基于空间光线追迹的次镜遮光罩和方锥形消光锥设计方法技术

基于空间光线追迹的次镜遮光罩和方锥形消光锥设计方法，步骤包括：(1)建立设计过程中所使用的笛卡尔直角坐标系；(2)在子午和弧矢面内建立辅助光线，计算得到方锥形主镜中心孔消光锥的边界；(3)确定方锥形主镜中心孔消光锥末端的位置和构型；(4)对次镜遮光罩的初始结构进行定义；(5)构建空间辅助光线，计算得到方锥形消光锥前端的位置和构型；(6)在圆锥面的边沿上设置点光源集合，并进行光线追迹，统计会发生漏光的光源编号，并相应地增大圆锥面的尺寸；(7)最终确定方锥形主镜中心孔消光锥末端和前端的最终空间位置和三维构型；(8)计算得到次镜遮光罩的三维构型。

Design method of sub mirror shades and square conical extinction cone based on spatial ray tracing

Space ray tracing secondary mirror baffle and coneshape extinction cone design method, based on the method comprises the following steps: (1) the process of establishing design in Descartes coordinate system; (2) the establishment of auxiliary light in the meridional and sagittal plane, calculate the square cone mirror center hole extinction cone boundary; (3) to determine the location and configuration of cone center of the primary mirror at the end of the cone hole extinction; (4) the definition of the initial structure of secondary mirror baffle; (5) to construct the spatial auxiliary light, calculate the position and configuration of the front end of the cone cone extinction; (6) the set point light source set at the edge of the conical surface, and ray tracing, source number statistics will cause light leakage, and increased the size of the cone; (7) finally determined spatial position of cone center of the primary mirror and the front end of the cone hole extinction and three-dimensional configuration; (8) to calculate the secondary mirror. The three-dimensional configuration of the mask.

【技术实现步骤摘要】
基于空间光线追迹的次镜遮光罩和方锥形消光锥设计方法
本专利技术涉及基于空间光线追迹的次镜遮光罩和方锥形消光锥设计方法，适用于各类共轴反射系统或者各类以共轴反射系统为主光学的系统的次镜遮光罩和方锥形主镜中心孔消光锥的设计，属于航天遥感

技术介绍
航天遥感器光学系统杂散光抑制结构设计是其研制生产过程中不可或缺的一个重要环节，而主镜外遮光罩、次镜遮光罩和主镜中心孔消光锥是各类共轴反射系统或者各类以共轴反射系统为主光学的系统最主要和最常用的杂散光抑制结构。但是，传统的二维投影设计方法存在两个问题：一是，传统设计只针对对角线视场进行，而不对应于光学系统的真实视场，因此造成了次镜遮光罩尺寸会大于实际需求的尺寸，引入不必要的遮拦；二是，传统设计需要超常的主镜外遮光罩与次镜遮光罩进行配合，而在主镜外遮光罩长度有限时，又需要超大尺寸的次镜遮光罩与之配合。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于空间光线追迹的次镜遮光罩和方锥形消光锥设计方法，能够真实地反映出由次镜遮光罩引入的、成像光线无法到达的阴影区域边界在三维空间中的分布情况，避免了传统的二维投影设计方法无法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于空间光线追迹的次镜遮光罩和方锥形消光锥设计方法，其特征在于步骤如下：(1)建立设计过程中所使用的笛卡尔直角坐标系；(2)在子午和弧矢面内建立辅助光线，基于辅助光线的追迹结果，计算得到方锥形主镜中心孔消光锥的边界；(3)根据光学系统的光机结构设计结果，确定方锥形主镜中心孔消光锥末端的位置和构型；(4)对次镜遮光罩的初始结构进行定义；(5)构建空间辅助光线，基于空间辅助光线的追迹结果和消光锥空间包络，计算得到方锥形消光锥前端的位置和构型；(6)在圆锥面的边沿上设置点光源集合，并进行光线追迹，统计会发生漏光的光源编号，并相应地增大圆锥面的尺寸；(7)重复步骤(5)～(6)，直到不存在漏光；则...

【技术特征摘要】
1.一种基于空间光线追迹的次镜遮光罩和方锥形消光锥设计方法，其特征在于步骤如下：(1)建立设计过程中所使用的笛卡尔直角坐标系；(2)在子午和弧矢面内建立辅助光线，基于辅助光线的追迹结果，计算得到方锥形主镜中心孔消光锥的边界；(3)根据光学系统的光机结构设计结果，确定方锥形主镜中心孔消光锥末端的位置和构型；(4)对次镜遮光罩的初始结构进行定义；(5)构建空间辅助光线，基于空间辅助光线的追迹结果和消光锥空间包络，计算得到方锥形消光锥前端的位置和构型；(6)在圆锥面的边沿上设置点光源集合，并进行光线追迹，统计会发生漏光的光源编号，并相应地增大圆锥面的尺寸；(7)重复步骤(5)～(6)，直到不存在漏光；则根据步骤(2)所得的空间多边形以及根据步骤(5)所得的空间多边形，最终确定方锥形主镜中心孔消光锥末端和前端的最终空间位置和三维构型；(8)建立辅助平面，计算得到次镜遮光罩的三维构型。2.根据权利要求1所述的基于空间光线追迹的次镜遮光罩和方锥形消光锥设计方法，其特征在于：所述步骤(1)建立笛卡尔直角坐标的具体过程为：11)将笛卡尔直角坐标系的原点设置在次镜的顶点，同时将次镜顶点的法线定义为Z轴；规定Z轴的正向由次镜顶点指向主镜中心；12)将过原点且与Z轴垂直，并位于光学系统对称面内的直线定义为Y轴，规定Y轴的正向与光学系统的扫描方向一致；13)将过原点且与Y轴和Z轴同时垂直的直线定义为X轴，规定三维空间内X轴方向与Y、Z轴方向满足右手系关系；14)将Y、Z轴共同确定的YZ平面定义为子午面，将X、Z轴共同确定的XZ平面定义为弧矢面。3.根据权利要求2所述的基于空间光线追迹的次镜遮光罩和方锥形消光锥设计方法，其特征在于：所述步骤(2)的具体过程为：21)建立子午面内位于入瞳+Y处并指向Y方向最大视场和位于入瞳-Y处并指向Y方向最小视场的两条光线为辅助光线Ray1和Ray2；22)建立弧矢面内位于入瞳+X处并指向X方向最大视场和位于入瞳-X处并指向X方向最小视场的两条光线为辅助光线Ray3和Ray4；23)对辅助光线Ray1、Ray2、Ray3和Ray4进行追迹，得到这四条辅助光线经由次镜反射后的光线为Ray1‘、Ray2’、Ray3‘和Ray4’，对应的空间直线方程为l1'、l2'、l3'和l4'；24)构建包含直线l3'且垂直于弧矢面的平面Plane1、包含直线l1'且垂直于子午面的平面Plane2、包含直线l4'且垂直于弧矢面的平面Plane3、包含直线l2'且垂直于子午面的平面Plane4；平面Plane1、Plane2、Plane3和Plane4围成方锥形主镜中心孔消光锥的空间包络；25)平面Plane1与Plane2交于直线L1、平面Plane2与Plane3交于直线L2、平面Plane3与Plane4交于直线L3、平面Plane1与Plane4交于直线L4，则L1、L2、L3和L4为方锥形主镜中心孔消光锥的四条边界。4.根据权利要求3所述的基于空间光线追迹的次镜遮光罩和方锥形消光锥设计方法，其特征在于：所述步骤(3)中确定方锥形主镜中心孔消光锥末端的位置和构型的具体方法为：记位于主镜后的光机结构的外轮廓上距离主镜背面最近的点为Pr，构建包含Pr且同时垂直于子午面和弧矢面的平面Planer；Planer与四条边界L1、L2、L3和L4分别交于点Pr1、Pr2、Pr3和Pr4，则顺次连接Pr1、Pr2、Pr3和Pr4，即得到空间四边形Pr1Pr2Pr3Pr4，该空间四边形就是方锥形主镜中心孔消光锥末端的空间位置和三维构型。5.根据权利要求4所述的基于空间光线追迹的次镜遮光罩和方锥形消光锥设计方法，其特征在于：所述步骤(4)中对次镜遮光罩的初始结构进行定义的具体过程为：次镜遮光罩的初始结构定义为一个圆锥面，该圆锥面以光学系统的光轴为对称轴，圆锥面的小口端与次镜连接，并且大小与次镜的通光口径相同；圆锥面的大口端与主镜相对，其半径大于小口端半径。6.根据权利要求5所述的基于空间光线追迹的次镜遮光罩和方锥形消光锥设计方法，其特征在于：所述的步骤(4)中，次镜遮光罩的长L满足at...

【专利技术属性】
技术研发人员：张庭成，阮宁娟，李洋，邢辉，焦文春，廖志波，李可，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11