一种太阳光源氙灯模拟系统技术方案

本发明专利技术提供一种太阳光源氙灯模拟系统，主要由光源阵列、匀光器组件、可变焦准直投影镜组件、指向镜、扫描镜组成；所述光源阵列发出的光经匀光器组件匀光后，经可变焦准直投影镜组件实现照明光斑大小和光束准直度的调节，经过指向镜和扫描镜的配合，实现光束从不同角度入射卫星。本发明专利技术系统构成合理、操作可行、简单方便、适应性强，适用于光学卫星整星状态下杂散光测试时太阳光源的模拟。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及卫星等航天器整星状态下光学载荷杂散光测试时太阳光源的模拟。
技术介绍
为完成光学遥感卫星载荷仪器装星条件下的整星杂散光抑制测试，要求在构建暗室环境基础上，建立一套多功能、一体化杂光抑制验证试验设备，实现卫星太阳直射抑制能力整星测试、卫星闪耀光线抑制能力整星测试以及卫星星体关键表面杂散光影响测试。太阳光源氙灯模拟系统在杂光抑制验证试验中用于模拟太阳光、海表闪耀光、地球散射光对卫星表面的照射。
技术实现思路
为了解决整星状态下杂散光测试时太阳光源模拟和多角度扫描问题，本专利技术提供一种太阳光源氙灯模拟系统。为了达到上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种太阳光源氙灯模拟系统，主要由光源阵列、匀光器组件、可变焦准直投影镜组件、指向镜、扫描镜组成；所述光源阵列发出的光经匀光器组件匀光后，经可变焦准直投影镜组件实现照明光斑大小和光束准直度的调节，经过指向镜和扫描镜的配合，实现光束从不同角度入射卫星。为实现1个太阳常数以上照度的高效率均匀照明，光源模拟系统采用4个氙灯为光源，氙灯发出的光经椭球镜反射汇聚于匀光器组件的前端，经匀光器组件匀光后，由可变焦准直投影镜组件进行准直和投影，并由指向镜和扫描镜反射至工作表面，形成均匀照斑，同时指向镜和扫描镜分别可实现工作表面俯仰角度和方位角度的扫描照射。所述光源阵列选取与太阳有近似色温的球形短弧氙灯作为太阳模拟光源，采用水平点燃工作方式，用恒流程控电源供电。所述光源阵列采用多个深椭球反光镜汇聚氙灯光源，每个球形短弧氙灯配备一个深椭球反光镜，多个深椭球反光镜按照正边形的结构形式排列。所述深椭球反光镜采用镀透红外介质膜反射，以降低光源红外辐射影响。所述匀光器组件由辅助准直透镜，场镜复眼透镜阵列、投影镜复眼阵列、叠加镜组成，匀光器采用对称式光学积分器结构设计，光学积分器采用两列复眼透镜平行排列作为光学系统中的场镜阵列和投影镜复眼阵列，第一列复眼透镜阵列中的各个小单元透镜的焦点与第二列的复眼透镜阵列中对应的小单元透镜的中心重合，两列复眼透镜的光轴相互平行。匀光器组件中场镜阵列前端放置辅助准直透镜，投影镜复眼阵列后端放置叠加镜。所述可变焦准直投影镜组件采用库克三片式结构设计，由两正一负三片透镜组成，前后两片正透镜具有相同折射率，具有消色差和球差的功能，具有消色差和像差的功能，同时通过改变三片透镜间距实现变焦，从而调节受照面光斑大小和准直度。太阳光源氙灯模拟系统用于模拟太阳光源、海表闪耀光和地球散射光，在卫星表面光照强度可达1个太阳常数以上。太阳光源氙灯模拟系统以太阳光谱类似的短弧氙灯为光源，通过多光源汇聚、匀光、投影、折反等光学手段照射至卫星，形成均匀照明光斑，实现不同角度光照条件下，卫星有效载荷的杂光抑制比测试。光源模拟系统同时具有调焦和改变光斑尺寸的功能，以及通过氙灯光源开关控制和电流条件实现光照强度的调节功能。附图说明图1是本专利技术所提供的系统示意图；图2为氙灯安装结构图；图3为深椭球反光镜工作原理图；图4为匀光器组件复眼透镜阵列排布；具体实施方式下面结合附图对本专利技术技术方案做进一步详细的说明。图1所示，本专利技术所提供的太阳光源氙灯模拟系统一实施例，由氙灯光源阵列1、匀光器组件、可变焦准直投影镜组件、指向镜9、扫描镜10组成；所述积分器组件由辅助
准直透镜2、复眼透镜34，包括场镜复眼透镜阵列3、投影镜复眼阵列4、叠加镜5组成。所述可变焦准直投影镜组件由前正透镜6、中负透镜7、后正透镜8组成。氙灯光源阵列汇聚光束于辅助准直透镜2入瞳。经准直后，通过场镜复眼透镜阵列3、投影镜复眼阵列4实现光线交错，经叠加镜5实现光线叠加成像于可变焦准直投影镜组件入瞳，经准直投影后经指向镜9和扫描镜10折反，在工作表面形成均匀光斑。本专利技术实施例中：光源阵列的主要作用是提供初始光源，由4个氙灯单元按四边形排列，以提高照度，每个氙灯单元采用球形短弧氙灯做光源，配备一套椭球聚光镜反光镜和调节机构，采用水平点燃工作方式。4个椭球镜单元将4支氙灯发出的光汇集至深椭球聚光镜反光镜第二焦点上的辅助准直透镜2入瞳。为降低光源红外辐射影响，深椭球反聚光镜采用镀透长波反射膜，由深椭球反聚光镜背面水冷和风冷装置将氙灯产生的红外辐射热量带出。匀光器组件的主要作用是对光源匀光，使得工作面照明均匀。匀光器组件采用对称式光学积分器结构，匀光器两列复眼透镜前后布置辅助准直透镜2和叠加镜5，投影镜复眼阵列4后出射端面发出的相同平行光由叠加镜5汇聚形成均匀光斑。为配合四边形阵列的光源发挥效能，同时为满足本专利技术实施例正方形1m×1m光斑的照明要求，光学积分器元素镜采用正方形结构。可变焦准直投影镜组件主要作用是将叠加镜5形成的均匀光斑投影出去，并利用可变焦准直投影镜组件中前正透镜6、中负透镜7、后正透镜8间距的调整实现可变焦准直投影镜组件焦距的变化，从而实现对工作面光斑大小和准直度的调整。。具体如下：1、氙灯光源阵列光源选择与太阳有近似色温的球形短弧氙灯。为实现照度大于1个太阳常数的1m×1m的均匀光斑要求，以球形短弧氙灯为光源，单个氙灯的能量不足，采用4支7kw氙灯配合椭球反射镜四边形阵列，采用镀透长波反射膜，减少热量对光学系统的损害。氙灯采用水平点燃工作方式可省去折返镜，提高光源的利用率15％。氙灯选型为OSRAMXBO 7000W/HS OFR。为获得稳定的辐照，氙灯电源采用程控电源，采用恒流工作模式，可以根据计算机的命令，自动控制输出电流的强度和稳定性，从而条件光源强度。图2为
氙灯安装示意图。2、深椭球反光镜深椭球反光镜的工作原理的光路如图3所示，氙灯放置在第一焦点f1的位置，光线经深椭球反光镜聚光后汇聚于第二焦点f2点。f2处放置光学积分器组件。四个深椭球反光镜将按照正方形的结构形式排列，最终的光源将汇集叠加在椭球镜的第二焦点处。深椭球反光镜口径D为350mm和第一焦距f1为52mm，第二焦距f2为2957mm，深椭球反光镜出射端口至第二焦点距离为2800mm，相对于匀光器组件主光轴倾斜角度为5.6°。椭球反光镜镀透长波反射膜，在400nm～1000nm范围内的反射率≥0.85。3、匀光器组件匀光器复眼透镜阵列排布如图4所示。匀光器组件中辅助准直透镜2焦距与深椭球镜出射端口至第二焦点距离相等，取2800mm，直径220mm。场镜复眼透镜阵列3、投影镜复眼阵列4完全对称，共37个通道。复眼透镜34焦距94mm，尺寸为24mm×24mm，采用光胶法胶合于基板平面镜，形成复眼透镜34。叠加镜5放置于投影镜复眼阵列4后，直径260mm，焦距1351mm。匀光器组件全部光学材料选用耐高温熔融石英玻璃JGS1。5、可变焦准直投影镜组件可变焦准直投影镜组件采用库克三片式结构设计。前正透镜6与照明工作表面位置不变为11m，通过中负透镜7和后正透镜8相对位置的改变实现可变焦准直投影镜组件有效焦距的改变，前正透镜6和后正透镜8选用高折射率免牌玻璃BK7，中负透镜7选用低折射率火石玻璃ZF6，可变焦准直投影镜组件有效通光孔径500mm。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳光源氙灯模拟系统，其特征在于，主要由光源阵列、匀光器组件、可变焦准直投影镜组件、指向镜、扫描镜组成；所述光源阵列发出的光经匀光器组件匀光后，经可变焦准直投影镜组件实现照明光斑大小和光束准直度的调节，经过指向镜和扫描镜的配合，实现光束从不同角度入射卫星。

【技术特征摘要】
1.一种太阳光源氙灯模拟系统，其特征在于，主要由光源阵列、匀光器组件、可变焦准直投影镜组件、指向镜、扫描镜组成；所述光源阵列发出的光经匀光器组件匀光后，经可变焦准直投影镜组件实现照明光斑大小和光束准直度的调节，经过指向镜和扫描镜的配合，实现光束从不同角度入射卫星。2.根据权利要求1所述的太阳光源氙灯模拟系统，其特征在于，所述光源阵列选取与太阳有近似色温的球形短弧氙灯作为太阳模拟光源，采用水平点燃工作方式，用恒流程控电源供电。3.根据权利要求2所述的太阳光源氙灯模拟系统，其特征在于，所述光源阵列中采用多个氙灯单元，每个氙灯单元采用球形短弧氙灯为光源，并配备一个深椭球反光镜，氙灯单元按照正边形的结构形式排列。4.根据权利要求3所述的太阳光源氙灯模拟系统，其特征在于，所述椭球反光镜采用镀透红外介质膜反射，以降低光源红外辐射影响。5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪少林，马文佳，杨春燕，何军，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31