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Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Abstrahlungsvorrichtung für ein simuliertes
Solarlicht zur Verwendung als eine Lichtquelle bei der Abschätzung der
Leistungsfähigkeit
einer Solarzelle oder in einem Umgebungslicht-Prüfgerät oder dergleichen.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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In
Solarsimulatoren wurden bekanntermaßen optische Systeme mit einer
gekrümmten
Oberfläche
wie Integratoroptiksysteme (engl.: fly eye lens optical system)
verwendet zur Abstrahlung von Licht mit einer Gleichförmigkeit
innerhalb mehrerer Prozentwerte auf der gesamten Oberfläche eines
Testgegenstands. Hierbei stellt ein Solarsimulator eine Vorrichtung
dar zum Abstrahlen eines Lichts, das die Intensität und das
Spektrum eines Sonnenlichts simuliert, auf einen Testgegenstand,
wie eine Solarzelle. Die erforderliche Leistungsfähigkeit
eines Solarsimulators ist beispielsweise in der japanischen Veröffentlichung
JIS (Japanese Industrial Standards; Japanische Industrie-Standards)
C8912 beschrieben. Der optische Aufbau desselben wird beispielsweise
in der Nicht-Patentliteratur Dokument 1 oder der Nicht-Patentliteratur Dokument
2 beschrieben.
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6A zeigt
ein Beispiel eines optischen Systems eines Solarsimulators.
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In
der Figur dient ein elliptischer Spiegel zum Einleiten von Licht
einer Xenonlampe in eine Integratorlinse. Die Integratorlinse bildet
ein optisches Element, bestehend aus einer Vielzahl von in Paaren
angeordneten Linsen, wobei die Linsen des Paars jeweils einander
gegenüber
liegen. Als Material hierfür wird
ein optisches Glas, wie beispielsweise BK7 oder Quarzglas verwendet.
Licht, das von der elliptischen Linse aus in die Integratorlinse
eingedrungen ist, wird auf die gesamte Oberfläche des Testgegenstands durch
jeweilige in Paaren angeordnete Linsen der Integratorlinse eingestrahlt.
Es ist auf diese Weise möglich,
die fehlende Gleichförmigkeit
des eintreffenden Lichts zur Abstrahlung auf den Testgegenstand herbeizuführen oder
zu vereinheitlichen. Hierbei ist zu beachten, dass eine Ausgabelinse
verwendet werden kann, um ein parallel abgestrahltes Lichts zu erhalten.
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6B zeigt
ein weiteres Beispiel eines optischen Systems eines Solarsimulators
auf der Basis des Typs einer optischen Ausführung, die keine Linse oder
dergleichen verwendet.
- Nicht-Patentliteratur Dokument 1:
Light Edge, an information publication an optical technology, Ushio Inc.,
Vol. 23, 2001
- Nicht-Patentliteratur Dokument 2: Light Edge, an information
publication an optical technology, Ushio Inc., Vol. 15, 1998
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Das
optische System des Solarsimulators, wie es in 6A gezeigt
ist, verwendet jedoch optische Komponenten mit einer gekrümmten Oberfläche, wie
einen elliptischen Spiegel oder eine Linse. Daher sind präzise ausgebildete
optische Komponenten mit einer gekrümmten Oberfläche erforderlich,
um die Abstrahlungsverteilung mit einer vorteilhaften Gleichförmigkeit,
beispielsweise innerhalb eines Bereichs von ±2% auf der Oberfläche des
Testgegenstands zu erhalten. Diese optischen Komponenten mit einer
gekrümmten
Oberfläche
weisen jedoch das Problem auf, dass sie schwierig herzustellen und
damit teuer sind. Ferner müssen
relative Positionen und Winkel der Lampe, des elliptischen Spiegels
und der Linse individuell angepasst oder eingestellt werden, wobei
dies zu einem Problem einer umständlichen
oder aufwendigen Anpassung des optischen Systems einschließlich der
Lampe und des elliptischen Spiegels oder dergleichen führt.
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Je
näher an
der vertikalen Richtung das Eintreten oder das Austreten des Lichts
in oder aus der Integratorlinse ist, desto wahrscheinlicher wird
die gewünschte
Leistungsfähigkeit
erhalten. In diesem Fall muss jedoch der Abstand zwischen der Lichtquelle
und der Integratorlinse und der Abstand zwischen der Integratorlinse
und dem Testgegenstand gross sein. Im Ergebnis besteht daher ein
Problem, dass die Vorrichtung größer ausgeführt wird
zum Erhalten einer Abstrahlung mit vorteilhafter Gleichförmigkeit
auf der Oberfläche
des Testgegenstands.
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In
dem optischen System eines Solarsimulators gemäß der Darstellung in 6B wird
kein optisches System mit einer gekrümmten Oberfläche verwendet.
Es besteht jedoch ein Problem derart, dass eine Lichtquelle mit
einer starken Abstrahlung erforderlich ist, da von dem Licht der
Lichtquelle lediglich Licht, das direkt in Richtung des Testgegenstands
abgestrahlt wird, verwendet wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In
Hinblick auf die vorstehend beschriebene Situation liegt der vorliegenden
Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Abstrahlungsvorrichtung für ein simuliertes
Solarlicht mit verbesserter Gleichförmigkeit des Lichts auf einer
Oberfläche
eines Testgegenstands bereitzustellen durch eine Anordnung einer Vielzahl
von Filtern zwischen einem Lichtabgabeteil und einem Testgegenstand
auf einer Ebene im wesentlichen Vertikal zu einer optischen Achse.
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Ein
erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Abstrahlungsvorrichtung
für simuliertes Solarlicht,
die Licht auf einen Testgegenstand abstrahlt, wobei eine Vielzahl
von Filtern zur Verbesserung der Gleichförmigkeit oder Einheitlichkeit
des Lichts auf der Oberfläche des
Testgegenstands zwischen einem Lichtabgabeteil und dem Testgegenstand
auf einer Ebene im wesentlichen Vertikal zu einer optischen Achse
angeordnet ist.
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Ein
zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Abstrahlungsvorrichtung
für simuliertes
Solarlicht gemäß dem ersten
Aspekt, wobei die Vielzahl der Filter aus einem Typ oder mehreren
Typen von Filtern mit unterschiedlicher Spektraldurchlässigkeit
des Lichts besteht.
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Ein
dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Abstrahlungsvorrichtung
für simuliertes Solarlicht
gemäß dem ersten
Aspekt, wobei die Filter der Vielzahl der Filter Abmessungen und
Durchlässigkeiten
derart aufweisen, dass ein Bereich auf der Oberfläche des
Testgegenstands mit relativ höherer Lichtabstrahlung
vermindert ist bezüglich
der Lichtabstrahlung zur Verbesserung der Gleichförmigkeit auf
der Oberfläche
des Testgegenstands.
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Ein
vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Abstrahlungsvorrichtung
für simuliertes
Solarlicht gemäß dem ersten
Aspekt, wobei ein Wert R = (die Fläche, auf der die Filter die
Wirkung der Lichtverminderung haben)/(die Fläche des Filters), ist, und
wobei gilt 10 > R > 0, oder weiter bevorzugt
4 > R > 0.
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In
bekannten Abstrahlungsvorrichtungen für simuliertes Solarlicht ist
es erforderlich, dass die Positionen der Lichtquelle, des Spiegels,
der Linse oder dergleichen genau angepasst oder ausgerichtet sein muss,
um eine Lichtabstrahlungsverteilung mit einer vorteilhaften Gleichförmigkeit
auf der Oberfläche
eines Testgegenstands zu erreichen. Ferner ist die Gleichförmigkeit
der Lichtabstrahlung durch die präzise Ausführungen dieser optischen Komponenten und
die Vorrichtungsabmessungen (Grösse)
beschränkt.
Somit ist die Gleichförmigkeit
häufig
auf einen Bereich von ±2%
bis ±5%
beschränkt.
Gemäß der Abstrahlungsvorrichtung
für simuliertes
Solarlicht der vorliegenden Erfindung wird die Lichtgleichförmigkeit
durch zwischen den Lichtabgabeteil und die Oberfläche des
Testgegenstands angeordnete Filter angepasst. Daher ist eine Exaktheit
nicht erforderlich für
die Herstellungspräzision
und die Po sitionsanpassung der optischen Komponenten, wobei eine
Einheitlichkeit oder Gleichförmigkeit
in einem Bereich von etwa ±1%
bis ±2%
erreicht wird. Des Weiteren war es gemäß dem Stand der Technik erforderlich,
einen größeren oder
längeren
Abstand zwischen dem Lichtabgabeteil und der Oberfläche des
Testgegenstands zu gewährleisten,
um eine Lichtabstrahlungsverteilung mit einer vorteilhaften Gleichförmigkeit
zu erreichen. Durch die Abstrahlungsvorrichtung für simuliertes
Solarlicht gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es jedoch möglich,
die Gleichförmigkeit
ohne derartige Beschränkungen
zu verbessern.
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Gemäß dem Stand
der Technik ist ferner die Gleichförmigkeit der Lichtabstrahlungsverteilung
auf die Oberfläche
des Testgegenstands manchmal in Abhängigkeit von der Wellenlänge des
Lichts veränderlich.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es jedoch möglich, auf einfacher Weise
eine Lichtabstrahlungsverteilung mit einer vorteilhaften Gleichförmigkeit oder
Einheitlichkeit unter Verwendung von Filtern mit unterschiedlicher
Spektraldurchlässigkeit
zu erhalten.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 ist
eine perspektivische Darstellung zur Veranschaulichung eines Aufbaus
einer Abstrahlungsvorrichtung für
simuliertes Licht gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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2 ist
eine Frontschnittansicht der Abstrahlungsvorrichtung für simuliertes
Licht gemäß 1.
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3 ist
eine perspektivische Darstellung zur Veranschaulichung eines Aufbaus
einer Abstrahlungsvorrichtung für
simuliertes Licht gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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4 ist
eine Seitenansicht zur Veranschaulichung eines Aufbaus einer Abstrahlungsvorrichtung für simuliertes
Licht gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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5 ist
eine vergrößerte Draufsicht
auf den Filterteil 4, wie er in 4 gezeigt
ist.
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6A ist
eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels
eines optischen Systems eines Solarsimulators gemäß dem Stand der
Technik.
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6B ist
eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels
eines optischen Systems eines Solarsimulators gemäß dem Stand der
Technik.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Ein
erstes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben.
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1 zeigt
eine perspektivische Darstellung zur Veranschaulichung eines Aufbaus
einer Abstrahlungsvorrichtung für
simuliertes Licht gemäß diesem Ausführungsbeispiel
der Erfindung. 2 ist eine Front-Schnittansicht
der in 1 gezeigten Abstrahlungsvorrichtung für simuliertes
Licht.
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Die
Abstrahlungsvorrichtung für
simuliertes Solarlicht ist ein Solarsimulator, der simuliertes Solarlicht
auf ein Solarzellenmodul, wie einen Testgegenstand 6 abstrahlt.
Als Lichtquellenteil 1 wird eine Xenonlampe verwendet.
Von einem Lichtabgabeteil 2 abgegebenes Licht wird auf
den Testgegenstand 6 ausgestrahlt. Zwischen dem Lichtquellenteil 1 und dem
Testgegenstand 6 ist eine Vielzahl von Filtern A und B
in einem Filterteil 4 vorgesehen, der mittels eines Rahmens
getragen wird. Die Filter A und B passen die Verteilung des von
dem Lichtabgabeteil 2 abgegebenen Lichts zur Verbesserung
der Lichtgleichförmigkeit
auf einer Oberfläche
des Testgegenstands 6 an. Ist der Filterteil 4 nicht
vorgesehen, dann wird eine Lichtabstrahlungsverteilung von etwa ±3% erreicht,
wie es mittels der gestrichelten Linie in 2 gezeigt
ist. Ist jedoch andererseits wie in Verbindung mit der vorliegenden
Erfindung der Filterteil 4 vorgesehen, dann wird ein Bereich,
der durch die gestrichelte Linie und die durchgezogene Linie umgeben ist,
hinsichtlich des Lichts durch den Filterteil 4 vermindert,
wobei die Gleichförmigkeit
derart verbessert wird, dass eine Lichtabstrahlungsverteilung von
etwa ±1.0%
erhalten wird, wie es mittels der durchgezogenen Linie angegeben
ist.
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In
den 1 und 2 beträgt die Größe des Testgegenstands 6 etwa
2 m × 2
m; der Abstand zwischen dem Lichtabgabeteil 1 und der Oberfläche des
Testgegenstands 6 beträgt
etwa 5 m; der Abstand zwischen dem Lichtquellenteil 1 und
dem Filterteil 2 beträgt
etwa 2 m; der Bereich des Filterteils 4, in welchem die
Filter A und B angeordnet sind, liegt innerhalb eines Kreises mit
einem Durchmesser von 100 cm; und es weist der Lichtabgabeteil 2 eine Kreisform
mit einem Durchmesser von 50 cm auf. Gemäß 2 sind die
Filter A und B in den Filterteil 4 bei Positionen angeordnet,
die die Abstrahlung eines Teils mit einer höheren Abstrahlung auf die Oberfläche des
Testgegenstands 6 vermindern würden, wenn die Filter A und
B nicht vorgesehen wären.
Insbesondere wird für
die Filter A und B ein Gewebe (Netz, Metallgewebe), bestehend aus
schwarzbeschichteten Metalldrähten,
verwendet. Die Abmessungen derselben betragen etwa 30 cm im Quadrat. Die
Durchlässigkeit
des Gewebes beträgt
95%. Es kann jedoch auch in Gegensatz hierzu Glas oder dergleichen
für die
Filter A und B verwendet werden. Alternativ kann gefärbtes Glas
für die
Filter A und B verwendet werden, dessen Durchlässigkeit in Abhängigkeit
von der Wellenlänge
veränderlich
ist. Bezüglich des
Lichtquellenteils 1 kann auch eine andere Art, beispielsweise
eine Vielzahl von Xenonlampen oder eine Metallhalidlampe verwendet
werden.
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Es
ist bevorzugt, dass die Filter, wie die Filter A und B oder dergleichen,
in dem Filterteil 4 bei Positionen angeordnet sind, die
eine einfache Überwachung
der Gleichförmigkeit
der Abstrahlung auf der Oberfläche
des Testgegenstands 6 ermöglichen. Wesentlich ist hierbei
die Beziehung zwischen einer Fläche
der Filter und einer Fläche,
auf die die Filter eine Wirkung der Lichtverminderung ausüben. Ist
das Verhältnis
R = (die Fläche,
auf die die Filter die Wirkung der Lichtverminderung haben)/(die
Fläche
der Filter) zu groß,
dann erstreckt sich die Lichtverminderung durch die Filter über einen
weiten Bereich auf der mit Licht bestrahlten Oberfläche. Es
ist im Ergebnis unmöglich,
die Abstrahlungsverteilung auf der mit Licht bestrahlten Oberfläche wirksam
zu steuern. Somit ist bezüglich
des Werts der vorstehend angegebenen Größe R 10 oder weniger und 0
oder größer wirksam, und
eine erhöhte
Wirksamkeit wird insbesondere erzielt durch 4 oder weniger und 0
oder größer. In
diesem Zusammenhang bezeichnet in 1 das Bezugszeichen 3 ein
abgestrahltes Licht vor dem Durchlaufen des Filters, und bezeichnet
Bezugszeichen 5 ein abgestrahltes Licht nach dem Durchlaufen des
Filters.
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Nachstehend
wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
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3 zeigt
eine perspektivische Darstellung eines Aufbaus einer Abstrahlungsvorrichtung
für simuliertes
Licht gemäß diesem
Ausführungsbeispiel der
Erfindung.
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Es
ist bekannt, dass eine Nicht-Gleichförmigkeit der Abstrahlung auf
die Oberfläche
eines Testgegenstands 6 manchmal in Abhängigkeit von der Wellenlänge des
Lichts veränderlich
ist. Dies liegt daran, dass ein Bereich mit intensiverem sichtbaren
Licht und ein Bereich mit intensiverem Infrarotlicht auf der Oberfläche des
Testgegenstands 6 gemäß der Darstellung
in 3 in dem Fall vorliegend, dass ein Typ einer Lampe
oder mehrere Typen von Lampen, beispielsweise eine Xenonlampe und
eine Halogenlampe als Lichtquellenteil 1 verwendet werden,
wo eine Lichtquelle mit einer Funktion existiert, die in der Lage
ist, die Spektralab strahlung der Lichtquelle mit einem mehrlagigen
Filmfilter oder dergleichen zu ändern,
oder wo eine chromatische Aberration besteht. Gemäß der Simulationssolar-Abstrahlungsvorrichtung
der vorliegenden Erfindung sind in diesem Fall ein Typ oder mehrere
Typen von Filtern in den Filterteil 4 bei unterschiedlichen
Positionen angeordnet zum hauptsächlichen
Vermindern des sichtbaren Lichts in dem Bereich mit einer höheren Intensität des sichtbaren
Lichts und zum hauptsächlichen
Vermindern des Infrarotlichts in dem Bereich mit einem intensiveren
Infrarotlicht auf der Oberfläche
des Testgegenstands 6. Die Filter zur Verminderung des sichtbaren
Lichts sind bei Positionen angeordnet, die eine Verminderung der
Intensität
des eingestrahlten sichtbaren Lichts in einem Bereich mit höherer Intensität ermöglichen.
Die Filter zur Verminderung des Infrarotlichts sind bei Positionen
angeordnet, die eine Verminderung der Intensität des abgestrahlten Infrarotlichts
in einem Bereich mit einer höheren
Intensität ermöglichen.
Werden diese Filter nicht verwendet, dann beträgt die Gleichförmigkeit
des Lichts auf der Oberfläche
des Testgegenstands ±5%
für sowohl
das sichtbare Licht als auch das Infrarotlicht. Der Bereich mit
dem intensiveren sichtbaren Licht und der Bereich mit dem intensiveren
Infrarotlicht ist jeweils unterschiedlich zueinander. Mit der Abstrahlungsvorrichtung
für simuliertes
Solarlicht gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es jedoch möglich,
sowohl für das
sichtbare Licht als auch für
das Infrarotlicht eine Abstrahlung mit einer Gleichförmigkeit
von ±2%
zu gewährleisten.
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Nachstehend
wird unter Bezugnahme auf 4 und 5 ein
drittes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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4 zeigt
eine Seitenansicht zur Veranschaulichung eines Aufbaus einer Simulationslicht-Abstrahlungsvorrichtung
gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. 5 ist eine vergrößerte Draufsicht
(Frontdarstellung) zur Veranschaulichung des Filterteils 4 gemäß 4.
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In 4 entsprechen
eine Integratorlinse 7 und eine Ausgabelinse 8 dem
Aufbau des Lichtabgabeteil 2 gemäß 1 oder dergleichen.
Durch die Ausgabelinse 8 wird ein im Wesentlichen paralleles Licht
zu dem Testgegenstand 6 über den Filterteil 4 abgestrahlt.
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In
dem Filterteil 4 sind gemäß der Darstellung in 5 Gitterdrähte 10 aus
Metalldrähten
oder Harzdrähten
mit einem Durchmesser von 0.1 mm und mit einem Abstand von 5 cm
in dem Filterrahmen 9 ausgebildet. Die Filter sind auf
den Gitterdrähten 10 befestigt.
Die Positionen und die Drahtdicke der Gitterdrähte 10 ist in der
Weise ausgewählt,
dass diese die Lichtgleichförmigkeit
auf der Oberfläche
des Testgegenstands 6 nicht nachteilig beeinflussen. Bezüglich der
Typen von Filtern können
Gewebefilter 11, bestehend aus Metalldrähten oder Harzdrähten, Lichtabschirmungsfilter 12 bestehend
aus Metall oder dergleichen, gefärbte
Glasfilter 13 oder dergleichen verwendet werden. Unter
Verwendung dieser Filter wird die Gleichförmigkeit auf der Abstrahlungsfläche von
30 cm im Quadrat von ±2%
auf ±1%
oder weniger verbessert. Es ist ferner zu beachten, dass eine Platte,
bestehend aus Glas oder Harz zum Anordnen der Filter verwendet werden
kann.