基于LED的太阳模拟器系统及使用的方法技术方案

本申请公开了一种基于LED的太阳模拟器光源，其具有由LED组件的多个LED组形成的至少一个LED阵列、至少一个视野致平装置、至少一个衍射元件、以及至少一个光学元件，至少一个光学元件构造成调节宽光谱光源输出信号，且将光源输出信号引导至工作表面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】至相关申请的交叉引用
本申请请求享有2014年9月28日提交的题为“LED-basedsolarsimulatorandMethodofUse”的美国临时专利申请序列号61/884,043的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文中。

技术介绍

太阳模拟器在诸多种类的应用中使用。例如，能够复制太阳的光谱特征的光源用来测试各种保护涂层的风化特征，包括涂料、染料、外部涂层、蜡等的测试。进一步地，太阳模拟器可在各种医学研究应用中使用。例如，太阳模拟器经常在针对皮肤癌、光生物应用、光毒性、光过敏测试以及各种其它医学应用的研究中使用。此外，太阳模拟器通常用来确定各种化妆品、防晒乳、乳液、服装等的防晒系数(sunprotectionfactor)(下文中的SPF)。典型地，SPF测试在具有和没有施加到哺乳动物的皮肤上的防晒材料的情况下检查红斑反应(erythemalresponse)。
目前，太阳模拟器通常包括高强度灯，以提供光学输出来复制太阳的光谱特征。尽管在过去已证明基于灯的太阳模拟器系统在一定程度上有用，但也已认识到了诸多缺陷。例如，这些系统常需要使用光学滤光器系统，以将太阳模拟器的光谱输出选择性地调节至期望的波长范围。这些光学滤光器系统增加了太阳模拟器系统的成本和复杂性。进一步地，许多光学滤光器系统可需要使太阳模拟器能够输出在多个期望的波长范围中的光学辐射。此外，最近的环境法规已严格地限制或禁止在有色玻璃滤光器的制造中使用一些材料。因此，如果并非不可能的话，复制太阳光谱的部分已变得困难。
因此，鉴于前文，存在对于能够有效地复制太阳光谱的太阳模拟器系统的不断需要。另外，理想的是，太阳模拟器将能够选择性地复制太阳光谱的部分。

技术实现思路

本申请指向一种新颖的基于LED的太阳模拟器系统和制造的方法。在一个实施例中，本申请公开了一种基于LED的太阳模拟器光源，其具有由LED组件的多个LED组形成的至少一个LED阵列、至少一个视野致平(fieldflattening)装置、至少一个衍射元件、以及至少一个光学元件，至少一个光学元件构造成调节宽光谱光源输出信号，且将光源输出信号引导至工作表面。各个LED组可构造成输出在谨慎(discreet)光谱范围内的至少一个光学信号。进一步地，视野致平装置可构造成使来自形成LED阵列的LED组的多个输出的至少一个光学特征衰减或变平。此外，衍射元件可构造成接收和组合来自多个LED组的光学信号，以产生宽光谱光源输出信号，从而将多个点源(即，在谨慎波长范围下的单独的LED源)转变成一致的宽光谱单个源。
在另一实施例中，本申请指向一种基于LED的太阳模拟器灯系统，且包括至少一个基于LED的光源，其具有定位在其中的至少一个LED阵列，LED阵列由LED组件的多个LED组形成，各个LED组均构造成输出在谨慎光谱范围内的至少一个光学信号，其中多个LED组协作地输出具有波长光谱的至少一个光源输出信号，以及至少一个控制装置，其与基于LED的光源连通，且构造成选择性地控制至少一个LED组的输出，从而允许光源输出信号的波长光谱的选择性变更。
通过考虑以下详细描述，如在本文中公开的新颖的基于LED的太阳模拟器系统的实施例的其它特征和优点将变得清楚。
附图说明
新颖的基于LED的太阳模拟器系统的若干实施例将通过附图的方式来更详细地阐释，其中：
图1示出了具有LED光源和控制装置的基于LED的太阳模拟器系统的实施例的立面前透视图；
图2示出了在基于LED的太阳模拟器系统中使用的LED光源的实施例的立面后透视图；
图3示出了在基于LED的太阳模拟器系统中使用的LED光源的实施例的后平面视图；
图4示出了在基于LED的太阳模拟器系统中使用的LED光源的实施例的侧平面视图；
图5示出了在基于LED的太阳模拟器系统中使用的LED光源的实施例的底部的向上平面视图；
图6示出了在基于LED的太阳模拟器系统中使用的LED光源的实施例的内部构件的立面透视图；
图7示出了在基于LED的太阳模拟器系统中使用的LED光源的实施例的内部构件的另一立面透视图；
图8示出了在基于LED的太阳模拟器系统中使用的LED光源的实施例中使用的LED阵列的立面侧视图；
图9示出了LED组件的立面侧视图，该LED组件用来形成在基于LED的太阳模拟器系统中使用的LED光源的实施例中使用的LED阵列；
图10示出了在基于LED的太阳模拟器系统中使用的LED光源的实施例中使用的LED阵列的侧视图；
图11示出了在基于LED的太阳模拟器系统中使用的LED光源的实施例的内部构件的另一立面透视图；
图12示出了由LED阵列发射的光学信号的光线轨迹，穿过了在基于LED的太阳模拟器系统中使用的LED光源的实施例；以及
图13示出了在基于LED的太阳模拟器系统中使用的控制装置的内部构件的立面透视图。
具体实施方式
本申请针对基于LED的太阳模拟器的各种实施例。不同于基于现有技术的基于灯的太阳模拟器，本文中所描述的基于LED太阳模拟器提供能够复制太阳的光谱输出的低功率LED光源。此外，本文中所描述的基于LED的太阳模拟器装置允许用户容易地按期望改变输出信号的光谱特征。
图1示出了基于LED的太阳模拟器系统的一个实施例的透视图。如所示，基于LED的太阳模拟器系统10包含至少一个LED光源12，以及至少一个控制系统或装置14。在一个实施例中，LED光源12经由至少一个导线管(conduit)(未示出)来联接到控制装置14上。在备选实施例中，LED光源12可无线地联接到控制装置14上。在另一实施例中，LED光源12可经由计算机网络来联接到控制装置14上。在一个实施例中，LED光源12和控制装置14中的至少一者包括在其中的至少一个处理器或类似的控制器。可选地，LED光源12和控制装置14中的至少一者可与至少一个外部处理器或计算机(未示出)连通。因此，LED光源12和控制装置14可构造成经由至少导线管和/或无线地与外部处理器或计算机(未示出)连通。此外，控制装置14可包括在LED光源12内或并入LED光源12中。
再次参看图1，在图示的实施例中，单个LED光源12示出为带有对应的单个控制装置14。可选地，多个LED光源12可构造成联接到单个控制装置14上。例如，本专利技术可构造成具有联接到任何数目的控制装置14上的任何数目的LED光源12。
图1-5示出了图1中所示的LED光源12的实施例的各种视图。如所示，LED光源12包括至少一个光源头壳体20，其包围至少一个光源头50(见图6)。在一个实施例中，光源头壳体20由至少一种热塑性材料制成。在备选实施例中，光源头壳体20由至少一种聚合物材料制成。在另一实施例中，光源头壳体20由铝制成。可选地，光源头壳体20可由任何种类的材料制成，包括但不限于聚合物、金属、合金、复合材料等。
再次参看图1-5，光源头壳体20联接到至少一个头支承件22上。在图示的实施例中，头支承件22使用至少一个联接支架28来联接到至少一个工作表面24上。可选地，头支承件22和工作表面24可为一体的。在另一实施例中，光源头壳体20和/或光源头50构造成联接来利用标准光学安装硬件，以将光源头本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于LED的太阳模拟器光源，其包含：至少一个LED阵列，其由LED组件的多个LED组形成，各个LED组均构造成输出在谨慎光谱范围内的至少一个光学信号；至少一个视野致平装置，其构造成使来自形成所述LED阵列的LED组的多个输出的至少一个光学特征变平；至少一个衍射元件，其构造成接收和组合来自所述多个LED组的光学信号，以产生宽光谱光源输出信号；以及至少一个光学元件，其构造成调节所述宽光谱光源输出信号且将所述光源输出信号引导至工作表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.28 US 61/8840431.一种基于LED的太阳模拟器光源，其包含：
至少一个LED阵列，其由LED组件的多个LED组形成，各个LED组均构造成输出在谨慎
光谱范围内的至少一个光学信号；
至少一个视野致平装置，其构造成使来自形成所述LED阵列的LED组的多个输出的至少一
个光学特征变平；
至少一个衍射元件，其构造成接收和组合来自所述多个LED组的光学信号，以产生宽光谱光
源输出信号；以及
至少一个光学元件，其构造成调节所述宽光谱光源输出信号且将所述光源输出信号引导至工
作表面。
2.根据权利要求1所述的基于LED的太阳模拟器光源，还包含多个LED阵列。
3.根据权利要求1所述的基于LED的太阳模拟器光源，其中，所述视野致平装置包含至少
一个菲涅耳透镜。
4.根据权利要求1所述的基于LED的太阳模拟器光源，其中，所述视野致平装置包含至少
一个平面菲涅耳透镜。
5.根据权利要求1所述的基于LED的太阳模拟器光源，其中，所述视野致平装置包含至少
一个弓形菲涅耳透镜。
6.根据权利要求1所述的基于LED的太阳模拟器光源，其中，所述视野致平装置包含至少
一个全息菲涅耳透镜。
7.根据权利要求1所述的基于LED的太阳模拟器光源，其中，所述衍射元件包含至少一个
分格阶梯光栅。
8.根据权利要求1所述的基于LED的太阳模拟器光源，其中，所述衍射元件包含至少一个
衍射光栅。
9.根据权利要求1所述的基于LED的太阳模拟器光源，其中，所述衍射元件包含至少一个
棱镜。
10.根据权利要求1所述的基于LED的太阳模拟器光源，其中，所述光学元件包含至少一个
光束均匀器。
12.根据权利要求1所述的基于LED的太阳模拟器光源，其中，所述光学元件包含选自透镜、
镜、光束均匀器和滤光器构成的集合的至少一个装置。
13.根据权利要求1所述的基于LED的太阳模拟器光源，还包含至少一个对准装置，其构造
成将至少一个对准信号从所述LED光源输出至所述工作表面。
14.根据权利要求1所述的基于LED的太阳模拟器光源，还包含定位在所述LED光源上的至
少两个对准装置，所述对准装置构造成将来自所述LED光源的至少两个对准信号成角度地输
出至所述工作表面，其中所述对准信号在所述LED光源位于离所述工作表面期望高度处时在
所述工作表面上交叉。
15.一种基于LED的太阳模拟器灯系统，其包含：
至少一个基于LED的光源，其具有定位在其中的至少一个LED阵列，所述LED阵列由LED
组件的多个LED组形成，各个LED组均构造成输出在谨慎光谱范围内的至少一个光学信号，
其中所述多个LED组协作地输出具有波长光谱的至少一个光源输出信号；以及
至少一个控制装置，其与基于LED的光源连通，且构造成选择性地控制至少一个LED组的
输出，从而允许所述光源输出信号的所述波长光谱的选择性变更。
16.基于LED的太阳模拟器系统，其中，所述控制系统经由至少一个导线管来与所述基于LED
的光源连通。
17.基于LED的太阳模拟器系统，其中，所述控制系统与所述基于LED的光源无线地连通。
18.根据权利要求15所述的基于LED的太阳模拟器系统，其中，所述基于LED的光源包括
多个LED阵列。
19.根据权利要求15所述的基于LED的太阳模拟器系统，其中，所述基于LED的光源包括
至少一个视野致平装置，其构造成使来自形成所述LED阵列的所述LED组的多个输出的至
少一个光学特征变平。
20.根据权利要求19所述的基于LED的太阳模拟器系统，其中，所述视野致平装置包含至
少一个菲涅耳透镜。
21.根据权利要求19所述的基于LED的太阳模拟器系统，其中，所述视野致平装置包含至
少一个平面菲涅耳透镜。
22.根据权利要求19所述的基于LED的太阳模拟器系统，其中，所述视野致平装置包含至
少一个弓形菲涅耳透镜。
23.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：GW斯维策尔，TA麦克法兰，RK布查拉，PE里舍尔，E昆茨，
申请(专利权)人：纽波特公司，
类型：发明
国别省市：美国;US