太陽模擬器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及機(jī)械領(lǐng)域，特別是一種太陽模擬器，能夠以緊湊結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高均勻性的模擬效果，包括沿同一光軸從光軸上游到下游依次設(shè)置的光源、聚光鏡、場鏡、光闌、準(zhǔn)直物鏡、被照面，其中，所述光源位于所述聚光鏡的光軸上游側(cè)的第一焦點(diǎn)處，所述場鏡位于所述聚光鏡的光軸下游側(cè)的第二焦點(diǎn)處，所述光闌位于所述準(zhǔn)直物鏡的焦點(diǎn)處且與所述場鏡相距0.5～2.0毫米。
【專利說明】太陽模擬器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及機(jī)械領(lǐng)域，特別是一種太陽模擬器。

【背景技術(shù)】
[0002]太陽發(fā)光面對地球上任一點(diǎn)的張角稱為準(zhǔn)直角。地球繞太陽在近圓軌道上運(yùn)行，在近地點(diǎn)張角為32’ 36"，遠(yuǎn)地點(diǎn)張角為31’31"，因此在小型太陽模擬器中，太陽光準(zhǔn)直角通常取為32’ ±0.5’。
[0003]現(xiàn)有的小型太陽模擬器如文獻(xiàn)《太陽模擬器光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)》(劉超博等，長春理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，Vol.33，2010) —文所述，通常采用如圖1所示的方案，其中，光源I發(fā)出的光經(jīng)過聚光鏡2收集后先匯聚到光學(xué)積分器3 (由場鏡和投影鏡兩組組成)，再經(jīng)過光闌4，由準(zhǔn)直物鏡5準(zhǔn)直后，輸出到被照面6。
[0004]不過，這樣的小型太陽模擬器中使用光學(xué)積分器會(huì)遇到以下問題:
[0005]1、為減小系統(tǒng)體積，準(zhǔn)直鏡的焦距f’不會(huì)取很大(通常在100mm左右，這里取100mm為例)，則光闌的半徑為1000 X tan (32’/2) ^ 4.65mm，尺寸較小。積分器緊臨光闌，有效口徑與光闌尺寸接近，因此光學(xué)積分器的每個(gè)鏡片尺寸都需要很小，鏡片的加工和安裝固定比較困難。
[0006]2、目前制作光學(xué)積分器時(shí)常利用透明光學(xué)膠把排列好的鏡片粘接到一片平行底板上。這樣，當(dāng)要求輸出的照度高時(shí)，光學(xué)積分器附近的溫度將非常高，光學(xué)膠將無法滿足耐高溫要求。
[0007]3、由于光學(xué)元件的增多及接縫的存在，將降低系統(tǒng)的效率，增加散熱的難度。
[0008]4、對于太陽模擬器輸出照度可調(diào)的情況，若系統(tǒng)中使用光學(xué)積分器，當(dāng)輸出照度較低時(shí)，光學(xué)積分器鏡片間的接縫將明顯地出現(xiàn)在被照面上。
[0009]如圖2所75,聚光鏡2為一橢球面,為安裝光源1，聚光鏡2有一底孔,導(dǎo)致聚光鏡2匯聚的光線有一亮度缺口，經(jīng)準(zhǔn)直物鏡5準(zhǔn)直后，被照面6中心有一圓暗斑，無法滿足太陽模擬器對均勻性的要求。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0010]本實(shí)用新型的實(shí)施例提供一種太陽模擬器，能夠以緊湊結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高均勻性的模擬效果。
[0011]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供一種太陽模擬器，包括沿同一光軸從光軸上游到下游依次設(shè)置的光源、聚光鏡、場鏡、光闌、準(zhǔn)直物鏡、被照面，其中，所述光源位于所述聚光鏡的光軸上游側(cè)的第一焦點(diǎn)處，所述場鏡位于所述聚光鏡的光軸下游側(cè)的第二焦點(diǎn)處，所述光闌位于所述準(zhǔn)直物鏡的焦點(diǎn)處且與所述場鏡相距0.5?2.0毫米。
[0012]優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的各個(gè)實(shí)施例中，所述場鏡是單透鏡。
[0013]優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的各個(gè)實(shí)施例中，所述光源的沿所述光軸的軸向位置是可調(diào)的。
[0014]優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的各個(gè)實(shí)施例中，所述光闌與所述場鏡的距離為I毫米。
[0015]優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的各個(gè)實(shí)施例中，所述場鏡的焦距根據(jù)所述聚光鏡的收集角、底孔尺寸、放大倍率并且根據(jù)所述準(zhǔn)直物鏡的焦距和孔徑而定。
[0016]優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的各個(gè)實(shí)施例中，所述場鏡是由耐高溫石英玻璃制成的正透鏡或負(fù)透鏡。
[0017]通過本實(shí)用新型的實(shí)施例提供的太陽模擬器，能夠以緊湊結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高均勻性的模擬效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，以下將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖進(jìn)行論述，顯然，在結(jié)合附圖進(jìn)行描述的技術(shù)方案僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖所示實(shí)施例得到其它的實(shí)施例及其附圖。
[0019]圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的常用太陽模擬器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的顯示出干擾光斑的太陽模擬器的示意圖。
[0021]圖3是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的太陽模擬器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的太陽模擬器的輸出照度曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0023]以下將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型各實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行清楚完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中所述的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不需要?jiǎng)?chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所得到的所有其它實(shí)施例，都在本實(shí)用新型所保護(hù)的范圍內(nèi)。
[0024]本實(shí)用新型的實(shí)施例提供一種太陽模擬器，能夠以緊湊結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高均勻性的模擬效果。
[0025]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供一種太陽模擬器，包括沿同一光軸從光軸上游到下游依次設(shè)置的光源、聚光鏡、場鏡、光闌、準(zhǔn)直物鏡、被照面，其中，所述光源位于所述聚光鏡的光軸上游側(cè)的第一焦點(diǎn)處，所述場鏡位于所述聚光鏡的光軸下游側(cè)的第二焦點(diǎn)處，所述光闌位于所述準(zhǔn)直物鏡的焦點(diǎn)處且與所述場鏡相距0.5?2.0毫米。
[0026]優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的各個(gè)實(shí)施例中，所述場鏡是單透鏡。
[0027]優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的各個(gè)實(shí)施例中，所述光源的沿所述光軸的軸向位置是可調(diào)的。在一個(gè)實(shí)施例中，光源點(diǎn)亮后可輕微調(diào)整軸向位置，使被照面的光照度分布滿足要求。
[0028]優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的各個(gè)實(shí)施例中，所述光闌與所述場鏡的距離為I毫米。更優(yōu)選地，所述光闌與所述場鏡的距離可更小，例如為0.5?0.8毫米，盡可能接近場鏡，以提高照度均勻性。
[0029]優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的各個(gè)實(shí)施例中，所述場鏡的焦距根據(jù)所述聚光鏡的收集角、底孔尺寸、放大倍率并且根據(jù)所述準(zhǔn)直物鏡的焦距和孔徑而定。
[0030]優(yōu)選地，在本實(shí)用新型的各個(gè)實(shí)施例中，所述場鏡是由耐高溫石英玻璃制成的正透鏡或負(fù)透鏡。
[0031]本實(shí)用新型以一片場鏡(例如單透鏡)代替現(xiàn)有技術(shù)中使用的復(fù)雜的光學(xué)積分器(包括場鏡和投影鏡兩組)，以解決光學(xué)積分器用于小型太陽模擬器時(shí)遇到的問題。
[0032]圖3是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的太陽模擬器的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖3所示的實(shí)施例中可見，太陽模擬器包括:沿同一光軸從光軸上游到下游(在圖3中從左向右)依次設(shè)置的光源1、聚光鏡2、場鏡7、光闌4、準(zhǔn)直物鏡5、被照面6,其中,所述光源I位于所述聚光鏡2的光軸上游側(cè)(在圖3中為左側(cè))的第一焦點(diǎn)處，所述場鏡7位于所述聚光鏡2的光軸下游側(cè)(在圖3中為右側(cè))的第二焦點(diǎn)處，所述光闌4位于所述準(zhǔn)直物鏡5的焦點(diǎn)處且與所述場鏡7相距0.5?2.0毫米。
[0033]在圖3所示的實(shí)施例中，將圖1中的光學(xué)積分器3以場鏡7代替。光源I發(fā)出的光經(jīng)過聚光鏡2收集后先匯聚到場鏡7，再經(jīng)過光闌4后由準(zhǔn)直物鏡5準(zhǔn)直后輸出到被照面6。
[0034]與圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)的情況相比，本實(shí)用新型提供的太陽模擬器不會(huì)在被照面上形成不希望出現(xiàn)的干擾光斑，由此提高了照度均勻性。
[0035]通過本實(shí)用新型提供的太陽模擬器，取消了現(xiàn)有技術(shù)中復(fù)雜的光學(xué)積分器，而以場鏡(例如一片單透鏡)代替。不僅加工安裝方便，而且結(jié)構(gòu)緊湊，無需光學(xué)膠，效率高，低照度輸出時(shí)無接縫，通過適當(dāng)調(diào)整光源的離焦量，輸出的照度不均勻性可達(dá)到±5%，滿足一般使用要求，如圖4所示。
[0036]通過本實(shí)用新型的實(shí)施例提供的太陽模擬器，能夠以緊湊結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高均勻性的模擬效果。
[0037]本實(shí)用新型提供的各種實(shí)施例可根據(jù)需要以任意方式相互組合，通過這種組合得到的技術(shù)方案，也在本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。
[0038]顯然，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本實(shí)用新型進(jìn)行各種改動(dòng)和變型。如果對本實(shí)用新型的這些改動(dòng)和變型是在本實(shí)用新型的權(quán)利要求及其等同方案的范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型也將包含這些改動(dòng)和變型。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽模擬器，其特征在于，包括沿同一光軸從光軸上游到下游依次設(shè)置的光源、聚光鏡、場鏡、光闌、準(zhǔn)直物鏡、被照面，其中，所述光源位于所述聚光鏡的光軸上游側(cè)的第一焦點(diǎn)處，所述場鏡位于所述聚光鏡的光軸下游側(cè)的第二焦點(diǎn)處，所述光闌位于所述準(zhǔn)直物鏡的焦點(diǎn)處且與所述場鏡相距0.5?2.0毫米。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽模擬器，其特征在于， 所述場鏡是單透鏡。
3.如權(quán)利要求1所述的太陽模擬器，其特征在于， 所述光源的沿所述光軸的軸向位置是可調(diào)的。
4.如權(quán)利要求1所述的太陽模擬器，其特征在于， 所述光闌與所述場鏡的距離為I毫米。
5.如權(quán)利要求1所述的太陽模擬器，其特征在于， 所述場鏡的焦距根據(jù)所述聚光鏡的收集角、底孔尺寸、放大倍率并且根據(jù)所述準(zhǔn)直物鏡的焦距和孔徑而定。
6.如權(quán)利要求1所述的太陽模擬器，其特征在于， 所述場鏡是由耐高溫石英玻璃制成的正透鏡或負(fù)透鏡。
【文檔編號】G02B27/00GK204188881SQ201420576356
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】劉家國, 鄭巖, 郭青 申請人:北京環(huán)境特性研究所