CN108594412B - 一种太阳模拟器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳模拟器，由光源模块和反射模块组成，所述反射模块与所述光源模块可转动的连接，所述光源模块产生均匀化的汇聚光束入射所述反射模块，所述反射模块对均匀化的汇聚光束进行准直输出到达辐照面。所述光源模块与所述反射模块采用独立模块设计，运输时拆分开来，使用时进行拼接，整体尺寸较小，便于运输和安装；所述反射模块采用光轴入射与出射方向正交的三反准直光学系统，光路结构更加紧凑轻量；所述光源模块与所述反射模块可转动的拼接，通过转动所述反射模块，可以调节准直光束的出射方向。

Description

一种太阳模拟器
技术领域
本发明涉及照明光学技术领域，更准确的说涉及一种太阳模拟器。
背景技术
太阳模拟器是在室内模拟太阳光辐照特性的一种实验或标定设备，用于在地面模拟空间环境，提供与太阳光谱相匹配的、均匀的、准直稳定的且具有一定辐照度的光源。太阳模拟技术与空间科学的发展密切相关，主要用于航天器空间环境模拟试验，例如在航天器真空热环境试验中，太阳模拟器是最真实准确的热流模拟手段，应用太阳模拟器可以高精度的完成航天器热平衡试验。另外，在太阳能电池的监测标定、遥感技术以及农业科学研究等领域，太阳模拟器都具有很大的应用价值。
现有的太阳模拟器按照光学系统结构的不同可以分为同轴系统和离轴系统两种。其中同轴系统太阳模拟器的各光学元件共光轴，有效辐照面的中心对称轴与系统光轴重合。同轴系统适用于中小型太阳模拟器，其结构简单，易于装调，缺点在于总体光学性能较差。离轴系统太阳模拟器一般采用准直式光学系统，多用于对光学性能要求较高的大型空间太阳模拟器。在离轴系统中，准直镜是离轴的，其他光学元件共光轴，与同轴系统相比，离轴系统结构较为复杂，装调不易，但是系统光学性能明显优于同轴系统，输出光束的辐照均匀性高，有效辐照面积的尺寸也可以设计的更大。现在常用的离轴系统太阳模拟器中准直镜一般由一片反射镜或两片反射镜组成，系统整体尺寸较大，不便于运输安装。综上，为了在保证光学性能较佳的同时减小尺寸，本领域需要针对现有太阳模拟器进行结构上的改进。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种太阳模拟器，由光源模块和反射模块组成，所述反射模块与所述光源模块可转动的连接，所述光源模块产生均匀化的汇聚光束入射所述反射模块，所述反射模块对均匀化的汇聚光束进行准直输出到达辐照面。
根据本发明的目的提出的一种太阳模拟器，包括一光源模块和一反射模块，所述反射模块与所述光源模块可转动的连接，所述光源模块产生均匀化的汇聚光束入射所述反射模块，所述反射模块对均匀化的汇聚光束进行准直输出。
优选地，所述光源模块包括一氙灯光源、一锥轴椭球反光镜、一平面反射镜以及一积分匀光器，所述氙灯光源设置于所述锥轴椭球反光镜的第一焦点处，所述平面反射镜设置在所述锥轴椭球反光镜光轴第一焦点和第二焦点之间，且所述平面反射镜与所述锥轴椭球反光镜的光轴呈45°角，所述积分匀光器设置在所述锥轴椭球反光镜的第二焦点处。
优选地，所述反射模块包括一视场光阑、一第一反射镜、一第二反射镜以及一第三反射镜，所述视场光阑与所述积分匀光器同轴设置，所述第一反射镜、所述第二反射镜以及所述第三反射镜依次排列形成三反准直系统。
优选地，所述第一反射镜和所述第二反射镜的面型为自由曲面。
优选地，所述反射模块在所述视场光阑位置绕所述积分匀光器光轴旋转。
优选地，所述积分匀光器包括一场镜组和一投影镜组，所述场镜组与所述投影镜组结构尺寸相同，且所述场镜组与所述投影镜组对称设置，所述场镜组包括一第一平板玻璃以及均匀排布在所述第一平板玻璃上的若干第一平凸透镜，所述投影镜组包括一第二平板玻璃以及均匀排布在所述第二平板玻璃上的若干第二平凸透镜。
优选地，所述场镜组和所述投影镜组之间距离为93mm。
优选地，所述第一平凸透镜为正六边形平凸透镜。
与现有技术相比，本发明公开的一种太阳模拟器的优点在于：所述光源模块与所述反射模块采用独立模块设计，运输时拆分开来，使用时进行拼接，整体尺寸较小，便于运输和安装；所述反射模块采用光轴入射与出射方向正交的三反准直光学系统，光路结构更加紧凑轻量；所述光源模块与所述反射模块可转动的拼接，通过转动所述反射模块，可以调节准直光束的出射方向，使用更加灵活多变，应用范围更加广泛。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种太阳模拟器的结构示意图。
图2为本发明一种太阳模拟器的积分匀光器的结构示意图。
图3为积分匀光器中场镜组的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种太阳模拟器包括一光源模块10和一反射模块20，所述反射模块20与所述光源模块10可转动的连接。所述光源模块10包括一氙灯光源11、一锥轴椭球反光镜12、一平面反射镜13以及一积分匀光器14，所述氙灯光源11设置于所述锥轴椭球反光镜12的第一焦点处；所述平面反射镜13设置在所述锥轴椭球反光镜12光轴第一焦点和第二焦点之间，且所述平面反射镜13与所述锥轴椭球反光镜12的光轴呈45°角；所述积分匀光器14的入射端设置在所述锥轴椭球反光镜12的第二焦点处，且所述反射模块20环绕所述积分匀光器14的光轴相对于所述光源模块10转动。所述氙灯光源11发出稳定的辐照光，辐照光经所述锥轴椭球反光镜12反射后入射所述平面反射镜13，所述平面反射镜13起到转折光路，压缩光路长度的作用，辐照光经所述平面反射镜13反射后汇聚入射所述积分匀光器14，所述积分匀光器14对汇聚光均匀化，均匀化的汇聚光入射所述反射模块20，经由所述反射模块20反射后与入射方向正交的准直出射所述反射模块20。另外，所述反射模块20与所述光源模块10可拆卸的连接，可以拆分运输，使用时拼接在一起即可，方便使用，同时不易损坏。
所述反射模块20包括一视场光阑21、一第一反射镜22、一第二反射镜23以及一第三反射镜24，所述视场光阑21与所述积分匀光器14同轴设置在所述积分匀光器14的出射端，从所述积分匀光器14出射的均匀化汇聚光经所述视场光阑21的限制后入射所述反射模块20。所述第一反射镜22、所述第二反射镜23以及所述第三反射镜24依次排列形成三反准直系统，且其中所述第一反射镜22和所述第二反射镜23的面型为自由曲面。入射所述反射模块20的均匀化汇聚光入射所述第一反射镜22，经所述第一反射镜22反射后入射所述第二反射镜23，经所述第二反射镜23反射后入射所述第三反射镜24，经所述第三反射镜24反射后准直出射所述反射模块20到达辐照面，优选准直出射光束辐照面尺寸为500mm。所述反射模块20的光轴入射方向与出射方向正交。所述反射模块20采用自由曲面三反准直系统，能够有效减小光路尺寸。值得注意的是，所述反射模块20在所述视场光阑21位置可绕所述积分匀光器14光轴旋转，通过旋转所述反射模块20可以调整准直光束的出射方向，使用更加灵活多变。
如图2和图3所示为所述积分匀光器14的结构示意图，所述积分匀光器14包括一场镜组141和一投影镜组142，所述场镜组141与所述投影镜组142结构尺寸相同，且所述场镜组141与所述投影镜组142对称设置，所述场镜组141包括一第一平板玻璃1411以及均匀排布在所述第一平板玻璃1411上的若干第一平凸透镜1412，所述投影镜组142包括一第二平板玻璃1421以及均匀排布在所述第二平板玻璃1421上的若干第二平凸透镜1422。由于所述场镜组141与所述投影镜组142结构尺寸相同，以下以所述场镜组141为例来进行说明，优选地，所述场镜组141由19个正六边形的所述第一平凸透镜1412和所述第一平板玻璃1411组成，且19个所述第一平凸透镜1412拼接在一起，并采用光胶工艺粘接在所述第一平板玻璃1411上。值得注意的是，所述场镜组141位于所述锥轴椭球反光镜12的第二焦点处，所述场镜组141和所述投影镜组142之间距离为93mm。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种太阳模拟器，其特征在于，包括一光源模块和一反射模块，所述反射模块与所述光源模块可转动的连接，且所述反射模块与所述光源模块可拆卸的连接，所述光源模块产生均匀化的汇聚光束入射所述反射模块，所述反射模块对均匀化的汇聚光束进行准直输出；所述反射模块包括一视场光阑、一第一反射镜、一第二反射镜以及一第三反射镜，所述第一反射镜、所述第二反射镜以及所述第三反射镜依次排列形成三反准直系统。
2.如权利要求1所述的太阳模拟器，其特征在于，所述光源模块包括一氙灯光源、一锥轴椭球反光镜、一平面反射镜以及一积分匀光器，所述氙灯光源设置于所述锥轴椭球反光镜的第一焦点处，所述平面反射镜设置在所述锥轴椭球反光镜光轴第一焦点和第二焦点之间，且所述平面反射镜与所述锥轴椭球反光镜的光轴呈45°角，所述积分匀光器设置在所述锥轴椭球反光镜的第二焦点处。
3.如权利要求2所述的太阳模拟器，其特征在于，所述视场光阑与所述积分匀光器同轴设置。
4.如权利要求3所述的太阳模拟器，其特征在于，所述第一反射镜和所述第二反射镜的面型为自由曲面。
5.如权利要求3所述的太阳模拟器，其特征在于，所述反射模块在所述视场光阑位置绕所述积分匀光器光轴旋转。
6.如权利要求2所述的太阳模拟器，其特征在于，所述积分匀光器包括一场镜组和一投影镜组，所述场镜组与所述投影镜组结构尺寸相同，且所述场镜组与所述投影镜组对称设置，所述场镜组包括一第一平板玻璃以及均匀排布在所述第一平板玻璃上的若干第一平凸透镜，所述投影镜组包括一第二平板玻璃以及均匀排布在所述第二平板玻璃上的若干第二平凸透镜。
7.如权利要求6所述的太阳模拟器，其特征在于，所述场镜组和所述投影镜组之间距离为93mm。
8.如权利要求6所述的太阳模拟器，其特征在于，所述第一平凸透镜为正六边形平凸透镜。
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