CN113504178A - 一种光学优化准直设计系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光学优化准直设计系统，包括光源、复合抛物面聚光器、透镜组、反射镜和分光棱镜；所述光源用于提供光束；所述复合抛物面聚光器用于接收光束并聚光，所述复合抛物面聚光器将聚光后的光束投射到透镜组；所述透镜组包含若干片依次排列的球面透镜，所述球面透镜用于接收并准直光束，所述透镜组将准直后的光束传输至反射镜；所述反射镜用于接收并反射准直后的光束；所述分光棱镜用于接收从反射镜反射出的光束并将光束拆分。通过引入准直光学优化准直设计系统，解决了传统电化学测试光源能流密度低、照明方向不具备指向性等问题，同时利用多个球面透镜节省了加工成本。
Description
技术领域
本发明涉及光学系统技术领域，具体涉及一种光学优化准直设计系统。
背景技术
光电探测器是利用半导体材料的光电导效应制成的一种光探测器件。为了测试光电探测器件材料的光电探测性能，通常利用光电探测实验-即电化学工作站对材料进行各类实验测试，从而通过测试结果分析材料的电化学性能及性质，从而甄别材料的光电探测属性。在电化学工作站中，光源是必不可少的组成部分，现有技术通常配备氙灯光源来模拟太阳光源进行实验测试，主要是由于氙灯的辐射光谱能量分布与太阳光比较接近，其色温大概6000K。氙灯光源是利用氙气放电而发光的电光源，通过氙气的惰性气体属性使得激发电位和电离电位相差很小。此外，氙灯连续光谱的部分光谱分布不受到灯输入功率的变化影响，因此在寿命期内光谱能量的分布较为稳定。氙灯的工作状态几乎不会受到外界条件变化的影响，其光电参数一致性较好。
由于氙灯的出光分布为朗伯分布，即入射能量会以入射点为中心，在整个半球空间内均匀向外辐射出能量相等的光线，这对于只需要在限定区域接受照射的电化学实验箱显然是不能够实现的。此外，氙灯的光线能流密度较低，如果直接照射到被测材料不足以达到材料的光电探测所需能量要求。因此，对于氙灯直接射出的朗伯分布光线需要进一步汇聚及准直，寻找能够实现光线汇聚及准直的光学系统设计方法成为目前急需解决的关键性问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种光学优化准直设计系统，以解决光源的朗伯分布的缺点，提出了一种通过光学优化准直设计系统将光源汇聚及准直后引入电化学测试工作站的装置，该装置具有成本低，效率高等优点。
本发明提供了一种光学优化准直设计系统，包括光源、复合抛物面聚光器、透镜组、反射镜和分光棱镜；
所述光源用于提供光束；
所述复合抛物面聚光器用于接收光束并聚光，所述复合抛物面聚光器将聚光后的光束投射到透镜组；
所述透镜组包含若干片依次排列的球面透镜，所述球面透镜用于接收并准直光束，所述透镜组将准直后的光束传输至反射镜；
所述反射镜用于接收并反射准直后的光束；
所述分光棱镜用于接收从反射镜反射出的光束并将光束拆分。
优选的，所述光源为氙灯光源。氙灯连续光谱的部分光谱分布不受到灯输入功率的变化影响，因此在寿命期内光谱能量的分布较为稳定。氙灯的工作状态几乎不会受到外界条件变化的影响，其光电参数一致性较好。
优选的，所述复合抛物面聚光器的出光角度小于等于30°，所述复合抛物面聚光器的材质为铝合金。便于后续透镜组在复合抛物面聚光器优化的基础上进一步进行汇聚和准直调节。
优选的，所述复合抛物面聚光器的几何聚光比为5倍。
优选的，所述透镜组包含4片依次排列的球面透镜。
优选的，所述分光棱镜出射的光斑直径为20mm，辐照度均匀性高于60％。
优选的，所述分光棱镜包括两根横截面相同的直角棱镜，两根直角棱镜的斜面与斜面贴合以组装成分光棱镜。分光棱镜可将准直光线分成方向正交的两束，可实现一个电化学系统同时测试两种不同材料的功能。
本发明光学优化准直设计系统包括光源、复合抛物面聚光器、透镜组、反射镜和分光棱镜，其中复合抛物面聚光器放置在距离光源最近处，用于改变光源本身的朗伯分布同时将光线的出射角度变小，为后续透镜组提供一定的优化空间。透镜组包含若干片球面透镜用于光线的主体准直优化控制设计，为了减少加工成本，镜片数量的控制就低不就高，同时系统中不包含弯月型透镜、自由曲面透镜等加工难度大且结构复杂的镜片。反射镜与分光棱镜相互配合使用，目的是将透镜组出射的光线调整出射方向以便于准确照射在被测材料体上。本发明的亮点为:通过引入准直光学优化准直设计系统，解决了传统电化学测试光源能流密度低、照明方向不具备指向性等问题，同时利用多个球面透镜节省了加工成本。
光源准直光路优化原理：首先利用复合旋转抛物面采用光线反射定律及边缘光线定理对光源进行初步整形，将出射光线角度控制在30度左右。然后依次加入准直优化透镜组中的第一片透镜和第二片透镜，根据菲涅尔定律进行汇聚和准直光线的出射方向。最后加入反射镜及分光棱镜，对出射光线加以调控。外部电源插座通过电源线将交流220V电压输入，对电化学工作站供电。
本发明的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本发明实施例的实施而获知。
附图说明
为更清楚地阐述本发明的内容，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。
图1为本发明一实施方式提供的光学优化准直设计系统的结构示意图。
具体实施方式
以下所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
本发明提供了一种光学优化准直设计系统，包括光源、复合抛物面聚光器、透镜组、反射镜和分光棱镜；
所述光源用于提供光束；
所述复合抛物面聚光器用于接收光束并聚光，所述复合抛物面聚光器将聚光后的光束投射到透镜组；
所述透镜组包含若干片依次排列的球面透镜，所述球面透镜用于接收并准直光束，所述透镜组将准直后的光束传输至反射镜；
所述反射镜用于接收并反射准直后的光束；
所述分光棱镜用于接收从反射镜反射出的光束并将光束拆分。
优选的，所述光源为氙灯光源。
优选的，所述复合抛物面聚光器的出光角度小于等于30°，所述复合抛物面聚光器的材质为铝合金。
优选的，所述复合抛物面聚光器的几何聚光比为5倍。
优选的，所述透镜组包含4片依次排列的球面透镜。
优选的，所述分光棱镜出射的光斑直径为20mm，辐照度均匀性高于60％。
优选的，所述分光棱镜包括两根横截面相同的直角棱镜，两根直角棱镜的斜面与斜面贴合以组装成分光棱镜。
如图1所示，为本发明提供的一种光学优化准直设计系统，从左至右依次包括氙灯1、复合旋转抛物面2、准直透镜组3、反射镜4、分光棱镜5和测试台6。氙灯1通电后产生光束并投射到复合旋转抛物面2，利用复合旋转抛物面2将光源进行反射后将其出光角度最大控制在30°以内，尽量避免光线能量的浪费，同时最大限度通过后续透镜组的第一片透镜。光束输送到准直透镜组3后，借助于准直透镜组3的汇聚与准直功能，实现光束的准直。基于照明要求，还可以增加或减少透镜数量、调整透镜的设计参数等以使光线出射角度进一步变小，直到得到满足照明要求为止。准直后的光束借助于反射镜4的反射作用、分光棱镜5的分光作用，将已准直好的光线拆分成两束互相垂直的光束并与被测材料照明区域对接，实现精准照明功能。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种光学优化准直设计系统，其特征在于，包括光源、复合抛物面聚光器、透镜组、反射镜和分光棱镜；
所述光源用于提供光束；
所述复合抛物面聚光器用于接收光束并聚光，所述复合抛物面聚光器将聚光后的光束投射到透镜组；
所述透镜组包含若干片依次排列的球面透镜，所述球面透镜用于接收并准直光束，所述透镜组将准直后的光束传输至反射镜；
所述反射镜用于接收并反射准直后的光束；
所述分光棱镜用于接收从反射镜反射出的光束并将光束拆分。
2.如权利要求1所述的光学优化准直设计系统，其特征在于，所述光源为氙灯光源。
3.如权利要求1所述的光学优化准直设计系统，其特征在于，所述复合抛物面聚光器的出光角度小于等于30°，所述复合抛物面聚光器的材质为铝合金。
4.如权利要求1所述的光学优化准直设计系统，其特征在于，所述复合抛物面聚光器的几何聚光比为5倍。
5.如权利要求1所述的光学优化准直设计系统，其特征在于，所述透镜组包含4片依次排列的球面透镜。
6.如权利要求1所述的光学优化准直设计系统，其特征在于，所述分光棱镜出射的光斑直径为20mm，辐照度均匀性高于60％。
7.如权利要求1所述的光学优化准直设计系统，其特征在于，所述分光棱镜包括两根横截面相同的直角棱镜，两根直角棱镜的斜面与斜面贴合以组装成分光棱镜。
Priority Applications (1)
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| CN202110753130.2A CN113504178A (zh) | 2021-07-02 | 2021-07-02 | 一种光学优化准直设计系统 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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| CN202110753130.2A Withdrawn CN113504178A (zh) | 2021-07-02 | 2021-07-02 | 一种光学优化准直设计系统 |
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2021
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