CN108508627A - 一种发散式太阳模拟器光学系统的装调方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种发散式太阳模拟器光学系统的装调方法，利用经纬仪Ⅰ和经纬仪Ⅱ建立基准光轴，分别对光学积分器、转向平面反射镜和椭球聚光镜进行可保证光轴一致性的装调。本发明提供一种发散式太阳模拟器的装调方法，可有效提高光轴一致性，进而提高发散式太阳模拟器的辐照均匀性和辐照强度。

Description

一种发散式太阳模拟器光学系统的装调方法

技术领域

本发明涉及太阳模拟技术，其特征是可以有效提高太阳模拟器的能量利用率和辐照均匀性。

背景技术

太阳模拟器是一种在地面上模拟地球外层空间太阳光辐射特性和几何特性的试验与测试设备，主要用于模拟太阳辐射强度、辐照均匀性、辐照稳定性、辐照面积、视直径和光谱等。按出射方式可分为准直式太阳模拟器和发散式太阳模拟器。发散式太阳模拟器的辐照面远远大于准直式太阳模拟器，为了提高发散式太阳模拟器的辐照均匀性和辐照强度，常设计椭球聚光镜对光源进行二次会聚，并配套设计光学积分器进行像面叠加。

现有技术提高发散式太阳模拟器辐照均匀性和辐照强度的方法，多是设计聚光系统和匀光系统，但设计完成后的实际效果往往差强人意，主要原因是其光学系统组成复杂，难以利用现有光学系统装调方法实现高精度装配，从而导致装调困难，且装调完成后的技术指标，尤其是辐照均匀性和辐照强度与设计结果差异较大。

发明内容

为了克服现有发散式太阳模拟器光学系统装调困难，且装调精度低，导致的辐照均匀性和辐照强度与设计结果差异较大的问题。本发明提供一种发散式太阳模拟器的装调方法，可有效提高光轴一致性，进而提高发散式太阳模拟器的辐照均匀性和辐照强度。

本发明提供的发散式太阳模拟器光学系统的装调方法，针对光学系统中的光学积分器、转向平面反射镜和椭球聚光镜进行可保证光轴一致性的装调。其中，光学积分器置于椭球聚光镜的第二焦点处，光学积分器的前面设置转向平面反射镜，转向平面反射镜的下面设置椭球聚光镜。

发散式太阳模拟器光学系统的装调方法包括以下六个步骤：第一步骤，利用经纬仪Ⅰ和经纬仪Ⅱ建立基准光轴Ⅰ；第二步骤，利用经纬仪Ⅰ，通过光学自准直的方法，装调光学积分器，使光学积分器光轴与基准光轴Ⅰ重合，同时，利用经纬仪Ⅱ观瞄光学积分器，保证光学积分器的几何中心与基准光轴Ⅰ重合；第三步骤，将经纬仪Ⅱ移至转向平面反射镜和椭球聚光镜之间，保持经纬仪Ⅰ不动，利用五棱镜和导轨，使经纬仪Ⅰ和经纬仪Ⅱ互瞄，建立具有90°折转的基准光轴Ⅱ；第四步骤，利用经纬仪Ⅰ和经纬仪Ⅱ，装调转向平面反射镜，使转向平面反射镜的法线与基准光轴Ⅱ成45°；第五步骤，借助工装反射镜，利用经纬仪Ⅰ，通过光学自准直的方法，装调椭球聚光镜，使椭球聚光镜光轴与基准光轴Ⅱ重合。第六步骤，将工装反射镜、经纬仪Ⅰ移出系统。至此，完成了发散式太阳模拟器光学系统中光学积分器、转向平面反射镜和椭球聚光镜的装调，保证了光轴一致性，可有效提高光学系统能量利用率和辐照均匀性。

第一步骤中，经纬仪Ⅰ设置在光学积分器的后面，经纬仪Ⅱ设置在转向平面反射镜的前面。将经纬仪Ⅰ和经纬仪Ⅱ的俯仰角度均调至90°0′0″，通过调整经纬仪Ⅰ和经纬仪Ⅱ的方位角度，至经纬仪Ⅰ和经纬仪Ⅱ能够互相瞄准对方的十字中心，此时，由经纬仪Ⅰ和经纬仪Ⅱ建立了一条与大地水平的基准光轴Ⅰ，该基准光轴Ⅰ作为后续装调的光轴。

第二步骤中，保证经纬仪Ⅰ不动，安装光学积分器，通过调整光学积分器的位置，使经纬仪Ⅰ经过光学积分器的自准像返回至经纬仪Ⅰ的十字中心，同时，利用经纬仪Ⅱ观瞄光学积分器的上边缘、下边缘、左边缘和右边缘，通过调整光学积分器的位置，保证光学积分器的几何中心与基准光轴Ⅰ重合。

第三步骤中，将经纬仪Ⅱ移至转向平面反射镜和椭球聚光镜之间，保持经纬仪Ⅰ不动，利用五棱镜和导轨，使经纬仪Ⅰ和经纬仪Ⅱ能够互相瞄准对方的十字中心，从而建立具有90°折转的基准光轴Ⅱ，且基准光轴Ⅰ与基准光轴Ⅱ在光学积分器与转向平面反射镜之间重合，在转向平面反射镜与椭球聚光镜之间垂直。

第四步骤，保持经纬仪Ⅰ和经纬仪Ⅱ不动，装调转向平面反射镜，通过调整转向平面反射镜的位置，使经纬仪Ⅰ和经纬仪Ⅱ经过转向平面反射镜后，可以互相瞄准对方的十字中心，从而保证转向平面反射镜的法线与基准光轴Ⅱ成45°。

第五步骤中，将工装反射镜置于椭球聚光镜的上边沿，则此时工装反射镜的反射面与椭球聚光镜的上边沿平行，调整椭球聚光镜的位置，基于光学自准直的方法，使经纬仪Ⅰ的自准像经过转向平面反射镜和工装反射镜后，返回到经纬仪Ⅰ的十字中心，从而保证椭球聚光镜光轴与基准光轴Ⅱ重合。

第六步骤中，将工装反射镜、经纬仪Ⅰ移出系统，则发散式太阳模拟器光学系统的装调工作完成。

由上述技术方案可知，本发明提供的一种发散式太阳模拟器光学系统的装调方法，通过五个步骤实现了发散式太阳模拟器光学系统的高精度装调，提高了能量利用率和辐照均匀性。该装调方法保证了发散式太阳模拟器光学系统的光轴一致性，有效提高了发散式太阳模拟器的模拟精度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种发散式太阳模拟器的光学系统；

图2为本发明实施例提供的一种发散式太阳模拟器光学系统的装调方法第一步骤示意图；

图3为本发明实施例提供的一种发散式太阳模拟器光学系统的装调方法第二步骤示意图；

图4为本发明实施例提供的一种发散式太阳模拟器光学系统的装调方法第三步骤示意图；

图5为本发明实施例提供的一种发散式太阳模拟器光学系统的装调方法第四步骤示意图；

图6为本发明实施例提供的一种发散式太阳模拟器光学系统的装调方法第五步骤示意图。

附图标记：1——光学积分器；2——转向平面反射镜；3——椭球聚光镜；4——经纬仪Ⅰ；5——经纬仪Ⅱ；6——五棱镜；7——导轨；8——工装反射镜。

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为本发明实施例提供的一种发散式太阳模拟器的光学系统。其中，光学积分器1置于椭球聚光镜3的第二焦点处，光学积分器1的前面设置转向平面反射镜2，转向平面反射镜2的下面设置椭球聚光镜3。

椭球聚光镜3用于将光源发出的光线进行会聚，提高光源的能量利用率，进而提高模拟器的辐射强度模拟值；转向平面反射镜2用于折转光路，便于模拟器后续使用；光学积分器1用于接收经椭球聚光镜3会聚的光斑，将每个能量成高斯分布的像进行叠加，提高模拟器的辐射均匀性。

针对太阳模拟器光学系统中的光学积分器1、转向平面反射镜2和椭球聚光镜3进行可保证光轴一致性的装调方法，包括以下六个步骤：第一步骤，利用经纬仪Ⅰ4和经纬仪Ⅱ5建立基准光轴Ⅰ；第二步骤，利用经纬仪Ⅰ4，通过光学自准直的方法，装调光学积分器1，使光学积分器1光轴与基准光轴Ⅰ重合，同时，利用经纬仪Ⅱ5观瞄光学积分器1，保证光学积分器1的几何中心与基准光轴Ⅰ重合；第三步骤，将经纬仪Ⅱ5移至转向平面反射镜2和椭球聚光镜3之间，保持经纬仪Ⅰ4不动，利用五棱镜6和导轨7，使经纬仪Ⅰ4和经纬仪Ⅱ5互瞄，建立具有90°折转的基准光轴Ⅱ；第四步骤，利用经纬仪Ⅰ4和经纬仪Ⅱ5，装调转向平面反射镜2，使转向平面反射镜2的法线与基准光轴Ⅱ成45°；第五步骤，借助工装反射镜8，利用经纬仪Ⅰ4，通过光学自准直的方法，装调椭球聚光镜3，使椭球聚光镜3光轴与基准光轴Ⅱ重合；第六步骤，将工装反射镜8、经纬仪Ⅰ4移出系统。至此，完成了发散式太阳模拟器光学系统中光学积分器1、转向平面反射镜2和椭球聚光镜3的装调，保证了光轴一致性，可有效提高光学系统能量利用率和辐照均匀性。

图2为本发明实施例提供的一种发散式太阳模拟器光学系统的装调方法第一步骤的示意图。

第一步骤中，经纬仪Ⅰ4设置在光学积分器1的后面，经纬仪Ⅱ5设置在转向平面反射镜2的前面。将经纬仪Ⅰ4和经纬仪Ⅱ5的俯仰角度均调至90°0′0″，通过调整经纬仪Ⅰ4和经纬仪Ⅱ5的方位角度，至经纬仪Ⅰ4和经纬仪Ⅱ5能够互相瞄准对方的十字中心。此时，由经纬仪Ⅰ4和经纬仪Ⅱ5建立了一条与大地水平的基准光轴Ⅰ，该基准光轴Ⅰ作为后续装调的光轴。

图3为本发明实施例提供的一种发散式太阳模拟器光学系统的装调方法第二步骤示意图。

第二步骤中，保证经纬仪Ⅰ4不动，安装光学积分器1，通过调整光学积分器1的位置，使经纬仪Ⅰ4经过光学积分器1的自准像返回至经纬仪Ⅰ4的十字中心，同时，利用经纬仪Ⅱ5观瞄光学积分器1的上边缘、下边缘、左边缘和右边缘，通过调整光学积分器1的位置，保证光学积分器1的几何中心与基准光轴Ⅰ重合。

图4为本发明实施例提供的一种发散式太阳模拟器光学系统的装调方法第三步骤示意图；

第三步骤中，将经纬仪Ⅱ5移至转向平面反射镜2和椭球聚光镜3之间，保持经纬仪Ⅰ4不动，利用五棱镜6和导轨7，使经纬仪Ⅰ4和经纬仪Ⅱ5能够互相瞄准对方的十字中心，从而建立具有90°折转的基准光轴Ⅱ，且基准光轴Ⅰ与基准光轴Ⅱ在光学积分器1与转向平面反射镜2之间重合，在转向平面反射镜2与椭球聚光镜3之间垂直。

图5为本发明实施例提供的一种发散式太阳模拟器光学系统的装调方法第四步骤示意图；

第四步骤，保持经纬仪Ⅰ4和经纬仪Ⅱ5不动，装调转向平面反射镜2，通过调整转向平面反射镜2的位置，使经纬仪Ⅰ4和经纬仪Ⅱ5经过转向平面反射镜2后，可以互相瞄准对方的十字中心，从而保证转向平面反射镜2的法线与基准光轴Ⅱ成45°。

图6为本发明实施例提供的一种发散式太阳模拟器光学系统的装调方法第五步骤示意图；

第五步骤中，将工装反射镜8置于椭球聚光镜3的上边沿，则此时工装反射镜8的反射面与椭球聚光镜3的上边沿平行，调整椭球聚光镜3的位置，基于光学自准直的方法，使经纬仪Ⅰ4的自准像经过转向平面反射镜2和工装反射镜8后，返回到经纬仪Ⅰ4的十字中心，从而保证椭球聚光镜3光轴与基准光轴Ⅱ重合。

第六步骤中，将工装反射镜8、经纬仪Ⅰ4移出系统，则发散式太阳模拟器光学系统的装调工作完成。

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 (6)

1.一种发散式太阳模拟器光学系统的装调方法，其特征在于，包括以下六个步骤：第一步骤，利用经纬仪Ⅰ和经纬仪Ⅱ建立基准光轴Ⅰ；第二步骤，利用所述经纬仪Ⅰ，通过光学自准直的方法，装调光学积分器，使所述光学积分器光轴与所述基准光轴Ⅰ重合，同时，利用所述经纬仪Ⅱ观瞄所述光学积分器，保证所述光学积分器的几何中心与所述基准光轴Ⅰ重合；第三步骤，将所述经纬仪Ⅱ移至转向平面反射镜和椭球聚光镜之间，保持所述经纬仪Ⅰ不动，利用五棱镜和导轨，使所述经纬仪Ⅰ和所述经纬仪Ⅱ互瞄，建立具有90°折转的基准光轴Ⅱ；第四步骤，利用所述经纬仪Ⅰ和所述经纬仪Ⅱ，装调所述转向平面反射镜，使所述转向平面反射镜的法线与所述基准光轴Ⅱ成45°；第五步骤，借助工装反射镜，利用所述经纬仪Ⅰ，通过所述光学自准直的方法，装调所述椭球聚光镜，使所述椭球聚光镜光轴与所述基准光轴Ⅱ重合；第六步骤，将所述工装反射镜、所述经纬仪Ⅰ移出系统。

2.根据权利要求1所述的发散式太阳模拟器光学系统的装调方法，其特征在于：

第一步骤中，所述经纬仪Ⅰ设置在所述光学积分器的后面，所述经纬仪Ⅱ设置在所述转向平面反射镜的前面；将所述经纬仪Ⅰ和所述经纬仪Ⅱ的俯仰角度均调至90°0′0″，通过调整所述经纬仪Ⅰ和所述经纬仪Ⅱ的方位角度，至所述经纬仪Ⅰ和所述经纬仪Ⅱ能够互相瞄准对方的十字中心，此时，由所述经纬仪Ⅰ和所述经纬仪Ⅱ建立了一条与大地水平的所述基准光轴Ⅰ，该所述基准光轴Ⅰ作为后续装调的光轴。

3.根据权利要求1所述的发散式太阳模拟器光学系统的装调方法，其特征在于：

第二步骤中，保证所述经纬仪Ⅰ不动，安装所述光学积分器，通过调整所述光学积分器的位置，使所述经纬仪Ⅰ经过所述光学积分器的自准像返回至所述经纬仪Ⅰ的十字中心，同时，利用所述经纬仪Ⅱ观瞄所述光学积分器的上边缘、下边缘、左边缘和右边缘，通过调整所述光学积分器的位置，保证所述光学积分器的几何中心与所述基准光轴Ⅰ重合。

4.根据权利要求1所述的发散式太阳模拟器光学系统的装调方法，其特征在于：

第三步骤中，将所述经纬仪Ⅱ移至所述转向平面反射镜和所述椭球聚光镜之间，保持所述经纬仪Ⅰ不动，利用五棱镜和导轨，使所述经纬仪Ⅰ和所述经纬仪Ⅱ能够互相瞄准对方的十字中心，从而建立具有90°折转的所述基准光轴Ⅱ，且所述基准光轴Ⅰ与所述基准光轴Ⅱ在所述光学积分器与所述转向平面反射镜之间重合，在所述转向平面反射镜与所述椭球聚光镜之间垂直。

5.根据权利要求1所述的发散式太阳模拟器光学系统的装调方法，其特征在于：

第四步骤，保持所述经纬仪Ⅰ和所述经纬仪Ⅱ不动，装调所述转向平面反射镜，通过调整所述转向平面反射镜的位置，使所述经纬仪Ⅰ和所述经纬仪Ⅱ经过所述转向平面反射镜后，可以互相瞄准对方的所述十字中心，从而保证所述转向平面反射镜的法线与所述基准光轴Ⅱ成45°。

6.根据权利要求1所述的发散式太阳模拟器光学系统的装调方法，其特征在于：

第五步骤中，将所述工装反射镜置于所述椭球聚光镜的所述上边沿，则此时所述工装反射镜的反射面与所述椭球聚光镜的所述上边沿平行，调整所述椭球聚光镜的位置，基于所述光学自准直的方法，使所述经纬仪Ⅰ的自准像经过所述转向平面反射镜和所述工装反射镜后，返回到所述经纬仪Ⅰ的所述十字中心，从而保证所述椭球聚光镜光轴与所述基准光轴Ⅱ重合。