FR2779259A1

FR2779259A1 - Simulator of celestial body, especially the sun, for testing of solar collectors for space vehicles

Info

Publication number: FR2779259A1
Application number: FR9806912A
Authority: FR
Inventors: Fred Ziegler
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1998-06-02
Filing date: 1998-06-02
Publication date: 1999-12-03

Abstract

The simulator has a light source (2) with its spectral emission adapted to match the simulated celestial body. An optical system comprising a mirror (5), a mask (6) and an objective (7) forms a parallel beam from the emitted light. The mask diameter is adapted to the objective focal length so the beam emerges at the angle that the celestial appears to an observer at a particular distance.

Description

Dispositif de simulation d'un corps céleste, notamment simulateur deDevice for simulating a celestial body, in particular a simulator for

soleil, et procédé de réglage d'un tel dispositif La présente invention concerne un dispositif de simulation d'un corps céleste, notamment un simulateur de soleil, ainsi qu'un procédé de The present invention relates to a device for simulating a celestial body, in particular a sun simulator, as well as to a method for

réglage pour un tel dispositif de simulation d'un corps céleste. setting for such a device for simulating a celestial body.

Des dispositifs de ce type sont nécessaires par exemple pour tes- Devices of this type are required for example for

ter des capteurs solaires destinés à être utilisés dans les techniques de l'espace, par exemples dans des satellites. Dans ce cas, la lumière produite ter solar collectors intended for use in space techniques, for example in satellites. In this case, the light produced

par le simulateur de soleil doit normalement correspondre le mieux possi- by the sun simulator should normally match the best possible

ble à la lumière du soleil sur le plan de l'émission spectrale et sur le plan du rayonnement énergétique. En outre, les rayons lumineux produits doivent ble in sunlight in terms of spectral emission and in terms of energy radiation. In addition, the light rays produced must

être le plus possible parallèles entre eux. be as parallel as possible to each other.

Le document DE 89 03 260 Ul montre un simulateur de soleil qui comporte deux lampes au xénon à haute pression, dont la lumière est rayonnée par l'intermédiaire de deux miroirs sphériques, deux miroirs Document DE 89 03 260 Ul shows a sun simulator which comprises two high pressure xenon lamps, the light of which is radiated by means of two spherical mirrors, two mirrors

elliptiques et deux masques.ellipticals and two masks.

Des simulateurs de soleil de ce type, cependant, ne permettent Sun simulators of this type, however, do not allow

pas de rayonner la lumière produite avec une géométrie de rayons lumi- not to radiate the light produced with a geometry of light rays

neux qui correspond à la géométrie des rayons lumineux du corps céleste ou du soleil observés à partir de la terre ou au voisinage de la terre. Les simulateurs de soleil connus comportent par ailleurs un grand nombre de composants optiques, ce qui se traduit par des dimensions importantes du neux which corresponds to the geometry of the light rays of the celestial body or of the sun observed from the earth or in the vicinity of the earth. Known sun simulators also include a large number of optical components, which results in large dimensions of the

dispositif et des coûts de fabrication et de réglage considérables. considerable manufacturing and adjustment costs.

Un autre problème qui se pose est comment réduire les gradients de luminosité dans l'image simulée du corps céleste tout en garantissant Another problem that arises is how to reduce the brightness gradients in the simulated image of the celestial body while ensuring

un rayonnement énergétique suffisant. Pour obtenir un rayonnement éner- sufficient energy radiation. To obtain an energetic radiance

gétique suffisant lors du test des capteurs solaires, on utilisait jusqu'à pré- sufficient geometry during the test of the solar collectors, we used until pre-

sent des filtres d'essai spéciaux pour tests en laboratoire, que l'on rempla- feels special test filters for laboratory tests, which are replaced

çait par la suite par des filtres de vol. Cependant, le rayonnement étant plus fort en application dans l'espace, de la lumière parasite parvient was later by flight filters. However, the radiation being stronger in application in space, stray light reaches

jusqu'à la tête de détecteur. Le risque existe en outre que, lors du rempla- up to the detector head. There is also a risk that when replacing

cernent du filtre juste avant le vol, de la poussière ou des impuretés autres surround the filter just before the flight, dust or other impurities

pénètrent dans le détecteur.enter the detector.

Un problème supplémentaire est que, dans les simulateurs de soleil connus, il se forme une ombre portée des composants de la source de lumière, laquelle ombre altère la qualité de l'image simulée. De plus, la source lumineuse utilisée pour la simulation du rayonnement solaire émet un fort dégagement de chaleur qui peut être à l'origine de la destruction de certains éléments constitutifs ou de composants du dispositif ou encore An additional problem is that, in known sun simulators, a drop shadow is formed from the components of the light source, which shadow degrades the quality of the simulated image. In addition, the light source used for the simulation of solar radiation emits a strong release of heat which can be at the origin of the destruction of certain constituent elements or components of the device or even

d'imprécisions dans le réglage des composants optiques. inaccuracies in the adjustment of the optical components.

La présente invention a donc pour objectif de proposer un dispo- The present invention therefore aims to provide a provision

sitif de simulation d'un corps céleste, notamment un simulateur de soleil, simulation of a celestial body, in particular a sun simulator,

avec lequel la lumière du corps céleste, tant du point de vue du rayonne- with which the light of the celestial body, both from the point of view of the ray-

ment énergétique et de l'émission spectrale que du point de vue de l'homo- energy and spectral emission than from the point of view of homo-

généité et de la géométrie des rayons lumineux se rapproche du rayonne- lightness and geometry of light rays is close to rayon-

ment naturel du corps céleste. La construction du dispositif doit être aussi compacte que possible. L'invention a également pour objectif un procédé de réglage pour un dispositif du type indiqué, permettant d'obtenir une similitude optimale entre les rayons produits artificiellement et les rayons naturels du corps céleste sur le plan des critères mentionnés plus haut, la of the celestial body. The construction of the device should be as compact as possible. The invention also has as an objective a method of adjustment for a device of the indicated type, making it possible to obtain an optimal similarity between the rays artificially produced and the natural rays of the celestial body in terms of the criteria mentioned above, the

dépense nécessaire pour y parvenir étant aussi limitée que possible. expenditure necessary to achieve this being as limited as possible.

Cet objectif est atteint à l'aide d'un dispositif et d'un procédé qui This objective is achieved using a device and a method which

présentent las caractéristiques ci-après. have the following characteristics.

Selon un premier aspect de l'invention, on crée un dispositif de simulation d'un corps céleste, notamment un simulateur de soleil, avec une source de lumière dont l'émission spectrale est adaptée au spectre d'un corps céleste et avec un système optique qui comprend un miroir, un masque et un objectif pour produire, à partir de la lumière émise par la source de lumière, un faisceau parallèle, le diamètre du masque étant adapté à la focale de l'objectif de telle sorte que les rayons lumineux sortent de l'objectif avec un angle de collimation cx qui correspond à l'angle sous lequel le corps céleste apparaît à un observateur à une According to a first aspect of the invention, a device for simulating a celestial body is created, in particular a sun simulator, with a light source whose spectral emission is adapted to the spectrum of a celestial body and with a system. optical system which comprises a mirror, a mask and a lens for producing, from the light emitted by the light source, a parallel beam, the diameter of the mask being adapted to the focal length of the lens so that the light rays exit the objective with a collimation angle cx which corresponds to the angle at which the celestial body appears to an observer at a

distance déterminée.determined distance.

Grâce à la combinaison et à l'adaptation réciproque du masque et de l'objectif selon la présente invention, on obtient des rayons lumineux Thanks to the combination and the reciprocal adaptation of the mask and the objective according to the present invention, light rays are obtained

dont la géométrie est adaptée de manière optimale, un rayonnement éner- whose geometry is optimally adapted, a radiant energy

gétique suffisant étant simultanément garanti. De manière avantageuse, la puissance de la source lumineuse est réglée de telle sorte que le rayonnement énergétique du faisceau de rayons corresponde au rayonnement énergétique du corps céleste. De préférence, sufficient getic being simultaneously guaranteed. Advantageously, the power of the light source is adjusted so that the energy radiation of the beam of rays corresponds to the energy radiation of the celestial body. Preferably,

le masque et le foyer du miroir sont situés dans le plan focal de l'objectif. the mask and the focus of the mirror are located in the focal plane of the lens.

L'angle de collimation est de préférence de 32 minutes d'arc et le faisceau de rayons présente de préférence un rayonnement énergétique de The collimation angle is preferably 32 minutes of arc and the beam of rays preferably has an energy radiation of

mW/cm2. Comme source de lumière, on peut utiliser une lampe lumi- mW / cm2. As a light source, a light lamp can be used.

nescente à gaz, par exemple une lampe au xénon à haute pression. Ainsi le gas nescente, for example a high pressure xenon lamp. So the

soleil est simulé de manière optimale. sun is simulated optimally.

De préférence, le masque et le miroir sont disposés de telle sorte que l'image produite par le masque soit située sur la zone la plus chaude d'un arc produit par la source de lumière. On obtient ainsi un rayonnement particulièrement homogène et on évite dans une large mesure un gradient Preferably, the mask and the mirror are arranged so that the image produced by the mask is located on the hottest area of an arc produced by the light source. A particularly homogeneous radiation is thus obtained and a gradient is largely avoided

de luminosité.of brightness.

Le miroir est par exemple un segment de miroir ellipsoYdal dés- The mirror is for example an ellipsoYdal mirror segment designed

axé, au premier foyer duquel est disposée de préférence la source de lumière et au second foyer duquel est disposé de préférence le masque. On focused, at the first focus of which the light source is preferably arranged and at the second focus of which the mask is preferably arranged. We

obtient ainsi une construction très compacte et l'on peut se dispenser d'uti- thus obtains a very compact construction and one can dispense with uti-

liser des lentilles. En outre les éléments de construction de la source de read lentils. In addition the building elements of the source of

lumière ne produisent pas d'ombre portée. light does not produce a drop shadow.

Une régulation du flux lumineux qui comprend la cellule photoé- A regulation of the luminous flux which includes the photocell

lectrique de mesure du flux lumineux et un circuit de réglage couplé à la light flux measurement circuit and an adjustment circuit coupled to the

cellule photoélectrique peut être utilisée pour assurer une régulation pré- photocell can be used to provide pre-regulation

cise. De préférence, le miroir ou sa surface est réalisé en métal, par cise. Preferably, the mirror or its surface is made of metal, by

exemple en aluminium. On obtient ainsi un très grande précision d'image. aluminum example. Very high image precision is thus obtained.

Le dispositif peut comporter un filtre d'adaptation afin de mieux adapter le rayonnement de la source de lumière à l'émission spectrale du corps céleste. De manière avantageuse, le masque peut être remplacé par un masque de réglage spécial qui forme avec l'objectif un dispositif de réglage du système optique. Un miroir sphérique peut être disposé de telle sorte qu'il reflète sur elle-même, tête en bas, la source de lumière. Ceci permet d'obtenir une distribution de luminosité encore plus homogène The device may include an adaptation filter in order to better adapt the radiation from the light source to the spectral emission of the celestial body. Advantageously, the mask can be replaced by a special adjustment mask which forms with the objective a device for adjusting the optical system. A spherical mirror can be arranged so that it reflects on itself, upside down, the light source. This provides an even more uniform light distribution

dans le faisceau de rayons produit.in the beam of rays produced.

Conformément à un aspect supplémentaire de l'invention, un procédé de réglage pour un dispositif de simulation d'un corps céleste est According to a further aspect of the invention, an adjustment method for a device for simulating a celestial body is

proposé, procédé selon lequel on regarde à travers un objectif du disposi- proposed method by which one looks through a lens of the device

tif, avec un grossissement correspondant, un plan de masque du dispositif, un masque placé dans le plan d'image étant positionné de manière telle que son ouverture reproduise la zone la plus chaude d'un arc électrique produit par une source de lumière. On obtient de la sorte une bonne exploitation de la puissance de la source de lumière et une répartition très homogène de la luminosité. De manière avantageuse, le réglage est réalisé de telle sorte que tif, with a corresponding magnification, a mask plane of the device, a mask placed in the image plane being positioned in such a way that its opening reproduces the hottest area of an electric arc produced by a light source. In this way a good exploitation of the power of the light source and a very homogeneous distribution of the brightness are obtained. Advantageously, the adjustment is carried out so that

l'image d'une cathode de la source de lumière renvoyée par un miroir éllip- the image of a cathode of the light source reflected by an ellipsoid mirror

soïdal et/ou un miroir sphérique soit située en dehors du bord du masque. and / or a spherical mirror is located outside the edge of the mask.

De préférence le masque et le foyer du miroir sont situés dans le plan focal de l'objectif. De préférence, on procède tout d'abord à un réglage à froid avec la source de lumière coupée, puis à un réglage à chaud avec la source Preferably the mask and the focus of the mirror are located in the focal plane of the objective. Preferably, a cold adjustment is first carried out with the light source off, then a hot adjustment with the source

de lumière en service. Ceci permet d'obtenir un réglage très précis et opti- of light in service. This makes it possible to obtain a very precise and optimum adjustment.

misé du masque.bet on the mask.

D'autres caractéristiques avantageuses, d'autres aspects et Other advantageous features, other aspects and

détails de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre details of the invention will appear during the description which follows

faite en référence aux dessins.made with reference to the drawings.

Les dessins représentent: figure 1, un simulateur de soleil, en tant que mode de réalisation préféré de l'invention, figure 2, de manière schématique la construction du simulateur de soleil selon l'invention, figure 3, de manière schématique la marche des rayons dans la région du masque et de l'objectif, et figure 4, une partie d'une lampe à décharge avec l'arc électrique The drawings represent: FIG. 1, a sun simulator, as a preferred embodiment of the invention, FIG. 2, schematically the construction of the sun simulator according to the invention, FIG. 3, schematically the operation of the rays in the region of the mask and the objective, and figure 4, part of a discharge lamp with the electric arc

produit dans celle-ci et le réglage de l'image du masque. produced in it and adjusting the mask image.

La figure 1 représente un simulateur de soleil, en tant que mode de réalisation préféré de l'invention. Le simulateur comporte un boîtier I dans la chambre intérieure duquel ou au centre duquel est disposée une lampe ou une source de lumière 2. La source de lumière 2 est une lampe au xénon à haute pression qui est alimentée par l'intermédiaire d'un dispositif d'amorçage 3 et d'un ballast. Dans le boîtier sont encore disposés un miroir sphérique 4 et un miroir ellipsoidal 5. La lumière produite par la source de lumière 2 est concentrée par le système de miroirs et dirigée sur un masque 6 qui se trouve dans la région de la paroi antérieure la du boîtier 1. Un Figure 1 shows a sun simulator, as a preferred embodiment of the invention. The simulator comprises a box I in the interior chamber of which or in the center of which is placed a lamp or a light source 2. The light source 2 is a high pressure xenon lamp which is supplied via a device 3 and a ballast. In the housing are also arranged a spherical mirror 4 and an ellipsoidal mirror 5. The light produced by the light source 2 is concentrated by the mirror system and directed onto a mask 6 which is located in the region of the anterior wall 1a. housing 1. A

objectif 7 est placé derrière le masque 6 afin de produire un faisceau paral- objective 7 is placed behind the mask 6 in order to produce a parallel beam

lèle de rayons à partir des rayons lumineux divergents. the ray line from the divergent light rays.

La figure 2 montre les composants du simulateur de soleil, en tant que mode de réalisation préféré de l'invention, et la marche des rayons dans une représentation schématique. Le miroir ellipsoïdal 5 est formé d'un segment de miroir ellipsoïdal désaxé qui est disposé de manière telle que la source de lumière 2 soit située à son premier foyer F1. Le miroir ellipsoïdal 5 focalise le rayonnement émis par la source de lumière 2 en son second foyer F2 o est disposé le masque 6. L'objectif 7 qui, vu dans la direction de marche des rayons, est placé derrière le masque 6 est disposé Figure 2 shows the components of the sun simulator, as a preferred embodiment of the invention, and the ray tracing in a schematic representation. The ellipsoidal mirror 5 is formed of an offset ellipsoidal mirror segment which is arranged such that the light source 2 is located at its first focus F1. The ellipsoidal mirror 5 focuses the radiation emitted by the light source 2 in its second focus F2 where the mask is placed 6. The objective 7 which, seen in the direction of travel of the rays, is placed behind the mask 6 is placed

de telle sorte que le masque soit situé dans son plan focal. Tous les fais- so that the mask is located in its focal plane. All do-

ceaux de rayons divergents partant d'un point du masque se propagent de manière parallèle après l'objectif 7. Le diamètre du masque 6 est adapté à divergent rays from a point on the mask propagate in parallel after the objective 7. The diameter of the mask 6 is adapted to

la focale de l'objectif 7, de telle sorte que tous les faisceaux parallèles sor- the focal length of objective 7, so that all of the parallel beams exit

tants derrière l'objectif 7 soient situés à l'intérieur d'un cône dont l'angle d'ouverture ou l'angle de collimation oc est de 32 minutes d'arc. Il s'agit du tants behind objective 7 are located inside a cone whose opening angle or collimation angle oc is 32 arc minutes. It's about

même angle que celui sous lequel le soleil présent dans le ciel à une dis- same angle as that at which the sun in the sky at a distance

tance quasiment infinie apparaît à un observateur terrestre. almost infinite tance appears to a terrestrial observer.

Un filtre d'adaptation 8 est disposé extérieurement sur l'objectif 7, filtre qui parfait l'adaptation de l'émission spectrale du rayonnement simulé au spectre solaire. Dans le mode de réalisation de l'invention décrit ici, lequel sert à simuler le soleil, on utilise comme source de lumière une lampe au xénon, dont l'émission spectrale se rapproche dans une large An adaptation filter 8 is disposed externally on the objective 7, a filter which perfects the adaptation of the spectral emission of the simulated radiation to the solar spectrum. In the embodiment of the invention described here, which is used to simulate the sun, a xenon lamp is used as the light source, the spectral emission of which approximates to a large extent.

mesure de la lumière naturelle du soleil. Pour optimiser encore plus par- measurement of natural sunlight. To optimize even more by-

faitement l'adaptation on atténue à l'aide du filtre d'adaptation 8 les pics d'émission de la lampe au xénon entre 800 nm et 840 nm, ainsi qu'entre in fact the adaptation, using the adaptation filter 8, attenuates the emission peaks of the xenon lamp between 800 nm and 840 nm, as well as between

860 nm et 1000 nm.860 nm and 1000 nm.

Le segment de miroir ellipsoïdal 5 désaxé est réalisé en alumi- The offset ellipsoidal mirror segment 5 is made of aluminum.

nium. Grâce à l'utilisation d'une optique métallique on obtient un simula- nium. Thanks to the use of metallic optics, a simula-

teur dont la construction est particulièrement compacte. Le segment de particularly compact in construction. The segment of

miroir ellipsoidal 5 présente une précision de surface extrêmement éle- ellipsoidal mirror 5 has extremely high surface precision

vée. Pour simuler le soleil, on n'utilise qu'une zone partielle définie de l'arc électrique produit par la lampe au xénon à haute pression, comme vee. To simulate the sun, only a defined partial area of the electric arc produced by the high pressure xenon lamp is used, such as

cela décrit plus loin.this is described below.

Le miroir sphérique 4 est disposé du côté de la source de lumière 2 opposé au miroir ellipsoïdal 5. Le miroir sphérique 4 est disposé de telle sorte que la source de lumière 2 ou l'arc électrique produit par la lampe au xénon à à arc court soit située au centre de sa courbure. La lampe au xénon The spherical mirror 4 is arranged on the side of the light source 2 opposite to the ellipsoidal mirror 5. The spherical mirror 4 is arranged so that the light source 2 or the electric arc produced by the xenon short-arc lamp is located in the center of its curvature. The xenon lamp

à arc court est disposée droite dans le boîtier 1 et est reproduite sur elle- with short arc is placed straight in the housing 1 and is reproduced on it-

même tête en bas par le miroir sphérique 4. Ceci permet d'obtenir une den- same upside down by the spherical mirror 4. This makes it possible to obtain a den-

sité de lumière plus homogène de l'image de l'arc électrique sur le masque 6. Une cellule photoélectrique non représentée sur les figures entre dans le faisceau sur le bord du faisceau de sortie du simulateur et mesure le flux lumineux. Par l'intermédiaire d'un circuit de régulation associé au ballast, le courant de lampe est régulé par un signal produit par la cellule more homogeneous light sity of the image of the electric arc on the mask 6. A photoelectric cell not shown in the figures enters the beam on the edge of the output beam of the simulator and measures the luminous flux. Via a regulation circuit associated with the ballast, the lamp current is regulated by a signal produced by the cell

photoélectrique et est maintenu constant à une valeur réglable. photoelectric and is kept constant at an adjustable value.

L'alimentation en courant électrique du dispositif est réalisée The device is supplied with electric current

par l'intermédiaire d'un ballast connecté au réseau. Une intensité quelcon- via a ballast connected to the network. Any intensity

que comprise dans une plage allant de 0 à 160 A peut être réglée sur l'appa- that in a range from 0 to 160 A can be set on the device

reil. La figure 3 montre de manière schématique la partie du système optique formée du masque 6 et de l'objectif 7 ainsi que la marche des rayons lumineux. Le diamètre du masque 6 et la focale de l'objectif 7 sont mutuellement adaptés de telle sorte que les rayons lumineux sortent de l'objectif 7 avec l'angle de collimation ou d'ouverture oc. Pour simuler la géométrie des rayons solaires, les composants sont accordés les uns avec les autres de telle sorte que l'angle de collimation (x soit égal à 32 minutes reil. FIG. 3 schematically shows the part of the optical system formed by the mask 6 and the objective 7 as well as the path of the light rays. The diameter of the mask 6 and the focal length of the objective 7 are mutually adapted so that the light rays exit the objective 7 with the angle of collimation or aperture oc. To simulate the geometry of the solar rays, the components are tuned with each other so that the collimation angle (x is equal to 32 minutes

d'arc. Dans le cas présent la précision est de + 0,2 minute d'arc. Le dispo- arc. In the present case, the accuracy is + 0.2 minutes of arc. The availability

sitif selon l'invention permet donc de produire un faisceau de rayons dans lequel le rayonnement énergétique est une constante solaire, l'angle de collimation étant en outre proche de celui du rayonnement solaire. Dans le cas présent, le simulateur de soleil produit un faisceau de rayons à section sitive according to the invention therefore makes it possible to produce a beam of rays in which the energy radiation is a solar constant, the collimation angle being also close to that of solar radiation. In this case, the sun simulator produces a section beam of rays

circulaire dont le diamètre est de 200 mm. circular with a diameter of 200 mm.

La figure 4 représente une partie d'une lampe au xénon à haute Figure 4 shows part of a high xenon lamp

pression utilisée en tant que source de lumière dans le dispositif de simu- pressure used as a light source in the simulator

lation selon l'invention, pour simuler le soleil. Un arc électrique 30 est produit entre une cathode 21 et une anode 22 par décharge dans un gaz. Sur la figure 4, des lignes 30a de même luminance sont représentées entre la cathode 21 et l'anode 22. Le plasma de xénon incandescent présente une luminance élevée et une émission spectrale qui se rapproche dans une lation according to the invention, to simulate the sun. An electric arc 30 is produced between a cathode 21 and an anode 22 by discharge in a gas. In FIG. 4, lines 30a of the same luminance are represented between the cathode 21 and the anode 22. The incandescent xenon plasma exhibits a high luminance and a spectral emission which approximates in a

large mesure du spectre solaire. Pour satisfaire les deux exigences à la sor- large measure of the solar spectrum. To satisfy both requirements at the outlet

tie du simulateur de soleil, à savoir d'une part obtenir un rayonnement tie of the sun simulator, namely on the one hand to obtain a radiation

énergétique d'une constante solaire et d'autre part créer un angle d'ouver- energy of a solar constant and on the other hand create an opening angle

ture de 32 minutes d'arc, il faut que la luminance du plasma soit légère- 32 arc minutes, the plasma luminance must be light-

ment supérieure à la luminance à la surface du soleil, étant donné que les pertes doivent être compensées. Pour obtenir une luminance très élevée et une distribution de luminosité homogène dans le rayonnement sortant, dans la présente invention, seule la zone du champ lumineux ou de l'arc higher than the luminance at the surface of the sun, since the losses must be compensated. To obtain a very high luminance and a uniform distribution of luminosity in the outgoing radiation, in the present invention, only the zone of the light field or of the arc

électrique qui se trouve directement au-dessus de la cathode 21, c'est-à- which is located directly above the cathode 21, i.e.

dire la zone de luminance maximale est reproduite. Ainsi l'utilisation de l'arc électrique est optimale et un gradient de luminosité est largement say the maximum luminance area is reproduced. Thus the use of the electric arc is optimal and a gradient of brightness is largely

évité voire considérablement réduit. avoided or even considerably reduced.

Le cercle 61 sur la figure 4 représente l'image du masque sur l'arc électrique 30. Cela signifie que le masque 6 est reproduit à l'aide du miroir ellipsoidal 5 dans un plan qui dans l'arc électrique 30 au-dessus de la cathode 21 ou dans le voisinage immédiat de celle-ci et ainsi est situé dans la zone la plus chaude de l'arc électrique 30. L'ouverture du masque est choisie de telle sorte que l'image du masque soit entièrement située dans la The circle 61 in FIG. 4 represents the image of the mask on the electric arc 30. This means that the mask 6 is reproduced using the ellipsoidal mirror 5 in a plane which in the electric arc 30 above cathode 21 or in the immediate vicinity thereof and thus is located in the hottest area of the electric arc 30. The opening of the mask is chosen so that the image of the mask is entirely located in the

zone la plus chaude de l'arc électrique 30. Ainsi les zones de l'arc électri- hottest area of the electric arc 30. Thus the areas of the electric arc

que 30 situés plus loin vers l'extérieur, de même que la cathode 21 et than 30 located further outwards, as well as cathode 21 and

l'anode 22 sont éliminées.the anode 22 are eliminated.

Le cercle 61 avec le champ lumineux largement homogène situé dans celuici sert donc de source de lumière pour produire le rayonnement The circle 61 with the largely homogeneous light field situated therein therefore serves as a light source for producing the radiation.

simulé du corps céleste ou du soleil. L'homogénéité de rayonnement obte- simulated from the celestial body or from the sun. The homogeneity of radiation obtained

nue, comme indiqué plus haut, est encore améliorée par la reproduction naked, as indicated above, is further improved by reproduction

tête en bas de l'arc électrique 30 à l'aide du miroir sphérique 4. upside down of the electric arc 30 using the spherical mirror 4.

Dans le fond du boîtier 1, deux cercles de perçage pour la fixa- In the bottom of the housing 1, two drilling circles for fixing it

tion sur un support sont aménagés dans le voisinage du centre de gravité du simulateur. En outre trois pieds à appui pendulaire par l'intermédiaire tion on a support are arranged in the vicinity of the center of gravity of the simulator. Additionally three pendulum feet via

desquels le simulateur peut être posé sur une table sont vissés dans la pla- which the simulator can be placed on a table are screwed into the board

que de fond du boîtier 1. Des vis de réglage accessibles de l'extérieur sont disposées dans la plaque de fond. Les pieds permettent de poser l'appareil as the bottom of the housing 1. Adjustment screws accessible from the outside are placed in the bottom plate. The feet allow you to place the device

à une hauteur suffisante par rapport à la table. at a sufficient height from the table.

Les éléments de réglage qui ne sont pas repérés sur les figures comprennent des dispositifs de déplacement qui sont accessibles de l'extérieur lorsque le boîtier de lampe est fermé. L'actionnement a lieu soit depuis la plaque de fond, soit à travers de petites ouvertures dans les parois du boîtier 1 qui sont masquées par des volets. Un premier dispositif de réglage permet de régler l'objectif 7 par rapport au masque 6, dans la direction axiale. Un deuxième dispositif de réglage permet de déplacer le masque 6 également dans la direction axiale par rapport à l'objectif 7 et au miroir ellipsoïdal 5. Un troisième dispositif de réglage est couplé à un support du miroir ellipsoïdal 5 et comporte des moyens de déplacement en translation respectivement dans la direction latérale et dans la direction The adjustment elements which are not marked in the figures include displacement devices which are accessible from the outside when the lamp housing is closed. The actuation takes place either from the bottom plate, or through small openings in the walls of the housing 1 which are masked by shutters. A first adjustment device makes it possible to adjust the objective 7 relative to the mask 6, in the axial direction. A second adjustment device makes it possible to move the mask 6 also in the axial direction relative to the objective 7 and to the ellipsoidal mirror 5. A third adjustment device is coupled to a support for the ellipsoidal mirror 5 and comprises means of displacement in translation respectively in the lateral direction and in the direction

axiale et deux moyens de déplacement en rotation autour de deux axes per- axial and two means of displacement in rotation around two axes per-

pendiculaires à l'axe du simulateur. La lampe ou la source de lumière 2 peut basculer avec son support autour de deux axes horizontaux et être déplacée en translation dans la direction verticale. Un support du miroir sphérique 4 comporte des moyens de déplacement respectivement dans la pendulars to the simulator axis. The lamp or the light source 2 can tilt with its support around two horizontal axes and be moved in translation in the vertical direction. A support for the spherical mirror 4 comprises means of displacement respectively in the

direction latérale et dans la direction axiale ainsi qu'un moyen de déplace- lateral direction and in the axial direction as well as a means of movement-

ment en rotation autour d'un axe vertical. L'ensemble du support peut en rotated around a vertical axis. The entire support can

outre basculer autour de deux axes horizontaux et être déplacé en transla- besides tilting around two horizontal axes and being moved in transla-

tion dans la direction verticale.tion in the vertical direction.

Pour régler le dispositif de simulation, on procède tout d'abord à un préréglage mécanique des composants optiques à l'aide de repères de référence, puis à un réglage fin interne du simulateur à froid, c'est-àdire To adjust the simulation device, first carry out a mechanical presetting of the optical components using reference marks, then an internal fine adjustment of the cold simulator, that is to say

avec la source de lumière coupée, le boîtier 1 étant ouvert. with the light source off, the housing 1 being open.

Pour le réglage fin à froid on remplace le masque 6 par un masque de réglage spécial non représenté. Ce masque permet, bien que l'ouverture et la position du masque soient identiques, d'observer la zone autour du plan de masque. Lorsque le réglage est correct le plan de masque se For the cold fine adjustment, the mask 6 is replaced by a special adjustment mask, not shown. This mask allows, although the opening and the position of the mask are identical, to observe the area around the mask plane. When the setting is correct the mask plane is

confond avec le plan d'image du miroir ellipsoïdal 5. coincides with the image plane of the ellipsoidal mirror 5.

Le plan de masque peut être observé à travers l'objectif 7 du simulateur à l'oeil nu ou à l'aide d'une caméra vidéo. Avec cette disposition particulière des composants optiques lors du réglage le plan de masque est représenté grossi comme au travers d'une loupe. Ainsi il est possible de régler l'image de la cathode 21 de la lampe projetée par le miroir ellipsoi- dal 5 et l'image inversée de la cathode 21 projetée par le miroir sphérique 4 de telle sorte que les deux images soient situées juste en dehors du bord du masque. The mask plane can be observed through the objective 7 of the simulator with the naked eye or using a video camera. With this particular arrangement of the optical components during adjustment, the mask plane is shown magnified as through a magnifying glass. Thus it is possible to adjust the image of the cathode 21 of the lamp projected by the ellipsoidal mirror 5 and the inverted image of the cathode 21 projected by the spherical mirror 4 so that the two images are located just in outside the edge of the mask.

De même le réglage de la position l'image de lampe dans la direc- Likewise adjusting the position of the lamp image in the direction

tion axiale est opéré à l'aide du masque de réglage. Le réglage est réalisé Axial tion is operated using the adjustment mask. The adjustment is made

de telle sorte que les images de lampe soient situées dans le plan de mas- so that the lamp images are located in the mask plane

que. Dans ce cas l'image de lampe, lorsqu'on déplace avec un mouvement de va-et-vient latéralement et de haut en bas l'oeil ou la caméra vidéo than. In this case the lamp image, when moving with a back and forth movement laterally and up and down the eye or the video camera

devant l'objectif 7, doit rester au même endroit par rapport au masque 6. in front of the lens 7, must remain in the same place relative to the mask 6.

Après le réglage fin à froid on procède à un réglage fin à chaud avec la source de lumière en service. Le boîtier 1 dans lequel se trouve la lampe est fermé. Le réglage à chaud est réalisé avec le masque 6 qui dans ce cas est un masque de soleil. Au cours de la première étape du réglage fin à chaud, on observe les deux images d'arc électrique renvoyées par le After the cold fine adjustment, a hot fine adjustment is carried out with the light source in use. The housing 1 in which the lamp is located is closed. The hot adjustment is carried out with the mask 6 which in this case is a sun mask. During the first step of the hot fine adjustment, we observe the two electric arc images returned by the

miroir ellipsoidal 5 et par le miroir sphérique 4 à l'aide d'un filtre gris fort. ellipsoidal mirror 5 and by the spherical mirror 4 using a strong gray filter.

Le réglage est réalisé de telle sorte l'ouverture du masque se trouve dans sa The adjustment is made so that the opening of the mask is in its

position proche de la cathode 21 de lampe. Un critère de réglage supplé- position close to the cathode 21 of the lamp. An additional adjustment criterion

mentaire est l'absence de vignettage dans tout le faisceau de sortie. is the absence of vignetting in the entire output beam.

La deuxième étape est réalisée avec une cellule photoélectriquc que l'on déplace dans le faisceau de sortie du simulateur. Le critère de réglage est ici l'obtention d'une distribution de lumière aussi homogène The second step is carried out with a photoelectric cell which is moved into the output beam of the simulator. The adjustment criterion here is to obtain such a uniform light distribution

que possible dans toute la section du faisceau. as possible across the entire beam section.

Lors du réglage fin à chaud qui est réalisé avec le boîtier fermé, les déplacements des composants optiques sont obtenus au moyen de vis During the hot fine adjustment which is carried out with the housing closed, the displacements of the optical components are obtained by means of screws

de réglage non représentées sur les figures. Celles-ci sont en partie acces- adjustment not shown in the figures. These are partly accessed

sibles au travers des petites ouvertures masquées dans les parois du boîtier through small hidden openings in the enclosure walls

de simulateur 1, comme décrit plus haut. simulator 1, as described above.

Lorsqu'on utilise une lampe de forte puissance, un refroidisse- When using a high-powered lamp, a cooler

ment suffisant doit être assuré. Dans le cas de la lampe au xénon utilisée pour simuler le soleil la puissance est de 4200 W environ. Pour évacuer la sufficient must be ensured. In the case of the xenon lamp used to simulate the sun, the power is approximately 4200 W. To evacuate the

chaleur produite une tubulure d'aspiration est montée sur la face supé- heat produced a suction pipe is mounted on the upper side

rieure du boîtier 1, juste au-dessus de la lampe ou de la source de lumière 2. Un dispositif d'aspiration pour le refroidissement forcé de la lampe 2 est connecté à la tubulure d'aspiration par l'intermédiaire d'un conduit souple de 200 mm de diamètre. La puissance d'aspiration est réglée de telle sorte que la vitesse du vent au niveau de l'équateur de la lampe, à une distance de 5 mm, soit d'au moins 5 m/s. On est assuré ainsi que la température maximale de 230 admissible pour la douille de la lampe ne sera pas dépassée. Le bulbe de lampe porte un revêtement spécial grâce auquel l'air extrait est pauvre en ozone. On évite ainsi une pollution lower of the housing 1, just above the lamp or the light source 2. A suction device for the forced cooling of the lamp 2 is connected to the suction pipe by means of a flexible conduit 200 mm in diameter. The suction power is adjusted so that the wind speed at the equator of the lamp, at a distance of 5 mm, is at least 5 m / s. It is thus ensured that the maximum temperature of 230 admissible for the lamp socket will not be exceeded. The bulb of the lamp has a special coating which makes the extracted air low in ozone. This avoids pollution

de l'environnement.of the environment.

Bien que l'invention soit décrite ici à l'aide d'un simulateur de soleil, celle-ci n'est aucunement limitée à cette forme de réalisation. La présente invention permet de simuler le soleil avec un degré de qualité élevé aussi bien sur le plan du rayonnement énergétique que sur- le plan de la géométrie pour un observateur se trouvant sur terre ou à proximité de la telTe. Outre la simulation simultanée de l'intensité du rayonnement et de la géométrie du soleil, il est possible de rapprocher l'émission spectrale du faisceau lumineux produit de celle du rayonnement solaire. A cela s'ajoute Although the invention is described here using a sun simulator, it is in no way limited to this embodiment. The present invention makes it possible to simulate the sun with a high degree of quality both in terms of energy radiation and in terms of geometry for an observer being on earth or near the telTe. Besides the simultaneous simulation of the intensity of the radiation and the geometry of the sun, it is possible to compare the spectral emission of the light beam produced with that of the solar radiation. Added to this is

encore la grande homogénéité du rayonnement simulé du corps céleste. still the great homogeneity of the simulated radiation of the celestial body.

Claims

1. Device for simulating a celestial body, in particular a sun simulator, characterized by

- a light source (2) whose spectral emission is adapted to the spec-

be of a celestial body, - an optical system which comprises a mirror (5), a mask (6) and an objective (7) for the purpose of forming from the light emitted by the light source (2) a beam of parallel rays, - the diameter of the mask (6) being adapted to the focal length of the objective (7), so that the light rays exit the objective under a collimation angle oc which corresponds to the angle under which the celestial body

appears to an observer at a determined distance.

2. Device according to claim 1, characterized in that the light source (2) is calculated so that the radiation

energy of the light beam corresponds to the energy radiation

that of the celestial body.

3. Device according to any one of the preceding claims.

tes, characterized in that the mask (6) and the focus of the mirror (5) are

located in the focal plane of the lens (7).

4. Device according to any one of claims 1 to 3,

characterized by the fact that the collimation angle is 32 arc minutes and that the beam of rays has an energy radiation of

mW / cm2.

5. Device according to any one of the preceding claims.

tes, characterized in that the image of the mask (6) produced by the mirror (5) is located on the warmer area of an electric arc produced by the

light source (2).

6. Device according to any one of the preceding claims.

tes, characterized in that the mirror (5) is a segment of ellip-

offset of the first focal point F1 of which the light source is arranged

(2) and at the second focal point F2 of which the mask (6) is disposed.

7. Device according to any one of the preceding claims.

tes, characterized in that the surface of the mirror is made of metal, of

preferably aluminum.

8. Device according to any one of the preceding claims, characterized

by a regulation of the light flux which comprises a photoelectric cell for measuring the light flux and a regulation circuit coupled to the photoelectric cell.

9. Device according to any one of the preceding claims, characterized

by an adaptation filter (8) to adapt the radiation from the light source (2)

to the spectral emission of the celestial body.

10. Device according to any one of the preceding claims,

characterized in that the mask (6) can be replaced by an adjustment mask in order to constitute with the objective (7) a device for adjusting the

optical system.

11. Device according to any one of the preceding claims,

1 characterized by a spherical mirror (4) which is arranged so that it reflects

on itself, upside down, the light source (2).

12. Device according to any one of the preceding claims, characterized

by the fact that the light source (2) is a gas discharge lamp, in particular

a high pressure xenon lamp.

13. Device according to any one of the preceding claims, characterized

by externally actuable adjustment elements for adjusting the various components.

14. Adjustment method for a device for simulating a celestial body characterized in that a mask plane of the device is observed through an objective (7) of said device, said objective making it possible to form from light emitted by the light source (2) a beam of parallel rays, a mask (6) placed in the mask plane being positioned so that its opening reproduces the hottest area of an electric arc produced by a light source. light (2), the diameter of the mask (6) being adapted to the focal length of the objective (7), the light rays leaving the objective at a collimation angle ax which corresponds to the angle at which the celestial body appears to an observer at a determined distance.

15. Adjustment method according to claim 14, characterized in that the image of a cathode (21) of the light source (2) projected by an ellipsoidal mirror (5)

and / or a spherical mirror (4) is located outside the mask.

16. Adjustment method according to claim 14 or claim 15, characterized in that after a cold adjustment with the light source (2)

off, a hot adjustment is made with the light source (2) in service.