CN105841022B - 一种太阳光源氙灯模拟系统 - Google Patents

一种太阳光源氙灯模拟系统 Download PDF

Info

Publication number
CN105841022B
CN105841022B CN201610188366.5A CN201610188366A CN105841022B CN 105841022 B CN105841022 B CN 105841022B CN 201610188366 A CN201610188366 A CN 201610188366A CN 105841022 B CN105841022 B CN 105841022B
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
mirror
lens
source
array
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610188366.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105841022A (zh
Inventor
汪少林
马文佳
杨春燕
何军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Satellite Engineering
Original Assignee
Shanghai Institute of Satellite Engineering
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Satellite Engineering filed Critical Shanghai Institute of Satellite Engineering
Priority to CN201610188366.5A priority Critical patent/CN105841022B/zh
Publication of CN105841022A publication Critical patent/CN105841022A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105841022B publication Critical patent/CN105841022B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S2/00—Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V13/00—Producing particular characteristics or distribution of the light emitted by means of a combination of elements specified in two or more of main groups F21V1/00 - F21V11/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V14/00—Controlling the distribution of the light emitted by adjustment of elements
    • F21V14/06—Controlling the distribution of the light emitted by adjustment of elements by movement of refractors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/008—Combination of two or more successive refractors along an optical axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/22—Reflectors for light sources characterised by materials, surface treatments or coatings, e.g. dichroic reflectors

Abstract

本发明提供一种太阳光源氙灯模拟系统，主要由光源阵列、匀光器组件、可变焦准直投影镜组件、指向镜、扫描镜组成；所述光源阵列发出的光经匀光器组件匀光后，经可变焦准直投影镜组件实现照明光斑大小和光束准直度的调节，经过指向镜和扫描镜的配合，实现光束从不同角度入射卫星。本发明系统构成合理、操作可行、简单方便、适应性强，适用于光学卫星整星状态下杂散光测试时太阳光源的模拟。

Description

一种太阳光源氙灯模拟系统
技术领域
本发明涉及卫星等航天器整星状态下光学载荷杂散光测试时太阳光源的模拟。
背景技术
为完成光学遥感卫星载荷仪器装星条件下的整星杂散光抑制测试，要求在构建暗室环境基础上，建立一套多功能、一体化杂光抑制验证试验设备，实现卫星太阳直射抑制能力整星测试、卫星闪耀光线抑制能力整星测试以及卫星星体关键表面杂散光影响测试。太阳光源氙灯模拟系统在杂光抑制验证试验中用于模拟太阳光、海表闪耀光、地球散射光对卫星表面的照射。
发明内容
为了解决整星状态下杂散光测试时太阳光源模拟和多角度扫描问题，本发明提供一种太阳光源氙灯模拟系统。
为了达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种太阳光源氙灯模拟系统，主要由光源阵列、匀光器组件、可变焦准直投影镜组件、指向镜、扫描镜组成；所述光源阵列发出的光经匀光器组件匀光后，经可变焦准直投影镜组件实现照明光斑大小和光束准直度的调节，经过指向镜和扫描镜的配合，实现光束从不同角度入射卫星。
为实现1个太阳常数以上照度的高效率均匀照明，光源模拟系统采用4个氙灯为光源，氙灯发出的光经椭球镜反射汇聚于匀光器组件的前端，经匀光器组件匀光后，由可变焦准直投影镜组件进行准直和投影，并由指向镜和扫描镜反射至工作表面，形成均匀照斑，同时指向镜和扫描镜分别可实现工作表面俯仰角度和方位角度的扫描照射。
所述光源阵列选取与太阳有近似色温的球形短弧氙灯作为太阳模拟光源，采用水平点燃工作方式，用恒流程控电源供电。
所述光源阵列采用多个深椭球反光镜汇聚氙灯光源，每个球形短弧氙灯配备一个深椭球反光镜，多个深椭球反光镜按照正边形的结构形式排列。
所述深椭球反光镜采用镀透红外介质膜反射，以降低光源红外辐射影响。
所述匀光器组件由辅助准直透镜，场镜复眼透镜阵列、投影镜复眼阵列、叠加镜组成，匀光器采用对称式光学积分器结构设计，光学积分器采用两列复眼透镜平行排列作为光学系统中的场镜阵列和投影镜复眼阵列，第一列复眼透镜阵列中的各个小单元透镜的焦点与第二列的复眼透镜阵列中对应的小单元透镜的中心重合，两列复眼透镜的光轴相互平行。匀光器组件中场镜阵列前端放置辅助准直透镜，投影镜复眼阵列后端放置叠加镜。
所述可变焦准直投影镜组件采用库克三片式结构设计，由两正一负三片透镜组成，前后两片正透镜具有相同折射率，具有消色差和球差的功能，具有消色差和像差的功能，同时通过改变三片透镜间距实现变焦，从而调节受照面光斑大小和准直度。
太阳光源氙灯模拟系统用于模拟太阳光源、海表闪耀光和地球散射光，在卫星表面光照强度可达1个太阳常数以上。太阳光源氙灯模拟系统以太阳光谱类似的短弧氙灯为光源，通过多光源汇聚、匀光、投影、折反等光学手段照射至卫星，形成均匀照明光斑，实现不同角度光照条件下，卫星有效载荷的杂光抑制比测试。光源模拟系统同时具有调焦和改变光斑尺寸的功能，以及通过氙灯光源开关控制和电流条件实现光照强度的调节功能。
附图说明
图1是本发明所提供的系统示意图；
图2为氙灯安装结构图；
图3为深椭球反光镜工作原理图；
图4为匀光器组件复眼透镜阵列排布；
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术方案做进一步详细的说明。
图1所示，本发明所提供的太阳光源氙灯模拟系统一实施例，由氙灯光源阵列1、匀光器组件、可变焦准直投影镜组件、指向镜9、扫描镜10组成；所述积分器组件由辅助准直透镜2、复眼透镜34，包括场镜复眼透镜阵列3、投影镜复眼阵列4、叠加镜5组成。所述可变焦准直投影镜组件由前正透镜6、中负透镜7、后正透镜8组成。
氙灯光源阵列汇聚光束于辅助准直透镜2入瞳。经准直后，通过场镜复眼透镜阵列3、投影镜复眼阵列4实现光线交错，经叠加镜5实现光线叠加成像于可变焦准直投影镜组件入瞳，经准直投影后经指向镜9和扫描镜10折反，在工作表面形成均匀光斑。
本发明实施例中：
光源阵列的主要作用是提供初始光源，由4个氙灯单元按四边形排列，以提高照度，每个氙灯单元采用球形短弧氙灯做光源，配备一套椭球聚光镜反光镜和调节机构，采用水平点燃工作方式。4个椭球镜单元将4支氙灯发出的光汇集至深椭球聚光镜反光镜第二焦点上的辅助准直透镜2入瞳。为降低光源红外辐射影响，深椭球反聚光镜采用镀透长波反射膜，由深椭球反聚光镜背面水冷和风冷装置将氙灯产生的红外辐射热量带出。
匀光器组件的主要作用是对光源匀光，使得工作面照明均匀。匀光器组件采用对称式光学积分器结构，匀光器两列复眼透镜前后布置辅助准直透镜2和叠加镜5，投影镜复眼阵列4后出射端面发出的相同平行光由叠加镜5汇聚形成均匀光斑。为配合四边形阵列的光源发挥效能，同时为满足本发明实施例正方形1m×1m光斑的照明要求，光学积分器元素镜采用正方形结构。
可变焦准直投影镜组件主要作用是将叠加镜5形成的均匀光斑投影出去，并利用可变焦准直投影镜组件中前正透镜6、中负透镜7、后正透镜8间距的调整实现可变焦准直投影镜组件焦距的变化，从而实现对工作面光斑大小和准直度的调整。。
具体如下：
1、氙灯
光源阵列光源选择与太阳有近似色温的球形短弧氙灯。为实现照度大于1个太阳常数的1m×1m的均匀光斑要求，以球形短弧氙灯为光源，单个氙灯的能量不足，采用4支7kw氙灯配合椭球反射镜四边形阵列，采用镀透长波反射膜，减少热量对光学系统的损害。氙灯采用水平点燃工作方式可省去折返镜，提高光源的利用率15％。氙灯选型为OSRAM XBO7000W/HS OFR。为获得稳定的辐照，氙灯电源采用程控电源，采用恒流工作模式，可以根据计算机的命令，自动控制输出电流的强度和稳定性，从而条件光源强度。图2为氙灯安装示意图。
2、深椭球反光镜
深椭球反光镜的工作原理的光路如图3所示，氙灯放置在第一焦点f1的位置，光线经深椭球反光镜聚光后汇聚于第二焦点f2点。f2处放置光学积分器组件。四个深椭球反光镜将按照正方形的结构形式排列，最终的光源将汇集叠加在椭球镜的第二焦点处。深椭球反光镜口径D为350mm和第一焦距f1为52mm，第二焦距f2为2957mm，深椭球反光镜出射端口至第二焦点距离为2800mm，相对于匀光器组件主光轴倾斜角度为5.6°。椭球反光镜镀透长波反射膜，在400nm～1000nm范围内的反射率≥0.85。
3、匀光器组件
匀光器复眼透镜阵列排布如图4所示。匀光器组件中辅助准直透镜2焦距与深椭球镜出射端口至第二焦点距离相等，取2800mm，直径220mm。场镜复眼透镜阵列3、投影镜复眼阵列4完全对称，共37个通道。复眼透镜34焦距94mm，尺寸为24mm×24mm，采用光胶法胶合于基板平面镜，形成复眼透镜34。叠加镜5放置于投影镜复眼阵列4后，直径260mm，焦距1351mm。匀光器组件全部光学材料选用耐高温熔融石英玻璃JGS1。
5、可变焦准直投影镜组件
可变焦准直投影镜组件采用库克三片式结构设计。前正透镜6与照明工作表面位置不变为11m，通过中负透镜7和后正透镜8相对位置的改变实现可变焦准直投影镜组件有效焦距的改变，前正透镜6和后正透镜8选用高折射率免牌玻璃BK7，中负透镜7选用低折射率火石玻璃ZF6，可变焦准直投影镜组件有效通光孔径500mm。

Claims (5)

1.一种太阳光源氙灯模拟系统，其特征在于，主要由光源阵列、匀光器组件、可变焦准直投影镜组件、指向镜、扫描镜组成；所述光源阵列发出的光经匀光器组件匀光后，经可变焦准直投影镜组件实现照明光斑大小和光束准直度的调节，经过指向镜和扫描镜的配合，实现光束从不同角度入射卫星；其中：所述匀光器组件采用对称式光学积分器结构，所述积分器包括辅助准直透镜、复眼透镜、叠加镜，所述光源阵列采用多个氙灯单元，每个氙灯单元采用球形短弧氙灯为光源，并配备一个深椭球聚光镜反光镜，辅助准直透镜处于深椭球聚光镜反光镜第二焦点上，所述光源阵列采用恒流程控电源供电，所述可变焦准直投影镜组件采用库克三片式结构设计，所述可变焦准直投影镜组件由两正一负三片透镜组成，前后两片正透镜具有相同折射率。
2.根据权利要求1所述的太阳光源氙灯模拟系统，其特征在于，所述椭球聚光镜反光镜采用镀透红外介质膜反射，以降低光源红外辐射影响。
3.根据权利要求1所述的太阳光源氙灯模拟系统，其特征在于，所述积分器采用两列复眼透镜平行排列作为光学系统中的场镜阵列和投影镜复眼阵列，第一列复眼透镜阵列中的各个小单元透镜的焦点与第二列的复眼透镜阵列中对应的小单元透镜的中心重合，两列复眼透镜的光轴相互平行。
4.根据权利要求1中所述的太阳光源氙灯模拟系统，其特征在于，所述可变焦准直投影镜组件具有消色差和像差的功能，同时通过改变三片透镜间距实现变焦，从而调节受照面光斑大小和准直度。
5.根据权利要求1中所述的太阳光源氙灯模拟系统，其特征在于，利用指向镜和扫描镜分别在俯仰和方位向的相互配合来实现光束不同角度对工作表面的照射。
CN201610188366.5A 2016-03-29 2016-03-29 一种太阳光源氙灯模拟系统 Active CN105841022B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610188366.5A CN105841022B (zh) 2016-03-29 2016-03-29 一种太阳光源氙灯模拟系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610188366.5A CN105841022B (zh) 2016-03-29 2016-03-29 一种太阳光源氙灯模拟系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105841022A CN105841022A (zh) 2016-08-10
CN105841022B true CN105841022B (zh) 2018-08-10

Family

ID=56584163

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610188366.5A Active CN105841022B (zh) 2016-03-29 2016-03-29 一种太阳光源氙灯模拟系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105841022B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106382986B (zh) * 2016-10-18 2018-06-22 中南民族大学 用于光谱检测的复眼仿生微透镜光源
CN108224235A (zh) * 2018-01-04 2018-06-29 北京环境特性研究所 照明装置
CN111828878B (zh) * 2020-07-28 2022-04-05 西安应用光学研究所 一种强光模拟光源照明装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101441326A (zh) * 2007-11-23 2009-05-27 北京美联华新测控技术有限公司 模拟太阳照射光源的变焦装置
JP2012094247A (ja) * 2010-10-22 2012-05-17 Npc Inc ソーラーシミュレーター

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7839503B2 (en) * 2008-07-16 2010-11-23 The Boeing Company Method and system for a solar simulator

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101441326A (zh) * 2007-11-23 2009-05-27 北京美联华新测控技术有限公司 模拟太阳照射光源的变焦装置
JP2012094247A (ja) * 2010-10-22 2012-05-17 Npc Inc ソーラーシミュレーター

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一种小型准直式太阳模拟器的研究;单秋莎;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》;20130215(第2期);第1页第1段至第16页最后一段，第23页最后一段至第26页最后一段，表1-2、表2-1、图2.3以及图3.8和3.9 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105841022A (zh) 2016-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN201652173U (zh) 光束角可调的大功率led二次光学透镜
CN204593250U (zh) 一种光引导部件及光源装置
US7483220B2 (en) Optical arrangement with stepped lens
CN105841022B (zh) 一种太阳光源氙灯模拟系统
WO2012112276A2 (en) Method and apparatus for simulating solar light
CN105737029B (zh) 一种太阳模拟器
CN107023796A (zh) 准直透镜和汽车用光学模组
Yeh et al. Design and analysis of solar-tracking 2D Fresnel lens-based two staged, spectrum-splitting solar concentrators
CN207621826U (zh) 一种太阳光模拟系统
TWI355520B (en) Artificial light source generator
CN102943995A (zh) 一种辐照面大小与准直角度可变的太阳模拟器光学器件
CN101576231A (zh) 中心分光反射式光学单元及系统及制作方法
CN100403094C (zh) 紫外固化照射装置
EP2790469B1 (en) Multi-lamp solar simulator
CN105301781B (zh) 可消除零极点的光学系统及其光场发散角调节方法
CN101644828A (zh) 一种可置换局部反射面的抛物面镜聚光系统
Schreiber et al. Microoptics for homogeneous LED illumination
CN107178764A (zh) 一种适用于航标灯光学装置的复合型菲涅尔透镜
CN206514241U (zh) 一种可调焦的二次透镜组合结构
Dross et al. Köhler integrators embedded into illumination optics add functionality
CN102901045A (zh) 用于大功率led光源的菲涅尔透镜
US9328898B1 (en) High efficiency hybrid illumination system
CN202835182U (zh) 用于大功率led光源的菲涅尔透镜
CN103901623B (zh) 一种用于折反射式投影物镜的热效应控制装置
CN213513728U (zh) 一种车灯照明系统及车灯

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant