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专利名称：太阳光模拟器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学系统，且特别是涉及一种太阳光模拟器。
背景技术：
太阳光模拟器是检测太阳能电池与太阳能光电模块光电转换效率时所使用的主要测量设备，其对于太阳能产业的产品研发与验证来说相当的重要。现有的太阳光模拟器若依据光源技术来区分，则主要分为闪光型与连续曝照型。闪光型的主要优点为成本较低且设计简单。连续曝照型则接近真实太阳光的曝照状态，所以使用连续曝照型的照射光源技术时，在测量上不会有瞬变现象(transient effects)所造成的误差。此外，连续曝照型的光源技术可以结合其他的加热曝照(exposure)与测量曝照(measurement exposure)等试验方式在同一设备上执行。因此，连续曝照型的光源技术具有良好的实用性。太阳光模拟器具有三项性能的要求，光谱符合度、光辐射不均勻度以及光辐射瞬时不稳定度。其中光辐射不均勻度的改善方法大多着重于照射光源配光的设计、照射光源相对位置的调整、以及反射、散射元件的配置，这样的方式对于大面积多灯阵列的连续曝照型太阳光模拟器而言要达到小于2%的光辐射不均勻度的高性能要求是非常困难的。大面积连续曝照型太阳光模拟器大多必须采用多灯阵列来达到1000W/m2光辐射照度的试验条件。但因多灯间光辐射互相叠加干涉以及杂散光不易处理等特性，使得光辐射的分布极为复杂，不易以现有的光学技术加以有效控制。此外，如前所述，现有市场上的大面积连续曝照型太阳光模拟器所采用的控制光辐射不均勻度的方法大多着重于照射光源配光的设计、照射光源相对位置的调整、以及反射、散射元件的配置等。然而，这样针对局部相对位置的调整的方法却往往也会影响到其他区域的光强度，因而须重新调整整个照射面积的光辐射分布，不仅极为费时、不易维护，也难以有效的降低光辐射不均勻度。若以这样的太阳光模拟器来执行太阳光电�？槭匝槭保参薹ù锏接行Ы档褪匝槲蟛畹男Ч�。

发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳光模拟器，在一个照射光源的设置下达到光辐射均勻度最佳化的效果。本发明的另一目的在于提供一种太阳光模拟器，在多个照射光源的设计下达成大照射面积的光辐射均勻度最佳化的效果。为达上述目的，本发明提出一种太阳光模拟器，其包括一照射光源以及一光导管阵列。照射光源用以发出一束光辐射。光导管阵列包括多个光导管，这些光导管彼此紧邻并且沿光辐射的光路设置。各光导管具有反射光辐射的内壁、一入光端以及相对于入光端的一出光端。光辐射由入光端进入光导管并由出光端射出。本发明另提供一种太阳光模拟器，包括一光源阵列以及一光导管阵列。光源阵列包括多个照射光源。各照射光源用以发出一束光辐射。光导管阵列包括多个光导管，这些光导管彼此紧邻并且沿光辐射的光路设置。各光导管具有反射光辐射的内壁、一入光端以
3及相对于入光端的一出光端。光辐射由所述多个入光端进入所述多个光导管并由所述多个出光端射出。基于上述，本发明利用多个光导管组成光导管阵列并在光导管阵列上设置一或多个照射光源。借着光导管阵列的设置，照射光源所发出的光辐射可以经由多个光导管的作用而达到理想的均勻度。此外，太阳光模拟器可以设置有多个照射光源，以实现大面积的均勻光辐射照射。为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。


图IA为本发明第一实施例的太阳光模拟器示意图；图IB为照射光源与滑轨的示意图；图2为本发明第二实施例的太阳光模拟器示意图；图3A为本发明第三实施例的太阳光模拟器的示意图；图;3B为本发明第三实施例的另一种太阳光模拟器的示意图；图4为本发明一实施例的光导管阵列的示意图；图5为本发明另一实施例的光导管阵列示意图。主要元件符号说明10 滑轨100,200,300 太阳光模拟器110、210、310 照射光源112、212:出光面114、214、314 反射罩116、216、316 位置调整机构120、220、320、400、500 光导管阵列122、222、322、402、502 光导管122A、222A、322A、402A 入光端122B、222B、322B、402B 出光端210A、310A 光源阵列410、510、M 立体框架结构420、520、P:内壁422 调整部430 调整导光板432:出光面积L 光辐射SL:太阳能光电�？�
具体实施例方式图IA绘示为本发明第一实施例的太阳光模拟器示意图。请参照图1A，太阳光模拟器100包括一照射光源110以及一光导管阵列120。照射光源110具有一出光面112，并用以发出光辐射L。光导管阵列120包括多个光导管122，这些光导管122彼此紧邻并且沿光辐射L的光路设置。各光导管122具有反射光辐射的内壁P、一入光端122A以及相对于入光端122A的一出光端122B。光辐射L由这些入光端122A进入于这些光导管122并由出光端122B射出以提供所需的模拟太阳光。也就是说，在本实施例中，入光端122A相对接近出光面112而出光端122B相对远离出光面112以使照射光源110的出光面112面向这些光导管122的入光端122A。在本实施例中，照射光源110可以包括有将光辐射L导向于预定光路上的反射罩 114以使光辐射L沿所设计的光路行进。光导管阵列120例如包括有四个光导管122。各个光导管122例如为矩形柱状。因此，光导管阵列120可以多个紧邻的矩形柱构成一立体框架结构M。在制作光导管阵列120的过程中，可以将多个具有反射内壁P的方形柱状的光导管122组合在一起而形成如图IA所绘示的光导管阵列120。另外，制作光导管阵列120 的方式也可以是在空心的立体框架结构M中装设多个隔板以构成具有可反射光辐射L的内壁P的光导管阵列120。本实施例并不限定光导管阵列120的制作方式，在此，立体框架结构M以及内壁P的材质可以为反射性材质，例如铝合金。立体框架结构M可以区分为四个区域，且每一区域即为一个光导管122所围绕出来的区域。照射光源110所发出的光辐射L可以在这些光导管122中传递并且被内壁P反射。所以，光辐射L在光导管阵列120的作用之下，可以分配至多个(例如四个)照射区域并且在每个照射区域中光辐射L都会被对应的光导管122反复地反射而均勻地分布。换言之，每一个光导管122所射出的模拟太阳光都具有均勻分布的特性。此外，照射光源110所发出的光辐射L可以均勻分配至每一个光导管122内。如此一来，由各光导管122的出光端122B所射出的光辐射L也可以具有大致相同的照射强度。 也就是说，光导管阵列120非但让单一光导管122所照射出来的光辐射L均勻分配于该光导管122所涵盖的区域范围内，更可以让多个光导管122所照射出来的光辐射L趋近一致， 达到整体照射面的光辐射均勻度最佳化的效果，进而降低光辐射分布不均勻所造成的太阳光电�？榈氖匝槲蟛�。由于本实施例采用一个照射光源110对应多个光导管122所组成的光导管阵列 120，照射光源110所发出的光辐射L可以分散在多个区域中并且在各个光导管122所定义出来的各个照射区域中均勻地分布。也就是说，本实施例的设计可以使照射光源110所发出的光辐射分配至多个光导管，因此与单一光导管相较之下可缩短光导管长度，而同样达到理想的光辐射均勻度，有助于缩减整体装置的体积。具体而言，本实施例仅需调整照射光源110与光导管120的相对位置就可以实现理想的光辐射均勻度。换言之，照射光源Iio可以还包括有位置调整机构116，以调整照射光源110的位置，其中位置调整机构116可以装设于滑轨10 (如图IB所示)上，且在需要调整照射光源110的位置时，位置调整机构116可以在滑轨10上滑动(例如沿着箭头方向滑动)。如此一来，经过位置调整机构116的调整，照射光源110的位置可对应于光导管阵列 120的中央或是其他位置。当太阳光模拟器100所发出的光辐射(不)均勻度不符合理想时，可以通过位置调整机构116简单地调整照射光源110的位置来获得所需的光辐射(不) 均勻度。
进一步而言，照射光源110在本实施例中可以采用发光二极管或是高压放电灯管作为发光元件，但不以此为限。并且，光导管122的形状分别为多边形柱。图IA中虽绘示着光导管122为四方柱的实施态样，不过，光导管122的形状也可以选择性地为六边柱、八边柱等其他空心的柱状体。进一步而言，内壁P之间的夹角可以随不同的设计需求而是90 度或是其他不为0的角度。图2绘示为本发明第二实施例的太阳光模拟器示意图。请参照图2，太阳光模拟器 200包括一光源阵列210A以及一光导管阵列220。光源阵列210A包括多个照射光源210。 各照射光源210用以由出光面212发出一光辐射L。光导管阵列220包括多个光导管222，这些光导管222彼此紧邻并且沿这些照射光源210所发出的光辐射L的光路设置。各光导管 222具有反射光辐射L的内壁P、一入光端222A以及相对于入光端222A的一出光端222B。 这些照射光源210所发出的光辐射L由入光端222A进入光导管222并由出光端222B射出。 具体而言，照射光源210可以包括有将光辐射L导向于预定光路上的反射罩214。并且，各光导管220的入光端222A相对接近照射光源210的出光面212而出光端222B相对远离照射光源210的出光面212。整体来说，本实施例与第一实施例的差异主要在于，本实施例的太阳光模拟器200中，照射光源210的数量为多个，且各个照射光源210对应于其中一个光导管222。详言之，光导管阵列220例如构成一立体框架结构M，内壁P在立体框架结构M内以定义出多个区域，也就是这些光导管222。在本实施例中，光导管222的数量例如等于照射光源210的数量。另外，内壁P的高度例如等于立体框架结构M的高度，但本发明不以此为限。在此，立体框架结构M以及内壁P的材质可以为铝合金等反射性材质。所以，每一个照射光源210所发出的光辐射L可以在其中一个光导管222中传递，并且被内壁P反复地反射以达均勻化的效果。在本实施例中，每一照射光源210所发出的光辐射L经过对应的光导管222作用之后可以由出光端222B射出。由于每一照射光源210所发出的光辐射L在各光导管222 中反复地被内壁P反射，所以每个光导管222的出光端222所射出的光辐射L可以具有均勻的分布。此外，各个照射光源210可以采用发光二极管或是高压放电灯管作为光源，但本发明不以此为限。在此，所有照射光源210的发光强度经控制后(例如光源型号的选用以及光源电流的调整等)可以大致相同。因此，太阳光模拟器200可以提供大面积且光辐射均勻的模拟太阳光，达到降低太阳光电模块试验误差的效果。另外，照射光源210可以还包括有位置调整机构216，以调整照射光源210的位置使得光辐射L在各光导管222中均勻化。太阳光模拟器200用以检测一太阳能光电�？镾L时，太阳能光电模块SL可以设置于各光导管222的出光端222B。也就是说，照射光源210与待测的太阳能光电�？镾L可以设置在光导管阵列220的相对两侧，其中照射光源210所在的一侧对应于各光导管222 的入光端222A，而太阳能光电�？镾L所在的一侧对应于各光导管222的出光端222B。此时，太阳能光电�？镾L可以受到大面积且分布均勻的模拟太阳光所照射以进行太阳能光电�？镾L的特性测试。本实施例的太阳光模拟器200若侦测到模拟太阳光分布不均勻的情形，仅需调整光导管阵列220与各照射光源210的相对位置(例如通过位置调整机构来调整照射光源CN 210的位置)就可以使得模拟太阳光的均勻度获得改善。相比较于现有所采用的多灯阵列的架构而言，改善了灯与灯之间光辐射输出相互叠加干涉的情形，个别区域光辐射量的调整不会显著的影响其他区域，对于整体照射面光辐射均勻度的调整不仅更为简单也更为省时。图3A绘示为本发明第三实施例的太阳光模拟器的示意图。请参照图3A，太阳光模拟器300包括有多个照射光源310以及一光导管阵列320，其中各照射光源310用以由出光面312发出一光辐射L，而光导管阵列320包括多个光导管322。实际上，多个照射光源310 例如构成一光源阵列310A。各光导管322沿光辐射L的光路设置且各光导管322具有反射光辐射L的内壁P、一入光端322A以及一出光端322B。入光端322A都相对接近这些出光面312而出光端322B相对远离这些出光面312以使这些出光面312面向入光端322A。以本实施例而言，照射光源310可以包括有将光辐射L导向于预定光路上的反射罩314以使光辐射L沿所设计的光路行进。此外，光辐射L由这些入光端322A进入于这些光导管320 并由出光端322B射出以提供所需的模拟太阳光。具体而言，本实施例与第二实施例的主要差异在于，本实施例的设计使得各照射光源310对应于多个光导管322。在本实施例中，每一个照射光源310例如对应于四个光导管322，所以照射光源310的数量少于光导管322的数量。并且，各照射光源310的位置可以位在四个紧邻的光导管322中央，亦即光导管阵列320将各照射光源310所发出的光辐射L分配至对应的四个光导管322中，但本发明不以此为限。此外，各个光导管322的形状可以为一多边形柱。本实施例以四边柱形状的光导管322来说明，但本发明不以此为限。详言之，光导管阵列320可以由多个光导管322构成一立体框架结构M0在一实施例中，光导管阵列320可以由多个独立的光导管322粘贴而成。内壁P都是由反射材料所构成的，所以在每一个光导管322中传递的光辐射L会受到内壁P的反射作用而均勻地分布并由出光端322B射出。如此一来，由每一个光导管322射出的光辐射L可以具有理想的均勻度。进一步而言，每个照射光源310所发出的光辐射L都因对应的四个光导管322作用而均勻地分布，所以各照射光源310的光辐射L由对应的四个光导管322射出后可以呈现理想的均勻度。另外，就整体太阳光模拟器300的出光效果而言，各照射光源310所发出的光辐射L经由光导管阵列320的作用后达到理想的光辐射均勻度，可降低光辐射分布不均勻所造成的太阳光电�？榈氖匝槲蟛睢４送猓档靡惶岬氖牵陨鲜凳├且怨獾脊�322的数量大于或等于照射光源310 的数量来说明，在其他实施例中，如图3B所示，光导管322的数量可以小于照射光源310的数量。也就是说，可以采用多个照射光源310对应光导管阵列320的其中一个光导管322 的设计。图4绘示为本发明一实施例的光导管阵列的示意图。请参照图4，光导管阵列400 例如由多个光导管402构成为立体框架结构410，且光导管阵列400的每个光导管402具有可反射光辐射的内壁420，其中每一内壁420即为相邻两个光导管402共同的边界。在本实施例中，各个光导管402具有一入光端402A以及一出光端402B，各内壁420可包括邻近于入光端402A的一调整部422。调整部422在相邻两个光导管402之间调整各个光导管402 在入光端402A的一入光面积。
详言之，调整部422例如是由各个内壁420邻近于入光端402A的可调整角度的导光板所构成。当调整部422调整角度时，对应的两个光导管402的入光面积将会一者增大而另一者减小。将光导管阵列400应用于第一至第三实施例的太阳光模拟器100 300时， 可进一步微调光辐射的分布使得均勻度达到最佳化。除此之外，各内壁420也可选性地包括邻近于出光端402B的一调整部，用于调整对应光导管402的出光面积，以获得所需均勻度的模拟太阳光。在本实施例中，光导管阵列400还可选择性地包括至少一调整导光板430，其配置于其中一个光导管402中以在对应的光导管402的出光面分割出多个出光面积432。在此， 调整导光板430的高度可小于各内壁420的高度，但本发明不以此为限。整体而言，调整部 422与调整导光板430至少其中一者都可以选择地应用于第一实施例至第三实施例的太阳光模拟器100 300任一者中以实现模拟太阳光的均勻化。在调整导光板430的设置下，光导管阵列400可以将入射其中一个光导管402的光辐射分散于多个出光面积432中。举例来说，将调整导光板430应用于第三实施例的太阳光模拟器300，则每一照射光源310所发出的光辐射L原本被分散至4个照射区域的状态， 可以进一步分散至16个照射区域，而更有助于提高模拟太阳光的光辐射均勻度。因此，每一个光导管402内的光辐射可以更高程度地被均勻化以获得理想的光辐射均勻度。在此， 调整导光板430之间所夹的角度或是调整导光板430与内壁420之间所夹的角度可以视实际的设计与需求而有所调整，因此两调整导光板430所夹的最大角度可以不需为90度，也可以为90度。图5绘示为本发明另一实施例的光导管阵列示意图。请参照图5，光导管阵列500 包括多个光导管502，其例如构成一立体框架结构510且各个光导管502包括多个可反射光辐射的内壁520。本实施例与前述实施例的主要差异在于，光导管阵列500中每一个光导管 502的形状为六边形柱。光导管阵列500可以应用于前述第一实施例至第三实施例至少其中一者中以取代光导管阵列120、220或是320。此时，各实施例中的照射光源可以配置于相邻两个光导管502之间或是紧邻的三个光导管502之间，或是多个照射光源同时对应于其中一个光导管502，但本发明不以此为限。当然，六边形柱的光导管502在此仅是举例说明之用，并非用以限定本发明的精神。在其他的实施例中，光导管502可以是八边形柱、十边形柱等。综上所述，本发明利用多个光导管所构成的光导管阵列设置于照射光源前，以利用光导管的作用将照射光源所发出的光辐射均勻化。因此，太阳光模拟器可以具有理想的光辐射均勻度。并且，照射光源与光导管阵列之间的相对位置可以随着照射光源的出光效果以及所需的光辐射均勻度来调整，因此本发明所提供的结构采用相当简易的方式就可以达到所需的光辐射均勻度。虽然本发明结合以上实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。
权利要求
1.一种太阳光模拟器，包括照射光源，用以发出一束光辐射；以及光导管阵列，包括多个光导管，该些光导管彼此紧邻并且沿该光辐射的一光路设置，各该光导管具有反射该光辐射的内壁、入光端以及相对于该入光端的出光端，且该光辐射由该些入光端进入该些光导管并由该些出光端射出。
2.如权利要求1所述的太阳光模拟器，其中该照射光源包括将该光辐射导向该光路的反射罩。
3.如权利要求1所述的太阳光模拟器，其中该照射光源包括调整该照射光源的位置的一位置调整机构。
4.如权利要求1所述的太阳光模拟器，其中该些光导管的形状分别为一多边形柱。
5.如权利要求1所述的太阳光模拟器，其中各该光导管的该内壁包括邻近于该入光端的调整部，该调整部在相邻两个光导管之间调整各个光导管在该入光端的一入光面积。
6.如权利要求1所述的太阳光模拟器，还包括至少一调整导光板，配置于其中一个光导管中以将对应的光导管的一出光面分割出多个出光面积。
7.一种太阳光模拟器，包括光源阵列，包括多个照射光源，各该照射光源用以发出一束光辐射；以及光导管阵列，包括多个光导管，该些光导管彼此紧邻并且沿该些照射光源发出的该光辐射的光路设置，各该光导管具有反射该些光辐射的内壁、入光端以及相对于该入光端的出光端，且该些光辐射由该些入光端进入该些光导管并由该些出光端射出。
8.如权利要求7所述的太阳光模拟器，其中各该照射光源对应于一个光导管。
9.如权利要求7所述的太阳光模拟器，其中各该照射光源对应于多个光导管。
10.如权利要求7所述的太阳光模拟器，其中多数个该些照射光源对应于一个光导管。
11.如权利要求7所述的太阳光模拟器，其中该些光导管的形状分别为一多边形柱。
12.如权利要求7所述的太阳光模拟器，其中各该光导管的该内壁包括邻近于该入光端的调整部，该调整部在相邻两个光导管之间调整各个光导管在该入光端的一入光面积。
13.如权利要求7所述的太阳光模拟器，包括至少一调整导光板，配置于其中一个光导管中，以将对应的光导管的一出光面分割出多个出光面积。
14.如权利要求7所述的太阳光模拟器，其中各该照射光源包括将该光辐射导向该光路的反射罩。
15.如权利要求7所述的太阳光模拟器，其中各该照射光源包括调整该照射光源的位置的一位置调整机构。
全文摘要
本发明公开一种太阳光模拟器，其包括一照射光源以及一光导管阵列。照射光源用以发出一束光辐射。光导管阵列包括多个光导管，这些光导管彼此紧邻并且沿光辐射的一光路设置。各光导管具有反射该光辐射的一内壁、一入光端以及相对于入光端的一出光端，且光辐射由入光端进入光导管并由出光端射出。
文档编号G01R31/26GK102419414SQ20111028752
公开日2012年4月18日 申请日期2011年9月26日 优先权日2010年9月27日
发明者吴登峻, 吴鸿森, 李思贤 申请人:财团法人工业技术研究院