一種人造光源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種人造光源，包含光源模組與混光模組，該混光模組包含混光單元與準(zhǔn)直腔體，混光單元置于光源模組與準(zhǔn)直腔體之間，準(zhǔn)直腔體具有相對之入光面與出光面，入光面之面積小于出光面之面積，且混光單元面向入光面設(shè)置。
【專利說明】一種人造光源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明是有關(guān)于一種人造光源。
【背景技術(shù)】
[0002]人造光源可用來作為測試光學(xué)元件的模擬光源。舉例而言，人造光源可模擬定義為空氣質(zhì)量(Air Mass, AM)為1.5G的太陽光，以用來測試太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。然而，目前市面上常見的人造光源可能會面臨下列問題:低能源效率與輸出光的準(zhǔn)直性皆較差。這些問題不但會提高測試的成本，亦可能會降低測試結(jié)果的可靠度。因此如何改善上述問題，已成為業(yè)界亟需解決的問題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的之一，是提供一種人造光源，以提升能源效率與輸出光的準(zhǔn)直性。
[0004]本發(fā)明的一態(tài)樣提供一種人造光源，包含光源模組與混光模組?；旃饽＝M包含混光單元與準(zhǔn)直腔體?；旃鈫卧糜诠庠茨＝M與準(zhǔn)直腔體之間。準(zhǔn)直腔體具有相對的入光面與出光面，入光面的面積小于出光面的面積，且混光單兀面向入光面設(shè)置。
[0005]在一或多個實施方式中，光源模組用以提供具不同波長的多個光束，混光單元用以混合該些光束，且準(zhǔn)直腔體用以準(zhǔn)直通過入光面的該些光束。
[0006]在一或多個實施方式中，準(zhǔn)直腔體包含多個反射板。反射板環(huán)繞地共同定義出入光面與出光面。
[0007]在一或多個實施方式中，每一反射板皆具有自入光面至出光面的延伸方向，且入光面具有法線方向。法線方向與延伸方向相夾一夾角，且夾角介于O度至90度之間。
[0008]在一或多個實施方式中，夾角為約4度至20度。
[0009]在一或多個實施方式中，反射板表面的反射率大于80%。
[0010]在一或多個實施方式中，入光面與出光面皆為多邊形。
[0011 ] 在一或多個實施方式中，混光模組更包含擴散板，置于混光單元與準(zhǔn)直腔體之間。
[0012]在一或多個實施方式中，混光單元為一反射腔體。
[0013]在一或多個實施方式中，混光單兀包含膠體與多個散射粒子。散射粒子分布于膠體中。
[0014]因此，通過上述的混光模組，人造光源能夠改善能源效率，并提高輸出光的準(zhǔn)直性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明人造光源的剖面圖。
[0016]圖2為圖1之準(zhǔn)直腔體的立體圖。
[0017]圖3為本發(fā)明人造光源的距離與亮度均勻度的模擬關(guān)系圖。
[0018]圖4為圖1之混光單元的立體圖。[0019]圖5為本發(fā)明光源模組與混光單元的剖面圖。
[0020]其中:
[0021]100:光源模組110:光源
[0022]200:混光模組210、210’:混光單元
[0023]212:膠體214:散射粒子
[0024]216,226:反射板218:混光腔
[0025]220:準(zhǔn)直腔體222:入光面
[0026]224:出光面230:擴散板
[0027]D:延伸方向N:法線方向
[0028]Θ:夾角
【具體實施方式】
[0029]以下將以圖式揭露本發(fā)明的多個實施方式，為明確說明起見，許多實務(wù)上的細節(jié)將在以下敘述中一并說明。然而，應(yīng)了解到，這些實務(wù)上的細節(jié)不應(yīng)用以限制本發(fā)明。也就是說，在本發(fā)明部分實施方式中，這些實務(wù)上的細節(jié)是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習(xí)知慣用的結(jié)構(gòu)與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。
[0030]圖1為本發(fā)明人 造光源的剖面圖。人造光源包含光源模組100與混光模組200?；旃饽＝M200包含混光單元210與準(zhǔn)直腔體220。混光單元210置于光源模組100與準(zhǔn)直腔體220之間。準(zhǔn)直腔體220具有相對的入光面222與出光面224，入光面222的面積小于出光面224的面積,且混光單元210面向入光面222設(shè)置。
[0031]簡言之，本發(fā)明人造光源能夠提高輸出光的準(zhǔn)直性。具體而言，通過入光面222與出光面224的光線皆具有一出光角。出光角與光線的準(zhǔn)直性成反比，也就是說，出光角越大，準(zhǔn)直性越低。根據(jù)光線擴展度(etendue)守恒定理，光線的出光角與出光面積的乘積為定值，亦即出光角與出光面積成反比。而因入光面222的面積小于出光面224的面積，因此出光面224的光線的出光角便小于入光面222的光線的出光角，也就是說，通過出光面224的光線較通過入光面222的光線有較佳的準(zhǔn)直性。
[0032]在測試當(dāng)下，受測裝置(未繪示)能夠放置于準(zhǔn)直腔體220的出光面224的下方而被人造光源所照射。受測裝置的受光面可實質(zhì)平行于出光面224且與其間隔一段距離，此段距離即為工作距離。當(dāng)通過出光面224的光線具有較好的準(zhǔn)直性時，工作距離也相對增加。如此一來，在測試當(dāng)下，人造光源與受測裝置之間便有足夠的工作距離，使得探針或其他元件能夠伸入其間，以量測受測裝置受人照光源照射時的響應(yīng)。
[0033]舉例而言，若受測裝置為一片平行于出光面224的太陽能電池，自出光面224射出的輸出光的出光角應(yīng)會等于其抵達太陽能電池的入射角。由于本發(fā)明人造光源的輸出光具有良好的準(zhǔn)直性，大部份的輸出光在抵達太陽能電池時的入射角皆會小于一定的角度(例如30度)，而這些入射角之間的差異并不會對太陽能電池的電流響應(yīng)產(chǎn)生太大的影響。也就是說，輸出光若具有良好的準(zhǔn)直性，則可提升對太陽能電池的測試準(zhǔn)確性。
[0034]在本實施方式中，光源模組100用以提供具不同波長的多個光束，混光單元210用以混合該些光束，且準(zhǔn)直腔體220用以準(zhǔn)直通過入光面222的該些光束。詳細而言，人造光源藉由產(chǎn)生與太陽光波長范圍相似的光線以模擬太陽光，其中一種方式可將不同波長的光線混合在一起以達成上述目的。光源模組100可包含多個光源，這些光源可分別提供相同或不同波長的光束。當(dāng)光源模組100發(fā)出的光束進入混光模組200的混光單元210后，這些光束會在混光單元210中進行混合，例如混合成均勻的白光。而后光束再由準(zhǔn)直腔體220的入光面222射入準(zhǔn)直腔體220。因出光角較大的光束會射至準(zhǔn)直腔體220的內(nèi)壁，因此會被準(zhǔn)直腔體220反射。如此一來，射至出光面224的光束的出光角即可變小，以達到準(zhǔn)直光束的目的。
[0035]接著請一并參照圖1與圖2，其中圖2為圖1的準(zhǔn)直腔體220的立體圖。在本實施方式中，準(zhǔn)直腔體220可包含多個反射板226。反射板226環(huán)繞地共同定義出入光面222與出光面224。例如在圖2中，準(zhǔn)直腔體220包含四個反射板226，因此入光面222與出光面224皆為四邊形。通過設(shè)置反射板226，通過入光面222的大角度的光能夠被反射成較小角度的光。而為了減少能量耗損，反射板226表面的反射率(Reflectance)大于80%，例如反射板226可皆為銀鏡。舉例而言，對于波長介于350奈米至1100奈米的光而言，反射板226表面的反射率、穿透率(Transmittance)與吸收率(Absorptance)可分別為97%、0%與3%。另外應(yīng)注意的是，雖然在圖1中，光束在準(zhǔn)直腔體220中經(jīng)過一次或不經(jīng)過反射即到達出光面224，然而圖1僅為例示。實際上，光束可能會在準(zhǔn)直腔體220經(jīng)過多次反射才到達出光面224。
[0036]請回到圖1，每一反射板226皆具有自入光面222至出光面224的延伸方向D，且入光面222具有法線方向N。法線方向N與延伸方向D相夾一夾角Θ，且夾角Θ介于O度至90度之間。換句話說，由圖1的剖面圖來看，準(zhǔn)直腔體220形成正梯形，入光面222位于正梯形的上底，出光面224位于正梯形的下底，而反射板226則位于正梯形的腰邊。
[0037]在其他的實施方式中，夾角Θ可選擇介于4度至20度之間。在此構(gòu)造下，人造光源的工作距離可達到100至350毫米。接著請參照圖3，其為本發(fā)明人造光源的工作距離與亮度均勻度的模擬關(guān)系圖。其中圖3的工作距離的定義為準(zhǔn)直腔體自出光面往外延伸的垂直距離，圖3中顯示了 O至300毫米的工作距離作模擬。另外為了取得亮度均勻度，在本實施例中在各工作距離取得160毫米X 160毫米的面積，并等分成8X8個區(qū)域且分別量測此64個區(qū)域的照度值，輻照不均勻度即為(最大照度值-最小照度值)/ (最大照度值+最小照度值)。若輻照不均勻度越小，代表光源能量越均勻分布于該面積內(nèi)，其中若輻照不均勻度小于2%即符合IEC60904-9中CLASS A等級的要求。
[0038]由圖3得知，當(dāng)夾角Θ為10度，工作距離為O至200毫米時，亮度均勻度小于2%。當(dāng)夾角Θ為15度，工作距離為O至300毫米時，亮度均勻度小于2%。當(dāng)夾角Θ為20度，工作距離為80至300毫米時，亮度均勻度小于2%。當(dāng)夾角Θ為25度，工作距離為100至300毫米時，亮度均勻度小于2%。因此，相較于夾角Θ為O度時，準(zhǔn)直腔體能夠具有較低值的輻照不均勻度，與較佳的準(zhǔn)直性，且較長的工作距離。
[0039]接著請回到圖2。在本實施方式中，入光面222與出光面224可皆為多邊形。具體而言，為了方便制作準(zhǔn)直腔體220，可先制作多個相同的板體，再將這些板體分別鍍上反射層(例如為銀層)，以制成反射板226。之后這些反射板226再組合成準(zhǔn)直腔體220。而入光面222與出光面224的形狀則由反射板226的形狀與數(shù)量而定。其中因反射板226系在組合成準(zhǔn)直腔體220之前便已鍍上反射層，因此反射層可較為均勻，另外因每一反射板226的形狀為實質(zhì)相同，因此有助于大量制造且節(jié)省工時。然而上述的制造方法僅為例示，并非用以限制本發(fā)明。本發(fā)明所屬領(lǐng)域具通常知識者，可視實際情形，彈性設(shè)計準(zhǔn)直腔體220的制造方法。
[0040]接著請一并參照圖1與圖4，其中圖4為圖1的混光單元210的立體圖。在本實施方式中，混光單元210可為反射腔體。具體而言，混光單元210可包含多個反射板216。反射板216環(huán)繞地共同定義出一混光腔218。光源模組100發(fā)出的光束能夠在混光腔218經(jīng)由被反射板216反射而充分混合，以讓到達準(zhǔn)直腔體220的入光面222的光束具有較好的顏色均勻度。其中反射板216的材質(zhì)、反射率、穿透率與吸收率可與反射板226相同，亦可不同。
[0041]請回到圖1。在本實施方式中，混光模組200可更包含擴散板230，置于混光單元210與準(zhǔn)直腔體220之間。擴散板230可以讓穿透它的光具有漫射型散射的特性，因此能夠更進一步地混合于混光單元210中的光，使其有更佳的均勻度。
[0042]在本實施方式中，光源模組100可包含多種發(fā)光二極體(Light EmittingDiode，LED)，不同的發(fā)光二極體可發(fā)出不同波長的光束。舉例而言，這些發(fā)光二極體可包含白光發(fā)光二極體、紅光發(fā)光二極體、綠光發(fā)光二極體與藍光發(fā)光二極體。若人造光源需產(chǎn)生具有高連續(xù)光譜的輸出光，以精準(zhǔn)地模擬定義為AM1.5G的太陽光，則上述的發(fā)光二極體的種類可高達十種以上，然而本發(fā)明不以此為限。
[0043]光源模組100可更包含驅(qū)動器，以控制并驅(qū)動上述的發(fā)光二極體。通過分別調(diào)整各發(fā)光二極體的驅(qū)動信號，可改變?nèi)嗽旃庠吹妮敵龉庵懈鞑ㄩL的光束的能量比例，以讓輸出光的光譜盡量接近欲模擬的光譜。
[0044]接著請參照圖5，其為本發(fā)明另一實施方式的光源模組100與混光單元210’的剖面圖。不同于在圖4中，混光單元210是通過光束自反射板216反射而達到混光的目的，在本實施方式中，混光單元210’可包含膠體212與多個散射粒子214。散射粒子214分布于膠體212中。具體而言，光源模組100可包含多個光源110 (如發(fā)光二極體)。膠體212包覆光源110，因此光源110所發(fā)出的光束便可直接進入膠體212。在膠體212中行進的光束可能會射至散射粒子214，因此被散射粒子214所反射，進而改變光束的行進方向。通過多次的反射，不同波長的光束便能夠均勻地在膠體212中混合以達到混光的目的。應(yīng)注意的是，上述的混光單元210與210’皆僅為例示，并非用以限制本發(fā)明?；旧?，只要能夠達到均勻混光目的的混光單元皆在本發(fā)明的范疇中。至于在圖5中，通過混光單元210’后的光束的行進過程因與圖1相同，因此便不再贅述。
[0045]雖然本發(fā)明已以實施方式揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)視權(quán)利要求的范圍所界定者為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種人造光源，其特征在于:包含: 一光源模組；以及 一混光模組，包含: 一混光單元；以及 一準(zhǔn)直腔體，該混光單元置于該光源模組與該準(zhǔn)直腔體之間，其中該準(zhǔn)直腔體具有相對的一入光面與一出光面，該入光面的面積小于該出光面的面積，且該混光單元面向該入光面設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人造光源，其特征在于:其中該光源模組用以提供具不同波長的多個光束，該混光單元用以混合該些光束，且該準(zhǔn)直腔體用以準(zhǔn)直通過該入光面的該些光束。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人造光源，其特征在于:其中該準(zhǔn)直腔體包含多個反射板，該些反射板環(huán)繞地共同定義出該入光面與該出光面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的人造光源，其特征在于:其中每一該些反射板皆具有自該入光面至該出光面的一延伸方向，且該入光面具有一法線方向，該法線方向與該延伸方向相夾一夾角，且該夾角介于O度至90度之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的人造光源，其特征在于:其中該夾角為約4度至20度。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的人造光源，其特征在于:其中該些反射板表面的反射率大于80%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人造光源，其特征在于:其中該入光面與該出光面皆為多邊形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人造光源，其特征在于:其中該混光模組更包含: 一擴散板，置于該混光單兀與該準(zhǔn)直腔體之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人造光源，其特征在于:其中該混光單元為一反射腔體。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人造光源，其特征在于:其中該混光單元包含: 一膠體；以及 多個散射粒子，分布于該膠體中。
【文檔編號】F21V7/22GK103807646SQ201410048911
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月12日
【發(fā)明者】朱建勳 申請人:致茂電子(蘇州)有限公司