TWI518736B - 光產生系統及其方法 - Google Patents
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Description
本案係關於一種光產生器(light generator)及其操作與使用方法，尤指一種使用固態發射器(solid state emitters，SSEs)及可作為太陽能模擬器(solar simulator)應用之光產生器。
光產生器係一種針對不同應用如需特定亮度、光譜或其他特徵光源而產生不同類型照明情況的裝置。光產生器可被使用在多樣的應用中，包括但不限於：光線感測產品的評估及處理、控制高度精確且易變的光化學反應及色彩測試。
太陽能模擬器為光產生器的一項特殊應用，為一種可用來模擬太陽能輻射的裝置。以下大部份的討論多與太陽能模擬器有關，如此至少可由所敘述之部分原理及改良瞭解其應用於其它光產生器之應用。
太陽能模擬器可被用在多種應用，包括但不限於，當曝露於陽光時，決定一裝置或物體的回應。太陽模擬器在任意可控制及可再現的方式下允許執行該項測試。
太陽能模擬器常見的應用為執行光伏(photovoltaic,PV)單元及模組的性能試驗和分類。在此應用中，太陽能模擬器的基本要求為提供一相當近似的陽光，如此PV裝置的性能才能合格，而模組的戶外性能才可按照室內的輸出計量(metrology)估計。這樣的測試在光伏的設計和製造活動以及在工廠端的品質認證(quality assurance)是有用的。太陽能模擬器的優點為可提供一可再現組合的環境以獲得性能量測。此對於在場建立及臨場測試前即能決定並優化單元之性能而言是重要的。
太陽能模擬器的其他應用包括作為擋光或其他紫外光(Ultra-Violet，UV)的保護產品的性能測試和產品品質控制、測量材料的耐候性及抗褪色性、塗料色彩搭配的品質保證、戶外標誌以及其他通常用在戶外且重視裝飾特性之產品的性能測試。在這些應用中，其光譜不需與真正之太陽光的整段光譜相配。而是比典型的太陽能輻射更需要加速使用壽命之強度測試。
太陽模擬器一般由光源或由可產生光之光源、引導該光之傳送光學元件及相關之驅動器或控制器所組成。傳送光學元件的設計將影響光在一目標物，如一PV模組或其類似物上之分散度及均勻度。
典型的光源係一氙氣短弧燈(short arc xenon lamp)。氙燈還有其它的選擇，包括水銀、水銀-氙、石英鹵燈、金屬鹵化物和鎢絲燈。傳統的太陽模擬器使用的燈可能有許多限制或困難，其已在文獻中證明，包括：與通稱上的太陽光譜匹配性較差，性能，穩定性，易變性，成本和尺寸。
近年來，固態發射器用於太陽模擬器已被注意。正當一些改良被提出時，現今已使用固態發射器的學術研究及週知的太陽模擬器仍繼續面臨這些限制或困難，如較差的光譜匹配性、亮度的一致性、測試應用的易變性、控制系統的複雜性等等。缺乏易變性可能嚴重限制獨立太陽模擬器能完成之量測(方法，系統，和應用)且易受限於其成本。
為更了解現存太陽模擬器的限制，理解太陽輻射的基礎與現今太陽模擬器的標準是有用的，尤其是將太陽模擬器用於光伏(PV)單元或模組之相關標準(太陽能單元或模組)。
太陽是一種色標溫度(coordinated color temperature，CCT)約為5600 °K之白熾光源。其光譜範圍從紫外光到紅外光(infra-red，IR)。陽光被其它陽光、地球大氣及由地球大氣所呈現之強吸收帶所過濾。因此該光譜具有高度結構性且涵蓋紫外線到紅外線的範圍。週知陽光之“標準”光譜功率分佈為氣團(air mass)1.5全天空輻射(global radiation)或AM1.5G，其被編篡在標準ASTM G173-03中。對大陸性的美國而言，此一資料組合代表在平均大氣狀況下之理想化的陽光，適合在海平面(包括直接和間接的輻射)的大陸性美國的平均緯度。其更進一步假設照射在一表面傾斜朝向正午緯度時的太陽，此時陽光軌跡上的總空氣質量為1.5倍的空氣質量(AM)直線頂板。對照太陽模擬器之判定，此定義一通稱上的光譜發光(nominal spectral irradiance)。其他可能的標準可被應用在某些範例中，如AM00-太空輻射(extraterrestrial radiation)以及AM1.5D單一直接輻射。典型全光譜太陽模擬器的目的係提供一合理的發光複製品。這些標準發光(AM1.5G)包含具有~0.53度之弧角的直射陽光和擴散陽光，其具有一較寬的弧角，並受到大氣狀況的影響，但大部分被控制在15度內。
中午時間太陽能發光的標準水平通常被定義為1 sun，假設AM1.5大氣的狀態為1 kW/m2，雖然這有點任意將其視為ASTM標準，其提供一較少或接近0.995之值。通常太陽照射在空氣的頂端平均約有1366 W/m2的照度，雖然衛星觀測其平均較接近1362 W/m2(此將改變ASTM模式)。無論如何，由於地球軌道長期週期變化所產生的奇怪行為將使精確值在一年內的不同時間有些改變。
現行光電太陽模擬器的現有標準(例如IEC 60904-9、ASTM E927-05、JIS C 8912)將標準光譜分為6個波長帶(wavelength bands)，並只考慮每一波長帶中功率的比例，而不考慮波長帶中之光譜功率如何分佈。這些模擬器就其如何均勻輸出與標準陽光相較而依據三個準則分類：光譜匹配、輸出區強度的均勻性及隨時間的穩定性。類別包括A、B和C，A通常為最佳之光譜匹配、空間均勻性及穩定性。光譜的種類限制A、B及C將於後面更進一步討論。定向性與波長帶外之照射層級未被定義。
太陽模擬器通常被期望產生一通稱上約1 kW/m2的發光；然而，對像赤道(AM1.0)、高空或太空等狀況的性能測試則需要約37%之較大的發光。同樣地，加速壽命測試實驗及光浸潤應用經常需要較高的發光。低光階性能也是有趣的，特別是在測試光伏或太陽熱裝置時。所指出的標準無法完全滿足這些問題，用於這些額外類型測試的傳統太陽模擬器亦同。
關於PV裝置，在一或更多光階(light levels)下，最常測量的參數為PV裝置之電特性(即電流與電壓(IV)曲線)及預測PV裝置的功率產出能力。在PV的測試環境中，參考單元(reference cells)在作為提供精確量化太陽模擬器之光輸出的裝置中扮演重要的部分，並且可校正該測試系統。通常如NIST被認可之測試實驗室能將可追蹤參考單元校正為一標準太陽光譜。
目前太陽模擬器通常用來測量光電轉換效率以及光單元和模組在輸出過程中的二或三處之一些其他可能的特性：單元測試和分類(在金屬化之後)、單元拉伸測試((在貼標與拉伸之後以及在bussing and layup過程中、背接觸(back-contact)形成後之薄膜(TF)模組)、模組測試和認證(在最後組立時)。在輸出過程中可能有其他機會用到太陽模擬器；然而這並不常見，可能是由於傳統太陽模擬器的成本與大體積。
在市場中有多種的光電單元技術平台，如單晶與多晶矽及非晶質矽，薄膜陣列，鍺基和砷化鎵基之多重接合、CdTe、CIS、CIGS、集中策略，以及一些新興技術。關於如何測試標準陽光之均等物，每一平台技術具有不同的光電特性以及不同組之需求。這些差異一般不容易由傳統太陽模擬器所掌控，且通常不會反射在現今太陽模擬器性能的標準。
一項歐洲測試實驗室的研究顯示，傳統(矽)裝置的技術再現狀態並沒有比±2.5%好。測光計的精確性在以前的標準中並沒有被滿足，此亦應被要求。一最近測試認可實驗室的外部比較結果顯示，單晶矽、非晶矽及CIS模組的功率信用度分別偏離7.4%、16.9%以及11.6%。參照目前信用度的不確定性被評估為+/-6%，ISO認為”性能資料的缺乏”以及“模組性能信用度的不確定性”會形成使用PV時的障礙。這些巨大的不確定性被引入如大規模太陽農場之大規模商業投機活動中，其資本額超過十億美元。無法再現的問題至少有兩種影響：一為研究能力，發展並且優化技術與製程需依賴可利用之計量學的準確性；二為精確預測性能的能力，其係一實質上的商業問題，此乃因產品售價與裝置的功率信用度有密切的關係。
已有幾項正式的研究進入這領域。EC“性能”主題引導大部份的研究，包含二連續知更鳥式循環外部比較(two consecutive round robin inter-comparisons)，來自幾間測試實驗室的太陽模擬器結果被拿來比較，當最初結果顯示-2/+3%時，最終目標為+/-1%的再現性。這些在標準化後的結果必然可作為戶外參考用，而不必描述資料中的全部範圍，此或可在產線狀態的傳統習慣中看見。這些結果使用初始c-Si PV模組及其平均結果獲得，此乃用於量測之問題最少的PV技術。在一‘PC彈射器(PC-Catapult)’相關主題中一相似的循環測試被執行，在此例中，多變的光源使用正規標準能力研究來檢視，基於模組種類，其顯現量測的不確定性較大，約7%(Pmax)，而基於模擬器模組其值約8%。另一項EC主題‘清晰結晶(Crystal Clear)’進行相似的研究。光子實驗室輸出類似全年現實世界模組性能給信用度，其亦顯示一實質上分佈+6.3/-3。此具有明顯的商業含意，且至少在這部分可歸因於室內計量的問題及/或缺乏測試實驗室之間的認同。從這些訊息得到的一般結論為仍有改進的空間。
注意，測試實驗室有責任認證PV模組、提供參考單元及認證單元與模組樣品組，這些相同或相似的裝置目前被製造商減少使用。研究實驗室和其他技術開發者以及工業中之Q/A計量學可能有相同的狀況。此與經驗法則不一致，計量學應對產品管理有<0.33，對製程控制有<0.20，對品質保證有<0.1以及對標準有<0.01之容忍度指標(精確度與容忍度比值，precision to tolerance ratio，P/T)。此暗示一結構性的主體裝置之性能由一般至好至極佳在市場上是有利的。但這不是目前的情況。
基於以上所述之傳統太陽模擬器的問題及困難，有改良光產生器的必要，以使其可作為太陽模擬器及其它應用。
本發明之目的係提供一使用固態發射器(SSEs)作為輻射來源的光產生器或太陽模擬器。光產生器包含合併及管理這些含有現今正規系統和方法之SSEs以及將熱管理整合入光學元件的系統與方法。
此處一太陽模擬器的實施例被預期可輸出對標準太陽光有較佳的光譜匹配度的光源、比傳統太陽模擬器具有更多功能、更可再現、更小型、壽命長、更有效率、更精確、穩定及可尺寸化。相較於現存太陽模擬器此提供改良性能及/或成本及/或多功能。
整體而言，本發明提供一種太陽模擬器，其可結合具有較佳光譜輸出選擇之固態發射器，以獲得好的標準陽光光譜匹配度，並搭配控制器及回饋裝置以產生一可增加性能之太陽模擬器。此將包括但不限於以下許多優點：
‧對太陽輻射有較佳的光譜匹配度；
‧迅速改變光譜而不需移動元件的能力；
‧短程和長程皆具有較穩定及精確的強度和範圍；
‧較佳之強度和範圍的再現性(測量儀器對測量儀器而言)；
‧更多功能的操作，例如光強度、光譜、脈衝寬度和光的空間散佈之可程式調變；
‧改進空間照明均勻性；
‧改善TCO(包括減少保養、功率的使用和占地面積的使用)；以及
‧改善藉由替換其它測試裝置例如，色彩檢驗，載體移動性及QE測量，以及相片冷光測試，以降低資本成本的能力。
根據本發明之一狀態，係提供一太陽模擬器，使SSEs的結合使用在一二維的排列內。此排列可提供一較小或較大(擴展)之光源，其可依據物體被照亮的大小與形狀作空間上的搭配，因此光可有效被利用，並可提供照射區域強度之精確局部控制。更進一步而言，太陽模擬器可被建造在一模組中，如較小的太陽模擬器可結合在一起而變成一較大的太陽模擬器。當保持功能性、一般空間需求(即工作距離)且不需增加複雜性時，通常可具備此可尺寸化及模組化能力。尤其在某些情況中，照明的空間分佈也可由光學控制。
根據本發明之一狀態，太陽模擬器包含具有多種發射光譜之固態發射器，將其結合可形成一寬的光譜範圍，藉由選擇使用合適的峰波長及強度控制，可提供一足夠好的光譜匹配度，且其易於調整及校正。若提供光譜匹配度的品質、空間均勻性和穩定性，則當結合許多具有不同波長的發射器時，新的性能分類(定義如下)如X、Y、Z、A+、A++級與現有的A、B或C級，可以低成本的方式完成。
根據本發明之另一狀態，複數不同峰波長的固態發射器可被控制用以提供一具迅速調變之可變光譜。此一狀態對於決定串聯中之次單元/多接合太陽能單元的相對效益、測量載體移動性及測量量子及單元效益等不同的量測方式是有利的。其對某些先進的量測方式亦可提供所需之照明偏壓，而不需要一外加之照明裝置/太陽模擬器。對於具有一般測試之成像用波長之整合冷光或熱錄像儀影像，在成像系統曝光時間內可短暫地被抑制，是有幫助的。
根據本發明之另一狀態，太陽模擬器將驅動具有精密改良、穩態操作、脈衝或階段式脈衝操作、脈衝寬度或混合二者之控制以及脈衝波形瞬間控制的SSEs。時間刻度大於5μs時，可呈現任意強度的波形(強度與時間)。程控(Programmable control)可允許任何波形，其僅限於5μs之時間常數。當SSE裝置的頻率回應較一般高時，此即為任意時標(arbitrary time scale)，但實際上有其限制，PLC I/O實際可被用於和熱效應較小之時域(time domain)一樣的控制。未來或許需考慮：工業控制技術將允許較細小的時間解析度，例如，Beckhof XFC科技支援次取樣到0.01μs的解析度。典型”閃爍”(flash)檢測器，其脈衝寬度約在2到10毫秒等級，所以時間解析度可將一脈衝解析為至少400個部分。根據本發明之狀態，其允許之強度穩定性可達到較1%和0.1%為佳，並在過電流下保護SSEs以延長其壽命，具有一超過10倍或更大之極限負荷比(turndown ratio)的精密控制強度、精確重複性以及多功能光學偏壓和光浸潤技術。
根據本發明之一狀態，一精密發射器驅動器可使用光譜輸出和空間照明均勻度的回饋訊息，以較好控制穩定性和校準度。此外，環繞於驅動器之熱回饋訊息可被用來補償強度的熱漂移和固態發射器裝配的光譜輸出。此外，預測啟發的前饋控制亦被使用。
根據本發明之另一狀態，SSE控制是可程式的。程控允許較大範圍的光譜輸出多變性、發光、暫時脈衝波形和照明空間分佈的數量。穩定度和重複性可被強化；電、光和熱性能的回饋可能對可程式邏輯是有利的，其允許系統自我學習和調整。
太陽模擬器的具體實施例可以包括發射器接合溫度的測量，並且提供關於發射器的熱管理和現今提供給發射器的訊息。
太陽模擬器的具體實施例可能有數個SSEs的熱管理裝置，二者皆為獨立的發射器。此熱管理裝置可允許較佳的強度和光譜穩定度及再現性。這些裝置包括調整氣流以控制溫度、流動比率和方向性，為使固態發射器的熱漂移減到最小，調整散熱器溫度和固態發射器接合溫度的運行測量或預測，可以用來做為補償。
太陽模擬器的具體實施例可能也包含用來達成預期之低準直光或貫穿目標區域之分光照明的光學裝置。準直的必需程度取決於性能需求和模擬器的類別。在此裝置中，準直光學元件可能是反射、折射、繞射或其結合。準直光學元件可更進一步用來結合數個SSEs的輸出，也可將其特徵合併到其他的模式及/或使光輸出均質化，如利用微光反射或折射表面。
SSEs的結合也可用光學元件達成且可在目標物上獲得好的空間均勻度。通常，最小的工作距離充分被定義為至少數個SSEs之遠域中的任何照光區域，如此可獲得期望的空間均勻度。若有的話，此可能較容易藉由結合數個裝置以及相關光學之典型的空間分佈而獲得。固態發射器可和一正規基體結合，以組裝之可能便利性而言，較佳為方形基體，但對一給定之工作距離而言，一六角形基體可提供更好的均勻度。
此外，微光學表面可能被用來重新排列從準直光學元件到散佈的光輸出，其更類似裝置基體，舉例來說，一方形圖案適合一方形基體或一六角形圖案適合一六角形基體。
也可併入光學裝置，而允許將目標區域切割為較小區域，並保持期望的準直光和強度均勻性。此可由以一斜度角組裝之反射擋板組成，如此，鄰近發射器的反射(實際上)圖像與允許反射損失的直接圖像具有相同的強度。
模擬器亦可作為光分級與目標照明的光譜感測。此外，一可追蹤式參考單元可用於單位的校準。此一裝置可將光學感測器整合入光源中而不需任何遮蔽或封閉目標物，此或許是有利的且可擴展光源支援各種特性與自動校準之封閉量測的能力。
進階測試的能力可由使用太陽模擬器的具體實施例提供。太陽模擬器可具有執行待測裝置之量子效率(quantum efficiency，QE)試驗、目標物的色彩檢驗、目標物光譜反射係數測量、IV測試的能力。
根據一具體實施例，本發明提供一光產生系統，其包括：複數固態發射器(SSEs)；以及一穩定控制系統，用以控制該些固態發射器的光譜穩定性。
在一實施例中，該穩定控制系統包括：一功率調節元件(power regulator)，用以調節供給該些複數固態發射器之一子組(sub-set)之功率；一恆定電流電路(constant current circuit)，其電連接至該功率調節元件，用以供給一恆定電流至該些固態發射器之該子組；一電流調節校正點(current regulation set point)，其電連接至該恆定電流電路；以及；一控制元件(controller)，其電連接至該電流調節校正點，用以根據該些固態發射器所對應之一計量狀態而校正該電流調節校正點。
在一實施例中，該穩定控制系統可更進一步包括：一接合電壓監視元件(junction voltage monitor)，用以感測該些固態發射器之該子組之至少一接合電壓並提供一計量資料至該控制元件以調整該電流調節校正點。
此外，該穩定控制系統更進一步包括：一溫度感測元件(temperature sensor)，用以感測該些固態發射器之該子組至少一接合之溫度並提供一計量資料至該控制元件以調整該電流調節校正點。
在一第二實施例中，該些固態發射器包括一封裝元件，且該光產生系統更進一步包括：一熱管理系統(thermal management system)，用以冷卻至少一包含直接冷卻該封裝元件或視窗及/或其它光學元件之該固態發射器。在一實施例中，該熱管理系統包括一氣體冷卻系統(gas cooling system)，其包括：一氣體傳送系統(gas delivery system)；以及一氣體噴嘴(gas jet)，用以接收來自於該氣體傳送系統之氣體並引導該氣體覆蓋該封裝元件。
根據本發明之另一狀態，提供一種固態發射器，包括：至少一固態發射器：一封裝元件(encapsulant)，覆蓋至少一該固態發射器；以及一熱管理系統，用以冷卻至少一該封裝元件及至少一該固態發射器。
在一實施例中，該熱管理系統包括一氣體冷卻系統，其包括：一氣體傳送系統；以及一氣體噴嘴，用以接收來自於該氣體傳送系統之氣體並引導該氣體覆蓋該封裝元件。在一實施例中，該氣體噴嘴包括一機翼(airfoil)，用以提供具有康達效應(Coanda effect)之氣流。
根據本發明之另一狀態，提供一種固態發射器模組，包括：複數固態發射器元件；複數光學元件；以及一支撐架構，其中該支撐結構係連接至每一垂直光發射預期方向之該固態發射器元件，且該些光學元件係用以引導來自在該光發射預期方向中之每一該固態發射器元件的光。
根據本發明之另一狀態，係提供一種固態發射器模組，包括：複數固態發射器元件；複數光學元件；以及一支撐結構，其中該支撐結構係連接至每一平行該光預期發射方向之該固態發射器元件，且該些光學元件係用以引導來自在該光預期發射方向中之每一該固態發射器元件的光。
根據本發明之另一狀態，係提供一種固態發射器模組，包括：複數固態發射器元件；以及一支撐結構，用以支撐六個呈現放射狀排列之固態發射器元件；其中該些支撐結構係連接至每一位於該放射狀排列一側之該固態發射器元件。該放射狀排列之一特別形式為六角形。
根據上述狀態，固態發射器可排列為群組(clusters)。
根據上述狀態，支撐結構可以合併光元件。
根據上述狀態，該支撐結構係包含氣體通道，用以分佈冷卻氣體至該些光學元件中。
根據上述狀態，支撐結構具有一至少3至16個面之多重面。
根據上述狀態，該支撐結構包含可插電與充氣之連接器。
根據上述狀態，固態發射器模組，更進一步包括一光線偵測器，其中該支撐結構係連接至位於該放射狀排列中心點之該光線偵測器。根據上述狀態，該光學感測器係一強度感測器，一色彩感測器，一參考單元或一可追蹤參考單元，可更進一步是一單一元件、線或陣列感測器。
又或者，一較小或較大數量的固態發射器及/或感測器可結合在一具適當幾何結構的相似排列中，例如三角形、四角形、五角形、七角形、八角形等等
根據本發明之另一狀態，該支撐結構係連接至每一垂直該光預期發射方向之該固態發射器元件，且該些光學元件係用以引導來自在該光預期發射方向中之每一該固態發射器元件的光。
根據本發明之又另一狀態，係提供一種光產生系統，包括：複數固態發射器元件；一阻斷器，用以將該些固態發射器元件分為一個或更多區域。
根據上述狀態，該阻斷器包括一反射壁，其實質上係垂直於該些固態發射器元件之一平面而排列，並具有一預定長度，且其具有一預定錐形物，自該些固態發射器元件之該平面超出該反射壁之長度。
根據上述狀態，一或複數個該區域實質包括所有該些固態發射器元件，如此，該阻斷器為環繞於由該些固態發射器元件所形成之一模組的一側邊阻斷器。
根據上述狀態，該一或複數個區域係被獨立控制。
基於所揭露之至少某些改良，太陽模擬器的具體實施例傾向增加暫穩度(temporal Stabitity)和空間均勻度(spatial uniformity)。在不同的具體實施例中，超過A級性能之太陽模擬器適合較優良的量產控制；Z級性能則適合品質保證及產品認證之應用；X級性能則適合科學應用等分級可被完成。他們也期望具有比現今解決辦法更好的使用壽命。
又或者，當成本比現今技術較少、更微小和更多用途時，太陽模擬器的具體實施例可達到B或C級性能。
關於本發明之優點與精神，可以藉由以下的實施方式及所附圖式得到進一步的瞭解。
以下之敘述將定義不同名詞之使用以便於參照：光伏(Photovoltaic，PV)裝置：一光伏裝置能將電磁輻射轉換成電能其通常是一二電極裝置，且有時被稱為一太陽能單元或太陽能裝置；光(Light)：為廣義上使用之用語並且傾向包含可見光譜以外之電磁光譜區域，其包括紫外光和近紅外光；單元(Cell)：一太陽能單元或PV單元，為獨立之光伏裝置，其為一通常與其它單元結合在獨立之基板或平台以產生PV或太陽能模組或單元的元件；模組(Module)：一模組為一組單元互相電及機械連結，其可整合為一封包。其電連接為部分串聯部分並聯。典型機械排列為平面，有時參照“平板(flat plate)”，然其它機械排列亦可以使用；光源(Source)：任何的光源；發射器(Emitter)：一光源裝置；發光二極體(Light Emitting Diode，LED)：發光二極體為一固態發射器，其在前饋偏壓使用一接合以誘發輻射載體再結合。LED裝置利用磷光劑或量子點鍍膜來吸收及再輻射光以改變發射光的光譜(有時分別稱為白色，磷光劑轉換或PLEDs和QLEDs)。某些裝置使用晶格結構、布拉格過濾器(Bragg filters)或其他元件作為光發射。在許多實例中，高亮度LEDs係由整合到單一裝置中的複數個晶片所組成。因此LED這個詞廣泛用來指作LEDs及LEDs為主要光源的簡單裝置；固態發射器(SSE)：在半導體內電子和電洞的再結合而發出光的裝置，雖然後續的方法或機制可用來修正或強化光輸出。很多光等級裝置採用之機制超越LED簡單載體衰退機制，且經常使用光子轉換技術修改光譜輸出。光譜輸出可應用如磷光劑和量子點等次要材料進行修正；舉例來說，白光LEDs為最常見之包含結合波長轉換磷光劑之短波長發射器雙模組裝置，如此將導致一寬的光譜輸出(類似螢光燈泡之操作)。另一種方法為使用較窄光譜波長轉換材料以產生具輸出波長之高效率發射器，半導體技術現不支援高效率裝置(例如綠色及黃色發射器)。其他相似的裝置也可用來產生光；雷射二極體即是一例，特別是VCSELs及邊緣發射裝置，其具有輻射圖案，此大致類似LEDs但較為緊實。雷射二極體可能因其具有可產生部分IR光譜之光的能力而特別有用，這是LEDs所不足的，特別是在成熟之商業商品中的波長。有機LEDs(OLEDs)藉由再結合產生之光通常是由來自相鄰半導體材料之載體注入一通常結合一磷光劑之層所促成，如此光可藉由電冷光及/或螢光產生。此外，在某些範例中，針對亮度、光譜、熱管理、光分佈等不同理由，單一照明裝置可能併入多重半導體晶片，及多種其他包含溫度感測器之光學及電子部份。由於這些原因，我們使用”固態發射器”之用語及SSE來涵蓋使用半導體裝置之照明裝置的範疇以提供主要之電能轉換為光。任何不同的裝置可被合併至一固態太陽模擬器。
根據上述，太陽模擬器(例如來自ASTM、IEC、JIS)存在著不同標準。其認為這些標準並未列入以下事項，提供為達成主要產品參數之量測重複性與再現性(repeatability and reproducibility，R&R)較1%佳之需求；薄膜陣列之新技術如空間均勻度之特別需求；多接合單元之光譜均勻度；平行及集中器模組之目的；詳細光譜匹配度需求；非詳細穩定度或均勻度要求。缺乏詳細光譜匹配度、穩定度和均勻度可能對多接合裝置產生問題及在測試時參考單元光譜回應與產品實質上不同之狀況。應該清楚注意到這些現有的標準，除具有不嚴謹的光譜需求外，並未涵蓋整個對某些PV技術相當敏感的光譜，且其未指明光譜的暫穩度。
基於所述之實施例，為提供一易於了解改良式太陽模擬器之架構，此處提出優於A級分類之設計。目的是改進使用太陽模擬器之測試系統的量測器R&R、改進實際戶外性能的測驗結果及改進用於研究及發展之計量學；其皆明確顯示需要比目前所考慮之標準還要有更高階之性能。這些新分類可改進光譜匹配度、穩定度和發光均勻度。這些分類亦適合某些技術的PV測試及/或冷光基測試之冷模擬器；而熱模擬器則適合用於測試合併有熱光子或光子堆疊技術以及熱太陽模組與混合PV模組之PV裝置。以下更詳述光產生器之實施例，其具有符合這些新標準分類的潛力。
所提之新分類包括：
●擴展現有的標準，如：
1. A’級：與現有的A級相同但具有第27B圖目前所定義之帶以上或以下的輻射規格；
2. A+級：類似於改進為如第27B圖之測量器R&R之具更嚴謹性能之A’級；以及
3. A++級：類似於具有如第27B圖之非常嚴謹性能之A+級。
●基於如第28圖之較均勻分布之頻帶及嚴謹規格之新標準，其係一特殊之創新，敘述如下：
1. Z級：明顯較具有嚴謹規格與寬光譜範圍之A級具有更高之性能；
2. Y級：類似Z級但更加明確(具體)；以及
3. X級：最高技術性能之太陽模擬器。
●介紹另一特殊創新之更多具體應用功能之子分類如下：
1. 子類U：增加一紫外線帶；
2. 子類H：增加一IR帶；
3. 子類T：增加二IR帶；以及
4. 子類C：移除NIR帶。
在此採用這些新的分類作為可方便參考的用詞，以敘述較目前提供的標準更高級性能。
特別是，光譜匹配度的規格建議改良如下：
●頻外內容在光譜功率上具有一指定上限以避免產生在定義光譜外回應之技術上不可預測的結果。
●光譜匹配度延伸至覆蓋大量太陽光譜：
○增加或移除IR帶的子類以支援冷和熱測試之選擇。
○增加紫外線帶之子類(340 nm在白玻璃中為較接近之阻斷)。
○IR帶與太陽光譜中之最小者同步。
根據IEC標準，暫穩度的測量允許任意的取樣率，或更精確而言，與一任意樣品數目相同之一任意測量系統的取樣率。因此，分類與一具體未定義的計量有關且分類具有不確定的統計含意。本發明對新的分類係提出定義一具有最小樣品尺寸之具體取樣率。
所有變數被定義及計算為Δi=[i max-i min]/[i max+i min]其包含IEC標準。
對於新分類而言，STI可能利用至少10個樣品間距來量測，相較於現存標準其不具創造統計異常之最小樣品尺寸。
光譜相關性定義為其中光源的發光(i)與定義在ASTM G173中使用超過規定光譜範圍之5 nm樣品間距的標準太陽光譜(a)有關。
根據上述分類法，光譜匹配度被提議為使用在大約介於標準範圍400 nm 和 1100 nm之近似於太陽光譜發光之頻帶來評估，而非任意的固定間隔。該頻帶範圍外之發光具有一指定發光，其被認為較不重要；然而，亦界定最大可允許發光數量。
第1圖係一使用SSEs裝設於光產生器以作為太陽模擬器50的一般範例。太陽模擬器50包括一封裝元件(enclosure)52，一邊緣反射器(perimeter reflector)54環繞於該封裝元件，一燈座(lamp base)56，有時稱為陣列單面，其上裝設有複數SSE模組(有時稱為SSE莢或者發射器莢),以及一或複數個用於偵測光的光偵測器或感測器。燈座56提供一支撐結構其可合併熱管理、光學氣流歧管、線路保護帶等等，其與發射器或感測器的供給插塞置換互相連結。用於太陽模擬器(以及燈座56)的封裝元件通常包括一支撐平板，一由支撐平板支撐之散熱板，以及排列於散熱板上之複數SSE模組。太陽模擬器亦包括一控制太陽模擬器之SSE模組和其它元件的控制系統。進一步的細節描述如下，SSE模組包括發光之SSEs，其可利用如透鏡或反射鏡之光學元件調整為平行。SSEs可藉由所包含之不同元件之熱管理而穩定，包括調節電源，調整功率供應，提供不同的散熱器相關元件及包括調節穿過SSEs的氣流，以及包括像是電流感測器與提供回饋之溫度感測系統等不同的感測器。穩定度和熱管理允許控制SSEs的輸出強度和波長，以及SSE操作溫度改變的決定及補償，此可影響SSE的特性，例如亮度，範圍和壽命。太陽模擬器更進一步的狀態將詳述如下。
根據上述，在本案具體實施例中的光源為複數SSEs。SSE之例為一發光二極體(LED)。LED裝置發出一相對窄範圍的光譜(可見的波長的全寬半高20至40 nm)。波峰為半導體能帶所支配。高亮度裝置在365 nm(紫外線)至1550 nm(NIR)的波長範圍是有利的，其覆蓋大多數太陽光譜。最近，多波長裝置已被使用。許多照明種類裝置採用的機制超出了LED之簡易載體衰退機制，且經常使用光子轉換技術修改光譜輸出。光譜輸出可由像是磷光劑及量子點之次要材料調整；例如，白光LEDs為最常見由一短波長發射器所組成之雙模裝置，結合波長轉換之磷光劑將導致寬的光譜輸出(對螢光燈之操作亦同)。最近，已發展使用量子點之光轉換，其較磷光劑轉換更有效率且更多功能，目前已被應用在LCD背光及其他顯示器應用。也可使用一狹窄之光譜波長轉換材料以創造具有輸出波長之高效率發射器，現今之半導體技術仍無法支援如此高效率之裝置(例如基於一藍色主光源之綠色及黃色發射器)SSEs之其他類型可與LEDs合併使用或取代使用，雷射二極體即為一例，特別是VCSELs及邊緣發射裝置，其具有與LEDs大致類似但更為緊密之輻射圖案。雷射二極體因為其具有產生部份IR光譜之光的能力而特別有用，但LEDs在成熟商業商品之波長中較為缺乏。有機LEDs(OLEDs)通常利用自相鄰半導體材料進入一層中之載子接合的再結合而產生光，其通常與一磷光劑結合而產生電冷光及/或螢光。這些裝置顯現出與具有長效壽命潛力之LEDs性能相同等級的能力。此外，一SSE可具有複數發射裝置(子發射器)或封裝於鄰近而作為一分離構件之晶片。每一子發射器有可能但不一定被分別控制。每一子發射器可能發出一不同頻帶及/或發出一與其它SSE之子發射器不同方向或空間分佈之光。通常可購得之商品包含用以增加亮度及/或改進再現性(儲存)、改進熱管理及光譜調整之複數晶片裝置。晶片結合包含相同晶片及/或數個不同晶片的倍數。其他構件可被裝設於如光學偵測器、熱感測器之SSE封裝。通常所有構件被裝設在一共同熱機底座上，並且密封隱藏於一封裝元件中。此封裝元件可做為弱透鏡用。其它的封裝方法也可選擇用一般之玻璃視窗或透鏡以及其它如介電薄膜。
近來，實驗之SSEs已被驗證具有超過200 lm/W之發光功效，當一裝置具有165 Im/W之效力時即具有市場效益，為提升效力，可將其裝設於傳統的照明技術上。相較之下，當陽光具有一93 lm/W或9.3 lm/cm2之發光效力時，典型暖白色3W之LED從0.135 cm2之封裝或740 lm/cm2中產生100 lm，此清楚顯現，如有必要時，一SSEs之平面陣列可超過1太陽發光，或1太陽發光可由僅1.25%之封裝密度達成，例如，這些裝置的方形基體在30 mm寬度(假設只有相關光學之85%的效率)。此外，現今量產競爭之在一較小封裝內的65W白熾燈泡裝置從一具有近似13恆星之孔徑發光的1.8 cm2封裝體中產生969流明之光。最初LEDs係被發展為顯示器，從而作為遙控應用，其裝置主要是可見光或IR光譜。殺菌、治療及生物影像等新興的應用驅使市場朝向高強度藍光與紫外線裝置，其具有良好穩定性及窄光譜範圍的優點，與其他光源相比，其能用實質上較少的臭氧產生強烈的輻射。其中交通監控及戶外安全應用已對高強度紅外線裝置創造一強大的市場。
雷射二極體亦經歷一令人印象深刻之技術演化。由於機構可在一共振腔體中使用，雷射二極體可以是不具有簡單帶隙之某些波長之一有效來源。某些應用空間像是電信應用和雷射幫浦已創造一高功率/低成本裝置之有效供應。這些裝置相對窄的線寬為其限制，然而由於其可些微調整，在結合後可提供一寬的光譜範圍。OLED裝置之發展迅速；其關鍵為波長基本上是可藉由調整光發射層的化學計量而調整。此將使OLEDs自此成為一特別有利的SSE，在很大的程度上，峰波長或波長和光譜的線寬可以被調整。當裝設太陽模擬器或其他設計為與通稱上光譜精確相關之光源時，例如比典型LEDs更寬的線寬度是有利的。最近量子點(quantum dots)已被引進到照明領域，由於他們的行為在其物理尺寸(並非其與磷光劑之物理化學結構)中被編譯，故這些材料提供一高度可調之波長轉換，且可用來將可得之光源轉換為任意光譜之光源。這材料能被應用於任何潛在之SSE裝置以作為一封裝元件或一外部之光學元件。最近新的範例包括粉色、淺綠色和桃紅色LEDs。特別重要的是，當使用磷光劑、量子點或其他波長轉換材料時，其可能使用一單一型式的發光裝置來簡化裝設及驅動之需求。
SSE的光強度與光譜穩定度的議題已被研究，且熱管理已被定義為一影響短期和長期穩定度的重要參數。就短期而言，一裝置的效率與主波長，以及基礎的IV特性，可隨接合溫度而變化，其可影響驅動狀態。就長期而言，操作溫度可影響其壽命性能。特別是其已確定一近似90%之流明維護的損失可歸因於封裝材料的熱化，且封裝元件之操作溫度的精準控制能大幅地阻礙亮度之長期漂移並且增加SSE的可用壽命。在技術照明應用中，光輸出可由如下所述之外部控制而穩定，因此太陽模擬器裝置可降低流明維護的問題。時效裝置在超時的主波長中可能繼續存在一漂移，但該漂移的大小在典型太陽模擬器的應用中不重要。封裝元件的熱管理在下面更進一步描述。
如上所述，本案太陽模擬器之具體實施例採用複數個與穩定度(強度和波長)有關的SSEs以及使用不同的熱管理技術。就亮度和波長而言，熱管理和穩定度管理係為穩定SSEs，並能使SSEs的壽命變長。
穩定度管理之一第一要素包含對SSEs的電流調整。為了說明調整電流的使用，第2圖說明基本亮度控制電路(basic brightness control circuit)100。在電路100中，電源自連結至電流調節器(current regulator)104之電源供應器(power suppty)102中接收。電流調節器104連接至一或更多SSEs 106。一般而言，SSEs係以一定電流模式操作。複數個SSEs 106可以串聯在一起。此例中，SSEs 106係排列於串列(string)107中。通常，SSEs可自一貯存程式中利用匹配的發射器些微或緊密的匹配，如此，電流之調整通常經過SSEs而導致與控制的等級相符。電流調節器104能用來控制亮度並且允許SSEs 106的整個串列107的強度控制。可理解為能提供一邏輯電路(未示)，對與SSEs 106有關的附加控制或感測。
電流調節器104也可被稱為一定電流源，其自電源供應器102接受電源並且提供一恆定電流至其輸出。該電流調節器104可以是線性電路，但通常是切換式、升壓式或切換/升壓轉換模式拓撲。電流調節可使用來自一感測電阻器或電流探針(未示)的回饋而完成。除控制驅動電流之外，電流調節器104也可提供降低或提升供應電壓，以符合SSEs 106的串列107之電壓需求的功能。一電流調節設定點(current regulation set-point)108一般利用其他控制(未示)調整電流調節器104之輸出電流。
SSEs 106製造光給太陽模擬器，並提供由電源供應器102提供之電力將其轉換為光能量至一目標。電流調節設定點108提供控制電流傳遞至串列107之能力以控制SSE亮度。SSEs可能分別或以小群組方式(如串列107)被控制，以使光輸出之強度、光譜和空間分佈之校準與調整變得容易。第2圖說明固態發光常見之應用，但或許不適合包含為較B級佳而設計之太陽模擬器等大部分之計量應用。
第3圖至第5圖顯示之電路依據所建構之太陽模擬器的等級以及太陽模擬器可能應用的範圍而提供更高的精度。例如，閃光學偵測器、QE檢測器和其他需快速調整之測量的高動態應用的設計考量較穩態應用更嚴格。此外，對於大陣列而言，較期望其可處理降低導線複雜性和電位雜訊以促進電源效率。
第3圖說明透過控制SSEs 106之驅動電流，對熱管理SSEs 106具有更先進狀態之SSE控制電路。如第2圖所示，第3圖的電路包括電源供應器102，電流調節器104，SSEs 106以及電流調節設定點108。在此設計中，主要電源調節器(primary power regulator)110提供一調節穩定電源輸入至電流調節器104，以改進電源抑制並且將每一頻道從多頻道排列中與其它頻道隔離。主要電源調節器亦允許電路對快速的變化作出回應，由於可透過主要電源調節器110允許電流調節器104使用一相對快動切換拓撲，或由相對低效率損失之一非常快速線性調節器所組成，電源供應可被穩定化及電壓調整。
在第3圖中電路也包括一SSE接合電壓監控器(SSE junction voltage monitor)112用以感測SSE接合的電壓。當接合的電流/電壓(IV)特性與其溫度有關時，電壓監控器112提供回饋給控制單元(未示於第3圖)以協助SSE 106的電流調節。接合電壓與已知之驅動電流結合後可提供一直接讀取發射器的接合溫度。電流調節器104或主要電源調節器110可用以調整補償被測量的接合溫度，如此可從SSEs 106提供一更穩定的輸出。
又或者電路包括一SSE溫度感測器(SSE temperature sensor)114可直接測量SSE的溫度。SSE溫度感測器114可被整合到一SSE封包中或裝設於基板上。更進一步而言，一熱阻模組可從已測量的溫差中評估接合溫度。SSE溫度感測器114可提供具有溫度資料之回饋116給控制單元，以作為熱調節系統的一部分，此類似於SSE接合電壓監控器112。
由於基板溫度和接合溫度也能影響光輸出，使用溫度感測器整合至SSE基板或裝設於監控器以直接監控溫度或監控接合電壓藉以透過IV特性評估接合溫度而提供有用的回饋給熱管理。溫度讀值可透過回饋或前饋方法用來補償亮度或儀器亮度的穩定性，此將導致較只有電流調節有更好的亮度控制。
特別是，有幾種實用的方法可用於監控溫度。例如，一包含監控SSE接合電壓的直接方法，其已顯示至少在監控接合溫度的變化中為一種可靠的方式，且當使用於來自已校正之量產批及儲存箱中之裝置時，其具有某種精確性。另一種方法包含監控陽極溫度。典型高亮度裝置以面向下裝設(覆晶)；因此電極與其具有一緊密的熱耦合。對於封裝在金屬封裝之裝置，其封裝也是一個電極，此時封裝溫度可能相當接近於接合溫度。或者，溫度感測器也可被用於元件封裝或安裝。考慮元件裝設之熱電阻及內部之熱電阻，量測溫度與散熱器溫度之間的差別可用來決定接合溫度。使用外部溫度感測器的脈衝協調以更進一步使現有裝置具有熱IV的特性為一已知的方法，如此接合電壓在校準後可作為一接合溫度的精確測量。當這些量測的動態回應較優於上述之溫度感測器114時是有利的。
第4圖說明了用於控制SSEs 106之更進一步的電路改變。在此電路中，提供一平行於SSEs 106之設計為用於快速轉換及/或脈衝同步之分路電流調節器(shunt current regulator)105。在此例中，使用一總調節電流被分配在SSEs 106和一制動負荷(passive load)120之間、允許調節電流量的並聯調節系統不與SSEs 106並聯。一分路電流設定點118(shunt current set point)可以是一快速電流設定點或閘極，用以控制電流調節器104並且允許SSEs 106亮度之額外的控制。此一狀態在電流調節器104為轉換模式調節器且特別是降低驅動電流時，可特別提供快速亮度變化。此排列有改進脈衝的潛力，例如太陽閃光器之精確性。有時候，當分路電流調節器105用來提供快速協調脈衝時，電流調節器104可用來決定亮度。當分路電流調節器105僅僅將電流從提供低阻抗發射路徑給SSEs移除時，此一排列在結合調節器104及105時具有產生一推拉驅動排列結果的優點。其中第一調節器104保持在一穩定電流供應的狀態。當不同的分路電流調節器105可被單獨控制操作時，將導致非常高度同步的光脈衝，甚至在由數個、可能是大量的SSE串列組成之基體內，此在一複數個相似電路驅動一多重SSE串列之基體的範例中也是有利的，此處每一獨立的電流調節器104可以被控制而提供一精確數量的電流特性至其獨立之SSE串列。
制動負荷120可能是一空白負荷，例如一被動電路，但也可能包含功率電晶體或穩壓器。制動負荷120可吸收SSEs 106過多之電流，因此卸載功率可從分路電流調節器105耗損。
第5圖為控制SSEs電路之另一具體實施例。該電路可控制具有高度精確且快速轉換時間之SSEs。此狀態使用電流切換作為另一分路調節。如此，一跨導放大器(transconductance amplifier)122將二負荷之間的調節電流按比例分為-SSEs 106和制動負荷120。較佳地，當跨導放大器122基於一分離器設定點(divider set point)124之設定分配電流時，電源設定點108決定可提供的電流數量。因此，當多重串列可同時藉由來自一單控制信號(Single control Signal)124之跨導放大器122控制時，電流調節器104可用來決定在串列對應串列之標準上的最大亮度。此一過程對大量SSEs 106間的同步成形脈衝是有用的。當不同的跨導放大器122可被單獨控制操作時將導致非常高度的同步光脈衝，甚至在由幾百個SSE串列組成之基體內，此在一複數個相似電路驅動一多重SSE串列之基體的範例中也是有利的，此處每一獨立的電流調節器104可以被控制而提供一精確數量的電流特性至其獨立之SSE串列。另一個可能的優點為複雜的電流波形可以藉由其數個由一獨立電流設定點108之不具任何即時調整之共同設定點124驅動電路提供給數個SSE串列。
第6圖更進一步顯示一與使用如第4圖之分路電流調節器105相關之電路。如第4圖所示，分路調節可提供快速充電與放電此將導致一快速開關回應。在此排列中，並聯穩壓器105可由電流感測回饋控制(未示，位於電路區塊內部)，此將產生一可程式的分路電流，或透過工作週期，產生一可程式區分電流。電流的分配(分流)或許是合乎需求的控制模式，特別是在如圖騰電極(totem pole)或分支之複雜的負荷構造裡，且其具有被用在一完全數位化方式(在簡單的單通道驅動器電路中其通常被描述為PWM脈光調製)的優點。當驅動大陣列之裝置及/或執行色彩混合或與不同亮度進行平衡時，此具有降低成本/複雜度的優點。圖騰電極電路的排列範例如第6圖所示。
第6圖更進一步包括複數分流電流調節器105及複數比例電流設定點(proportional current set points)128。比例電流設定點128允許SSE串列107的個別部分藉由分流環繞於每一SSE串列部分之某些驅動電流而被獨立調節。此狀態在大陣列簡化佈線及/或節能的裝置中特別有用，特別是當獨立的子串呈現不同的光譜頻率時。如此，當整體亮度可被共同設定點108控制時，光譜可透過獨立電流設定點128而建構。如先前的圖示，在一較簡單的狀態中，N子串將需要2 N導體取代N+1導體，其中子串被連結至一較大系列的串列，或如果使用一共同導體，將遭受反彈，此將影響精確度。此外，在系統的總電流會依疊在圖騰電極排列(近似於1/N)之SSE串列的數量按比例的降低，此對大陣列而言是重要的，舉例來說，如果此被應用於一太陽模擬器，串列堆積的數量範圍可從3到15或更多(取決於所期望之光譜匹配度及精確度的範圍)。此狀態的另一優點為一單電流調節器104可與多重並聯穩壓器105相結合，此較容易被建構，對大陣列而言此為降低成本的控制解決辦法。例如，將N子串串聯時，所需電流調節器104的數量將按比例適當地降低大約(N-1)/N。
第7圖顯示另一類似於第6圖之排列，單電流調節器104被用來控制平行連接之多重SSEs串列106。串聯/並聯排列在簡單的照明應用中相當普遍；然而，在每一並聯串列中都會受到電流調節。另一方面，如第3圖所示，當包含大量之SSE串列時，提供一分離調節器104給每一獨立串列將變得高成本。在此排列中，電流調節器104的輸出分流到複數個SSE串列，但在每一串列的電流更進一步由第二電流調節器(secondary regulators)126調整。當某些並聯串列由近似相等的裝置所組成時，橫跨每一第二調節器126的電壓差十分相似，當微小的調整被應用到每一使用外部控制器128之獨立串列時，由於效率損耗較低，因此允許使用一相對簡單的線性調節器。
此狀態可被用來控制具有二階段調節但需分享共同元件如主要電源調節器110與主要電流調節器104之多重SSE串列。電流從一可由制動負荷121消除之具有任何超出電流之共同匯流排中分佈。若電流調節器104之電流感測電壓可供應給每一第二調節器126作為一參考電壓，且可同時控制輸入128用以提供該參考的一比例部分(實際為一可程式電阻)，結果將導致某些分支可藉由電流調節器104提供總電流之一明確分率，此排列可以被改善。連結至電流調節器104之複數SSE串列的光輸出可透過使用電流調節器104之電流控制輸出108而協調改變。
控制SSEs 106之另一方式為提供較佳的穩定度，其包含在SSE驅動循環期間使用電流控制以符合瞬變電流。例如，由於SSE效率具有一負溫特性，亮度蹤跡與驅動電流通常將呈現瞬變電流；例如，亮度將超越一電流脈衝之前沿。在太陽模擬器的具體實施例中，此一行為在控制電路中可透過引入一具有適合之時間常數的遲滯量作電性補償，例如在串聯中有效地使用一電感，或在並聯中有效地使用一電容。此通常代表實際的方法受到來自一不精確的程度，以及代表性地只對一操作條件之限定範圍有效。改進的程度可藉由監控裝置溫度及調整設定點、關閉控制系統的迴圈而達成，此對先前與溫度、電流和亮度有關之複雜行為數據之特性有所助益。實際上，一複雜電抗在控制系統內可被模擬。
第8A圖和第8B圖顯示在具有熱瞬變電流控制之二脈衝驅動條件下，SSE亮度為時間的函數。在這些圖式中，一可變驅動電流(I)及結果亮度(L)與時間一同顯示，其目標是在光強度方面產生具精確的步進變化。在驅動電流的步進變化將產生亮度的改變，當SSE溫度變換至與新的驅動狀態相匹配時，此將驅使朝向穩定狀態。基本上利用遲滯趨動狀態與SSE的熱時間常數匹配，藉以補償趨動狀態，如此，當產生脈衝或調節趨動電流時，可獲得一較理想的亮度檔案。第8A和8B圖用以顯示熱瞬變電流的共同效應，以及利用電流控制減輕或移除此效應的方法。脈衝波形與產生明顯的脈衝邊緣光的裝置的用途有關。
第8A圖顯示一未補償之趨動電流，而第8B圖顯示一補償之趨動電流。這些圖式顯示趨動電流(drive current)132和光強度(light intensity)134為時間(time)130的函數。光強度134說明傳遞至目標之光的脈衝波形。第8A圖顯示趨動電流中的步進變化將明確導致一扭曲光輸出：在趨動電流迅速的的增加後，裝置溫度上升直至一新平衡建立，當SSE的效率下降時將導致光輸出(light output)136降低；相反地，當趨動電流快速降低，裝置溫度下降直至一新平衡建立，當裝置的效率上升時將導致光輸出138增加。如第8B圖所示，驅動電流補償140(drive current compensation)在脈衝132的前緣與尾緣可被用來適應電流脈衝波形，以補償熱瞬變電流並且保持更穩定的光強度。第8B圖說明引入一適量的遲滯至驅動電流的瞬時行為，將導致在設計與實際光輸出之間較佳的蹤跡。一尖銳的邊緣對定時電路較佳，且可以使更多脈衝寬度平緩且恆定，此允許更多的脈衝可用在穩定峰。
在某些應用中，關聯性計量學自基於測量之光輸出的瞬時中發展定時訊息。在很多應用中，特別是太陽模擬器，在一光脈衝之通稱穩定部分期間使用大量的測量。在某些應用中，當其仍須儘可能獲得許多量測時(在穩定的狀況下)，其希望將脈衝寬度最小化，以避免產品的熱或為了某些其他原因。在其他應用中，當需要快速且可預測的光調節時，使用鎖相(lock-in gauging methods)或其他方法，希望預測可量產做為光源的能力與結果一致。在此例中，其為一簡單的階梯函數；不過，在某些應用中，可使用更複雜的波形。
在選擇上述電流調節器和電子元件時，有數點須考慮：
●“切換式”轉換器/調節器可較其他開關模式類型之調節器提供更為動態之回應；
●一緩衝器可用於使任何對電流尖脈衝較敏感之高功率SSEs之轉換瞬變最小化，且可被其傷害；
●選擇使用線性調節器可提升電流調節器和電子元件的性能，且其可用於最低可接受效率的地方：
○由於一回路電壓大約在0.3至0.9 V是不可避免的(通常是線性調節器)，典型前饋電壓約3.7 V之一單SSE被期待的可能最大效率約為75%；然而，當數個SSEs被串連時，較一轉換模式驅動器可獲得效率；
○較理想的是，供應一高效率轉換電源以提供一低舉型輸入給電流調節器之一二階段狀態；
●若使用快速脈衝操作，分路調節器為最好的選擇；在此例中，制動負荷可被裝設在如SSE之相同平台，以穩定區域性功率耗損並且使共同路徑串擾(cross-talk)最小化；以及
●不同電流放大器的使用對分路調節也具有相似的優點，可以提供更好的精確度，但其不包含二電流感測裝置。
若有包含一制動負荷，則可能需使用一電阻器；然而，較希望使用二極體串列、齊納二極體(zener diodes)或其他電壓調節裝置，因其允許恆定功率耗損。視機電設計，一制動負荷可在多重頻道控制中共用。
為了達到更好的性能，任何電流感測裝置也應使溫度穩定。達成此目的之一實際方式為採用提供給SSEs本身之熱管理系統的優點，例如，裝設電流感測裝置至一溫度控制散熱器，其可協助SSEs的熱管理。
為了提供一適於計量應用的高品質的光源，以下幾點為驅動SSEs的某些目標：
●對於一像是高精密度太陽模擬器之科學應用，輸出電流控制較佳約1%，但最好低至0.1%；
●降低瞬時穿通(feed-through)以降低對SSEs損害的風險；
●快速輸出調節，較佳小於5微秒；
●精確的強度控制輸入；
●選擇性的熱管理迴圈；
●低成本/複雜性；
●高性能系統之電壓監控輸出；以及
●模糊範圍10：1。
如上所述，溫度監控為一重要功能，且可由下列一或複數個方式組成：
●監控前述SSE(s)之接合電壓；
●整合溫度感測器，例如將NTC電阻器整合至SSE；
●外部溫度感測器附在SSE上，例如具有整合框架之熱敏電阻和熱電偶，其可使用SSE裝設緊固元件而依附，或栓設溫度感測器作為一SSE裝設緊固元件。
進一步而言，熱補償及/或熱保護可合併至其本身的控制系統。更進一步而言，為避免控制電路之間的雜訊，強度控制由電流模式的類比信號或數位化信號提供則較佳。
為自SSEs 106提供穩定的輸出，提供熱管理給SSEs的環境也是重要的。如第9A和9B圖所示，SSE 174包括一基板(substrate)150或封包，一或更多獨立的發射器(individual emitters)152以及保護獨立發射器的封裝元件154(encapsulant)。通常，SSEs的溫度有時藉由提供一散熱材料至SSE 174以控制產生在獨立發射器熱接面的熱而控制。先前對太陽模擬器未完全確定的一項挑戰，係提供一實質均勻的環境溫度給裝置的透鏡及封裝元件的需求，藉由將熱自固態裝置透過基板取出以管理散熱溫度而獲得，其對封裝元件只提供非常間接的冷卻。在與獨立發射器、組合式光轉換材料及封裝元件之亮度以及整體時效之時效相關的損失中，此一挑戰已被決定為一主要因素，且可應用於由聚合物製成之相關光學元件。管理與封裝元件接觸之環境溫度的簡單方法已顯示可顯著減少裝置性能之時效相關的降低。
根據本案之具體實施例，SSEs 174的熱管理可以透過調節SSEs前表面的環境溫度而改進，特別是，封裝元件154可藉由在SSEs 174或SSEs 175的群組上提供氣流。然而，不將氣流引入光路徑的方式將會是一挑戰，其不限制裝置的封裝密度並且不帶走未受調節的環境空氣。此外，SSEs 174上的區域會被準直光學元件圍起來，此將阻礙氣流。
第10A和10B圖顯示一SSE或SSEs 175群組用於協調整合光、電及熱需求，且仍保持適於任何陣列排列之橫截面示意圖。特別是，SSE 106或SSEs 175群組連接在一裝設板(mounting plate)182上，該裝設板182與一散熱器(heat sink)190相連。散熱器190允許來自於SSE 106或SSEs 175群組背側的熱消散。裝設板182提供一共同表面以裝設SSEs及相關之感測器，用以提供電力及冷卻伺服連接。通常此元件也支援相關的光學元件。如第10A和10B圖所示，在裝設板182上，提供一氣流噴嘴次組裝(air-jet subassembly)170鄰近於SSE 106。一氣體供應室(air supply plenum)176通過散熱器190並且利用一氣體出口(air outlet)192提供氣流給氣流噴嘴次組裝170。在此具體實施例中，由於氣流通過溫度控制散熱器190，故氣流將具有一調節溫度。氣流噴嘴次組裝170連結氣體供應室176以及在SSE 174與光學元件(optic element)178間之空隙間之氣流(airflow)172。氣流噴嘴次組裝170可能包括一機械支撐(mechanical support)180，其可將空氣從裝設板182帶至一梳型器(comb)184。然後梳型器184引導氣流172通過SSEs 175的表面(箭號172)。氣流172的紊流特性和方向至少可由梳型器的形狀和尺寸部分地被控制。氣流172可調整為具有合適微紊流(micro-turbulence)之層狀流(laminar flow)，以使發射器封裝元件產生如用於工業冷卻噴嘴方式之有效冷卻。
第10A圖使用一橫向流冷卻噴嘴，而第10B圖顯示一可使用康達效應之具有指向表面之更精確之氣流噴嘴次組裝170。特別是，氣流噴嘴次組裝170可更進一步包括一空氣抑制器(air dam)186，用以協助提供光學元件178和發射器174間路徑之封合並使環境氣流的遷移最小化。氣流噴嘴次組裝170也可使用一機翼(airfoil)188，此可幫助引導氣流向下靠近發射器178的表面。具有合適形狀的機翼188可被用於康達效應。
如第10A和10B圖所示，光學儀器178可以是一能將光從發射器重新指引至一更準直之光束的準直光學元件。雖然第10A和10B圖顯示此光學元件為一cadiotropic折射/反射的準直器，其可能是全像(holographic)、微機電系統(MEMS)或微透鏡陣列(micro lens array)或其他像是這樣的元件。不同的準直方法更精確地描述如下。
冷卻氣流較佳微細地被建構以提供一具有高度微紊流之穩定層狀流。已知的方法包括使用小孔及/或小孔徑。低成本地製造精確結構之氣流的裝置為，將通道用機械製作成一金屬薄板(襯墊料)，，通常為一梳子形狀，其可被夾在固態的材料之間。這類氣流的屬性為其強烈的康達效應，此可使氣流蹤跡為適度平滑的表面且允許氣流相當簡單地被改向)。由於SSE的表面通常平順地被彎曲，氣流或可被建構為具有如此優點的行為，此將對最小的氣流提供最大的熱管理。由第10A和10B圖之例所整合之冷卻氣流包含使用一分離裝置方式的應用，其可有效地與某些使用SSEs之商業可得的光學元件相容；然而，在大陣列中可能要合併數個不同裝置類型，此在執行時較為不易。以下更進一步的實施例細節，詳述了合併需用於管理氣流進入光學元件及/或其他相關元件以降低成本、複雜度的優點，以及合併這些有用的功能進入一光產生裝置的益處。
第11A和11B圖說明一包含整合氣流噴嘴系統(integrated air-jet)194之cadiotropic準直光學系統的不同排列。氣流噴嘴194的提供降低了元件的數量且對光學元件178允許自我調準。如第10圖之具體實施例所示，整合氣流噴嘴178可使用一梳型器184，不過，梳型器184的功能可整合到光學元件中。整合氣流噴嘴194可包含一轉換片及封條(seal)196，其可提供更進一步的機械支撐並將氣流自排氣口192往上帶。此系統的其他組成元件類似於第10圖所述。
準直光學元件178被表示為類似一cadiotropic準直器，但也可以是簡單透鏡、全像或微機電或微透鏡陣列等等。準直光學元件也可以是SSEs群組之共同元件的部分。梳型器184可由光學元件部分、一插入模組部件(insert molded component)或一插入部件(inserted component)內的模組特徵所組成。近似於將梳型器184的微細通路形成於準直光學元件178的主體中。準直光學元件178可由許多具有一足夠寬之光譜傳輸的材料建構而成，以符合所要求的應用，其通常是400到1100 nm，但是可以向下延伸到300 nm或向上延伸到1400 nm或1800 nm，端視太陽模擬器之次類別或視欲使用之SSEs光譜而由不同的材料所建構而成。有許多聚合物、玻璃陶瓷以及玻璃可被成形為具有所要求的光學性能。此外，雖然裝置178為一單片(single piece)，此部分可包括使用光學黏著劑、焊接熔劑或熱/磨擦焊接或其他方法而將複數個元件鍵結在一起。舉例來說，某些丙烯酸具有優異的光學性能且可容易應用於超過400到1100 nm範圍之某些特殊產品，如低至300 nm或高至1400 nm之較小設計限制之使用。光學表面可進一步藉由一寬帶低折射率薄膜(broad-band low refractive index film)之選擇應用而強化，光學等級的鐵弗龍(Teflon)即為一例，其可顯著降低在第一及最後之光學表面的反射損失。此種光學裝置可由包括鑄造、塑造、熱均壓縮成形、附加成形、浮雕、機器加工等許多低廉的量產技術輸出製造。此處微細光學表面需施以如浮雕、熱壓印、表面鑄造、印刷等後成形處理方法。
第12A和12B圖顯示一交替的排列，其中SSEs被垂直裝設，反射準直光學元件(reflective collimating optics)198被用來引導來自SSEs的光。此一排列可允許在一陣列中有更高的SSEs堆積密度。如第12A和12B圖所示，一整合氣流噴嘴194也可被作為反射準直光學元件198。在某些實例中，整合氣流噴嘴194可使用梳型器184。在特殊實例中，反射準直光學元件198可能以離軸凹鏡(off-axis concave mirror)的形式使用，其係同時改變光的方向朝上並降低光束分離。在此具體實施例中，反射器的形狀近似於拋物線，雖然其他形狀也可被考量。此處一反射表面被認為是一通常為具有連續表面之離軸拋物線反射器之準直元件。一微鏡陣列載微機電可取代一連續表面。為補償具有變像角功率分散的SSEs，反射器可有些微變像。相較於一折射器，當光表面的數量至少被分成兩半且塊材料的光學性質較不重要時，一反射光學裝置是具有優勢的，其可大幅增加材料的選擇和製作的方法。對於高品質鍍鏡有許多來源可被應用於包含鑄造或塑造聚合物等大範圍之材料，此將使鍍鏡較一可比較成本(低)的折射光學元件更有效率。此外，反射裝置不顯示色差，此可能使其更適合一如太陽模擬器之極寬帶應用。此種方法相對較佳應用於方向性SSEs，然而其被可能須與朗伯發射體一起使用，如第5圖所示，外圍光的損失可由反射裝置的降低或穿透裝置的吸收損失而補償。其可理解反射器可接受的角度藉由架設SSE大於90度而改進(即第12圖中所指出較水平稍低處)。此處準直光學元件198被描繪為固體結構，但只要反射表面(reflecting Surface)199具有所要求的形狀，則其可由各種方式組成。在第12A和12B圖中，一SSE基座(SSE mount)200為可見光並且適合SSE 174之垂直裝設及SSE 174之熱機支撐。
可理解溫度調節氣體可由如第10圖所示之一分離系統提供。氣體分佈室可被合併至散熱器裝置，為了簡化並且降低成本，其已處於調節溫度。由於有用的氣流從必須通過封包，較佳為空氣與封包的溫度相近。
為更進一步降低成本和複雜度，氣流通路可被塑造成準直光學元件，雖然其他材料可被考慮，但其通常是一塑造的丙烯酸結構。
如上所述，SSEs通常裝設在一裝設板上且可裝設在一散熱器上。提供均勻的冷卻至一SSEs的大基體，以協助提供穩定控制和可再現的結果。如此，較佳提供一裝設表面給每一具有一容易控制之溫度及一合理之低熱阻的SSE。當考量一大陣列裝置與相鄰可獨立操作的裝置(例如，當使用多重光譜源)時，其較佳為確保在鄰近SSEs之間的熱隔離程度。
對典型平板模擬器及發射器而言，若連續操作時，需求冷卻能力近似8 kW/m2(例如當產生具15%淨效益之1.2倍陽光輻射)。
在很多應用中，太陽模擬器可能以一相對低的工作週期脈動。例如，一模組檢測器使用一10 msec之脈衝檢測60個單元模組。其以60 UPH(每小時單位)的速率產出(即60個單元每小時輸入3600個單元/~100 MW/Y fab)，導致一0.17%之工作週期。這將產生一13 W/m2之負載。單元檢測器可能有一較高的工作週期：在3600 cells/hour時10%，此將產生<350 W的負載。原則上，脈衝應用可使用強力空氣冷卻；不過，顯著的區域性熱量仍須被列入考量，此時峰功率耗損仍只有近似8 kW/m2。
在很多應用中，目標物(例如一PV模組)在測試期間較佳處於25℃或其他之低溫。一SSE太陽模擬器潛在的優點為其係一平坦層狀之模擬器並且有一短的工作距離，據此，為了不影響目標物的溫度，太陽模擬器需保有與目標物相同的溫度。另一考量為，任何環境氣體的實質梯度可誘發削弱溫度調節的傳統電流。面向上之模擬器以通常為保持在一些微低於環境溫度之溫度較佳。根據本發明之一太陽模擬器，其在一控制方式中或可使用光的某些波長加熱目標物(有時對照稱為待測物(unit under test，UUT))。例如，光的波長不被轉換為能量時將加熱目標物。
在一溫度管理或控制系統中的一具體實施例，如第13A圖所示之一液體冷卻系統。一可選擇的具體實施例中，第13B圖使用氣體冷卻。此二圖顯示除上述有關第10至12圖之氣流系統外，一用於SSE陣列之溫度控制系統(temperature control system)210的附加狀態。如第13A圖所示，SSE 174裝設在頂板(top plate)214上。頂板214通常包含用於SSE和感測器組件之裝設特徵。頂板214裝設在散熱器222。散熱器222包括用於液體流動之通路(passages)218。由於液體需要一較小的交換表面，因此液體冷卻陣列實際上可較小並需要較少的龐大連接。此外，液體本身可以用來提供導致降低運載重量(用液體移除)的熱容量。當使用液體冷卻溫度調節時，可能是藉由循環一冷卻液體，其溫度調節係由調整流動率所控制，或是藉由提供一恆定流動之冷卻劑，其係處於一控制溫度中(例如外部致冷器)。對於大區域陣列而言，通常利用交錯流中流體通路的排列達到溫度均勻性。
有時候，小區域或低工作循環的太陽模擬器，空氣冷卻也可適用。第13B圖顯示一空氣冷卻系統排列的範例，，此係當模擬器在產品的上方或一側時可能較合適，其可減少冷卻劑往下滴到產品上的風險。溫度可透過循環空氣而調節，其溫度調節係由調整流動率所控制，或是藉由提供一恆定流動之氣體，其係處於一控制溫度中(例如外部HVAC單元)對於大區域陣列而言，通常利用交錯流中氣室通路的排列達到溫度均勻性。
有時候，一熱轉移裝置(thermal transfer device)220可裝設於SSE和散熱器222之間，並且透過頂板214從SSE提供改良之熱傳輸給散熱器222。熱轉移裝置220可能例如是一銅塊(或其它具有良好熱傳導的材料)、熱散佈器，熱管或其他高熱傳導元件，其可將熱從SSE 174處導出並將其有方向性的分佈給散熱器222。熱轉移裝置220較佳為一簡單熱管，如一銅管閉路裝置。熱轉移裝置220允許透過傳導的熱流控制。熱轉移裝置220可在其建構過程中調整，且可考量不同的材料和構造，其允許在熱傳導的上方控制。較理想地，熱可從相鄰的SSEs中被隔離。舉例來說，熱轉移裝置220可被建構用來防止平行於流體流動方向的熱流並將熱帶至接近流體。
第13C圖顯示一溫度控制系統更進一步之其他排列，其係利用頂板214與散熱器222間之熱電冷卻器(thermo-electric cooler，TEC)221。TEC 221可由通過TEC 221之電流控制，其可提供較冷之一側與較熱之一側。較大的電流通過較大的溫差。TECs對高的穩定溫度控制特別有用。有時為提供更詳細的可程式溫度控制給SSEs，TEC可提供給每一SSE、SSE串列或SSE模組。第13D圖又顯示另一構造之排列，其中熱轉移裝置220的功能被整合到頂板214中。此為一實際解決方式，其通常將頂板以一金屬基PCB(MCPCB)或一傳統PCB的形式實現。
可理解的是，熱管理可藉由第13A至13C圖所示之熱控制系統及/或第10至12圖所示之氣流控制的某些結合而提供。為了將熱自測試區移開，氣流將更進一步理解為也可被輸送。通常氣體冷卻可以用幾種實際的方式提供：
●具有一整合空調系統之強制氣體系統(例如標準HVAC單元)；
●連接HVAC冷卻裝置與溫度控制氣流閥或通風扇(低成本解決辦法)；以及
●具有溫度控制熱交換器之雙迴圈強制氣流，低消散系統之熱交換器可以是一熱電裝置。
基本上為了保持橫跨一大區域之均勻冷卻，較佳為結合水平熱傳導(horizontal-thermal conduction)及橫向流冷卻(cross-flow cooling)。在實際的材料中，銅可能是繼擠製鋁與鑄造鋁之後最好的熱導體然後。鋼或許是最差的，但是結合熱傳導和電容量後將使其成為一相當好的頂板，適合一均勻溫度控制板。在較佳的結構中，如圖13A、13B和13C所示，當如鋁或鋼之更實際的金屬提供表面區域用於熱傳導時，銅(或其他高傳導性材料)會聚集並分布SSEs的點熱負荷(point heat load)。表3為材料的相對比熱、電容量及傳導性。
為自一太陽模擬器獲得一穩定光輸出，另一因素為提供接近一太陽光準的準直光場。例如，陽光之弧角接近0.53度。傳統的模擬器(有一些例外)通常較少被良好地準直；但是，在PV模組測試之應用中，較大的度數差異或許具有較小的效應，例如，在目標物基本上垂直輻射之主要方向的應用中，入射角變化12度將呈現<5%的錯誤。對高技術精密度而言，6之準直通常應已足夠，並且期望結果呈現錯誤<0.5%。
可取得之SSEs通常具有幾種可能的輻射圖案。最常見的圖案被稱為朗伯(Lambertian)，蝙蝠翼狀(batwing，離軸的Lambertian)以及側向發射，但是其他的圖案也可。
在任何情況中，構成輻射圖案之基礎具有朗伯成分，此可能是調和或結合輻射圖案成為一均勻場的良好範例。SSEs依設計之目的可被塑造為一點來源或點來源的群集。朗伯和蝠翼狀發射器具有一相當寬的圖案，為了獲得最大數量的光，其需要複雜的集合光學元件。側向發射SSEs具有相對小的發散角，較準直需要更多的改向。在一些情況中，SSE方向性太強，需要一些負的準直。第14圖說明一般發射圖譜，此處水平軸(horizontal axis)230為從表面法線測量之角度。輻散強度(radiant intensity)232呈現光功率與角度。當蝠翼狀發射器(Batwing emitter)236為在中心角度具一凹陷之雙峰時，朗伯發射器(Lambertian emitter)234為單峰。平面發射器(planar emitter)235可以是一般高度指向之高斯發射器(Gaussian emitter)，但其發散可考慮從一部分數量變化至另一數量，其為這些裝置容易調整之特性。垂直發射器(vertical emitter)239通常具有適中發散的高斯束，但這也可能是具有離軸之蝠翼狀發射器類型。最後，側向發射器(side emitter)238顯示發射為超出SSE的邊緣，或在其邊緣而不是在上表面。此可理解這些散布只是典型的；重要的是，SSE的輸出並不是勻稱的放射狀，並且可能需要變像光學元件(anamorphic optical elements)或其他調整：簡單而言，投影”點”可能是圓形，它也可能是橢圓形、環型、菱形或蝴蝶結型的，所有的分佈或某些其他可能的分佈通常透過SSEs呈現。更進一步可理解很多實際的COTs裝置用這樣的模式被封裝，此封裝發出某些輻射(改變點尺寸/形狀)。可更進一步觀察到，很多照明等級的裝置將一凹型反射器併入封裝本身的結構中，企圖將光的分布朝中心指引。
傳統的SSEs通常具有一對折射光學元件。然而，由於希望光損耗較少，反射光學元件通常較被使用，其具有較少的關鍵表面，但材料的時效變少將是一個問題。由於典型輻射圖案為廣角，適當光學元件可能由分離的光學元件所組成，以處理廣和狹窄角度不同之光。
在此應用中，期望能保持光發散在至少接近12度內，且較佳為10度或6度、甚至2度，端視照明裝置的應用及分類。典型的朗伯SSE具有一I=Imax/2發散之一接近60度之亮度的角分布I=Imax＊cos(Θ)(在一恆定距離)，對大部分裝置的視角(仍可看得見某些光的角度)而言其接近90度。由於目標物通常接近一平板，離軸光的發光更進一步被增加的距離減弱，如此目標物的強度為I=Imax＊cos3(Θ)。當一單發射器不能產生一均勻的照明場時，此已顯示一發射器基體的結合可產生一實質上平坦的場。對於一高強度的照明應用，效率為其本質，從而SSEs的輸出被集中在一範圍，其光束發散較佳少於在目標物所需之發散的2/3rd，亦即，實質上所有的光存在一明確的入射角內。例如，為滿足一10度發散規格，一朗伯SSE需利用一近似於9倍之因子，大略相當於8倍之縮放，以降低其角度發散，此可利用一準直光學元件達成。當具有一可接受之小發散的SSE類型較少時，某些點陣LEDs和雷射二極體可作為範例，為產生一實際的儀器，大多數功能裝置將需要準直。更進一步而言，為確保在目標物之一致/較好控制之定向性，在角功率分佈週圍的光應完全由一孔徑光欄的裝置消除。
在一具體實施例中，如第15圖所示，一準直光學元件240顯示其使用將光改向的三種裝置：折射、反射和繞射。近似垂直的射線可由一透鏡元件(lens element)242準直，離軸的射線可由一拋物線鏡元件(parabolic mirror element)244(使用總內部反射)準直，而新興的輻射可由一繞射及/或折射的前表面246均質化及/或擴散。如此，SSE174可能是一側向發射或其它類型之固態發射器。如上所述，SSE可能包括一或更多之晶片，其可能獨立驅動並且發出不同波長的光。利用此排列，可產生準直或近似準直輸出(collimated or nearly collimated output)250。此光學元件排列係相對多變，其可適應一般發射器類型的改變，並與超過90%塗有AR的範例完全地有效率，且可以簡單鑄件或塑造方式製造；因此，這種類型的光學元件稱為COTS。目前可取得的部分可能存有某些限制，此將明確地影響太陽模擬器的應用，特別是不充足的UV及/或IR傳輸以及由於色差而在某些波長具有差的或完全不同的性能，對遠離設計值(通常為400-700 nm)之波長將變得嚴格。
若側向發射SSEs允許使用一完全反射的準直器，其在某些構造中可提供一優點，此將可能較為成本低廉並且如上所述更有效率。反射光學元件的使用也可消除獨立發射器之直視，因而在直接檢視SSE時，可降低任何可見光上的危險。第16圖說明一包含用於一側向發射SSE 174之反射準直光學元件之排列。由於側向發射之方向通常較狹窄，一準直鏡(collimating mirror)252可被用來反射來自固態發射器248的光使其成為被指引到目標物的準直或近似準直輸出250。可以理解此類反射器在收集高角度所發出之光時通常是有用的，並且可用於不同類型之發射器以提供一基本上具有相當良好準直度的側向發射裝置，且在某些應用中已足夠；因此，COTS裝置是可得的。這種類型的裝置可以非常經濟且有效率地被產出，例如透過鑄造、塑造或金屬壓印，且不具有色差。
第17A和17B圖說明一使用離軸模式準直反射器之SSEs的其它堆疊排列，其可準直光並使光改向；此種方法相對較佳應用於方向性SSEs，然而其可能須與朗伯發射體一起使用，如第5圖所示，外圍光的損失可由反射裝置的降低反射或穿透裝置的吸收損失而補償。最佳如第17B圖所示，SSEs被排列在垂直方向，此較水平裝設之SSEs可允許一更大的封裝密度。此種排列有助於本身成為一相對密實之封裝、易於保持之氣流及模組化的組裝。可注意到的是，在陣列構造中的裝置通常被排列為一具不同發射器類型的馬賽克圖案，意圖獲得一均勻分佈之寬闊且可程式之光譜。封裝因子可從陣列中進一步允許較高的光輸出，其可提升太陽模擬器技術的能力。第17A圖表示一整體化反射準直光學元件及用於高密度發射器陣列之基座的平面視圖，第17B圖則表示第17A圖中B-B線之橫截面視圖(側視圖)。
在此具體實施例中，垂直裝設的SSEs 174具有反射準直光學元件262以改變來自SSE 174中的光。此例中，一臨近SSE的準直光學元件對SSE 174而言也可作為一裝置基座以及熱管。有時候，準直光學元件262也可包括如第12圖所述之一整合氣流噴嘴(integrated air-jet)266。準直光學元件262包括離軸拋物線反射器(off-axis parabolic reflectors)268以協助瞄準及反射來自SSE 174的光。在此具體實施例中，一間隙或熱阻斷(thermal break)270被用來將在水平方向一SSE和另一SSE隔離。該熱阻斷270意圖允許SSEs 174被用於不同的電流位準(current levels)並且較鄰近之SSEs被鼓勵熱傳導進入散熱器。熱阻斷270被認為是SSEs熱管理系統的一部分。
第18A和18B顯示第17A和17B圖之其它堆疊排列的變化。在此排列中，SSE基座與熱管(heat pipe)272為自準直光學元件274分離之元件。第18B圖為第18A圖中線B-B之橫截面視圖。準直光學元件274在此例中為一包括雙側反射器線性陣列之雙側反射器陣列274。雙側基座和熱管272可對一SSEs串列提供機械支撐以及將熱導至散熱器(未顯示)，並提供電性連接。雙側基座272更進一步配合通路以引導冷卻流體流動。如先前所描述之整合氣流噴嘴266，可整合至用於更大熱控制的排列中。該排列允許裝置被緊密堆疊為一矩形或六角形陣列，端視馬賽克圖案的幾何細節。
第19A到第19D圖表示一更進一步使用如第17A至第18B所示之相似狀態的SSEs排列。在此例中，提供一多面向SSE陣列的子組裝，其中固態發射器174以放射狀方式排列在多面向反射準直光學元件276的周圍，與上述的線性排列相反。第19B圖為第19A圖中線B-B之橫截面視圖。第19A圖顯示一六角形構造，但視應用、尺寸、成本限制或其他因素，也可使用其他數量的多面體的面。在一特殊情況中，一群組SSEs的數量與用在太陽模擬器中不同波長的SSEs數量有關。當其可協助一整體群組方式進行單元替換時，該模組化子組裝可企圖降低組裝時間並且改進太陽模擬器的伺服能力。其亦判斷一模組化子組裝可改進色彩均勻度，此乃由於SSEs的輸出具有一複數波長，其可被收集在一小區域中，所有SSEs位於從群組中心距離一恆定放射距離。
在此，一簡單的鏡面被用來作為一準直光學元件，其通常為一離軸的拋物線反射鏡。一微鏡陣列可能被替代，其通常可以是彎曲或平坦。反射鏡光學元件的稍微傾斜，可被SSEs用來造成區域照明，其重疊在一出現一光單點之給定/通稱的工作距離。其也可利用在一小角度裝設SSEs以集中該點。此外，所示之反射鏡276具有明顯的對稱性，但其被理解為每一獨立的反射鏡268可具有一形狀，此可被調整為適合每一SSE類型的角功率分佈。另外，該複數反射表面可被選擇性地鍍製，以優化該些SSE類型之不同光譜的光譜反射比。如所示之一模組陣列，其更方便提供一可插拔冷卻空氣連結及一可插拔電性連結，以與太陽模擬器控制系統進行模組化子組裝。如同由整合氣體分佈通路(integrated airdistribution passages)279所供應之整合冷卻噴嘴266所示，反射鏡276可為一單一單元(single unit)，整合氣體分佈通路279由一單調節供應入口192所供應，單調節供應入口192則由一調配器/封條196連接至反射鏡。如這些圖所示，SSEs可以各自被裝設在一獨立的基座及熱管278上，或該模組可提供一整合基座及熱管以擴展模組的外部週圍，並與來自其他模組的基座/熱管反應。
第19C和19D圖顯示一與第19A和19B圖相似之排列。然而，一光學偵測器(optical detector)277已被加到SSE中。第20圖提供一如何在一SSE陣列中放置光學偵測器的具體實施例。光學偵測器被散置在整個SSE陣列以形成一偵測器陣列，其提供監控反射光的能力(即來自一太陽模擬器目標物的反射光，其包含一待測物或一校正相關物質)。可理解的是，視光學偵測器的排列及任何提供給光學偵測器的光學元件，光學偵測器可被建構以使反射係數量測的空間獲得解決。空間解析度允許選擇重要的區域或排除目標物上不需要的特徵，例如金屬化接點。此一偵測器陣列在超出一目標物之區域時，量測其反射係數是有用的。反射率量測係使用IQE(內部量子效率)測量，且在抗反射鍍膜過程或其他色彩測量應用中對QA(品質保證)也是有用的。另外，光學偵測器可以藉由目標物的反射而用於SSE陣列強度與光譜校準，其可以是任意均勻的反射表面及/或標準的反射目標及/或可追蹤的反射標準。集成感測器277通常由一具有收集/成像光學之感測器所組成，且可以是一單一單元感測器、一校準或可追蹤之參考單元、一原四象限感測器(4-quadrant sensor)或其他多元件感測器、一照相機、一光譜照相機、高溫計或其他光學輻射感測器裝置。
光學偵測器散置入發射器基體，是利用實現較短之工作距離及光源散佈本質。由於太陽模擬器的光譜可以任意調節(藉由使用具有不同波長之SSEs，在以下有更詳盡之描述)，反射率測量包括光譜反射且可得知待測物的顏色。光學偵測器(反射率感測器)可藉由放置一反射率標準(例如NIST追蹤器，標準氣體校正產生器)於待測物的位置而簡單地被校正。操作時，在一IV或其他測試期間，可獲得一反射率測量，即在一測試順序期間，當捕獲反射率感測器讀數時藉由大致調節光譜而獲得。傳統上是在一分離的測量站執行，但在此例中是不需要的。當其提供與光譜回應測量協調之光譜反射率測量時，這種方法特別有利，因為其可在待測物上實施，比起從二不同計量系統中結合資料而獲得者更具精確度。此外，光譜反射率的均勻度也可測量。
光學偵測器(反射率感測器)可能是任何不同已知或被發展的偵測器或感測器，例如一普通寬帶感測器，可由一可追蹤參考感測器校準。反射率感測器可能是可追蹤的參考單元。在一更特別的範例中，光學偵測器可例如是簡單的矽p-i-n裝置。光學偵測器可例如是一轉阻放大器電路(transimpedence amplifier circuit)或偏壓RC電路的一部分。矽偵測器一般適用於400 nm-1100 nm之偵側。對1100-1800 nm的偵測來說，Ge或InGaAs偵測器可能附加於或取代矽裝置使用。偵測器可透過SSE陣列而組裝為分離的元件，例如，在SSE陣列中提供一間隙(gaps)，如第19C圖所示。或者，偵測器可被整合在SSEs本身以作為SSE封裝元件的一附加元件。
更進一步而言，感測器可能是一原四象限感測器或類似多元件的裝置，較佳為一寬光譜裝置，如一InGaAs(銦鎵砷)陣列。當符合合適的光學過濾器時，此裝置可提供一快速的光譜敏感強度量測。對於一寬光譜的涵蓋範圍，至少是較佳的是四閥(four way)或更大的光譜選擇性，通常一800 nm的跨度(span)為可見光範圍兩倍。或者，當與一光柵符合時，感測器可經由如一16元件InGaAs之線性陣列，且附加光學元件可以被作為一快速線性光譜。更進一步而言，感測器可以是一數位相機。尤其，晶片規模照相機之大小可與典型高功率SSE封裝相比較或更小，且可容易合併至如第19C和19D圖所示之一SSEs的群組。此裝置可以是一具有三閥(3-way)或較佳為四閥(4-way)之馬賽克(mosaic)感測器之馬賽克的色彩照相機，例如一CYGK感測器或一單色感測器或較佳為一IR強化之單色感測器。可更進一步理解，若一單色線型照相機或區域型照相機符合光譜成像光學元件，則其作用如一成像光譜儀。感測器所需的數目及位置為應用特性；但是，感測器較佳的是能提供如涵蓋分類標準所要求之獨立空間樣品，如下表4A和5A，此是可獲得的，其具有使太陽模擬器在校準及生效方面完全自足的優點。
可理解其也可使用SSEs本身取代發射器作為光學偵測器。例如，一SSE可被施加偏壓，如此SSE可作為一偵測器用。有時候，SSE在例如一反向偏壓RC電路、或一穿燧阻抗放大器電路、或僅被視為一光電流感測器中可被當作一偵測器使用。可理解其他電路構造也可能是可利用的。SSE或許對一有選擇性的頻帶感光，例如，一傳統LED將吸收與其帶隙相關之較短波長的光。SSE陣列之操作如同偵測器陣列，因此可被作為如一具有某些限制之光譜儀使用。注意一獨立之SSE一般不能被同時地作為一發射器和一偵測器使用。然而，SSE陣列可任意被分成發射器及偵測器裝置。在一典型的構造中，當一合適目標物出現時，一給定的SSE可以用來感測相鄰的SSEs的輸出。
視使用之目的，有必要控制集光的程度進入偵測器陣列的每一元件。對於偵測器整合在內的SSE，收集區類似於由SSE光學元件決定之發射區。對於謹慎裝設的偵測器而言，如有必要，一專用光學元件可被用來控制偵測器中的集光。
第20A和20B圖表示一如第19C和19D圖所示之SSEs的相似群組，除了這些圖說明穿透光學元件的使用外，所示之準直光學元件178結合了反射和折射，其完全如第15圖所述之裝置。第20A圖表示SSEs之一群組之平面視圖，第20B圖為第20A圖中線B-B之橫截面視圖。雖然此種方法說明了所使用之穿透光學元件的限制，相反的，其在一完全平面的建構中可能是有利的。SSEs 174與關聯感測器277及其他可能為驅動電學的相關裝置可被裝設在一傳統的平面電路板(planar circuit board)183，其較佳可以是MCPCB或是薄撓曲電路，此將有利於合併cut-outs以調節氣流196、熱轉移裝置等。
如圖所示，一多功能光學裝置(multifunction optical device)177合併數個SSE光學元件178及感測器光學元件(sensor optics)179以及數個冷卻氣流噴嘴194，其可合併至一梳型器或其他氣流調節元件(air-flow regulating elements)184。更進一步，此多功能光學裝置177可被擴展至合併光學元件的並聯群組以符合所示且包含整個模擬器之SSEs和感測器的並聯群組。氣體由一氣室176經過裝設板182的出口192所供應，並由一轉換片及密封墊196裝置連接成多功能裝置，然後其透過多功能裝置的通路分佈到數個氣體噴嘴194。氣體噴嘴194提供冷卻氣流172給數個SSEs、感測器和其他裝置，最後在邊緣或透過出口193逸出。準直光學元件178被繪製為一cadiotropic準直器，但也可以是一簡單透鏡、全像或微機電或者微透鏡陣列等。光感測光學元件被繪製成一集合透鏡加一光導(lightguide)，但其它相似之光集合排列視感測器型式及需求也是有可能的。更進一步而言，如所示之多功能裝置177，具有明顯的對稱性，但可理解每一複數單獨的準直器178可以具有一形狀以調適為符合每一複數SSE類型的角功率分佈及波長。
多功能裝置177可依需求之應用，從許多具有足夠寬的光譜傳輸之材料中建構，其通常為400到1100 nm，但如說明書中其它處所述，視太陽模擬器之附屬類別，其可延展至低於300 nm或高於1400 nm 或1800 nm。有許多聚合物和玻璃相同，可以容易被成形而呈現其所要求的光學性質。此種光學裝置可由包括鑄造、塑造、熱均壓縮成形、附加成形、浮雕、機器加工等許多成本低的量產技術輸出製造。此處微細光學表面需施以如浮雕、熱壓印、表面鑄造、印刷等後成形處理方法。平面構造相對地也將允許其他如滾軋成形之成型製程。此外，雖然裝置177為一單片，此部分可包括使用光學黏著劑、焊接熔劑或熱/磨擦焊接或其他方法而將多個元件鍵結在一起。舉例來說，某些丙烯酸具有優異的光學性能，且可容易應用於超過400到1100 nm範圍，而某些特殊產品低至300 nm，或者高至1400 nm之較小設計限制之使用。光學表面可進一步藉由一寬帶低折射率薄膜之選擇應用而強化，光學等級的鐵弗龍(Teflon)即為一例，其可顯著降低在第一及最後之光學表面的反射損失。
第21A圖顯示一其它使用側向發射固態發射器(side emitting SSEs)280之排列。第21B圖為第21A圖中B-B線之橫截面視圖。側向發射固態發射器280之發光通常較少發散，且較其他類型的SSE更為準直。側向發射固態發射器280的使用可利用光路的附加摺疊(additional folding)達成，其將產生較第20圖更緊實之排列。在此排列中，反射的二階段可用來使來自側向發射圖譜的光改向並且瞄準。尤其，在此具體實施例中，使用了兩種光學元件，一多面向反射伺服反射器或收集反射器(collecting mirrors)282以及準直或結合反射器(combining mirrors)284。反射器有時為易於讀取可使用鏡子，且應能理解其係指任何反射的表面。收集鏡282用來反射來自發射器280側向的光，並將其導向結合鏡284。收集鏡282通常是凹或圓錐形的反射鏡且可能變像(anamorphic)，其將側向發射器分佈轉變成一前導分佈。此處之反射表面被認為是一典型之拋物線反射器之一簡單鏡面；不過，對於一連續表面，其可用一微鏡陣列取代。如第21B圖所示，反射伺服收集鏡子282也可具有整合氣體噴嘴266，在此例中，其位於一底部反射鏡，類似於先前所描述的許多實例。準直結合反射器284係被裝設用於反射二側向發射圖譜至目標物，並使前進至目標物的光改向以結合數個SSEs的輸出。結合反射鏡284根據整體之二階段光學系統可以是片斷或連續的準圓錐反射器。此處，一反射表面被用來作為一簡單鏡面，其通常為一離軸球形反射鏡。對於一連續的表面，一微鏡陣列可能被替代，其通常可以是彎曲或平坦。這些表面的稍微傾斜可被每一發射器用來造成區域照明，其在一給定/通稱上的工作距離與其重疊。如上所述，面的數量主要視應用要求。有時裝置中的群(或環)實際上可由一附加伺服光學元件之單光學裝置而準直。如圖所示，結合反射器284可合併用來將氣流從供應進口192傳導至數個冷卻噴嘴266之氣體通路279。此外，所示之反射鏡具有明顯的對稱性，但其被理解為每一獨立的反射鏡可具有一形狀，此可被調整為適合每一SSE類型的角功率分佈。另外，該數個反射表面可被選擇性地鍍製，以優化該些SSE類型之不同光譜的光譜反射比。
藉由提供交替堆疊排列給上述之SSEs，可增加一基體(matrix)內SSE的密度。由於發光之均勻度可藉由允許獨立之光源發散及重疊而達成，一高密度的SSEs具有提供較佳準直光而不需增加太陽模擬器的工作距離之能力。另外，一高密度的SSEs可降低每一SSE所需的輸出功率、增加陣列的功率，允許增加複數種SSE類型而不需承受光譜空間之不均勻度，並提供空間給陣列中之其他元件，如偵測器。
為產生一均勻的照明場，太陽模擬器應用通常會包含合併及混合數個不同SSEs的輸出。其可理解的是，整體太陽模擬器之性能及能力可藉由產生一均勻的照明場而提升，在一降低的工作距離中亦是如此。
完全地允許重疊覆蓋將形成一均勻場，但通常需增加工作距離作為代價。更進一步而言，雖然目標為提供一更準直的光源，但準直會導致工作距離的增加。有時候，一第二透鏡/光學儀器可以用來壓縮光軌長度。為了方便起見，可將其合併至一保護前窗(protective front window)。此第二光學儀器的附加狀態為其不需像機械般緊緊地連接，由此機械置換主軸點，其可用於控制光束。
由SSEs產生或由其相關之光學儀器重新格式化之輻射圖案通常是一具適度發散之柔和聚焦點，其保留基本的朗伯高斯的角功率分佈，此對許多之SSE類型而言是常見的，因此可相對容易被結合，亦即允許複數個點重疊在任何給定的目標點，而沒有任何明顯的不連續。此在陣列被相對緊密堆疊時，即相對與目標物之工作距離之緊密間隔時特別正確。
取得好的空間均勻度的主要方法通常為調整與SSEs相關的工作距離，因此重疊狀態是基本的。重疊覆蓋透過平均一串相鄰的發射器而提升一致性。實驗顯示將大約6個最鄰近(在一規律寬度的陣列中)的輸出平均，所有發射器是來自於相同生產批次及相同強度的光束，如此可產生之均勻度較2%為佳，對於許多應用即已足夠，即不需要調整個別裝置的強度。然而，如上所述，為降低空間需求等等，降低工作距離也是重要的。
發射器或發射器串列的直線排列可能是實際上最容易管理的；然而，一六角形的堆疊可能是最好的，因為其可增加堆疊密度及重疊。在其它情況中，對於一給定之獨立發射器的定向性程度有一可靠的工作距離，若超過此，則可獲得一給定的均勻度等級(直線陣列的距離通常較六角形陣列稍微長)。
以下段落將討論基於在一基體內之數個光源輸出的SSE重疊。”近場”(near field)及”遠場(far field)”為此領域已知的光學用語。在此定義中，近場在一”靠近”光源的平面中較寬鬆地涉及光分佈。對於此應用，“近”表示為1.4倍或小於1.4倍SSE的間距等級，此處之照明大部分由SSE或SSE之串列所貢獻，且非常多變及呈現粒狀(grainy)。
為獲得場均勻度，獨立發射器無法完全準直：實際上的發散在4到8度的範圍之間較佳。如上所述，相鄰發射器的輻射可以在一距離被總合起來以產生一相對平的場(flat field)。在一相似的工作距離及發射器密度，六角形的堆疊產生一更均勻的場及相對方正的堆疊。場均勻度隨距離增加。當至目標物的距離增加正比於發射器的陣列寬度時，空間均勻度提升。
在許多場合中，場均勻度也可藉由使用一折射或反射的微光元件重測(也稱為再成形)光輸出而獲得提升，例如微機電。例如，一圓形光輸出可以再成形為一方正、六角形或其他形狀之輸出，以提供較佳的場均勻度。一具有簡單準直光學元件之發射器的“本質”覆蓋為圓形或卵圓形，故沒有堆疊排列可提供較均勻之光輸出結合。簡單的第二光學儀器可以用來達成此覆蓋。通常，若呈現第二光學元件，其將是一折射元件。其可能是一菲涅爾透鏡(Fresnel lens)，但也可能是一微光學陣列。微光學陣列通常用於再格式化及/或”均質化”一光束。視比例因子(scale factors)，可應用一鑄型聚合物或微機電裝置。折射和反射裝置二者通常是可取得的。在此應用中，一微機電裝置創造一種矩形或六角形的光分佈可能是有用的。
第22A、22B和22C圖說明可能接近的應用，其中一非線性光學元件相對於一連續的光表面，用以使來自一SSE的光改向。第22A圖表示一用於處理來自一垂直排列之SSE 174之微光學排列之橫截面視圖。在此設計中，SSE 174是垂直裝設在一光學元件的SSE基座278，並被導向一反射微光元件(reflecting micro-optic element)286，其為一光學裝置288的一組成元件。微光元件286包括一光再成形器(light reshaper)，如一全像鏡或反射微光裝置，例如一微機電鏡陣列用於再成形來自於SSE174之光分佈。反射器可進一步是連結於光學裝置288(已示)之一分離裝置，或是以雕刻、模造、浮雕、鑄造直接成形在一表面上或印刷在基座的表面上。反射器更進一步使用一反射或繞射原理來調整光分佈。光學裝置286實質上若為一需要光學結構之平面物體，將較容易成形，此證實是有利的。這些結構可利用模造或鑄造、浮雕及/或雷射標記、印刷、棉塞列印(tampon printing)、蝕刻等等方式成形。
另一優點為，在許多重新散佈光之能力的供應方式中不需改變構造的主要細節，且散佈可被完成，此對傳統光學而言將較為困難或不可能得到。此外，可編結數個光學功能在一單元件中。使用一微光學儀器或微機電元件286係企圖允許輻射的準直、再散佈及均質化可由一單獨的光學表面來完成。更進一步而言，在微光學裝置286為一DLP或光學交叉點開關裝置時，此方法或可提供可程式能力。光學裝置288可包含一已於其他地方詳述細節之整合氣體噴嘴287。此設計企圖允許再成形來自每一SSE的光成為較佳具有來自相鄰SSEs的光，以產生一更均勻之照明場或可降低工作距離和發散。此設計也可結合成為一陣列，作為一線性或多面向串列的一元件，類似於先前所示的範例。在此排列中，微光裝置更清楚作用為一來自SSE之光的再成形器。由於SSE為一近似點光源，其影像大致成圓形。一全像鏡可將圓形圖案再成形為其它圖案以提供更均勻的覆蓋。可理解一具有適度發散的SSE將較實際且在此情況下是較佳的，由於其通常期望儘可能獲得大部分的SSE輸出。有些SSE類型如晶格發射器將較適合。作為選擇時，SSE可首先被導引通過一準直元件。
如第22A圖所示，此方法的限制為其可強迫所採用之SSEs的選擇，關鍵的光學表面是裸露的且需要被鍍。第22B圖的範例提供一解決辦法，其整合一光收集/聚集光學元件(light collecting/condensing optical element)290以及微光元件186、一保護光學元件(projective optical element)292成為一光學裝置289。此可促進廣發散SSEs結合一微光使用。如果微光學元件286直接形成光學元件289，可能有一額外成本優勢，在此情況下，總內部反射可能利用於消除對鍍製的需求，或另一繞射光學元件可簡單地被列印在此表面上。因為此表面在外側不起作用，如有必要，其可透過一簡單帽套或封裝來保護。可理解此光學裝置可以是先前所示之多面向串列之一數據段(segment)，特別是第20A和20B圖所示之二階段光學組裝中的一近乎正確類比，更特別是第21A和21B圖之不具一3rd功能的光學表面292。第22C圖為包含第22A和22B圖之狀態的另一具體實施例，在提供一可用於微光學裝置286之一附加表面時，將使一SSE 174之平面裝設變得容易。光學裝置289合併一主要光收集/聚集光學元件290、二微光學裝置286，其中一或兩者可選擇性地作為反射器、一輸出光學儀器292，以及一整合氣體噴嘴287。此為一多功能之構造，其可依四個光學表面之光學結構以多種方式裝設而產生作用。如圖所示，第一表面290為一cadiotropic準直器，第二和第三表面為鏡面或微光學元件，第四表面292可作為一發散場透鏡或擴散器。
太陽模擬器的應用可包含從穩態操作變化至脈衝操作以產生複雜波形的要求。由於大部分實際測試應用為驅動軟體，故程控能力為一有用的特徵。
一控制系統的實例如第23圖所示。一主系統(host system)500連結太陽模擬器至一外部使用者或外部控制邏輯電路系統。主系統500與模擬控制器(simulator control)502相互作用，在此具體實施例中，其為可程式化並處理太陽模擬器之數據流，邏輯與數據結構。模擬控制器允許一使用者對太陽模擬器設計邏輯程式，如此模擬控制器可從太陽模擬器或控制系統中的其它元件依可程式常規或回饋而作出決定。附加計量(additional metrology)504可提供有關目標物或環境更進一步的資訊，例如，校準感測器與外部設備之計時。附加計量504也可允許模擬控制器502之使用，且程序感測器必需使用太陽模擬器以達成控制或執行量測常規而獲得所期望之性能及多功能性。附加計量通常包括參考單元回饋、一或多個測試負荷，探針移動/強迫監控，測試固定裝置溫度調節及/或監控、待測物溫度監控，及其他用於支援不同測試之裝置，及與一太陽模擬器之操作相關的測量功能。可理解主系統、模擬控制器及附加計量可包括計算機處理器，PLCs(programmable logic controls，可程式邏輯控制)或其他此領域已知的控制系統。這些元件也可包含記憶體或用於追蹤數據之其他形式的儲存器，並包括輸入和輸出系統等等。
控制系統可更進一步與一功率調節器(power regulator)506交互作用以執行該控制系統及SSE驅動器(SSE drivers)508，此驅動功率進入SSEs並處理集成感測器回饋信號。SSE驅動器508提供先前所討論關於電流調節的穩定度管理。第23圖也顯示SSE基體組裝(SSE matrix assembly)510，其可將電功率轉變成光功率。SSE基體510包括至少一SSE串列(SSE string)512，也可包括具選擇性之附加光感測器(additional light sensors)514，光機致動器(opto-mechanical actuators)516。SSE基體510也可包含熱管理元件(thermal management elements)518。SSEs可合併溫度感測器、光感測器、接合電壓監控器及其它整合至其中之元件。雖然每一感測器514、光機致動器516及熱管理元件518只顯示一”方塊(box)”，可理解當有必要執行所要求之功能時，這些元件將被整合至SSE基體及SSE串列512之間。光感測器514可測量從目標物所反射出來的光，其與太陽模擬器的測量及校準能力有關。感測器514可轉達此訊息至模擬控制器502。若使用光機致動器516，其可能被模擬控制器502控制，且可利用控制準直光學元件之校準或其具有之性質以控制來自一SSE之光輸出的方向或位置而產生作用。在太陽模擬器中，光機致動器516通常包括探針座、電子塊、固定裝置、固定裝置溫度控制及其他用於測量產品之元件。熱管理元件518可對照為散熱器、氣流以及用於控制SSEs溫度的相關元件。具有SSE基體組裝的熱管理裝置通常為外部驅動器和控制器所支援。
為獲得脈衝應用中的最佳性能，驅動器控制可被分離進入設定點及管制控制，如此SSEs群組可被驅動成獨立調整設定點值，但SSEs的並聯群組可被用來控制調整其同步亮度以成為一主要控制訊號。
對上述之太陽模擬器在考量所提出之新標準時，最高等級(X級)精確度之控制定義為10之極限負載比(turndown ratio)0.1%，且通常需要14位元精確度之數位化控制。對於高精確度、低層級(例如A+級,Z級)，一超過6:1之0.2%即已足夠，此通常等於12位元之數位化精確度。為取得更高精確度的層級，可使用具有15位元解析度之I/O裝置。
為得到好的雜訊免除力並將串擾最小化，在所提供之控制系統中，對於延長線運行而言，較佳為電流模式信號通知(例如0-10 mA或4-20 mA)。尤其是在瞬變狀況下為將控制之頻道間的串擾減到最小，較佳為使用平衡電路(balanced circuits)。在包含追蹤分離之控制SSE串列間的動態狀況下所輸出的均勻度通常也被要求。
或者，可使用用於散佈控制之具有數位化界面之集成裝置驅動器(integrated device drivers)。例如，包括DMX512A之工業標準，其提供合併溫度回饋之多頻道數位化照明控制或其他標準照明協議，如DALI或LEDsync。雖然這些網路對於脈衝波形的程控來說很可能太慢，但其可用於構造管理。也可使用一工業區域匯流排(fieldbus)之分散式I/O模組。快速(例如以乙太網路為基礎)區域匯流排對動態及互動脈衝控制而言也被相信具有所需之帶寬。例如，乙太網現場總線(EtherCAT)提供以一解析度排序之基於時間之I/O項目，並用不到1微秒達到同步。較佳為SSE驅動器及感測器在一快速或非常快速之數位化網路中作為I/O節點用。理想情況下，此網路可以是不同版本之Ethernet中的一種，或不同版本的USB。
例如，當一計量系統與外部系統一起使用或被嵌入外部系統時，附加控制界面也可像手動觸發器及/或與可能成比例回饋之模式選擇一樣被要求。
附加界面可能包括溫度調節和冷卻劑循環監控、光機裝置的控制等等。
可更進一步理解控制系統可在感測器及控制器之間包括不同的回饋迴路(feedback loops)以允許太陽模擬器具有一些自我學習的能力。
在某些應用中，期望可限制太陽模擬器之照明場或再細分一照明場成為明確的數據段。傳統一簡單之阻礙元件(barrier)或沒有使用任何元件，將導致形成一強度逐漸向邊緣減低之一區域。任何問題通常由延展太陽模擬器之尺寸或通知下一階使用者處理。雖然不明顯，但其可確定限制照明場或阻斷照明場可以不需使用垂直指向之阻斷器的反射所形成之陰影而完成。此方法實際上具有延長SSE基體超出物理界限的影響或允許一部分測試模組可分別被測試的影響。特別是，由於可以有一些反射率損失，阻斷器較佳為輕微地傾斜及/或轉移，此將稍微地壓縮虛擬影像並補償任何反射損失。
第24圖說明一阻斷器302，其對照明場創造或允許一尖銳邊緣(sharp edge)或分割(segmentation)。第24圖說明一由具有準直光學元件之SSEs及一反射阻斷器302所組成之SSE基體306之橫截面影像，在此例中，反射阻斷器302在照明場形成一尖銳邊緣。為能清晰，發射光的發散被誇大。表面303為反射面且較佳可合併一寬度調整、輕微的彎曲和輕微的傾斜以補償反射率損失，結果使鄰近邊緣SSEs 304之虛擬影像的亮度與實際陣列中的SSEs 301相同。阻斷器較佳被放置在從邊緣SSEs之列/欄距離一近似陣列二分之一間距處，稍微少點會較佳，且傾斜將在0到15度的範圍內，但合適的設定條件可創造一合適的反射影像，結合鄰近SSEs的直接輸出，將在目標物上產生近似均勻的發光。
此設計的優點可包括不必延展陣列的區域而使其實質上較被照射之目標物大，且使不明顯的數據段具有照明區域的能力，此使目標物之一較大區域內之獨立目標物區域的獨立測量變得容易。例如，使不明顯的數據段具有照明區域的能力將使一PV子組裝之單元陣列內之個別單元的獨立測量變得容易。此為太陽模擬器之獨特的功能。可理解一所述之阻斷器302可與或不與準直的狀態結合，且SSE之群組將不改變此裝置的使用。當一工作距離的照明係由來自數個SSEs之輸出重疊組成時，發射光的角分佈較其他影響儀器的幾何是不重要的。第25圖顯示在一通稱上的工作距離，一反射阻斷器對照明場之影響的說明。第25A圖說明在一無邊界之邊緣SSEs陣列的強度分佈。第25B圖說明在一具有反射阻斷器之相同或相似陣列的強度分佈。尤其，第25A圖說明從一發射器陣列沿著一直線垂直邊緣310之發光312(irradiance)的距離約等於2間距(pitches)，獨立SSEs 316的輸出產生一合併照明(combined illumination)314，其對大部分處於規格內(顯示於315行)的場320顯現出一緩和的強度，而一延展部(extended portion)322之強度則小於規格。第25 B圖說明一類似於第25A圖具有如先前所述附加之反射阻斷器之排列。在此例中，獨立SSE輸出316的結合照明314加上數個邊緣SSEs 318的反射影像將導致實質上所有的照明場320在只有一較小部份322之規格內，較小部份322係小於且超出規格。如圖所示，當提供一使用給定之SSEs陣列在規格內照明之較大區域時，一鏡面/反射阻斷器的使用提供一非常尖銳的邊緣給照明區域。伴隨著一二側反射阻斷器，此相同的效應可被用來分割場。
第26A圖提供一SSEs之陣列或部分陣列的概要平面視圖；第26 B圖表示使用一簡單透鏡一一準直然後調合，以產生高均勻度等級之朗伯發射器陣列的理論輸出。第26A圖提供一設置於一近似恆定之間距324(constant pitch)之矩形基體上之SSEs或SSEs 301群組之陣列或部分陣列300之概要平面視圖。實際上，為產生一完整的光譜，數種不同類型的裝置將被結合，但其必須是每一特殊類型之所有裝置皆與網柵間距(grid pitch)相關。一六角形陣列將具有某些優點，雖然此處所示為矩形排列，對場均勻度而言其並非一好範例。第26B圖顯示沿第26A圖線B-B之不同強度分佈變化，線B-B為可觀察到最不均勻的地方。垂直刻度(vertical scale)328顯示沿著整條線強度被正常化為中等強度。強度對著1間距326之單位線性位置繪製。中心曲線(central curve)330顯示在一工作距離等於1間距之單獨SSE近場發光。在此例中，描繪mag=0.18、NA=22之準直光學的朗伯發射器。此可從一實例改變至下一個，相同的原理仍適用。
在圖中的其它曲線說明在不同工作距離之一方形基體陣列中來自一發射器之理論無限陣列之發光將沿第26A圖之線B-B被觀察到。圖線332顯示在一工作距離等於1.48倍間距時沿線B-B之發光。可觀察到其變化在10%內，表示剛好符合C級均勻度。圖線(graph line)304、334為在一工作距離等於1.86倍間距時之發光，其呈現一近似正或負的5%的變化，顯視恰好符合B級均勻度。圖線336為在一工作距離等於2.35倍間距時之發光，其呈現一近似正或負的百分之二的變化，顯視恰好符合A級均勻度。從第26B圖可知，可推斷一相對小的工作距離即足以達到可接受之空間均勻度，此時所給之間距通常在70 mm等級。此距離可允許一大產品甚至以只有一來自光源之短距離的產品處理之測試，如此可節省底部空間並使使用者易於自動化操作平板測試站之構造，甚至陽光側朝下之構造(即PV模組面朝下之光收集側)，陽光側朝下之測試與標準單元虛構線更為相容。
任何太陽模擬器的主要挑戰之一是與太陽光譜準確地相配的能力。更進一步的挑戰為提供某些控制給發射光譜以允許有關頻率輸出之可選擇能力，如此，太陽模擬器可以用於不同類型之測試，包括那些要求一更多限制或改變之光譜。為提供一頻率範圍，一SSE可由複數個獨立之SSEs組成，每一SSEs可發出一預決定之波長帶。或者，每一皆具有一預決定波長帶之複數SSEs，可組織成一基體內。所要求之光譜可在獨立發射器或複數SSEs間分開，因為光譜總數給予所要求的輸出光譜。可理解光譜均勻度仍然被要求且不同波長將需要被分佈在整個陣列。當不同波長的獨立發射器數量增加時，對光譜解析度的控制增加。相關的光譜元件可直接透過控制電流驅動對應之獨立發射器或SSE而控制。當合適地被校正時，可程式邏輯可直接控制輸出光譜。此也可用於連結寬帶獨立發射器或SSEs，雖然可限制可得光譜之範圍，但此可降低獨立發射器或所需SSEs的數量。
第27A圖顯示太陽模擬器通常嘗試達成之AM1.5G標準太陽光譜，特別是用於地球平板PV模組的量測，以及對於現行定義之類別A、B、C的上下限。第27B圖類似於第27A圖，其顯示用於發明延展至引入新分類A’、A+及A++之現有標準之限制。
第28圖顯示標準AM1.5G太陽光譜以及用於所提出之太陽模擬器之新類別X、Y和Z之上下限。
一重要之構思為這些新類別涵蓋了更多太陽光譜且較第27A圖所示現有之分類具有更嚴謹的限制。第27A圖表示單位為W/m2/nm之光譜發光(spectral irradiance)342與波長340(nm)之作圖。標準AM1.5之光譜344以通稱上由標準346所疊加及由A級限制(class A limits)350(實線)、B級限制352(小虛線)及C級限制354(大虛線)所歸類之發光而顯示。明確的光譜可由通稱上的值346一步步地被分成6個頻帶。光譜356的某些部分不被標準所控制，因此在其輸出於這些帶上時，模擬器未被評價，此可能是非再現性的潛在來源。標準AM1.5之光譜344以通稱上由標準346所疊加及由A++級限制360(實線)、A+級限制358(小虛線)及A’級限制351(大虛線)所歸類之發光而顯示。可顯示子類*.U(UV)372、*.H(IR-A)362之延伸頻帶及子類*.C(NIR)363之縮減頻帶。此訊息也以表4A及4B之表格形式呈現。
第28圖表示此創新分類之狀態。第28圖表示單位為W/m2/nm之光譜發光342與波長340(nm)之作圖。標準AM1.5之光譜344以通稱上由標準376所疊加及由X級限制364(實線)、Y級限制366(小虛線)及Z級限制368(大虛線)所歸類之發光而顯示。明確的光譜可由通稱上的值364一步步地被分成含有標準光譜範圍(spectral range)370之6個主要頻帶(main spectral bands)。可顯示子類*.U(UV)372、*.H(IR-A/’Hot’)374、*.T(IR-A & IR-B/‘Thermal’)376之延伸頻帶及子類*.C(NIR/‘Cold’)375之縮減頻帶。此訊息也以表5A及5B之表格形式呈現。
第29A與29B圖說明實際模擬器之光譜發光符合或超過一定義於所提出之標準延伸之A級或新A+級或新A++的能力。第29A圖表示一由藍色、暖白色、及選自於COTS裝置之遠紅與紅外線等5種不同SSE類型組成之實際模擬器的光譜的發光。第29A圖表示單位為W/m2/nm之光譜發光342與波長340(nm)之作圖。標準AM1.5之光譜344以SSEs 378之合併光譜與由A級限制350所歸類之標準380之每一帶所平均之SSE光譜相疊而顯示。第29B圖表示一由寶藍色、綠色、紅色、遠紅及選自於COTS裝置之紅外線(2)等6種不同SSE類型組成之實際模擬器的光譜的發光。第29B圖表示單位為W/m2/nm之光譜發光342與波長340(nm)之作圖。標準AM1.5之光譜344以SSEs 378之合併光譜與由A級限制350所歸類之標準380之每一帶所平均之SSE光譜相疊而顯示。
第30A圖說明一由6種不同SSE類型(不同波長)組成之太陽模擬器的光譜發光，意圖能產生或超出一Z級光譜或Y級光譜性能，此通常適於Q/A計量且對執行Q/A、反射率以及載體移動量測有足夠之光譜定義。第30A圖表示單位為W/m2/nm之光譜發光342與波長340(nm)之作圖。標準AM1.5之光譜344以SSEs 378之合併光譜與由Z級限制368所歸類之標準380之每一帶所平均之SSE光譜相疊而顯示。
第31A圖說明一由14種不同之獨立發射器類型(不同波長)組成而能發出X級之太陽模擬器的光譜發光。UH光譜性能適於單獨及多接合裝置之科學品質及認證測量。第31A圖表示單位為W/m2/nm之光譜發光342與波長340(nm)之作圖。標準AM1.5之光譜344以SSEs 378之合併光譜與由X級限制364所歸類之標準380之每一帶所平均之SSE光譜相疊而顯示。此太陽模擬器提供延伸至包含紫外線和IR-A波長之標準光譜。第31B圖顯示如第31圖相同之光譜。合併光譜SSE 378與一符合B級光譜性能(spectral performance)382之氙燈基太陽模擬器及一符合A級光譜性能383之過濾氙燈基太陽模擬器相疊加。須注意在800至1000 nm之範圍內的大尖峰輸出(large spikes in output)是有問題的。
第32、33、34圖說明實際模擬器的光譜與明確的PV技術使用將較有效。第32圖表示一應用於CdTe技術之模擬器光譜；第33圖表示一應用於c-Si技術之模擬器光譜；以及第34圖表示太陽模擬器應用於三元接合鍺/(銦)鎵砷/銦鎵磷技術。第32圖表示一由深藍色、暖白色及選自於COTS裝置之遠紅色等3種不同SSE類型組成之實際模擬器。第32圖表示單位為W/m2/nm之光譜發光342與波長340(nm)之作圖。標準AM1.5之光譜344以SSEs 378之合併光譜與由A級限制350所歸類之標準380之每一帶所平均之SSE光譜相疊而顯示。圖中也顯示一CdTe裝置之光譜敏感度(spectral sensitivity)386。
在此應用中，只有使用整個包含產品之光譜回應的頻帶而仍可達成較超出光譜可用部分之A級更佳之性能，此在簡化太陽模擬器並降低產品不必要的熱時是有利的，此乃因產品潛在之較慢的動態回應會需要更長的閃光持續時間(故非常可能被加熱)。此外，在一給定之產品與不同之相似產品間的變化中，為確保最佳的再現性且更進一步提升再現性是可獲得的，長波界限(顯示於~840 nm)傾向於十分尖銳而改變此太陽模擬器，以避免在此帶中之光譜輸出，此係與如第31B圖所示之在此帶中具有光譜線群組之常用氙燈基太陽模擬器形成對比且較其改進。
此太陽模擬器也使調整深紅及藍光的能力具體化，其將使次要的性質測量變得容易，如CdS之”窗”層(‘window’layer)效應對藍光特別敏感。第29A圖表示一由藍色、暖白色、及選自於COTS裝置之遠紅與紅外線等5種不同SSE類型組成之實際模擬器。第33圖表示單位為W/m2/nm之光譜發光342與波長340(nm)之作圖。標準AM1.5之光譜344以SSEs 378之合併光譜與由A級限制350所歸類之標準380之每一帶所平均之SSE光譜相疊而顯示。圖中也顯示一c-Si PV裝置之光譜敏感度386。此構造可提供一包含較A級性能佳之完全光譜，在保持可程式修正或調整光譜之能力時，其使用一相對少的SSE類型之數量。更進一步對NIR帶的範圍使用一具有峰波長~980 nm之SSE以優化此構造，其被選擇用來使待測物之帶隙限制的交互作用最小化，此與第30圖表示之模擬器相反，其係使用一般可得波長~1055 nm之SSE。實際上，在第33圖內顯示之構造可合併至少一VCSEL類型的SSE。另外，此結合使用與第30圖之一深藍色SSE相反之一藍色SSE。例如係為遠離光譜回應上限(顯示在~390 nm)，但在一給定之產品與不同之相似產品間的變化中，為更進一步提升再現性，其是可改變的。
第34圖表示一由藍色、黃色、及選自於COTS裝置之遠紅與紅外線等6種不同SSE類型組成之模擬器。第34圖表示單位為W/m2/nm之光譜發光342與波長340(nm)之作圖。標準AM1.5之光譜344以SSEs 378之合併光譜與由A級限制350所歸類之標準380之每一帶所平均之SSE光譜相疊而顯示。圖中也顯示一三元接合(triple junction)PV裝置之光譜敏感度386。此構造可提供一包含較A’級性能佳之完全光譜，例外為，在保持可程式修正或調整光譜之能力時，其使用一相對少的SSE類型之數量。在此構造中，一相等數目之SSE類型被提供給在每一數個子單元中具有支配性波長之光譜回應，其以能利用獨立調整每一這些SSEs群組之輸出對獨立子單元進行隔離測試之方式提供一光譜。
在600-700 nm帶之外可獲得較A級光譜佳之性能，但為避免二頂子單元(top sub-cells)(顯示在~650 nm)間回應的cross-over，此將刻意被抑制。由於IEC 904標準所定義之頻帶在靠近此波長處具有一分界，當避免二底子單元(bottom sub-cells)(顯示在~890 nm)間光譜回應的過度交錯時，可避免此一危害。實際的光譜如第34圖所示，避免在接近每一數個子單元之光譜回應的上下限有任何實質的光輸出，但在一給定之產品與不同之競爭產品間的變化中，為更進一步提升再現性，其是可改變的。
第35A和35B圖說明使用一光學裝置重測來自一SSE之光分佈的優點之一。第35A圖表示一陣列SSEs 300的一部分，獨立的SSEs 301藉由結合其光學元件：75%之峰亮度(peak brightness)390、50%之392以及25%之394，而被產生於一工作距離之光強度輪廓所圍繞。第35A圖為結合SSEs與常規準直光學元件而產生一存在SSEs間之間隙區域之明顯下降(dip)396之一近似放射狀均勻強度分佈之結果的代表。此效應為先前以不同方式表示於第26A及26B圖之裝置。第35B圖表示與第35A圖相似之排列，例外為SSE被嚴謹地準直，然後再使用一如多面向鏡面之光學裝置重測，例如結果形成一基礎方形分佈，如此SSEs之結合的輸出均勻度可被進一步提升。當達到一所要求之空間均勻度等級時，其允許使用一較短的工作距離，而其允許使用一較寬的SSE空間可導致較少(雖然必須較亮)的裝置被使用，任一方式或許皆為一優點。
可理解一太陽模擬器通常被用作為一較大系統的一部分。例如，在一組裝配線環境(assembly line environment)中，一較大的系統可以包括材料處理系統、固定裝置元件、感測器，數據收集以及需要用於太陽模擬器之特殊應用之其他元件。相似地，太陽模擬器或更一般之光產生器，可視其特殊應用而以不同模式操作，例如，當一連續模式已被使用時，一脈衝模式可同時使用。可理解連續模式可能包括連續波操作，即使在連續操作期間，其許多參數可以被改變。
如上所述，不同的改進元件被單獨或合併使用以提供一改進之太陽模擬器。例如，一些改進元件包括：
●對獨立發射器或SSE穩定度(熱管理、熱回饋、程控)之進階量測
●SSEs(包括封裝元件)之空氣冷卻使用：
提供適當流動之梳型結構
提供適當流動之康達表面
整合於光學/SSE基座之氣體噴嘴
●SSEs之緻密堆疊
●使用電流控制空間照明強度調整
●使用一傾斜且具斜度之鏡面產生一尖銳邊緣之光場分割
●使用在一彎曲表面上之織構狀微元件以成形及/或準直SSEs的光輸出
基於這些改進，可相信一合併某些或所有這些元件的太陽模擬器將明顯提升太陽模擬器之性能，尤其是基於PV測試之太陽模擬器的再現性。改進的性能可能包括：較佳之光譜匹配、暫穩度、空間均勻度之多變性(即可得測試之類型)及使用壽命。
多功能包括控制光譜的能力，因此允許光譜回應與光譜反射率可快速測量。此更允許QE的測量為脈衝寬度與脈衝強度的函數。這些測量允許載體移動量測、壽命量測等。多功能也允許執行伴隨IV測試之QE測試、色彩檢驗及反射係數量測的能力。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明之範圍，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
50．．．太陽模擬
52．．．封裝元件
54．．．邊緣反射器
56．．．燈座
100．．．基本亮度控制電路
102．．．電源供應器
104．．．電流調節器
105．．．分路電流調節器
106．．．SSEs
107．．．串列
108．．．電流調節設定點
110．．．主要電源調節
112．．．電壓監控器
114．．．SSE溫度感測器
116．．．回饋
118．．．分路電流設定點
120、121．．．制動負荷
122．．．跨導放大器
124．．．分離器設定點
126．．．第二調節器
128．．．電流設定點
130．．．時間
132．．．趨動電流
134．．．光強度
圖1所繪示為本發明第一實施例之兩個托板主體的上視圖。
第1圖：本發明太陽模擬器之平面視圖；
第2圖：基本發射器亮度控制設計圖；
第3圖：精確亮度控制設計圖；
第4圖：採用正規三階精確亮度控制設計圖；
第5圖：採用差動跨電導精確亮度控制設計之示意圖；
第6圖：在圖騰極(totem pole)驅動電流排列中採用正規三階精確亮度控制之實施例設計圖；
第7圖：在分支驅動電流排列中採用正規三階精確亮度控制之實施例設計圖；
第8A與8B圖：在未補償與補償脈衝驅動狀況下，發射器驅動電流與光輸出為時間之函數之示意圖；
第9圖：固態發射器具有複數獨立發射器(發射晶片)之示意圖；
第10A圖：交叉氣流冷卻噴嘴之實施例示意圖；
第10B圖：具有康達流排列之冷卻噴嘴之實施例示意圖；
第11A圖：具有附加流特徵之折射準直光學元件之示意圖；
第11B圖：具有塑化流特徵之折射準直光學元件之示意圖；
第12A圖：具有附加流特徵之反射準直光學元件之示意圖；
第12B圖：具有塑化流特徵之反射準直光學元件之示意圖；
第13A圖：使用液體冷卻之散熱片之示意圖；
第13B圖：使用氣體冷卻之散熱片之示意圖；
第13C圖：使用熱電裝置(thermo-electric device，TEC)之SSE冷卻示意圖；
第13D圖：使用熱散布器之SSE冷卻示意圖；
第14圖：來自於不同型式固態發射器之典型光分佈發射圖譜圖；
第15圖：使用反射、折射、繞射之平行光橫截面視圖(側視圖)；
第16圖：反射平行光之橫截面視圖(側視圖)；
第17A圖：相鄰SSEs組裝於反射平行光之部分長度之平面視圖；
第17B圖：第17A圖中線B-B之橫截面視圖(側視圖)；
第18A圖：相鄰SSEs組裝於背對背結構之部分長度之平面視圖；
第18B圖：第18A圖中線B-B之橫截面視圖(側視圖)；
第19A圖：排列於多面向反射器以形成模組式子組裝之一SSEs群組之平面視圖；
第19B圖：第19A圖中線B-B之橫截面視圖(側視圖)；
第19C圖：第19A圖中之多面反射器組裝內建光學感測器之平面視圖；
第19D圖：第19C圖中線D-D之橫截面視圖(側視圖)；
第20A圖：內建光學感測器之一SSEs群組之平面視圖；
第20B圖：第20A圖中線B-B之橫截面視圖(側視圖)；
第21A圖：排列環繞於多面反射器以形成模組式SEE陣列組裝之一串(群)SSEs之平面視圖；
第21B圖：第21A圖中B-B線之橫截面視圖(側視圖)；
第22A圖：重新格式化(reformatting)或再成形(reshaping)來自使用微光反射器之發射器所發射之光之示意圖；
第22B圖：重新格式化或重新塑化來自使用合併至折射光學元件之微光反射器之發射器所發射之光之示意圖；
第22C圖：重新格式化或重新塑化來自使用允許平面SSE組裝合併至折射光學元件之微光反射器之發射器所發射之光之示意圖；
第23圖：太陽模擬器控制系統實施例之區塊圖；
第24圖：使用邊緣反射器之實施例之側視圖；
第25A圖：典型SSE陣列邊緣之光強度分佈示意圖；
第25B圖：使用反射點(阻礙器)之典型SSE陣列邊緣之光強度分佈示意圖；
第26A圖：典型SSEs陣列之設計圖；
第26B圖：沿第26A圖B-B線之光強度變化圖；
第27A圖：定義於IEC 60904-9與AM1.5光譜之光譜匹配度限制之示意圖；
第27B圖：定義於具有額外UV及IR帶之IEC 60904-9與AM1.5光譜之光譜匹配度限制之示意圖；
第28圖：新光譜匹配分類限制X,Y與Z及AM1.5光譜之示意圖；
第29A圖：由5個符合或超過A級性能之不同類別發射器所組成之太陽模擬器的分光輻射照度圖；
第29B圖：由5個符合或超過A級性能之不同類別發射器所組成之太陽模擬器的分光輻射照度圖；
第30圖：由6個符合或超過Z級性能之不同類別發射器所組成之太陽模擬器的分光輻射照度圖；
第31A圖：由14個符合或超過Z級性能之不同類別發射器所組成之太陽模擬器的分光輻射照度圖；
第31B圖：比較第31A圖中之太陽模擬器與傳統氙燈太陽模擬器之分光輻射照度示意圖；
第32圖：用於鎘碲基目標物之由三種不同類別發射器所組成之修改過之A級太陽模擬器之分光輻射照度示意圖；
第33圖：用於矽基目標物之A級太陽模擬器之分光輻射照度示意圖；
第34圖：用於鍺/(銦)砷化鎵/磷鎵銦之目標物與類似三層接合技術之修改過之A級太陽模擬器之分光輻射照度示意圖；
第35A圖：具一般平行(準直)之典型SSE陣列強度分佈示意圖；
第35B圖：具改良空間均勻度之光束塑化光學元件之典型SSE陣列強度分佈示意圖。
50．．．太陽模擬
52．．．封裝元件
54．．．邊緣反射器
56．．．燈座
Claims (5)
- 一種光產生系統(light generator system)，包括：複數固態發射器(solid state emitters,SSEs)；一穩定控制系統，用以控制該些固態發射器的光譜穩定性；一功率調節元件(power regulator)，用以調節供給該些固態發射器之一子組(sub-set)之功率；一控制元件(controller)，其電連接至該電流調節校正點，用以根據該些固態發射器所對應之一計量狀態(metrology)校正該電流調節校正點；一接合電壓監視元件(junction voltage monitor)，用以感測該些固態發射器之該子組至少一接合之電壓，並提供一計量資料至該控制元件以調整該電流調節校正點。
- 如申請專利範圍第1項所述之光產生系統，其中該穩定控制系統包括：一恆定電流電路(constant current circuit)，其電連接至該功率調節元件，用以供給一恆定電流至該些固態發射器之該子組；以及一電流調節校正點(current regulation set point)，其電連接至該恆定電流電路。
- 如申請專利範圍第2項所述之光產生系統，其中該穩定控制系統更進一步包括：一溫度感測元件(temperature sensor)，用以感測該些固態發 射器之該子組至少一接合之溫度，並提供一計量資料至該控制元件以調整該電流調節校正點。
- 如申請專利範圍第1項所述之光產生系統，其中該些固態發射器包括一封裝元件(encapsulant)且該光產生系統更進一步包括：一熱管理系統(thermal management system)，用以冷卻至少一該封裝元件及至少一該固態發射器。
- 如申請專利範圍第4項所述之光產生系統，其中該熱管理系統包括一氣體冷卻系統(gas cooling system)，其包括：一氣體傳送系統(gas delivery system)；以及一氣體噴嘴(gas jet)，用以接收來自於該氣體傳送系統之氣體並引導該氣體覆蓋該封裝元件。
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