[發(fā)明專利]一種反射式非球面光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811295487.5
• 申請(qǐng)日: 2018-11-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109613697B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉巖;熊琨;王春喜;趙天承;汪濤;劉凱;姜云翔;高秋娟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所;中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G02B27/00
• 分類號(hào): G02B27/00;G02B17/06
• 代理公司: 核工業(yè)專利中心 11007
• 代理人: 張雅丁

1.一種反射式非球面光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于：包括以下步驟：

①設(shè)計(jì)全球面初始結(jié)構(gòu)

反射式非球面光學(xué)系統(tǒng)包含4面反射鏡，運(yùn)用一階近軸幾何光學(xué)成像理論，設(shè)計(jì)全球面初始結(jié)構(gòu)；

②確定4面反射鏡的反射球面光焦度排序?yàn)椋?/p>

Φ_M2＞Φ_M3＞Φ_M1＞Φ_M4 (1)

首先在光焦度最大的M2反射鏡的反射面上引入非球面進(jìn)行求解；

被求解面M2反射鏡的反射面視為未知，其余的M1、M3、M4反射鏡的反射面各面視為已知；

③確定M2反射鏡的反射面的入射光線方程

連接物面中任意選取的某一物點(diǎn)A與光瞳內(nèi)子午面的取樣點(diǎn)，確定n條用于追跡求解的光線；

第i條光線從物點(diǎn)A發(fā)出后，1≤i≤n，通過(guò)實(shí)際光線追跡，求得其在已知面上的投射點(diǎn)坐標(biāo)及入射角，進(jìn)而求出已知面的入射光線方程；

④確定M2反射鏡的反射面的出射光線方程

對(duì)于理想成像，物點(diǎn)A的坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的理想像點(diǎn)A′坐標(biāo)根據(jù)系統(tǒng)放大倍率計(jì)算確定；

子午面內(nèi)理想出射光線根據(jù)子午面內(nèi)共軛出射光線唯一確定；

⑤確定M2反射鏡的反射面的目標(biāo)非球面點(diǎn)坐標(biāo)

將(2)式和(3)式聯(lián)求解定兩光線交點(diǎn)，兩光線交點(diǎn)為M2反射鏡的反射面的目標(biāo)非球面點(diǎn)，求得其坐標(biāo)(z_i′,y_i′)；

⑥確定M2反射鏡的反射面的目標(biāo)非球面與子午面交線方程

根據(jù)步驟③～⑤依照上述方法，求得所有M2反射鏡的反射面的取樣光線在子午面內(nèi)與M2反射鏡的反射面的目標(biāo)非球面的交點(diǎn)坐標(biāo)，設(shè)定M2反射鏡的反射面的目標(biāo)非球面與子午面交線方程；

⑦確定M2反射鏡的反射面的目標(biāo)非球面方程

⑧利用最小二乘法原理求解

⑨將非球面與子午面交線繞z軸旋轉(zhuǎn)，獲得目標(biāo)非球面方程；

⑩求解出作為未知面的M2反射鏡的反射面后，M2反射鏡的反射面變?yōu)橐阎妫怨饨苟扔纱蟮叫〉捻樞蛑鹨磺蠼庀乱晃粗妫敝两獬鏊蟹瓷浞乔蛎妫?/p>

n＞待解非球面系數(shù)個(gè)數(shù)，n的上限則根據(jù)運(yùn)算速度確定；

步驟③中，在子午面內(nèi)，M2反射鏡的反射面的入射光線為其前一已知面的出射光線，以M2反射鏡的球面頂點(diǎn)為原點(diǎn)，光軸為z軸，y軸垂直于z軸，設(shè)M2反射鏡對(duì)應(yīng)的入射光線l_i方程為：

l_i:y＝k_i·z+b_i (2)

其中k_i為入射光線與光軸的夾角正切值，b_i為入射光線在y軸的截距；

在光學(xué)軟件中通過(guò)實(shí)際光線追跡獲得k_i、b_i值；

步驟④中，將該共軛出射光線作為入射光線，從理想像點(diǎn)A′逆光路追跡，即入射光線由A′發(fā)出，依次經(jīng)過(guò)M4、M3、M2、M1，則M3的出射光線即為M2的入射光線，M3的出射光線即為M2的入射光線也是正向追跡時(shí)M2的出射光線，令該光線l_i′表示為：

l_i′:y＝k_i′·z+b_i′ (3)

k_i′為逆向追跡光線時(shí)，M3出射光線與光軸的夾角正切值，b_i′為該出射光線在y軸的截距；

在光學(xué)軟件中通過(guò)實(shí)際光線追跡獲得k_i′、b_i′值。

2.如權(quán)利要求1所述的一種反射式非球面光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于：步驟⑤中，坐標(biāo)(z_i′,y_i′)表示為：

3.如權(quán)利要求2所述的一種反射式非球面光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于：步驟⑥中，M2反射鏡的反射面的目標(biāo)非球面與子午面交線方程為：

其中，α_j為非球面系數(shù)。