CN109188685A - 提高辐照均匀度的准直镜设计方法 - Google Patents

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陈红
彭月
王景峰
苏必达
华昊
邓蓉
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Abstract

本发明涉及提高辐照均匀度的准直镜设计方法，包括：根据太阳模拟器的设计要求，确定准直镜的面型参数；将所述准直镜分割成多块单元准直镜，确定每块单元准直镜的面型参数；根据每块单元准直镜的面型参数，拟合获得每块单元准直镜对应于相应理想抛物面准直镜单元的球面曲率半径；基于拟合获得的球面曲率半径将每块单元准直镜设计为球面单元准直镜；将获得的所有球面单元准直镜按位置对应关系进行拼接，获得最终的准直镜。本发明最终拼接获得的准直镜与理想抛物面准直镜的偏差减小，使太阳模拟器输出光路的光轴方向一致性提高，从而可改善***的辐照均匀度。

Description

提高辐照均匀度的准直镜设计方法
技术领域
本发明涉及准直镜设计技术领域，尤其涉及一种提高辐照均匀度的准直镜设计方法。
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。
太阳模拟器一般采用离轴准直光学***，来获得较高的辐照体均匀度；同时由于被辐照体对称轴与光源***的光轴有一定夹角，可以消除被辐照体表面二次和多次反射带来的辐照度误差。
准直光学***的准直镜，是将发散的均匀光束变成接***行光的必须元件。理想的准直镜应当采用二次抛物面面型，但由于太阳模拟器***输出光束直径较大，相对应的大口径准直镜成本高昂，难以加工，所以一般的准直镜由多块单元准直镜拼接形成。
由于准直镜抛物面的加工成本较高，所以一般不会考虑用抛物面单元准直镜来拼接成大的准直镜。目前通常是采用多块曲率半径相同的准直镜拼接成球面准直镜。在准直镜口径越大时，获得的球面准直镜与理想的抛物面准直镜偏差将越大。
太阳模拟器采用的离轴准直光学***，其准直镜两端与光源距离不同，假设以准直镜近端与光源距离为球面准直镜焦距，则在准直镜远端会产生光源离焦现象，导致光线会聚，***光路不一致，从而造成***辐照均匀度变差。
因此，针对以上不足，需要设计一种新型的准直镜，使其最终成型的面型能够接近于抛物面，从而提高太阳模拟器***的辐照均匀度。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有采用多块曲率半径相同的准直镜拼接获得的球面准直镜与理想的抛物面准直镜偏差大，造成太阳模拟器***的辐照均匀度差的缺陷，提供一种提高辐照均匀度的准直镜设计方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种提高辐照均匀度的准直镜设计方法，包括：
根据太阳模拟器的设计要求，确定准直镜的面型参数；
将所述准直镜分割成多块单元准直镜，确定每块单元准直镜的面型参数；
根据每块单元准直镜的面型参数，拟合获得每块单元准直镜对应于相应理想抛物面准直镜单元的球面曲率半径；
基于拟合获得的球面曲率半径将每块单元准直镜设计为球面单元准直镜；
将获得的所有球面单元准直镜按位置对应关系进行拼接，获得最终的准直镜。
在根据本发明所述的提高辐照均匀度的准直镜设计方法中，所述面型参数包括曲率半径。
在根据本发明所述的提高辐照均匀度的准直镜设计方法中，对所述准直镜进行分块设计包括：根据加工状态，确定单元准直镜的个数。
在根据本发明所述的提高辐照均匀度的准直镜设计方法中，对所述准直镜进行分块设计包括：根据加工精度需求，确定单元准直镜的个数。
实施本发明的提高辐照均匀度的准直镜设计方法，具有以下有益效果：本发明首先将准直镜分割成多块单元准直镜，然后确定每块单元准直镜对应于相应理想抛物面准直镜单元的球面曲率半径，从而获得多块曲率半径不同的球面单元准直镜，最后拼接成一块大的准直镜。本发明每块单元准直镜曲率半径不同，分别根据对应位置的理想抛物面准直镜面型获得，能使最终拼接获得的准直镜与理想抛物面准直镜的偏差减小，使太阳模拟器输出光路的光轴方向一致性提高，从而可改善***的辐照均匀度。
附图说明
图1为根据本发明的提高辐照均匀度的准直镜设计方法的示例性流程图。
图2为采用所述球面单元准直镜进行拼接与理想抛物面准直镜的对比示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种提高辐照均匀度的准直镜设计方法，结合图1所示包括：
所述设计方法开始于步骤110；
在步骤120中，首先设计整体准直镜的面型：根据太阳模拟器的设计要求，确定准直镜的面型参数；即首先确定对于一块完整的准直镜来说，能够满足***使用要求时的面型参数。
然后在步骤130中，对准直镜进行分块设计：将所述准直镜分割成多块单元准直镜，确定每块单元准直镜的面型参数；所述单元准直镜的大小可以相同，也可以不同，其大小可以根据面型特点的加工难度进行确定；为了保证最终拼接成型的精度，以尽量分割的块数少为基本原则。
在步骤140中，基于理想抛物面准直镜对单元准直镜进行参数拟合：根据每块单元准直镜的面型参数，拟合获得每块单元准直镜对应于相应理想抛物面准直镜单元的球面曲率半径；本实施方式首先确定满足太阳模拟器设计要求的理想抛物面准直镜，然后将步骤130中分块获得的单元准直镜的位置与理想抛物面准直镜的相应位置进行对应，再拟合获得对应于理想面型的每块单元准直镜的曲率半径。
在步骤150中，基于拟合获得的球面曲率半径将每块单元准直镜设计为球面单元准直镜；
在步骤160中，将所有球面单元准直镜拼接在一起：将获得的所有球面单元准直镜按位置对应关系进行拼接，获得最终的准直镜；最终的准直镜面型近似于抛物面。所述方法结束于步骤170。
结合图2所示，标记1表示理想抛物面准直镜，标记2表示所述球面单元准直镜。
本实施方式考虑到实际加工状况，将单元准直镜设计成易于加工的球面单元准直镜，再用球面单元准直镜拼接成最终的准直镜。由于球面单元准直镜的曲率半径各不相同，其曲率半径的选择跟理想抛物面准直镜的相应面型进行了结合，所以能获得更接近于理想抛物面面型的准直镜。
作为示例，所述面型参数包括曲率半径。根据曲率半径可以通过计算获得相应的焦距。
由于加工条件限制，使得很难直接加工获得口径比较大的完整准直镜，因此要将准直镜进行分块设计。由于分块设计再进行拼接势必会产生相应的误差，分块越多，相应产生的误差会越大。因此，作为示例，对所述准直镜进行分块设计包括：根据加工状态，确定单元准直镜的个数。在一定范围内，尺寸小的单元准直镜相对容易加工，考虑到精度要求，一般选择现有加工条件下能实现的最大尺寸作为准直镜的分块依据，既能降低成本，又能最大限度的保障准直镜的加工精度。
根据使用需求的不同，准直镜的设计对应于不同的预期精度。作为示例，对所述准直镜进行分块设计包括：根据加工精度需求，确定单元准直镜的个数。若加工精度要求比较高，则单元准直镜的个数选择相对少，尺寸相对比较大；若加工精度要求比较低，则单元准直镜的个数可相对多，尺寸相对比较小，易于加工。
本实施方式中，将大口径的准直镜分割成不同曲率半径的单元准直镜分别加工，并将单元准直镜加工为球面单元准直镜，既降低了加工成本及加工难度，又使最终的准直镜面型最大程度的接近于理想抛物面准直镜。
综上所述，本发明采用多块不同曲率半径的单元准直镜拼接组成近似抛物面准直镜，减小了拼接准直镜与理想准直镜的偏差，可使太阳模拟器***输出光路的光轴一致性提高，从而可改善***辐照均匀度。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种提高辐照均匀度的准直镜设计方法，其特征在于包括：
根据太阳模拟器的设计要求，确定准直镜的面型参数；
将所述准直镜分割成多块单元准直镜，确定每块单元准直镜的面型参数；
根据每块单元准直镜的面型参数，拟合获得每块单元准直镜对应于相应理想抛物面准直镜单元的球面曲率半径；
基于拟合获得的球面曲率半径将每块单元准直镜设计为球面单元准直镜；
将获得的所有球面单元准直镜按位置对应关系进行拼接，获得最终的准直镜。
2.根据权利要求1所述的提高辐照均匀度的准直镜设计方法，其特征在于：所述面型参数包括曲率半径。
3.根据权利要求1所述的提高辐照均匀度的准直镜设计方法，其特征在于：对所述准直镜进行分块设计包括：根据加工状态，确定单元准直镜的个数。
4.根据权利要求1所述的提高辐照均匀度的准直镜设计方法，其特征在于：对所述准直镜进行分块设计包括：根据加工精度需求，确定单元准直镜的个数。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111199676A (zh) * 2020-03-05 2020-05-26 北京环境特性研究所 一种大口径高精度太阳模拟器总体设计方法

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CN103616755A (zh) * 2013-11-26 2014-03-05 北京卫星环境工程研究所 真空低温环境用大型金属拼接球面镜
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