[发明专利]太阳模拟器光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种非成像系统，特别是一种太阳模拟器光学系统。

背景技术

太阳模拟器是一种在室内利用人工光源模拟太阳光辐照特性的实验定标设备，已在空间技术、遥感技术、气象监测和太阳能发电产业等诸多领域得到了广泛应用。太阳模拟器已经成为我国空间科学在地面进行空间环境模拟试验研究的重要组成部分。太阳模拟器多用于空间飞行器的地面环境模拟试验，是空间环境模拟设备的主要组成部分，为航天器提供与太阳光谱分布相匹配的，并且均匀稳定的光辐照。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，特别是对形状复杂、热耦合关系复杂的航天器的热平衡试验，必须用太阳模拟器来完成。

太阳能光伏发电领域光电转换器件太阳电池的检测，遥感技术领域中室内模拟太阳光谱辐照，生物科学领域研究植物发育与培育良种等等，都在应用太阳模拟器。当然，不同领域的应用对太阳光辐照的要求不尽相同，因此，对太阳模拟器光学系统的指标要求也是不同的。

在先技术，日本在中国申请的PCT专利CN201380013598.1(山下电装株式会社)，和中国发明专利CN201110452084.9、CN201010224117.X，公开的太阳模拟器光学系统包括：氙灯、椭球面反射镜、光学积分器、光阑、准直物镜等。其中光学积分器由2个透镜阵列(也称为复眼透镜)构成，其第一个透镜阵列用作场镜，其第二个透镜阵列作为投影镜，透镜阵列一般采用胶和方式制作。

氙灯位于椭球面反射镜的第一焦点处，光学积分器中的场镜位于椭球面反射镜的第二焦点(或第二焦面)处。椭球面反射镜的作用是将氙灯的光汇聚到位于第二焦点的光学积分器的场镜上。这样的技术方案，将产生2个主要的问题：光学系统结构较长、光学积分器处的能量密度较大，将导致太阳模拟器体积过大、光学积分器寿命过短等问题。

发明内容

本发明的目的在于公开一种太阳模拟器光学系统，采用光学积分器相对于椭球面反射镜第二焦点沿光轴方向离焦的方法，可以有效解决在先技术的太阳模拟器体积过大、光学积分器寿命过短等问题。

本发明的目的是这样实现的：

一种太阳模拟器光学系统，包括：氙灯、椭球面反射镜、光学积分器、可变光阑、准直透镜和辐照面，椭球面反射镜的第一焦点和第二焦点的连线定义为太阳模拟器光学系统的光轴，氙灯的发光中心位于椭球面反射镜的第一焦点，光学积分器包括第一透镜阵列和第二透镜阵列，第一透镜阵列和第二透镜阵列的中心在光轴上，可变光阑的中心在光轴上，准直透镜的中心在光轴上，组成共光轴的光学系统，其特点在于，光学积分器位于椭球面反射镜的第一焦点和第二焦点之间、且相对于所述的椭球面反射镜第二焦点沿所述的光轴方向，向第一焦点方向离焦249～251mm，准直透镜位于接近可变光阑的位置，可变光阑位于光学积分器3和准直透镜5之间，辐照面位于准直透镜的后焦面位置。

所述的光学积分器的第一透镜阵列的后表面相对于第二透镜阵列的前表面距离为58.37mm，辐照面距离准直透镜后表面为602mm。

本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1、本发明的太阳模拟器光学系统，光学积分器相对于椭球面反射镜第二焦点沿光轴方向离焦，准直透镜接近光学积分器放置，可以大大缩短光学系统的长度，可以有效解决在先技术太阳模拟器体积过大问题；

2、本发明的太阳模拟器光学系统，光学积分器位于远离椭球面反射镜第二焦点的位置，辐射能量密度相对较低，对光学积分器玻璃材料和胶合材料的技术要求相对降低，可以有效解决在先技术太阳模拟器寿命过短问题。

附图说明

图1为本发明的太阳模拟器光学系统的结构示意图；

图2为本发明的图1中3、4、5的放大结构示意图；

图3为本发明的图1中光学积分器3的结构示意图。

具体实施方式

以下将对本发明的太阳模拟器光学系统做进一步的详细描述。

本发明太阳模拟器光学系统，如图1所示，包括：氙灯1、椭球面反射镜2、光学积分器3、可变光阑4、准直透镜5、辐照面6，椭球面反射镜2的第一焦点F1和第二焦点F2的连线定义为太阳模拟器光学系统的光轴，氙灯1的发光中心位于椭球面反射镜2的第一焦点F1，可变光阑4的中心在光轴上，准直透镜5的中心在光轴上，组成共光轴的光学系统。