Имитатор солнечного излучения Российский патент 2018 года по МПК B64G7/00 G01J1/08 F21V13/04 

Предлагаемое изобретение относится к области оптико-электронной техники, и патентуемый имитатор солнечного излучения может быть применен в качестве осветителя фокальной плоскости для фотометрической градуировки крупногабаритных оптико-электронных каналов космических спутников.

Известен имитатор Солнца ИС-100 (изготовитель ООО «ЛОМО ФОТОНИКА», г. Санкт-Петербург, ул. Чугунная, д. 20), использующий ксеноновую лампу и зеркальную оптику. ИС-100 содержит конденсор - эллипсоидальное зеркало, в одном из фокусов которого расположена ксеноновая лампа, и которое проецирует увеличенное изображение светящейся плазмы в плоскость диафрагмы, расположенной во втором фокусе эллипсоидального зеркала и выполняющей роль выходного зрачка имитатора. В плоскости диафрагмы располагается также фокус внеосевого параболоидального зеркала, которое и создает параллельный пучок лучей, использующийся для облучения испытуемой оптической системы. Для повышения равномерности освещенности в противоположной от эллипсоидального зеркала стороне от ксеноновой лампы расположено сферическое зеркало.

Недостатком этого имитатора Солнца является малый диаметр параллельного пучка лучей (100 мм) и применение двух асферических поверхностей

Наиболее близким по технической сущности является имитатор Солнца (авторское свидетельство №339464, опубл. 24.05.1972), который содержит ксеноновую дуговую лампу, которая с помощью конденсора изображается на полевой диафрагме, установленной в переднем фокусе коллиматорного объектива. Для выравнивания яркости по полю дуги источника света со стороны, противоположной конденсору, установлен сферический отражатель, проектирующий на дугу ее перевернутое изображение. Кроме того, для выравнивания и создания симметричного распределения яркости изображения дуги на диафрагме, между диафрагмой и конденсором установлена зеркальная система, состоящая из трех зеркал, два из которых расположены под углом к оптической оси, а третье параллельно ей. Эта зеркальная система вращается приводом.

Недостатком этого имитатора Солнца является наличие вращающихся оптических зеркал, а также требуемый большой диаметр коллиматорного объектива для применения совместно с крупногабаритной калибруемой оптической системой (системы Кассегрена, Ричи-Кретьена при диаметрах главного зеркала ~1 м и более).

Задачей настоящего изобретения является исключение вращающихся оптических элементов, уменьшение диаметра коллимирующего объектива с сохранением равномерного распределения яркости по полю испытуемого объектива и с возможностью измерения крупногабаритных зеркально-линзовых объективов.

Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в имитаторе солнечного излучения, состоящем из дугового источника света, конденсора, зеркала, установленного под углом к оптической оси, полевой диафрагмы и коллимирующего объектива, в отличие от известного, конденсор содержит апертурную диафрагму, ось дугового источника света расположена параллельно оптической оси коллимирующего объектива, а вокруг дугового источника света равномерно установлены одинаковые каналы, каждый из которых содержит конденсор с апертурной диафрагмой, зеркало, установленное под углом к оптической оси, полевую диафрагму и коллимирующий объектив, причем в имитаторе солнечного излучения имеют место соотношения:

;

;

,

где D_к - диаметр коллимирующего объектива канала имитатора солнечного излучения;

D_гл.з. - диаметр главного зеркала испытуемого зеркально-линзового объектива;

D_{контр.з.} - диаметр вторичного зеркала испытуемого зеркально-линзового объектива;

N_к - число каналов в имитаторе солнечного излучения;

Δy_кон.max. - величина поперечной сферической аберрации конденсора при максимальном значении апертурной диафрагмы d_ад.max;

d_п.д. - диаметр полевой диафрагмы.

Схема одного из каналов имитатора солнечного излучения показана на чертеже 1.

Канал имитатора солнечного излучения состоит по ходу лучей из дугового источника света 1, конденсора 2, апертурной диафрагмы 3, наклонного зеркала 4, полевой диафрагмы 5 и коллимирующего объектива 6.

Конструктивные данные варианта канала имитатора солнечного излучения в обратном ходе лучей приведены в таблице 1.

На чертеже фиг. 2 показано взаимное расположение двух противоположно расположенных каналов имитатора солнечного излучения 7, 8 и испытуемого объектива большого диаметра 9.

На чертеже фиг. 3 показано взаимное расположение десяти равномерно расположенных по окружности каналов имитатора солнечного излучения 10 и испытуемого объектива большого диаметра 9.

На чертеже фиг. 4 показаны развороты изображения дугового источника света 1 в каждом из каналов имитатора солнечного излучения и распределение зрачков каналов имитатора по кольцевому входному зрачку испытуемого зеркального объектива большого диаметра.

Принцип действия имитатора солнечного излучения заключается в следующем.

Ось дугового источника света 1 располагается параллельно оптической оси коллимирующего объектива 6 (фиг. 1), а вокруг дугового источника света равномерно устанавливаются одинаковые каналы 7 (фиг. 2, фиг. 3), при этом коллимирующие объективы 6 заполняют кольцевой входной зрачок испытуемого крупногабаритного зеркального объектива 9 равномерно по окружности и имеет место соотношение:

В каждом из каналов область свечения ксеноновой дуговой лампы 1 с помощью конденсора 2 (фиг. 1) изображается на полевой диафрагме 5, установленной в переднем фокусе коллимирующего объектива 6, при этом число каналов выбирается из соотношения:

Выравнивания яркости по полю дуги источника света 1 и создание симметричного распределения яркости изображения дуги осуществляется в фокальной плоскости испытуемого объектива 9 за счет наложения друг на друга изображений дуги 1' каждым из каналов, при этом изображения дуги 1' от каждого из последующих каналов развернуто относительно изображения Г от каждого из предыдущих каналов соответственно углам разворота каналов относительно друг друга (фиг. 4), а также за счет увеличенной сферической аберрации конденсоров 2, при этом имеет место соотношение:

Δy_кон.max.≥d_п.д.

Диаметр полевой диафрагмы 5 формирует угловой размер Солнца.

При изменении диаметра апертурной диафрагмы 3 осуществляется изменение энергетической освещенности фокальной плоскости испытуемого объектива 9.

Таким образом, параметры варианта исполнения имитатора солнечного излучения могут быть следующие:

Схемы построения измеряемых объективов Кассегрен, Ричи-Кретьен и др. Диаметр входного зрачка объективов ~1 м и более. Спектральный состав излучения Приближен к спектру излучения от Солнца. Неравномерность облученности фокальной плоскости 5%, не более.

Таким образом, имитатор солнечного излучения, содержащий набор каналов с коллимирующими объективами небольшого диаметра по сравнению с диаметром главного зеркала испытуемого объектива, позволяет уменьшить трудоемкость и стоимость изготовления оптики имитатора в сравнении с классическим коллиматором, требующим применения коллимирующего объектива с диаметром, равным диаметру главного зеркала испытуемого объектива, с сохранением равномерности облученности фокальной плоскости испытуемого объектива и без применения вращающихся оптических элементов.

Имитатор может быть применен для фотометрической градуировки крупногабаритных оптико-электронных каналов космических спутников. Имитатор содержит дуговой источник света, вокруг которого равномерно установлены одинаковые каналы, каждый из которых содержит конденсор с апертурной диафрагмой, зеркало, установленное под углом к оптической оси, полевую диафрагму и коллимирующий объектив. Ось дугового источника света расположена параллельно оптической оси коллимирующего объектива. Выполняются соотношения: где D_к - диаметр коллимирующего объектива; D_гл.з., D_{контр.з.} - диаметры главного и вторичного зеркал испытуемого зеркально-линзового объектива; N_к - число каналов в имитаторе; Δу_кон.mах - величина поперечной сферической аберрации конденсора при максимальном значении апертурной диафрагмы; d_п.д. - диаметр полевой диафрагмы. Технический результат - уменьшение диаметра коллимирующего объектива с сохранением равномерного распределения яркости по полю испытуемого объектива, возможность измерения крупногабаритных зеркально-линзовых объективов. 4 ил., 1 табл.

Имитатор солнечного излучения, состоящий из дугового источника света, конденсора, зеркала, установленного под углом к оптической оси, полевой диафрагмы и коллимирующего объектива, отличающийся тем, что конденсор содержит апертурную диафрагму, ось дугового источника света расположена параллельно оптической оси коллимирующего объектива, а вокруг дугового источника света равномерно установлены одинаковые каналы, каждый из которых содержит конденсор с апертурной диафрагмой, зеркало, установленное под углом к оптической оси, полевую диафрагму и коллимирующий объектив, причем в имитаторе солнечного излучения имеют место соотношения:

где D_к - диаметр коллимирующего объектива канала имитатора солнечного излучения;

D_гл.з. - диаметр главного зеркала испытуемого зеркально-линзового объектива;

D_{контр.з.} - диаметр вторичного зеркала испытуемого зеркально-линзового объектива;

N_к - число каналов в имитаторе солнечного излучения;

Δу_кон.mах - величина поперечной сферической аберрации конденсора при максимальном значении апертурной диафрагмы;

d_п.д. - диаметр полевой диафрагмы.