專利名稱：三維曲面全漫射太陽光模擬器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三維曲面漫反射太陽光模擬器，采用機(jī)械方式將線性光轉(zhuǎn)化為比 較理想的漫反射光。
背景技術(shù)：
目前，提供穩(wěn)定的漫射光源是色度檢測、光度檢測、太陽能電池檢測、光柵印刷以 及立體印刷質(zhì)量檢測等領(lǐng)域重要的實(shí)驗(yàn)與觀測要求，漫射光的性能直接影響儀器的檢測準(zhǔn) 確性，測試數(shù)據(jù)的可靠性，以及質(zhì)量評(píng)價(jià)的穩(wěn)定性?，F(xiàn)有技術(shù)中，可以提供穩(wěn)定漫射光照明條件主要分為三類設(shè)備，一種為積分球漫 射光發(fā)生器，也是目前漫射光模擬效果最好的一種裝置；第二種為平板式漫射光模擬器，目 前此類設(shè)備主要用在液晶屏，LED等設(shè)備中；第三種為機(jī)械式光路模擬漫射光發(fā)生器，此類 設(shè)備設(shè)計(jì)利用空間大，而且可以根據(jù)要求進(jìn)行改裝，方便使用，目前此類設(shè)備主要用于太陽 能、設(shè)備及樣品測試、色度測量以及具有特殊需求的行業(yè)中。積分球?yàn)槔硐氲穆涔獍l(fā)生裝置，利用積分球可以構(gòu)建模擬理想的漫反射光源照 射條件，其基本原理是利用混光特性，將光線進(jìn)行多次內(nèi)反射，從而使到達(dá)被測樣本表面的 光線滿足均勻性的要求，自從19世紀(jì)90年代積分球用于光源光度測量以來，積分球就被廣 泛應(yīng)用與輻射度、光度、色度等各個(gè)領(lǐng)域。但是積分球尺寸體積較小，對(duì)制作工藝及材料要 求較高，另外，由于積分球獨(dú)特的球形結(jié)構(gòu)，不適合大幅面樣品的目視觀察比較，因而積分 球設(shè)備不適用于被照物體尺寸體積較大，且需要人眼視覺觀測的相關(guān)領(lǐng)域。平板式漫反射模擬器光源功率較小，制造工藝復(fù)雜，并且使用范圍有限，多用在顯 示器、背投電視等領(lǐng)域。機(jī)械式光路模擬漫射光發(fā)生器，通過機(jī)械設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)漫射光模擬效果，此類設(shè)備 的尺寸大小可調(diào)，設(shè)備元件更換方便，照射面積大，漫射光性能穩(wěn)定，能夠滿足特定領(lǐng)域的 要求，目前此類設(shè)備有少量用于太陽能電池的測試領(lǐng)域，但是專門用于光度測量、色度測 量、光柵產(chǎn)品色度檢的設(shè)備很少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)能為大尺寸、大幅面物體提供穩(wěn)定漫射光源的不 足，設(shè)計(jì)提供一種三維曲面漫射太陽光模擬設(shè)備，使設(shè)備發(fā)出的模擬漫射光能夠達(dá)到光譜 和均勻性要求，滿足色度光度測量、光柵產(chǎn)品色度檢測的需要。本發(fā)明專利解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種三維曲面全漫射太陽光模 擬器，包括箱體、箱體下方的觀測臺(tái)、至少三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)線性光源、鏡面反射曲面元件、漫反射曲 面元件和漫透射曲面元件，在箱體內(nèi)均勻設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)線性光源；在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)線性光源和觀測 臺(tái)之間分別設(shè)置一個(gè)鏡面反射曲面元件，對(duì)應(yīng)鏡面反射曲面元件的光路方向設(shè)置一個(gè)漫反 射曲面元件，通過鏡面反射曲面元件將光源均勻反射到漫反射曲面元件上；在漫反射曲面 元件的光路上設(shè)置一個(gè)漫透射曲面元件。
3
而且，在箱體內(nèi)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)線性光源采用光源調(diào)節(jié)底座實(shí)現(xiàn)，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)線性光源采 用一個(gè)光源調(diào)節(jié)底座，每個(gè)光源調(diào)節(jié)底座由光源支架、調(diào)節(jié)滑行軌道、齒條和調(diào)節(jié)齒輪組 成，光源支架固定標(biāo)準(zhǔn)線性光源位置，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)齒輪時(shí)，齒條在調(diào)節(jié)齒輪的帶動(dòng)下推動(dòng)光 源支架沿著調(diào)節(jié)滑行軌道移動(dòng)，從而使標(biāo)準(zhǔn)線性光源沿著調(diào)節(jié)滑行軌道移動(dòng)，以調(diào)節(jié)光源 與鏡面反射曲面元件和漫反射曲面元件之間的距離。而且，漫反射曲面元件為圓柱面，采用涂漫射材料的PVB基熱塑性板材或金屬板 材。而且，漫透射曲面元件采用高透光率漫透射材料，材料表面附有一層紅外截止NIR 濾色片。本發(fā)明專利的有益效果是，利用光學(xué)原理，通過機(jī)械方式提供穩(wěn)定的漫反射光照 射條件，結(jié)構(gòu)簡單，可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)節(jié)此裝置尺寸，并且產(chǎn)生的漫射光性能穩(wěn)定，能夠 滿足色度檢測、光柵產(chǎn)品質(zhì)量檢測的要求。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的截面圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例的光源調(diào)節(jié)底座結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明的技術(shù)方案主要從機(jī)械光路上入手，解決光源與被測物體間距0. 5 1. 5 米情況下光線均勻性的問題，具體實(shí)施時(shí)建議采用與正午太陽光色溫及光譜最為接近的 D65/D50線性燈管作為標(biāo)準(zhǔn)光源，經(jīng)過鏡面反射、漫反射、漫透射作用，最終實(shí)現(xiàn)理想的光源 光譜要求以及穩(wěn)定的漫射光條件。如圖1和2所示實(shí)施例的裝置結(jié)構(gòu)透視圖與截面圖為達(dá)到模擬均勻太陽漫射光 的效果，實(shí)施例采用D65標(biāo)準(zhǔn)光源作為標(biāo)準(zhǔn)線性光源(1)，并通過光源調(diào)節(jié)底座固定在箱體 (6)上，共設(shè)置了三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)線性光源。具體實(shí)施時(shí)可以設(shè)置更多光源，只需設(shè)置光源位置具 有角平均分布的對(duì)稱結(jié)構(gòu)即可。在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)線性光源(1)和觀測臺(tái)(5)之間，各設(shè)置一個(gè) 鏡面反射曲面元件(2)作為第一反光罩，同樣可以通過與光源調(diào)整底座一樣的結(jié)構(gòu)固定在 箱體(6)上，即實(shí)施例共設(shè)有三個(gè)鏡面反射曲面元件(2)。對(duì)應(yīng)鏡面反射曲面元件的光路方 向設(shè)置一個(gè)漫反射曲面元件，設(shè)置一個(gè)漫反射曲面元件(3)作為第二反光罩。為改善漫射 光的性能，還在光路上設(shè)置透射罩，即漫透射曲面元件(4)，對(duì)光線進(jìn)行第二次漫射轉(zhuǎn)化，最 終實(shí)現(xiàn)性能穩(wěn)定、滿足要求的漫射光。標(biāo)準(zhǔn)線性光源(1)發(fā)出的光線經(jīng)過第一反光罩，即鏡 面反射曲面元件(2)的反射而發(fā)散，然后經(jīng)第二反光罩，即漫反射曲面元件(3)的反射，初 步達(dá)到漫反射光的效果，當(dāng)光線經(jīng)過漫透射曲面元件(4)時(shí)，光線再次實(shí)現(xiàn)漫射平均，最終 使到達(dá)觀測臺(tái)(5)，即放置于觀測臺(tái)(5)上的被照物體表面的光線達(dá)到漫射光的性能要求。 光線在漫反射曲面元件(3)與漫透射曲面元件(4)之間可能被多次內(nèi)反射與透射。圖3所示為光源調(diào)節(jié)底座結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，標(biāo)準(zhǔn)線性光源(1)固定在光源 調(diào)節(jié)底座上，即每個(gè)光源調(diào)節(jié)底座固定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)D65線性光源，光源調(diào)節(jié)底座由調(diào)節(jié)滑行軌道(8)、光源支架(9)、齒條(10)和調(diào)節(jié)齒輪(11)組成。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)齒輪(11)時(shí)，由于 調(diào)節(jié)齒輪(11)的傳動(dòng)作用，齒條(10)在調(diào)節(jié)齒輪(11)的帶動(dòng)下推動(dòng)光源支架(9)沿著調(diào) 節(jié)滑行軌道(8)移動(dòng)，從而使標(biāo)準(zhǔn)線性光源(1)沿著調(diào)節(jié)滑行軌道(8)移動(dòng)，以調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)線 性光源⑴與鏡面反射曲面元件⑵和漫反射曲面元件⑶之間的距離，沿著漫反射曲面 元件(3)的半徑方向調(diào)節(jié)，能夠調(diào)節(jié)漫射光的效果。為了方便給標(biāo)準(zhǔn)線性光源(1)提供電 能，實(shí)施例還設(shè)置了電源底座(7)，將電源底座(7)跟光源支架(9)連接在一起即可。具體 實(shí)施時(shí)，可以在箱體(6)外部設(shè)置調(diào)節(jié)器件，調(diào)節(jié)齒輪(11)與調(diào)節(jié)器件相連，以便操作者方 便地在箱外操作調(diào)節(jié)器件，來轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)齒輪(11)。本發(fā)明裝置中采用的標(biāo)準(zhǔn)線性光源(1)，到達(dá)照物體所在觀測臺(tái)(5)平面之間的 線性光源由鏡面反射曲面元件(2)遮住，一部分光源光線由鏡面反射曲面元件(2)完全反 射到漫反射曲面元件(3)，另外一部分線性光線直接照射到漫反射曲面元件(3)上，完成光 線第一次發(fā)散，此處鏡面反射曲面的母線的兩端要求與光源與透射曲面的切線相交，以避 免光源的線性光直接照射到透射曲面，其目的在于使經(jīng)漫反射曲面反射后的漫射光更加均 勻穩(wěn)定。為了便于具體實(shí)施，本發(fā)明還提供了一些實(shí)現(xiàn)技術(shù)方案的建議漫反射曲面元件 (3)為圓柱面，表面涂有粗糙的漫反射材料，其目的在于將入射到表面的光線漫射話，實(shí)現(xiàn) 光在三維空間內(nèi)的均勻分布。表面所涂漫反射涂料應(yīng)當(dāng)對(duì)380nm-780nm波長的光具有均勻 的反射特性。可以采用涂有漫反射材料的PVB基熱塑性板材或金屬板材。鏡面反射曲面元件⑵應(yīng)當(dāng)能夠反射至少95%的光線。例如采用Fluorilon-99WTM 高漫反射材料，300-2200nm反射率> 97%，400_800nm反射率> 99%。此材料是一種塑性 材料，可以根據(jù)要求在國外加工成型。還可采用Avian-B，這是種水基的硫酸鋇白色反射涂 料，該涂層具有高朗伯特性，在350-850nm范圍內(nèi)的反射率大于97%，采用粘合劑涂在塑料 基材上即可實(shí)現(xiàn)鏡面反射曲面元件。漫透射曲面元件(4)采用高透光率漫透射材料，并且在漫透射元件表面附有一層 紅外截止NIR濾色片，用于過濾紫外光譜以及近紅外光譜。建議采用塑料基材或涂漫透射 材料的玻璃基材，厚度在0. 5mm-3. 5mm之間，表面至少附加一層NIR紅外截止濾色片。漫透 射曲面元件(4)的透光率應(yīng)當(dāng)高于或等于85%，優(yōu)選高于或等于92%。本發(fā)明從光的均勻性和光譜擬合兩個(gè)方面解決了色度測試、光柵產(chǎn)品色彩質(zhì)量檢 測對(duì)光源性能的要求，使本裝置產(chǎn)生的模擬太陽光能夠滿足色彩質(zhì)量控制的要求，在光源 與被測物體間距在0. 8-1. 5米之間能夠達(dá)到漫射光的均勻性。本發(fā)明成功應(yīng)用到光柵產(chǎn) 品的色度質(zhì)量檢測與觀察中，并且在此條件下能夠成功的消除光柵衍射與干涉對(duì)色彩的影 響，準(zhǔn)確的再現(xiàn)并評(píng)價(jià)產(chǎn)品質(zhì)量。
權(quán)利要求
一種三維曲面全漫射太陽光模擬器，其特征在于包括箱體、箱體下方的觀測臺(tái)、至少三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)線性光源、鏡面反射曲面元件、漫反射曲面元件和漫透射曲面元件，在箱體內(nèi)均勻設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)線性光源；在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)線性光源和觀測臺(tái)之間分別設(shè)置一個(gè)鏡面反射曲面元件，對(duì)應(yīng)鏡面反射曲面元件的光路方向設(shè)置一個(gè)漫反射曲面元件，通過鏡面反射曲面元件將光源均勻反射到漫反射曲面元件上；在漫反射曲面元件的光路上設(shè)置一個(gè)漫透射曲面元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維曲面全漫射太陽光模擬器，其特征在于在箱體內(nèi)設(shè)置 標(biāo)準(zhǔn)線性光源采用光源調(diào)節(jié)底座實(shí)現(xiàn)，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)線性光源采用一個(gè)光源調(diào)節(jié)底座，每個(gè)光 源調(diào)節(jié)底座由光源支架、調(diào)節(jié)滑行軌道、齒條和調(diào)節(jié)齒輪組成，光源支架固定標(biāo)準(zhǔn)線性光源 位置，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)齒輪時(shí)，齒條在調(diào)節(jié)齒輪的帶動(dòng)下推動(dòng)光源支架沿著調(diào)節(jié)滑行軌道移動(dòng)， 從而使標(biāo)準(zhǔn)線性光源沿著調(diào)節(jié)滑行軌道移動(dòng)，以調(diào)節(jié)光源與鏡面反射曲面元件和漫反射曲 面元件之間的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三維曲面全漫射太陽光模擬器，其特征在于漫反射曲 面元件為圓柱面，采用涂漫射材料的PVB基熱塑性板材或金屬板材。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三維曲面全漫射太陽光模擬器，其特征在于漫透射曲 面元件采用高透光率漫透射材料，材料表面附有一層紅外截止NIR濾色片。
全文摘要
本發(fā)明提供了三維曲面全漫射太陽光模擬器，采用D50線性燈管作為標(biāo)準(zhǔn)線性光源(1)，沿線光源的軸線安置曲面漫反射器件(3)與曲面鏡面反射器件(2)，在光路上安置漫透射曲面元件(4)，通過光線的多次內(nèi)反射與透射，使被照物體所在平面的光的均勻性達(dá)到要求，改善光譜性能。該裝置在具有基本積分球功能的同時(shí)，適應(yīng)大面積的漫反射照明要求，并且具有更低的制造難度。本發(fā)明解決了光的均勻性和光譜擬合匹配問題，達(dá)到立體印刷、光柵生產(chǎn)商、全息紙生產(chǎn)企業(yè)對(duì)特殊光照條件的要求。
文檔編號(hào)F21V7/22GK101915614SQ201010239910
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月26日
發(fā)明者萬曉霞, 劉振, 黃新國 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)