專利名稱：一種帶自準(zhǔn)直瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的高準(zhǔn)直太陽(yáng)模擬器光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域中涉及的一種太陽(yáng)模擬器光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)模擬器是在室內(nèi)模擬在不同大氣質(zhì)量條件下太陽(yáng)光輻照特性的一種試驗(yàn)或 定標(biāo)設(shè)備。太陽(yáng)模擬技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展與我國(guó)空間科學(xué)的發(fā)展密切相關(guān)。太陽(yáng)模擬器已經(jīng) 成為我國(guó)空間科學(xué)中在地面進(jìn)行空間環(huán)境模擬試驗(yàn)研究的重要組成部分。太陽(yáng)模擬器多 用于空間飛行器的地面環(huán)境模擬試驗(yàn)，是空間環(huán)境模擬設(shè)備的主要組成部分，為航天器提 供與太陽(yáng)光譜分布相匹配的、均勻的、準(zhǔn)直穩(wěn)定的光輻照。在航天器真空熱環(huán)境試驗(yàn)中，太 陽(yáng)模擬器是最真實(shí)準(zhǔn)確的熱流模擬手段，應(yīng)用太陽(yáng)模擬器可以高精度的完成航天器熱平衡 試驗(yàn)，特別是對(duì)形狀復(fù)雜、熱耦合關(guān)系復(fù)雜的航天器的熱平衡試驗(yàn)，必須用太陽(yáng)模擬器來(lái)完 成。在其他方面，例如人造衛(wèi)星飛行姿態(tài)控制用太陽(yáng)角計(jì)的地面模擬試驗(yàn)與標(biāo)定，地 球資源衛(wèi)星多光譜掃描儀太陽(yáng)光譜輻照響應(yīng)的地面定標(biāo)，太陽(yáng)光伏科學(xué)與工程中光電轉(zhuǎn)換 器件太陽(yáng)電池的檢測(cè)，遙感技術(shù)中室內(nèi)模擬太陽(yáng)光譜輻照，生物科學(xué)中研究植物發(fā)育與培 育良種等等，都在應(yīng)用太陽(yáng)模擬器。然而，不同場(chǎng)所的應(yīng)用對(duì)太陽(yáng)光輻照的要求是不同的， 因此對(duì)太陽(yáng)模擬器光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要求也是有區(qū)別的。與本發(fā)明最為接近的已有技術(shù)是中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所設(shè) 計(jì)的太陽(yáng)模擬器光學(xué)系統(tǒng)，如圖1、圖2、圖3所示，包括氙燈光源1、橢球聚光鏡2、平面反射 鏡3、光學(xué)積分器組件4、準(zhǔn)直物鏡5，其中，光學(xué)積分器組件4如圖2所示，包括光膠板6和 元素透鏡7，一定數(shù)量的六邊形元素透鏡7按規(guī)則排列光膠在光膠板6上構(gòu)成兩組透鏡，前 組為場(chǎng)鏡，后組為投影鏡，如圖3所示同光軸相反安裝。具體結(jié)構(gòu)關(guān)系是氙燈光源1位于 橢球聚光鏡2的第一焦點(diǎn)處，平面反射鏡3與橢球聚光鏡2的光軸成45度角，光學(xué)積分器 組件4中的場(chǎng)鏡位于橢球聚光鏡2的第二焦點(diǎn)處；氙燈光源1發(fā)出的光輻射通量，經(jīng)橢球聚 光鏡2反射并以設(shè)計(jì)的包容角匯聚，再通過(guò)平面反射鏡3改變方向投影到橢球聚光鏡2的 第二焦面上，形成一個(gè)較大范圍的輻照分布；這個(gè)較大范圍的輻照分布經(jīng)由光學(xué)積分器組 件4成像到無(wú)窮遠(yuǎn)，形成一個(gè)較均勻的輻照范圍，再經(jīng)準(zhǔn)直物鏡5以一定的準(zhǔn)直角，投影到 準(zhǔn)直物鏡5的后焦面附近，形成一個(gè)較均勻的輻照面。該光學(xué)系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題是太陽(yáng)模擬器使用之前必須進(jìn)行零位標(biāo)定，該光學(xué) 系統(tǒng)只能是人為的進(jìn)行零位標(biāo)定，即在模擬器輸出準(zhǔn)直光束的光軸給定的情況下，微調(diào)安 裝有太陽(yáng)敏感器的三維或二維轉(zhuǎn)臺(tái)，通過(guò)敏感器輸出信號(hào)的特征來(lái)確定零位，其微調(diào)的結(jié) 果只能定性的描述非常接近零位。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于利用增加的自準(zhǔn)直瞄準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn) 行零位標(biāo)定，完全擺脫人為因素帶來(lái)的零位標(biāo)定誤差。
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本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種帶自準(zhǔn)直瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的高準(zhǔn)直太陽(yáng)模擬器光 學(xué)系統(tǒng)。解決技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如圖4、圖5、圖6所示，包括氙燈光源8、橢球聚光鏡9、 平面反射鏡10、光學(xué)積分器組件11、第一分光棱鏡12、第二分光棱鏡13、發(fā)射分劃板14、LED 光源15、瞄準(zhǔn)分劃板16、目鏡17、準(zhǔn)直物鏡18 ；發(fā)射分劃板14是十字絲透光，瞄準(zhǔn)分劃板16 是十字絲不透光；氙燈光源8位于橢球聚光鏡9的第一焦點(diǎn)處，平面反射鏡10與橢球聚光 鏡9的光軸成45度角安裝，光學(xué)積分器組件11中的場(chǎng)鏡位于橢球聚光鏡9的第二焦點(diǎn)處， 后組投影鏡與前組場(chǎng)鏡同光軸；在平面反射鏡10和光學(xué)積分器組件11形成的光路光軸上 從左至右依次有第一分光棱鏡12和準(zhǔn)直物鏡18，使第一分光棱鏡12的分光反射透射面與 光軸成45度角；在第一分光棱鏡12的反射光光軸上依次放置有第二分光棱鏡13、瞄準(zhǔn)分 劃板16、目鏡17 ；使第二分光棱鏡13的分光反射透射面與光軸成45度角安裝，瞄準(zhǔn)分劃板 16的工作面與光軸垂直；在第二分光棱鏡13的反射光光軸上，從左至右依次裝有發(fā)射分劃 板14和LED光源15 ；發(fā)射分劃板14、瞄準(zhǔn)分劃板16和光學(xué)積分器組件11后的光闌共軛， 均處于準(zhǔn)直物鏡18的前焦面上。第一分光棱鏡12至目鏡17各件組成自準(zhǔn)直瞄準(zhǔn)光學(xué)系 統(tǒng)。工作原理說(shuō)明由LED光源15發(fā)出的光輻射投射到發(fā)射分劃板14上，發(fā)射分劃 板14上透光的十字線經(jīng)第二分光棱鏡13、第一分光棱鏡12及準(zhǔn)直物鏡18后成像在無(wú)窮遠(yuǎn) 處，經(jīng)外部的三維或二維轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)置的平面反射鏡反射后，折返回準(zhǔn)直物鏡18，再經(jīng)第一分 光棱鏡12、第二分光棱鏡13成像在瞄準(zhǔn)分劃板16上。人眼可經(jīng)目鏡17觀察到瞄準(zhǔn)分劃板 16上的十字線與發(fā)射分劃板14上的十字線的自準(zhǔn)像，微調(diào)位于轉(zhuǎn)臺(tái)上的平面反射鏡，使兩 個(gè)十字線重合，可定量的讀出瞄準(zhǔn)零位精度，瞄準(zhǔn)精度可達(dá)秒級(jí)。零位精度標(biāo)定后，在太陽(yáng) 模擬器工作時(shí)將第一分光棱鏡12移出光路。本發(fā)明的積極效果通過(guò)本發(fā)明在原來(lái)的高準(zhǔn)直太陽(yáng)模擬器光學(xué)系統(tǒng)加上自準(zhǔn)直 瞄準(zhǔn)系統(tǒng)能更準(zhǔn)確的進(jìn)行零位標(biāo)定，從而消除人為的影響，達(dá)到更好的實(shí)驗(yàn)效果。本發(fā)明巧 妙的利用太陽(yáng)模擬器中的光束準(zhǔn)直物鏡作為平行光管的物鏡，一鏡兩用既是模擬器的準(zhǔn)直 物鏡又是瞄準(zhǔn)平行光管的物鏡。


圖1是已有技術(shù)的高準(zhǔn)直太陽(yáng)模擬器光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是已有技術(shù)中的光學(xué)積分器的正視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明的帶自準(zhǔn)直瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的高準(zhǔn)直太陽(yáng)模擬器光學(xué)系統(tǒng)。圖5是圖4中發(fā)射分劃板14的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是圖4中瞄準(zhǔn)分劃板16的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明按圖4、圖5、圖6所示的結(jié)構(gòu)實(shí)施。橢球聚光鏡9材料采用鍛鋁，光學(xué)表面 細(xì)磨拋光鍍鎳層之后，鍍鋁反射膜和二氧化硅保護(hù)膜；平面反射鏡10的材料采用鍛鋁，與 橢球聚光鏡9采用一樣的工藝；光學(xué)積分器組件11材料均采用JGS3玻璃；自準(zhǔn)直瞄準(zhǔn)系統(tǒng) 中各件的材料均采用K9玻璃，第一分光棱鏡12和第二分光棱鏡13的規(guī)格相同，都采用兩塊直角棱鏡膠合而成，目鏡17采用10倍目鏡；準(zhǔn)直物鏡18采用雙分離組合透鏡，各表面鍍 增透膜，凸透鏡的材料采用K9，凹透鏡的材料采用KF2，該組合可以消除色差。
權(quán)利要求
一種帶自準(zhǔn)直瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的高準(zhǔn)直太陽(yáng)模擬器光學(xué)系統(tǒng)，包括氙燈光源(8)、橢球聚光鏡(9)、平面反射鏡(10)、光學(xué)積分器組件(11)、準(zhǔn)直物鏡(18)；其特征在于還包括第一分光棱鏡(12)、第二分光棱鏡(13)、發(fā)射分劃板(14)、LED光源(15)、瞄準(zhǔn)分劃板(16)、目鏡(17)；發(fā)射分劃板(14)是十字絲透光，瞄準(zhǔn)分劃板(16)是十字絲不透光；氙燈光源(8)位于橢球聚光鏡(9)的第一焦點(diǎn)處，平面反射鏡(10)與橢球聚光鏡(9)的光軸成45度角安裝，光學(xué)積分器組件(11)中的場(chǎng)鏡位于橢球聚光鏡(9)的第二焦點(diǎn)處，后組投影鏡與前組場(chǎng)鏡同光軸；在平面反射鏡(10)和光學(xué)積分器組件(11)形成的光路光軸上從左至右依次有第一分光棱鏡(12)和準(zhǔn)直物鏡(18)，使第一分光棱鏡(12)的分光反射透射面與光軸成45度角；在第一分光棱鏡(12)的反射光光軸上依次放置有第二分光棱鏡(13)、瞄準(zhǔn)分劃板(16)、目鏡(17)；使第二分光棱鏡(13)的分光反射透射面與光軸成45度角安裝，瞄準(zhǔn)分劃板(16)的工作面與光軸垂直；在第二分光棱鏡(13)的反射光光軸上，從左至右依次裝有發(fā)射分劃板(14)和LED光源(15)；發(fā)射分劃板(14)、瞄準(zhǔn)分劃板(16)和光學(xué)積分器組件(11)后的光闌共軛，均處于準(zhǔn)直物鏡(18)的前焦面上。
全文摘要
一種帶自準(zhǔn)直瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的高準(zhǔn)直太陽(yáng)模擬器光學(xué)系統(tǒng)，屬于光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域中涉及的一種太陽(yáng)模擬器光學(xué)系統(tǒng)。要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種帶自準(zhǔn)直瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的高準(zhǔn)直太陽(yáng)模擬器光學(xué)系統(tǒng)。解決的技術(shù)方案包括氙燈光源、橢球聚光鏡、平面反射鏡、光學(xué)積分器組件、第一分光棱鏡、第二分光棱鏡、發(fā)射分劃板、LED光源、瞄準(zhǔn)分劃板、目鏡、準(zhǔn)直物鏡；該光學(xué)系統(tǒng)是在原有高準(zhǔn)直太陽(yáng)模擬器光學(xué)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在光學(xué)積分器組件后的光路上增加了自準(zhǔn)直瞄準(zhǔn)系統(tǒng)后形成的光學(xué)系統(tǒng)。其中自準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)包括第一分光棱鏡、第二分光棱鏡、發(fā)射分劃板、LED光源、瞄準(zhǔn)分劃板和目鏡。通過(guò)本發(fā)明能更準(zhǔn)確的進(jìn)行零位標(biāo)定，從而消除人為的影響，達(dá)到更好的實(shí)驗(yàn)效果。
文檔編號(hào)F21S8/00GK101907773SQ20101022411
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者劉洪波, 王麗, 陳蘭峰, 陳家奇, 高雁 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所