CN104949013B - 大光斑直径高均匀度发散式太阳模拟器光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种大光斑直径高均匀度发散式太阳模拟器光学系统，该系统包括椭球聚光镜1、氙灯光源2、转向平面反射镜3、光学积分器4、光轴指示装置5和光学滤光片6。氙灯光源2位于椭球聚光镜1的第一焦点F1处，经过椭球聚光镜1汇聚在椭球聚光镜1的第二焦点F2处，第二焦点F2上依次放置光学积分器4和光学滤光片6。本发明可在10m的工作位置处，模拟光斑直径为1m且均匀度优于10%的太阳辐照，且具有光轴对准功能，对准精度优于2′。

Description

大光斑直径高均匀度发散式太阳模拟器光学系统
技术领域
本发明涉及航天器地面标定技术，尤其涉及一种大光斑直径高均匀度发散式太阳模拟器光学系统。
背景技术
太阳模拟器作为测试太阳光电池光伏输出特性的地面设备，能够模拟太阳的辐照特性，包括辐照度、光谱匹配度、光斑直径、光斑发散角和辐照均匀度。
根据光学结构的不同分为准直式太阳模拟器和发散式太阳模拟器。准直式太阳模拟器在光学系统中设计准直透镜，可模拟具有小准直角的高均匀度太阳辐射，但光束口径受准直透镜口径限制。发散式太阳模拟器光学系统中不必设计准直透镜，光束口径可以比较大，但辐照均匀度较低。现有技术中存在的技术缺陷，成为本领域技术人员急待解决的一个技术问题。
发明内容
本发明的技术目的是克服现有技术中，准直式太阳模拟器受到准直透镜口径限制无法提供大口径模拟光斑，发散式太阳模拟器可以提供大口径光斑但均匀度不高的技术问题，提供一种大光斑直径高均匀度发散式太阳模拟器光学系统，且具有光轴对准功能。
为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：
大光斑直径高均匀度发散式太阳模拟器光学系统，包括椭球聚光镜1、氙灯光源2、转向平面反射镜3、光学积分器4、光轴指示装置5和光学滤光片6；
所述椭球聚光镜1具有第一焦点F1和第二焦点F2，所述椭球聚光镜1的所述第一焦点F1上放置所述氙灯光源2，所述氙灯光源2发出的光束汇聚在所述椭球聚光镜1的所述第二焦点F2上，所述第二焦点F2上依次放置所述光学积分器4和所述光学滤光片6；
所述光学积分器4包括附加镜Ⅰ41、场镜42、投影镜43和附加镜Ⅱ44；
所述光轴指示装置5，包括激光指示器51和平面反射镜52；
本发明中，所述氙灯光源2位于所述椭球聚光镜1的所述第一焦点F1上，发出的光束汇聚到所述椭球聚光镜1的所述第二焦点F2上并形成小光斑，在所述椭球聚光镜1的所述第二焦点F2处放置所述光学积分器4实现光斑的均匀化，均匀化的光斑经过所述光学滤光片6后，在工作距离为10m处，形成光斑直径为1m的太阳辐照，且均匀度优于10%；
本发明中，所述大光斑直径高均匀度发散式太阳模拟器光学系统具有光轴指示功能，具体的，在所述光学积分器4和所述光学滤光片6之间，设计所述光轴指示装置5，工作时将所述光轴指示装置5的所述平面反射镜52置于光路，所述激光指示器51作为光轴基准经过所述平面反射镜52的反射后，应照射在待测件的中心，对准精度优于2′；
综上所述，本发明组成简单、结构紧凑，实现了大光斑直径高均匀度的太阳辐照模拟。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的大光斑直径高均匀度发散式太阳模拟器光学系统的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的大光斑直径高均匀度发散式太阳模拟器光学系统中光学积分器4的结构示意图；
图3为本发明实施例二提供的大光斑直径高均匀度发散式太阳模拟器光学系统光轴指示功能的工作示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，在附图或说明书中，相似或相同的元件皆使用相同的附图标记。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的大光斑直径高均匀度发散式太阳模拟器光学系统结构示意图，主要由椭球聚光镜1、氙灯光源2、转向平面反射镜3、光学积分器4和光学滤光片6组成。
大光斑直径高均匀度发散式太阳模拟器光学系统工作时，将氙灯光源2置于椭球聚光镜1的第一焦点F1处，氙灯光源2发出的光束汇聚到椭球聚光镜1的第二焦点F2上并形成小光斑，在椭球聚光镜1的第二焦点F2处放置光学积分器4实现光斑的均匀化，均匀化的光斑经过光学滤光片6的滤光处理后，在工作距离为10m处，形成光斑直径为1m的太阳辐照，且均匀度优于10%。
图2为本发明实施例一提供的光斑直径高均匀度发散式太阳模拟器光学系统中，光学积分器4的结构示意图。光学积分器4由附加镜Ⅰ41、场镜42、投影镜43和附加镜Ⅱ44组成，图2为光学积分器4的组成示意图；优选的，光学积分器4的场镜42可以由19个复眼透镜组成，光学积分器4的投影镜43可以由19个复眼透镜组成，且场镜42和投影镜43的每个复眼透镜在工作时应一一对应。
实施例二
图3为本实施例二提供的大光斑直径高均匀度发散式太阳模拟器光学系统光轴指示功能工作示意图，主要由椭球聚光镜1、氙灯光源2、转向平面反射镜3、光学积分器4、光学滤光片6和光轴指示装置5组成。其中，光轴指示装置5包括激光指示器51和平面反射镜52。
大光斑直径高均匀度发散式太阳模拟器光学系统在工作前，需要光轴指示装置5将太阳模拟器光学系统的光轴与待测件的中心对准。具体的，将平面反射镜移入光路中，激光指示器51发出的激光经过平面反射镜52后应照射在待检件的中心，若不在待检件的中心，则调整待检件的位置直至激光照射至待检件的中心。光轴指示系统5的光轴对准精度优于2′。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.大光斑直径高均匀度发散式太阳模拟器光学系统，其特征在于，包括：
椭球聚光镜、氙灯光源、转向平面反射镜、光学积分器和光学滤光片；
所述光学积分器包括附加镜Ⅰ（41）、场镜（42）、投影镜（43）和附加镜Ⅱ（44）；
所述光学积分器的场镜（42）由19个复眼透镜组成，光学积分器的投影镜（43）由19个复眼透镜组成，且场镜（42）和投影镜（43）的每个复眼透镜在工作时应一一对应；
所述椭球聚光镜具有第一焦点F1和第二焦点F2；
所述氙灯光源设置在所述椭球聚光镜的前面，位于所述椭球聚光镜的所述第一焦点F1处，经过所述椭球聚光镜的作用汇聚在所述椭球聚光镜的所述第二焦点F2处；
所述转向平面反射镜设置在所述氙灯光源的前面，用于折转光路，缩短轴向尺寸；
所述光学积分器设置在所述转向平面反射镜的前面，用于将所述氙灯光源形成的光斑均匀化处理；
所述光学滤光片设置在所述光学积分器的前面，用于将所述氙灯光源发出的光进行滤光处理；并在工作距离为10m处，形成所述光斑的直径为1m的太阳辐照，且均匀度优于10％；
所述光学积分器和所述光学滤光片之间设置有光轴指示装置，其包括激光指示器和平面反射镜，用于实现所述大光斑直径高均匀度发散式太阳模拟器光学系统与待检件中心的对准，将平面反射镜移入光路中，激光指示器（51）发出的激光经过平面反射镜（52）后应照射在待检件的中心，若不在待检件的中心，则调整待检件的位置直至激光照射至待检件的中心。
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