[发明专利]光学积分器的设计方法

说明书

本发明涉及一种光学积分器的设计方法，包括：根据太阳模拟器系统的应用要求，确定预期辐照均匀面的位置；所述预期辐照均匀面与准直镜的距离至少为准直镜与所述光学积分器距离的1.5倍；配置前组透镜和后组透镜的排布形式，使透射光束的光轴通道在准直镜处相互呈发散式，并且经过准直镜形成的基准重叠像面处于预期辐照均匀面处。本发明方法相对于现有光轴汇聚为一点的积分器形式，改变了系统辐照均匀面的位置，能够极大的满足辐照均匀面与准直镜的大距离使用要求。

技术领域

本发明涉及光学积分器技术领域，尤其涉及一种光学积分器的设计方法。

背景技术

太阳模拟器可以模拟真实太阳的发光特性，用于模拟地球外层空间太阳光辐射，能够在地面实验室内逼真再现空间环境太阳辐照的准直性、均匀性和光谱特性。太阳模拟器主要由光源、聚光反射镜、光学积分器和准直镜等组成，光源发出亮度均匀的光经过聚光反射镜后，经光学积分器由准直镜成平行光出射，完成对无穷远太阳的模拟。

光学积分器作为使太阳模拟器产生均匀辐照面的关键组件，位于聚光反射镜和准直镜之间，能有效改善光照的光学均匀性。光学积分器主要包括两组透镜，前组透镜位于聚光反射镜第二焦面处，起到场镜作用并把聚光反射镜出瞳成像到后组透镜上；后组透镜把对应的所述前组透镜成像并重叠到被照面同一位置。因为前组透镜将聚光反射镜第二焦面上的辐照度分布进行了对称分割，获得的光照均匀性显著地好于第二焦面上的原光照均匀性。后组透镜将所有前组透镜的像叠加后，光照的光学均匀性误差可以相互补偿，故将光学均匀性最好的重叠像面位置处，作为基准辐照均匀面。

目前的太阳模拟系统中光学积分器各通道光轴在准直镜上与主光轴汇聚于一点，然后经准直镜形成的基准辐照均匀面与准直镜的距离和准直镜与积分器的距离相当。而对于要求基准辐照均匀面与准直镜的距离远远大于准直镜与积分器距离的太阳模拟器系统，按现有光学积分器进行设计，光线在到达系统要求的辐照均匀面位置时，重叠像面开始发散，无法满足系统辐照均匀面和体均匀性的要求。

因此，针对以上不足，需要提供一种能使基准辐照均匀面向远处延伸的光学积分器，以改善太阳模拟器的辐照均匀性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有光学积分器中透镜单元基于球面的形式排列，使各通道光轴在主光轴汇聚，而造成基准辐照均匀面距离准直镜的距离受限的缺陷，提供一种光学积分器的设计方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种光学积分器的设计方法，所述设计方法包括：

根据太阳模拟器系统的应用要求，确定预期辐照均匀面的位置；所述预期辐照均匀面与准直镜的距离至少为准直镜与所述光学积分器距离的1.5倍；

配置前组透镜和后组透镜的排布形式，使透射光束的光轴通道在准直镜处相互呈发散式，并且经过准直镜形成的基准重叠像面处于预期辐照均匀面处。

在根据本发明所述的光学积分器的设计方法中，所述确定预期辐照均匀面的位置的方法包括：

根据太阳模拟器系统的应用要求建立模型，并通过光路仿真计算获得预期辐照均匀面的位置。

在根据本发明所述的光学积分器的设计方法中，所述确定预期辐照均匀面还包括：确定预期辐照均匀面的预期辐照面积；所述基准重叠像面的辐照面积不小于所述预期辐照面积。

在根据本发明所述的光学积分器的设计方法中，所述使透射光束的光轴通道在准直镜处相互呈发散式的方法包括：调整前组透镜和后组透镜的摆放方位，使透射光束的光轴在准直镜上分散式排布。

在根据本发明所述的光学积分器的设计方法中，使透射光束的光轴在准直镜上分散式排布包括，使透射光束的光轴在准直镜上均匀排布。