高均匀度，使得太阳模拟器最终光谱匹配度可达A+级。
需要注意的是，复眼透镜11一般由两列复眼透镜阵列平行排列，第一列复眼透镜阵列12中的各个小单元透镜的焦点与第二列复眼透镜阵列13中对应的小单元透镜的中心重合，两列复眼透镜11的光轴互相平行。
为了充分混光，所述LED匀光光源室2包括基板4、LED阵列6和匀光腔8，所述匀光腔8为具有进光端和出光端的中空结构，所述匀光腔8的进光端固定安装有所述基板4，所述基板4表面安装有产生射出所述出光端的光线的LED阵列6。
这样，LED光源产生的光束通过匀光腔8内壁的反射进行充分混光，有助于减少能量散失，为形成均匀光束奠定基础。
为了延长全光谱LED太阳模拟器匀光装置的使用寿命，所述基板4上还设置有散热器18。
这样，通过散热器18能够及时的将LED产生的热量带走，确保LED正常工作，从而增加装置的使用寿命。
作为优选，所述散热器18为风冷散热器18、水冷散热器18或半导体制冷散热器18。散热器18的散热形式多样，使用/生产者可以根据实际环境条件进行配备，经济可行，适用范围较广。
另外，所述LED阵列6由至少9种波长的LED光源组成，所述LED光源的波长为310nm至1200nm。不同波长的LED光源能够实现不同的使用/制造需求，从而控制生产成本，提高企业竞争力。
下面我们结合一个优选实施方式和对比实施方式，对上述实施方式中涉及到内容进行说明。
实施方式二
本实施方式提供一种全光谱LED太阳模拟器匀光装置，如图1所示，其包括：LED匀光光源室2，所述LED匀光光源室2包括基板4、LED阵列6和匀光腔8，所述匀光腔8为具有进光端和出光端的中空结构，所述匀光腔8的进光端焊接有所述基板4，所述基板4表面安装有产生射出所述出光端的光线的LED阵列6，所述LED阵列6由9种波长的LED光源组成，所述LED光源的波长为310nm至1200nm；所述基板4上还设置有风冷散热器18；所述LED匀光光源室2的出光口处设置有辐照面16，所述辐照面16与所述LED匀光光源室2的出光口处之间设置有准直透镜14，所述准直透镜14与所述LED匀光光源室2的出光口处之间还设置有聚光透镜10，所述准直透镜14与所述聚光透镜10之间还设置有复眼透镜11。
对比方式一
本实施方式与实施方式二的区别在于，所述LED匀光光源室2的出光口处设置有辐照面16，所述辐照面16与所述LED匀光光源室2的出光口处之间设置有聚光透镜10，所述聚光透镜10与所述LED匀光光源室2的出光口处之间还设置有准直透镜14，所述准直透镜14与所述聚光透镜10之间还设置有复眼透镜11。
我们将实施方式二的全光谱LED太阳模拟器匀光装置和对比方式一的全光谱LED太阳模拟器匀光装置分别接通电源按照IEC 60904-9-ED.2.0进行测试，测试结果如表1：
表1 LED太阳模拟器光谱匹配度测试结果
| 项目 | 光谱匹配度 | 光斑情况 |
| 实施方式二 | A+级 | 无光斑 |
| 对比方式一 | A级 | 有较明显光斑 |
由表1可知，实施方式二的光谱匹配度为A+级，无光斑现象；对比方式一的光谱匹配度为A级，有较明显光斑，说明本实用新型全光谱LED太阳模拟器匀光装置提高了辐照面16的光束光均匀性，能够满足产品要求的辐照不均匀性指标。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种全光谱LED太阳模拟器匀光装置，其特征在于，其包括：LED匀光光源室(2)，所述LED匀光光源室(2)的出光口处设置有辐照面(16)，所述辐照面(16)与所述LED匀光光源室(2)的出光口处之间设置有准直透镜(14)，所述准直透镜(14)与所述LED匀光光源室(2)的出光口处之间还设置有聚光透镜(10)。
2.根据权利要求1所述的一种全光谱LED太阳模拟器匀光装置，其特征在于，所述聚光透镜(10)与所述准直透镜(14)之间设置有复眼透镜(11)。
3.根据权利要求1所述的一种全光谱LED太阳模拟器匀光装置，其特征在于，所述LED匀光光源室(2)包括基板(4)、LED阵列(6)和匀光腔(8)，所述匀光腔(8)为具有进光端和出光端的中空结构，所述匀光腔(8)的进光端固定安装有所述基板(4)，所述基板(4)表面安装有产生射出所述出光端的光线的所述LED阵列(6)。
4.根据权利要求3所述的一种全光谱LED太阳模拟器匀光装置，其特征在于，所述匀光腔(8)的内壁设置有由铜和/或铝材料制备而成的反光层。
5.根据权利要求3所述的一种全光谱LED太阳模拟器匀光装置，其特征在于，所述基板(4)上还设置有散热器(18)。
6.根据权利要求5所述的一种全光谱LED太阳模拟器匀光装置，其特征在于，所述散热器(18)为风冷散热器(18)、水冷散热器(18)或半导体制冷散热器(18)。
7.根据权利要求3所述的一种全光谱LED太阳模拟器匀光装置，其特征在于，所述LED阵列(6)由至少9种波长的LED光源组成。
8.根据权利要求7所述的一种全光谱LED太阳模拟器匀光装置，其特征在于，所述LED光源的波长为310nm至1200nm。
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| CN114165748A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-03-11 | 上海空间电源研究所 | 一种多段光谱可调稳态太阳模拟器 |
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