LEDソーラーシミュレーターの光学系設計の解析

LEDソーラーシミュレーターの光学系設計には、 “光源システム – コンデンサー – オプティカルインテグレータ – コリメートミラー”. 複数のコンポーネントの連携を通じて, 太陽光照射をシミュレートし、コリメーションのバランスをとります。, 均一性とスペクトルマッチング. 光源システムは、特定のコリメート レンズを使用して発散角を 2° 以内に低減し、AM1.5 に準拠したスペクトルと一致します。. 集光器には放物面鏡を採用し損失を低減, オプティカル インテグレータは反射を利用して光を均一にします。, コリメートミラーは平行な光スポットを放射します. グループのほぼすべてに依存する 20 ハイエンド試験装置の研究開発における長年の経験, Zicuang Measurement and Control の Luminbox は 3 つの技術ルートのカバーを達成: 導かれた, ハロゲンランプ, そしてキセノンランプ. 以下のテキストでは、LED ソーラー シミュレーターの光学システム設計について詳しく説明します。.
LEDソーラーシミュレータの構成と動作原理

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LEDソーラシミュレーターの光学構造模式図
LEDソーラーシミュレーターは主にLED光源で構成されています, 小角コリメートレンズ, 放物面鏡, オプティカルインテグレーターなど. LEDソーラーシミュレータ動作時, LED光源から放射されたランバート光は、コリメートレンズを通過した後に平行光線に変換されます。. この光束は放物面鏡で集光され、オプティカルインテグレーターに入射します。, 多重反射が起こる場所. それぞれの反射が仮想光源を形成します, 均一な光は、複数の仮想光源を重ね合わせることで最終的に実現されます。. 均一な光線は放物面鏡を通って平行に出射し、一定距離離れた試験面上に均一な照射面を形成します。. 光の入射方向から見た場合, から来ているかのように見えます “無限の距離” 太陽の, それにより太陽放射をシミュレートします.
光源システム設計

平行光設計
2_upscayl_3x_high-fidelity-4x.png のコリメートされた事後分布曲線
LED から発せられる光はランバート分布に従い、大きな発散角を持ちます。 (半角は通常 60°より大きい), したがって、光路のコリメートを達成するには二次光分配が必要です. デザイン上, 面光源とマージナル光線の理論に基づいた小角コリメートレンズを採用. レンズ素材はポリメチルメタクリレートで作られており、屈折率は 1.49, 光透過率が高く、加工コストが低い. レンズによる光の屈折調整により, 発散角 (半角) 光の角度を2°以内に抑えることができます. この設計により、オプティカル インテグレータの開口内に光が集中して入射します。, 光エネルギーの利用率を大幅に向上させ、その後の均一な配光とコリメーションの基礎を築きます。.

2. スペクトルデザイン
スペクトルマッチングは自然光をシミュレートするための中心的な指標です. LED チップの選択と組み合わせは、AM1.5 標準太陽光スペクトルに基づいて行う必要があります。. 300nm～1100nmのスペクトル範囲をカバーする設計, シングルバンド LED チップは 8 つのキーバンドで選択されます (300-400nm, 400-500nm, 500-600nm, 600-700nm, 700-800nm, 800-900nm, 900-1000nm, 1000-1100nm) そして基板上にアレイ状に配置される. 各バンドのLEDチップの駆動電流と光量出力を正確に制御することにより、, AM1.5スペクトルとの高い類似性一致が達成可能, さまざまなアプリケーションシナリオのスペクトル要件を満たす.
集光レンズ設計

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放物面ミラー集中シミュレーション
コンデンサーには放物面鏡を採用, その光学特性は次のとおりです: 対称軸に平行な光線, 反省後, 幾何学的な収差なしに単一の焦点にすべてを収束させることができる, 光路の可逆性も満たします (焦点から放射された光線は反射後に平行光を形成することができます). コリメート レンズから出力される平行光を効率よく焦点位置に集束させるには、設計パラメータをコリメート レンズ アレイと一致させる必要があります。, 焦点位置は、後続の光均一化コンポーネントの入力ポートに正確に対応します。, 光エネルギー損失を最小限に抑える.

オプティカルインテグレーターの設計

核となる均一光成分として, オプティカルインテグレーターは、収束後の不均一な光を内壁での複数の全反射によって均一なビームに変換します。. 均一な光の原理は、入射光が光混合ロッドの内壁で反射されることです。, 複数 “仮想光源” 形成される, 放射光の均一性は、最終的には複数の仮想光源を重ね合わせることで達成されます。. デザイン上, 3 つのパラメータを考慮する必要があります: 初め, 断面形状, 正方形または正六角形の断面により、より高い照明均一性を実現できます。; 2番, 長さ, 長すぎると光エネルギーの損失が増加します, 短すぎると均一な光が不十分になります; 三番目, 入射光の空間的および角度的分布.
コリメートリフレクターの設計

オプティカルインテグレーターで均一化された後の光は均一性に優れていますが、, 大きなサイズの光スポットの平行出力を実現するにはコリメートミラーを通過する必要があります. ソーラーシミュレーターの撮像システムは撮像品質の向上を目的としたものではありませんが、, 収差が大きいと、ソーラーシミュレーションシステムの照射面の光エネルギー利用率が低下します。. したがって, デザインの中で, 放物面鏡を視準に使用できます. 放物面鏡の上部が開いています, オプティカルインテグレータの出力ポートは放物面鏡の焦点に配置されます.
要約すれば, LED ソーラー シミュレーターの光学システム設計は、すべてのコア コンポーネント間の正確な調整が必要なエンジニアリング プロジェクトです。: 光源システムはコリメートレンズを通じて発散角を減少させます。, マルチバンドチップはAM1.5スペクトルに一致します. 集光レンズが焦点を接続し、光エネルギーの損失を軽減します. オプティカルインテグレータは、適切なパラメータで均一な配光を保証します。. コリメートリフレクターは最終的に大型の平行光スポットの出力を実現します。. 各リンクは次の目標に厳密に準拠しています。 “効率的な光伝送と正確なシミュレーション”, 関連分野の実験研究や技術革新のための設備支援.

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