TWI509191B - Sun simulator - Google Patents

Description

太陽光模擬器

本發明是有關於一種光線的模擬器，特別是指一種能發出太陽光光譜的太陽光模擬器。

已知太陽光模擬器可模擬發射出接近太陽光光譜之光線，可應用於太陽能電池之電性及轉換效率的檢測。參閱圖1，為一種已知太陽光模擬器，主要包含一光源11、一燈罩12，以及一圖未示且用於使光線均勻的均光單元。該光源11為燈泡式並且為點光源，該燈罩12則為三維立體形狀的非球面鏡，圍繞在該光源11的上下左右周圍，以將該光源11的光線朝前反射。除了採用上述燈泡式光源之外，另外一種已知太陽光模擬器的光源則採用長型燈管，例如圖2所示之美國專利US6548819號專利案，其結構主要包含：數個光源13、數個平面鏡14，以及數個光譜過濾片15。該等光源13分別為一長型燈管，並藉由該等平面鏡14反射光線。但由於設置數個平面鏡14時，各平面鏡14之間的夾角必須配合才能達到最佳化反射光線效果，造成在調整上較麻煩，如此亦導致照射面上的光均勻度較不易調整，容易使照射面之光均勻度不佳；此外，設 置數個平面鏡14還使元件數量不夠精簡。

因此，本發明之目的，即在提供一種結構創新、光均勻度佳、元件精簡的太陽光模擬器。

於是，本發明太陽光模擬器，包含：一長型燈管、一燈罩，以及一均光單元。

該燈罩朝向該長型燈管彎曲形成二維的C型拋物面，該燈罩定義出一焦距線，該長型燈管沿該焦距線設置，該C型拋物面具有一開口，該長型燈管被該燈罩圍繞於該開口內，由該長型燈管朝向該開口定義出一光軸，該光軸與該焦距線垂直。該均光單元設置在該光軸上，使該長型燈管所發出的光線及受該燈罩反射的光線通過，而將光線均勻化地投射。

本發明之功效：藉由上述創新結構，該燈罩為二維的C型拋物面，且其延伸範圍可涵蓋該長型燈管周遭的大部分面積，能有效地將該長型燈管之光線向前反射。而且該燈罩設計能簡化元件數量，要進行光學曲率調整設計時也較為容易，可達到最佳化的反射光線效果，使光線均勻投射。

2‧‧‧長型燈管

3‧‧‧燈罩

30‧‧‧開口

31‧‧‧第一罩部

32‧‧‧第二罩部

33‧‧‧反射面

34‧‧‧連接部位

4‧‧‧均光單元

41‧‧‧蒼蠅眼透鏡

411‧‧‧透鏡單元

5‧‧‧調整板

51‧‧‧板本體

52‧‧‧遮蔽部

521‧‧‧格點

6‧‧‧聚光透鏡

7‧‧‧調整膜

71‧‧‧膜本體

72‧‧‧遮蔽部

721‧‧‧格點

81‧‧‧焦距線

L‧‧‧光軸

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一種已知太陽光模擬器之部分元件的立體圖； 圖2是另一種已知太陽光模擬器之側視示意圖；圖3是本發明太陽光模擬器的一第一較佳實施例的後視立體分解圖；圖4是該第一較佳實施例的側視示意圖；及圖5是本發明太陽光模擬器的一第二較佳實施例的側視示意圖。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖3、4，本發明太陽光模擬器之第一較佳實施例包含：一長型燈管2、一燈罩3、一均光單元4、一調整板5，以及一聚光透鏡6。在以下說明內容中，以該長型燈管2往該調整板5的方向為前方，亦即，整體光線的前進方向為前方。

該長型燈管2軸向延伸呈長管狀，其為一種弧光燈，主要是藉由電力在氬或氖氣中激發水銀蒸氣，以產生電漿並發出短波紫外線，紫外線被燈管內的磷吸收後即發出可見光以照明。該長型燈管2內設有圖未示的安定器與啟動器，能配合產生瞬間高壓而將氣體電離，藉由此瞬時高能量能使該長型燈管2快速點亮發光。該長型燈管2的燈弧(Lamp Arc，指燈管正、負極距離)長度大於20mm，較佳地可為50mm~2000mm。

該燈罩3為一體成型，朝向該長型燈管2彎曲形成二維的C型拋物面，且該C型拋物面具有一開口30。 該燈罩3定義出一焦距線81，該焦距線81的延伸方向平行該長型燈管2的延伸方向。該長型燈管2被該燈罩3圍繞於該開口30內，並且沿該焦距線81設置，如此使該長型燈管2發出且被該燈罩3反射的光線，可呈平行光線射出。由該長型燈管2朝向該開口30定義出一光軸L，該光軸L與該焦距線81垂直，該光軸L即為本發明該太陽光模擬器整個光學系統之光軸。而該焦距線81為該燈罩3之C型拋物面的數個焦點的連線。該燈罩3包括一延伸於該長型燈管2上方的第一罩部31，以及一與該第一罩部31一體連接且延伸於該長型燈管2下方的第二罩部32。該第二罩部32與該第一罩部31的一連接部位34位於該長型燈管2相反於該開口30的一側。該第一罩部31與該第二罩部32共同界定一可反射該長型燈管2之光線且呈拋物面的反射面33，此與傳統的三維立體式燈罩(如圖1之燈罩12)不同。

該均光單元4沿該光軸L而間隔設置在該長型燈管2前側，能使該長型燈管2所發出的光線及受該燈罩3反射的光線通過，而將光線均勻化地投射。該均光單元4包括二前後設置且可供該長型燈管2之光線通過的蒼蠅眼透鏡(Fly-Eye Lens)41，每一蒼蠅眼透鏡41具有數個呈陣列式排列的透鏡單元411，每一透鏡單元411即相當於一個小透鏡，因此每一蒼蠅眼透鏡41實際上是由數個陣列式排列的小透鏡所組成。

在此將較靠近該長型燈管2的該蒼蠅眼透鏡41稱為第一個蒼蠅眼透鏡41，而較遠離該長型燈管2的該蒼 蠅眼透鏡41稱為第二個蒼蠅眼透鏡41。當該長型燈管2的光線通過該均光單元4時，該第一個蒼蠅眼透鏡41可藉由其數個透鏡單元411將光源的整個寬光束光線分為數個細光束光線，且每一細光束光線可受到與其位置對稱的其他細光束光線補償，從而可提高光均勻度；接著光線再受到該第二個蒼蠅眼透鏡41之修正與補償後通過該聚光透鏡6。

因此，該均光單元4整體而言，可使通過光線形成數個細光束光線，並藉由對稱性地重疊與光線補償，達到提升光均勻度與亮度之功效。本發明該均光單元4之結構不限於本實施例之舉例，因為只要能將光線均勻投射之其他等效結構，皆可作為該均光單元4。

補充說明的是，本實施例的每一蒼蠅眼透鏡41的前表面與後表面都具有曲度，亦即為雙面曲率。但實施時每一蒼蠅眼透鏡41也可以為單面曲率，亦即，每一蒼蠅眼透鏡41的其中一表面為曲率面，另一表面則可為平面；若為單面曲率時，則該第一個蒼蠅眼透鏡41之曲率面朝向該長型燈管2，該第二個蒼蠅眼透鏡41之曲率面則朝向該聚光透鏡6。

該調整板5也排列在該光軸L上，並位於該長型燈管2與該均光單元4之間。該調整板5包括一可透光的板本體51，以及一位於該板本體51上並可遮蔽光線的遮蔽部52。本實施例的遮蔽部52包括數個格點521，該遮蔽部52可利用印刷方式或塗上、鍍上、貼上等方式形成於 該板本體51表面。

該聚光透鏡6位於該光軸L上，並設置在該均光單元4前側。該聚光透鏡6例如一凸透鏡，本實施例為一平凸透鏡，並具有聚光效果，可將通過該均光單元4而來的光線聚光。

本發明使用時，該長型燈管2之部分光線直接向前射向該調整板5與該均光單元4，部分光線則受到該燈罩3之反射面33反射後再射向該調整板5與均光單元4。接著，光線可受到該均光單元4與該聚光透鏡6之光學作用，進而於一圖未示的待測物件的待測面上，形成均勻且高亮度的照明投射光。而且投射光的光形圖案取決於該均光單元4的外形，例如，該均光單元4之外形為方形時，則最後投射出的光形即為方形。

補充說明的是，該調整板5的作用在於提升光線均勻度，主要是藉由該調整板5上的格點521來減少對應位置的光線通過量，以避免於該待測面上有局部光線較亮的問題，因此，格點521的位置對應於待測面上較亮的部位，所述較亮的部位通常對應於每一透鏡單元411的中心位置處。實際使用上，可先在未設置有該調整板5的情況下，檢測該待測面上的照度均勻度，並可由此得知該待測面上的哪些位置照度較大，則該些位置處的光線即需要被稍微遮擋；而調整板5可以準備多片，每一調整板5上的遮擋設計可以各不相同，因此此時即可選用遮擋位置適當的調整板5來置於該均光單元4與該長型燈管2之間， 即可遮擋較亮部位的光線，從而使該待測面上的投射光強度均勻、照度均勻。

綜上所述，藉由該燈罩3為二維的C型拋物面形狀，且該燈罩3的延伸範圍涵蓋該長型燈管2的上方、下方與後方，可涵蓋該長型燈管2周遭的大部分面積，進而能有效地將該長型燈管2之光線向前反射。而且該燈罩3設計能簡化元件數量，要進行光學曲率調整設計時也較為容易，可達到最佳化的反射光線效果，使光線均勻投射，故本發明確實藉由上述創新結構來達到本發明之目的。

參閱圖5，本發明太陽光模擬器之第二較佳實施例，與該第一較佳實施例的結構大致相同，不同的地方在於：本實施例是以一調整膜7來取代該第一較佳實施例的調整板。本實施例的調整膜7位於該均光單元4較靠近該長型燈管2的該蒼蠅眼透鏡41表面上，並朝向該長型燈管2。該調整膜7包括一可透光的膜本體71，以及一位於該膜本體71上並可遮蔽該均光單元4之局部的遮蔽部72，該遮蔽部72具有數個可用於遮擋光線的格點721，該遮蔽部72可利用印刷方式形成於該膜本體71上。

該調整膜7可利用貼附方式形成在該蒼蠅眼透鏡41表面。又或者，可於較靠近該長型燈管2的該蒼蠅眼透鏡41表面，直接利用鍍膜或塗布等方式形成具有數個格點721的遮蔽部72，如此同樣可以適當遮擋光線、提升光均勻度。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧長型燈管

3‧‧‧燈罩

30‧‧‧開口

31‧‧‧第一罩部

32‧‧‧第二罩部

33‧‧‧反射面

34‧‧‧連接部位

4‧‧‧均光單元

41‧‧‧蒼蠅眼透鏡

411‧‧‧透鏡單元

5‧‧‧調整板

51‧‧‧板本體

52‧‧‧遮蔽部

521‧‧‧格點

6‧‧‧聚光透鏡

81‧‧‧焦距線

L‧‧‧光軸

Claims (5)

1. 一種太陽光模擬器，包含：一長型燈管；一燈罩，朝向該長型燈管彎曲形成二維的C型拋物面，該燈罩定義出一焦距線，該長型燈管沿該焦距線設置，該C型拋物面具有一開口，該長型燈管被該燈罩圍繞於該開口內，由該長型燈管朝向該開口定義出一光軸，該光軸與該焦距線垂直；及一均光單元，設置在該光軸上，使該長型燈管所發出的光線及受該燈罩反射的光線通過，而將光線均勻化地投射；其中，該太陽光模擬器還包含一位於該均光單元表面且朝向該長型燈管的調整膜，該調整膜包括一可遮擋該均光單元之局部並能遮蔽光線的遮蔽部。
2. 如請求項1所述的太陽光模擬器，其中，該燈罩為一體成型。
3. 如請求項1或2所述的太陽光模擬器，其中，該均光單元包括二前後設置且可供該長型燈管之光線通過的蒼蠅眼透鏡，每一蒼蠅眼透鏡具有數個呈陣列式排列的透鏡單元。
4. 如請求項3所述的太陽光模擬器，還包含一設置在該均光單元前側並可聚光的聚光透鏡。
5. 如請求項1所述的太陽光模擬器，其中，該燈罩包括一延伸於該長型燈管上方的第一罩部，以及一與該第一 罩部一體連接且延伸於該長型燈管下方的第二罩部，該第一罩部與該第二罩部共同界定一可反射該長型燈管之光線且呈拋物面的反射面。