光路衰减网板、光路衰减网板组件与日光模拟器的制作方法

1.本实用新型涉及一种主要用于日光模拟器的光路衰减网板，以及基于此光路衰减网板的日光模拟器，属于日光模拟器技术领域。


背景技术：

2.日光模拟器是一种模拟太阳光输出的设备，其光源采用国际公认的短弧氙灯，发射光谱与太阳光谱线几乎一致，输出光照强度一般可以达到自然界太阳光照射强度的5～10倍，经光路中滤光片处理后，可以输出特定波段的光谱，在医学、化妆品检测及科研单位等领域均有广泛应用。特别是发射光谱中的紫外波段(uva和uvb)，在医学皮肤科领域被用于临床患者皮肤的红斑测试或相关皮肤疾病的治疗。
3.在实际的临床应用中，因uva光谱(320nm～400nm)属于长波紫外光，相同条件下照射后所产生的光生物效应相对较弱。为确保临床疗效，就需要更高的照射剂量(即照射强度
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照射时间)，同时又为了提高照射效率(减少单次照射的时间)，要求uva光谱的照射强度在一定范围内越高越好。
4.相对而言，uvb光谱(280nm～320nm)属于中波紫外光，相同条件下照射后所产生的光生物效应相对较强。在实际照射中，uvb光谱需要的照射剂量相对较小，其照射强度不需要太高。一方面是因为如果uvb光谱的照射强度很高，会给光路中的uvb滤光片带来较大散热压力，甚至因过热导致滤光片炸裂。uva滤光片散热性能更好，无此问题。另一方面，在仅需要较低照射剂量的情况下，过高的照射强度会使单次照射的时间更低，考虑到日光模拟器光路系统中执行部件的响应速度和操作者使用习惯，极低的照射时间会加大操作误差，不利于临床研究和治疗效果。
5.现有的一般做法是，通过手动或电动的方式调节日光模拟器光源的驱动电源的输出功率。这种调节方式有如下缺点：(a)这种调节光源运行总功率的方式，是uva和uvb光谱照射强度同步增大或减小，无法做到两种光谱照射强度的差异化调节；(b)在需要uva和uvb光谱轮流照射时，需要频繁调节光源驱动电源的输出功率，这样做一方面不容易操作执行，另一方面频繁调节光源的运行功率会影响其稳定性和安全性。
6.另外还可以通过uva和uvb滤光片镀膜的方式，不仅对照射强度调节幅度有限，而且成本高昂，一致性不佳，不利于批量生产。


技术实现要素：

7.本实用新型要解决的技术问题是：日光模拟器的实际使用中，需要通过一种解决方案来实现既不影响光源中uva光谱的照射强度，同时还能有效降低uvb光谱的照射强度。即，在同一光路中差异化处理这两种光谱(uva和uvb)在照射强度上看似矛盾的需求。
8.为了解决上述技术问题，本实用新型的第一方面，提供了一种光路衰减网板，由耐光老化且不透光的材料制成，厚度小于1毫米，光路衰减网板上均匀分布有若干个大小一致的透光网孔。
9.在一些实施例中，光路衰减网板的接受光照面为黑色。
10.在一些实施例中，光路衰减网板由铝合金制成，厚度大于0.5毫米。
11.在一些实施例中，光路衰减网板整体为圆角矩形，四角各设有一个安装孔；透光网孔为圆形，布置在光路衰减网板中间的圆形区域内。
12.本实用新型的第二方面，提供了一种光路衰减网板组件，包括若干块上述的光路衰减网板；每块光路衰减网板的形状大小相同，但每块光路衰减网板上的各个透光网孔的总透光面积与光路衰减网板面积的比例不同。
13.本实用新型的第三方面，提供了一种日光模拟器，包括：
14.光源，其发射光谱与太阳光谱线近似；
15.匀光部件，用于使光源发出的光线转变为平行光线；
16.光路衰减网板，其采用上述的光路衰减网板；
17.滤光片，用于滤光。
18.在一些实施例中，日光模拟器还包括反光碗，光源采用短弧氙灯，光源安装在反光碗内。
19.在一些实施例中，匀光部件采用两种大小不同的凸透镜按照如下方式排列组合而成：其中81颗小凸透镜按照方阵的形式均匀排布在中间区域，48颗大凸透镜均匀排布在四周。
20.在一些实施例中，滤光部件采用uvb滤光片，此uvb滤光片与光路衰减网板贴合安装。
21.在一些实施例中，滤光部件包括uva滤光片或uvb滤光片，它们不同时使用。
22.本实用新型的有益效果：本实用新型采用一种或多种(衰减比例不同)专业设计的金属网板，通过将其加装在uvb滤光片上，不仅可以有效降低uvb光谱的照射强度，而且对uva光谱没有影响(uva和uvb滤光片分别为独立滤光片，且不会同时使用)。成本较低，性能稳定，便于批量生产。
附图说明
23.图1是本实用新型一个较佳实施例中的日光模拟器的整体结构和光路示意图。
24.图2是本实用新型一个较佳实施例中的光路衰减网板的正面结构示意图。
25.上述附图中的标记释义如下：
26.10 光源
27.20 反光碗
28.30 匀光部件
29.40 光路衰减网板
30.41 透光网孔
31.42 安装孔
32.50 滤光片
33.60 反射镜
34.70 出光口
具体实施方式
35.本说明书以及权利要求书中所使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。在本专利的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。
36.在本专利的描述中，“包括”或者“具有”等类似的词语意指出现在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“具有”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。
37.在本专利的描述中，当元件被称为“固定于/安装在(或类似用词)”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居间的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居间的元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件时，不存在居间的元件。
38.日光模拟器的一个较佳实施例的示意图如图1所示。此日光模拟器由光源10、反光碗20、匀光部件30、光路衰减网板40、滤光片50等组成。如果需要改变光路，还可以加设反光镜60，经过反光镜60反射的光从出光口70射出。
39.因为需要模拟日光，光源10采用发光光谱接近太阳光的光源。优选的，光源10采用短弧氙灯。短弧氙灯是一种具有极高亮度的点光源，色温为6000k左右，光色接近太阳光，是气体放电灯中显色性最好的一种光源。
40.光源10安装在反光碗20内。光源10的光线中，一部分直接向前射出，其余光线照射到反光碗20后被反射而会聚。反光碗20的内表面是弧面，例如椭球面。反光碗20由金属制成，内表面高抛光。或者，反光碗20由其他能够耐受光源发光时温度的材料制成，反光碗20内表面涂有平整的反光涂层。
41.匀光部件30的作用是使通过其的光线转变为平行光线。匀光部件30采用两种大小不同的凸透镜，按照特定方式排列组合而成：其中81颗小凸透镜按照方阵的形式均匀排布在中间区域，48颗大凸透镜均匀排布在四周。上述这些凸透镜与固定结构件一起形成匀光部件。匀光部件30依靠多个凸透镜对光线进行复杂的变换，从而对光进行匀化处理，形成接近于平行的光束，如图1所示。
42.光路衰减网板40经过特别设计制作，是本实用新型的主要创新点。光路衰减网板40由耐光老化且不透光的材料制成。例如，各种常见的金属材料，一方面是方便加工，并保证各网孔之间的连接强度；另一方面可以降低在高强度紫外照射和较高温度环境下带来的材料老化。光路衰减网板40接受光照面为黑色，可以最大程度减少光的反射。
43.优选的，光路衰减网板由铝合金制成，厚度大于0.5毫米，但小于1毫米。厚度如果小于0.5毫米，不宜加工且结构强度较低。厚度如果大于1毫米，会形成较明显的光路通道，进而改变光的发散角，影响后一级光的均匀性。
44.光路衰减网板40的一个较佳实施例入图2所示，整体为圆角矩形，若干个透光网孔41均匀密集布置在光路衰减网板中间的圆形区域内。透光网孔总面积占整个照射面的比例不应过大，上限以不超过60％为宜，以免影响加工及网孔之间的连接强度。在本实施例中，透光网孔41自身也为圆形，主要实现光的透过和遮挡。在其他实施例中，透光网孔不局限于圆形，其他形状(如三角形、方孔、多边形等)也可以。光路衰减网板的四角各设有一个安装
孔42。安装孔42用于实现光路衰减网板40与滤光片50的固定。在本实施例中仅表达一种安装孔+螺钉的固定形式，其他固定形式或者一体化的设计视作本方案的可行替代方案。
45.光路衰减网板可以不止一块，而是多块组成一套。一套光路衰减网板组件包括若干块上述的光路衰减网板，每块光路衰减网板的形状大小相同，每块光路衰减网板上的各个透光网孔总透光面积与光路衰减网板照射面积的占比不同，例如为40％、50％、60％。本实用新型通过改变网孔与整个照射面的面积占比，可以实现不同的衰减比例，以达到按需衰减光线的目的。
46.滤光片可以包括若干个不同功能的滤光片，例如包括uva滤光片或uvb滤光片，但它们不同时使用。常用的是uvb滤光片，光路衰减网板40和uvb滤光片贴合，再由螺丝钉通过安装孔42使光路衰减网板40与滤光片50的四角固定，形成一个整体组件。
47.上述这个整体组件实现针对特定光谱(uvb)的差异化处理，同时又可以按需滤除非预期波段的光谱，输出特定波段(uva)的光谱。这种仅对uvb滤光片的处理方式，对uva滤光片没有影响，也不会影响uva光谱的输出。经过衰减后的光线照射到滤光片上，有效降低滤光片的热量，这样不仅可以防止滤光片因过热而炸裂，而且使其性能更加稳定。
48.日光模拟器的工作流程为：光源10发出接近太阳光的光线，部分光线直接向前，部分光线经过反光碗20反射后会聚再向前。上述这些光线照射到匀光部件30，它对光进行匀化处理，形成接近于平行的光束。平行光束到达光路衰减网板40后，按照设定的比例(例如40％、60％等)进行均匀衰减，再经过滤光片，可以按需滤除非预期波段的光谱(如uvb)，留下其他波段的光谱。最后经过一定角度的反射镜60反射，光到达出光口70再照射出。反射镜60可以是任意角度，例如45度。
49.以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。