[發(fā)明專利]一種準直式太陽模擬器光學系統(tǒng)的裝調(diào)方法

有效

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• 申請日: 2018-02-26
• 公開（公告）號: CN108506893B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發(fā)明（設計）人: 劉石;張健;孫高飛;張國玉
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公布了一種準直式太陽模擬器光學系統(tǒng)的裝調(diào)方法，利用經(jīng)緯儀Ⅰ和經(jīng)緯儀Ⅱ建立基準光軸，配合五棱鏡、導軌、工裝反射鏡和激光器分別對準直物鏡、光學積分器、轉(zhuǎn)向平面反射鏡球面反射鏡和橢球聚光鏡進行可保證光軸一致性的裝調(diào)，可有效提高準直式太陽模擬器的光能利用率和輻照均勻性。

技術領域

本發(fā)明涉及光學系統(tǒng)裝調(diào)方法，尤其是準直式太陽模擬器光學系統(tǒng)的裝調(diào)方法。

背景技術

太陽模擬器按光學系統(tǒng)不同，可分為同軸發(fā)散式系統(tǒng)和同軸準直式系統(tǒng)，前者結(jié)構相對簡單，成本比后者低，光能利用率高，但由于沒有準直物鏡，所以出射光束不具有準直性，適用于無準直性要求的場合；后者成本相對較高，使用了準直物鏡，并在準直物鏡的焦面處放置視場光闌，通過改變視場光闌的大小可以模擬不同的太陽準直角，均勻性較高，應用較為廣泛，但系統(tǒng)的光能利用率較低，且裝調(diào)復雜。

現(xiàn)有技術提高光能利用率的方法是設計聚光系統(tǒng)將光源發(fā)出的光線進行二次匯聚，聚光系統(tǒng)可以是橢球聚光鏡，也可以是橢球聚光鏡疊加球面反射鏡。前者是利用橢球聚光鏡具有的兩個焦點，將位于第一焦點的光源發(fā)出的光線，會聚到第二焦點；后者不但利用了橢球聚光鏡具有的兩個焦點，同時配合設計球面反射鏡，球面反射鏡的中心點在橢球聚光鏡的第一焦點重合，可將更多光線作為有效光線，進而提高了光能利用率。但是，無論是那種聚光方法，都存在裝調(diào)困難的問題，具體的，就是無法保證橢球聚光鏡的光軸與光學系統(tǒng)中的其它組件的光軸具有一致性，由此導致系統(tǒng)光能利用率低，同時，會聚到橢球聚光鏡第二焦點的光線，不再滿足高斯分布，進而影響了光學積分器的勻光效率，導致太陽模擬器輻射均勻性差。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有準直式太陽模擬器光學系統(tǒng)存在的橢球聚光鏡的光軸與光學系統(tǒng)中的其它組成件的光軸不一致，由此導致的系統(tǒng)光能利用率低，以及會聚到橢球聚光鏡第二焦點的光線，不再滿足高斯分布，進而影響了光學積分器勻光效率，導致的太陽模擬器輻射均勻性差的問題。本發(fā)明提供一種準直式太陽模擬器光學系統(tǒng)的裝調(diào)方法，可保證聚光系統(tǒng)光軸與光學系統(tǒng)中的其它組成件的光軸一致，提高光能利用率和輻射均勻性。

本發(fā)明提供一種準直式太陽模擬器光學系統(tǒng)的裝調(diào)方法，針對準直式太陽模擬器光學系統(tǒng)中的準直物鏡、光學積分器、轉(zhuǎn)向平面反射鏡、球面反射鏡和橢球聚光鏡進行可保證光軸一致性的裝調(diào)。其中，準直物鏡的前面設置光學積分器，光學積分器置于橢球聚光鏡的第二焦點處，光學積分器的前面設置轉(zhuǎn)向平面反射鏡，轉(zhuǎn)向平面反射鏡的下面設置球面反射鏡，球面反射鏡的下面設置橢球聚光鏡，球面反射鏡的中心與橢球聚光鏡的第一焦點重合。

本發(fā)明提供一種準直式太陽模擬器光學系統(tǒng)的裝調(diào)方法，包括以下九個步驟：第一步驟，利用經(jīng)緯儀Ⅰ和經(jīng)緯儀Ⅱ建立基準光軸Ⅰ；第二步驟，利用經(jīng)緯儀Ⅰ，通過光學自準直的方法，裝調(diào)準直物鏡，同時，利用經(jīng)緯儀Ⅱ觀瞄準直物鏡，保證準直物鏡的幾何中心與基準光軸Ⅰ重合；第三步驟，利用經(jīng)緯儀Ⅱ，通過光學自準直的方法，裝調(diào)光學積分器，同時，利用經(jīng)緯儀Ⅰ觀瞄光學積分器，保證光學積分器的幾何中心與基準光軸Ⅰ重合；第四步驟，將經(jīng)緯儀Ⅱ移至轉(zhuǎn)向平面反射鏡和球面反射鏡之間，保持經(jīng)緯儀Ⅰ不動，利用五棱鏡和導軌，使經(jīng)緯儀Ⅰ和經(jīng)緯儀Ⅱ互瞄，建立具有90°折轉(zhuǎn)的基準光軸Ⅱ；第五步驟，利用經(jīng)緯儀Ⅰ和經(jīng)緯儀Ⅱ，裝調(diào)轉(zhuǎn)向平面反射鏡，使轉(zhuǎn)向平面反射鏡的法線與基準光軸Ⅱ成45°；第六步驟，移出經(jīng)緯儀Ⅱ，利用激光器Ⅰ和工裝反射鏡Ⅰ標定橢球聚光鏡光軸，并由激光器Ⅰ作為橢球聚光鏡的光軸引出，同時，通過光學自準直的方法，裝調(diào)橢球聚光鏡，使橢球聚光鏡光軸與基準光軸Ⅱ重合；第七步驟，利用激光器Ⅱ和工裝反射鏡Ⅱ標定球面反射鏡光軸，并由激光器Ⅱ作為球面反射鏡的光軸引出；第八步驟，移出工裝反射鏡Ⅰ和工裝反射鏡Ⅱ，利用球面反射鏡的三線合一原理，將球面反射鏡與橢球聚光鏡進行組合裝調(diào)，使激光器Ⅰ引出的球面反射鏡光軸和激光器Ⅱ引出的橢球聚光鏡光軸重合；第九步驟，激光器Ⅰ、激光器Ⅱ和經(jīng)緯儀Ⅰ移出系統(tǒng)。至此，完成了準直式太陽模擬器光學系統(tǒng)中準直物鏡、光學積分器、轉(zhuǎn)向平面反射鏡、球面反射鏡和橢球聚光鏡的裝調(diào)，保證了各組件的光軸一致性，可有效提高系統(tǒng)能量利用率和輻照均勻性。