[發(fā)明專利]一種反射式LED太陽模擬器光學(xué)系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2018-02-22
• 公開（公告）號: CN108241205B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇拾;向陽;張國玉;張健;王立輝;王基強(qiáng);王逸文;岳賢杰
• 申請（專利權(quán)）人: 長春理工大學(xué)
• 主分類號: G02B19/00
• 分類號: G02B19/00;F21V19/00;F21V7/06;F21V5/04;G09B25/00;F21Y115/10
• 代理公司: 長春市東師專利事務(wù)所 22202
• 代理人: 張鐵生

本發(fā)明公開了一種反射式LED太陽模擬器光學(xué)系統(tǒng)，包括：環(huán)形LED陣列光源1、拋物面反射鏡2、集束式積分棒3和非球面準(zhǔn)直透鏡4；環(huán)形LED陣列光源包括：LED光源11，環(huán)形鋁基板12、環(huán)形散熱器13；所述的環(huán)形鋁基板12中央開有一個(gè)正方形孔，以安裝集束式積分棒3；LED光源11呈環(huán)形陣列式排列在鋁基板12上；上方為拋物面反射鏡，下方為非球面準(zhǔn)直透鏡4；所述的集束式積分棒3位于拋物面反射鏡2的焦平面處；具有光能利用率高，混光充分、有效提高輻射光譜匹配性和光譜一致性；提高了輻射均勻性、輸出輻射照度，在工作面處獲得輻射度均勻一致、光譜一致的太陽模擬光斑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種反射式LED太陽模擬器光學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

太陽模擬器作為一種重要的室內(nèi)檢測與試驗(yàn)設(shè)備，在航天、太陽能利用、氣象科學(xué)、新材料開發(fā)、農(nóng)林育種、醫(yī)療保健等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。

隨著新型半導(dǎo)體發(fā)光器件LED的出現(xiàn)與應(yīng)用，以LED為光源的太陽模擬器具有節(jié)能高效、綠色環(huán)保、可控性強(qiáng)、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，成為各國研究的熱點(diǎn)，涌現(xiàn)不同類型的LED太陽模擬器。

現(xiàn)有LED太陽模擬器的光學(xué)系統(tǒng)因其結(jié)構(gòu)原因，光能利用率低，輸出輻射照度低；雖然光譜匹配性有所改善，但輻射光斑內(nèi)的光譜一致性有待提高，這些不足限制了LED太陽模擬器的性能提高和推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有LED太陽模擬器的光學(xué)系統(tǒng)光能利用率低，輸出輻射照度低，輻射光斑內(nèi)的光譜一致性的問題，而提供提供一種反射式LED太陽模擬器光學(xué)系統(tǒng)。用于模擬太陽光輻射特征，提高輸出輻射照度和輻射光譜匹配性。

一種反射式LED太陽模擬器光學(xué)系統(tǒng)，包括：環(huán)形LED陣列光源1、拋物面反射鏡2、集束式積分棒3和非球面準(zhǔn)直透鏡4；

環(huán)形LED陣列光源包括：LED光源 11 ，環(huán)形鋁基板 12 、環(huán)形散熱器 13 ；

所述的環(huán)形鋁基板 12 中央開有一個(gè)正方形孔，以安裝集束式積分棒 3 ；LED光源11 呈環(huán)形陣列式排列在鋁基板 12 上；上方為拋物面反射鏡，下方為非球面準(zhǔn)直透鏡4；所述的集束式積分棒 3 位于拋物面反射鏡 2 的焦平面處；

所述的LED光源 11 經(jīng)二次光學(xué)整形，輻射通量的發(fā)散角均為20°；

所述的LED光源 11 ，共144顆，第一圈6個(gè)，第二圈12個(gè)，第三圈18個(gè)，第四圈24個(gè)，第五圈24個(gè)，第六圈24個(gè)，第七圈35個(gè)；

所述的拋物面反射鏡2采用硅硼酸鹽為基體材料，鍍鋁反射膜；

所述的拋物面反射鏡2的焦距66mm，開口直徑為356mm，高度為118mm；

所述的集束式積分棒 3 ，由 25根長立方透鏡，按照5×5光膠拼接而成，形成25個(gè)光通道；

所述的非球面準(zhǔn)直透鏡 4 ，采用GS3石英玻璃材料，為平凸透鏡，凸面為非球面；

所述的非球面準(zhǔn)直透鏡4的非球面系數(shù)：R=681.5mm，K=-0.585367；非球面公式：；

所述的環(huán)形LED陣列光源還設(shè)有環(huán)形散熱器 13 ，它是以硬鋁為材料，呈環(huán)形，異端平面，一端膠結(jié)在LED光源 11 下方，另一端具有矩形并環(huán)形陣列的散熱翅片。

本發(fā)明提供了一種反射式LED太陽模擬器光學(xué)系統(tǒng)，包括：環(huán)形LED陣列光源1、拋物面反射鏡2、集束式積分棒3和非球面準(zhǔn)直透鏡4； 環(huán)形LED陣列光源包括：LED光源11，環(huán)形鋁基板12、環(huán)形散熱器13；所述的環(huán)形鋁基板 12 中央開有一個(gè)正方形孔，以安裝集束式積分棒 3 ；LED光源 11 呈環(huán)形陣列式排列在鋁基板 12 上；上方為拋物面反射鏡，下方為非球面準(zhǔn)直透鏡4；所述的集束式積分棒 3 位于拋物面反射鏡 2 的焦平面處；