【技术实现步骤摘要】
一种离轴多反自由曲面光学系统初始结构的设计方法
本专利技术涉及离轴光学系统设计的
，特别离轴系统中含有自由曲面的光学系统设计，具体的为一种离轴多反自由曲面光学系统初始结构的设计方法。
技术介绍
与同轴的光学系统相比，离轴光学系统可以折叠光路使系统机构紧凑。使用反射式的系统与透射式系统相比较没有不同波长光的色散，使用自由曲面可以增加设计自由度，减少光学元件的数量，可以有效地校正这种非对称性像差。因此离轴自由曲面反射成像光学系统具有结构紧凑、无色差、无遮拦等优点，广泛应用于望远镜，超短焦投影物镜，高光谱成像光谱仪等。对于设计一个光学系统，设计或选取合理的初始结构是最关键的一步，这决定了最后系统优化所能达到的性能，如果初始结构很差，后面即使优化花很长时间也无法达到比较好的成像质量。对于共轴光学系统，已经有比较成熟的方法可以直接设计初始结构，也有大量的初始结构数据库可以直接选取想要的初始结构，而对于离轴的光学系统很难找到合适的初始结构，因此，发展一种针对离轴光学系统初始结构设计方法，具有非常重要的意义。在专利(申请号：...
【技术保护点】
1.一种离轴多反自由曲面光学系统初始结构的设计方法，包括以下步骤：/n步骤1，确定采样光线：/n首先在起始平面S平面上，矩阵式均匀采样m×n个数据点,每个采样点作为一条光线的起始点，出射一条光线，各采样光线之间相互平行，光线起始面上第一起始点设为S
【技术特征摘要】
1.一种离轴多反自由曲面光学系统初始结构的设计方法，包括以下步骤：
步骤1，确定采样光线：
首先在起始平面S平面上，矩阵式均匀采样m×n个数据点,每个采样点作为一条光线的起始点，出射一条光线，各采样光线之间相互平行，光线起始面上第一起始点设为S11，与S11同一行发出的光线命名为S1j，第二行发出的第一条起始点设为S21，与S21同一行发出的光线命名为S2j，依次类推；
步骤2，确定初始参考点位置P11，M11，R11，确定虚拟像点I1，I2，I：
根据步骤1中S11发出的第一条出射特征光线r11，在特征光线r11路径上选取一点P11，第一条光线r11入射到P11点反射后形成一路径，在此路径上取一点M11，光线到达M11点反射后形成一路径，在此路径上取一点R11，，光线到达R11点反射后光线汇聚到像点记为I；
S面发出的特征光线r11经过P11后直接会形成虚拟成像点记为I1，S面发出的光线经过P11和M11反射后形成虚拟成像点记为I2；
其中S11P11为入射光线矢量，P11I1为出射光线矢量，根据反射定律的矢量形式求得P11点的法向量N11；
步骤3，计算种子曲线：
在步骤2中，当获得了过P11点的法向量N11可以计算出过P11点的切平面，将第二条特征光线r12与过点P11处切平面的交点P12作为自由曲面上的第二个采样点，同理由反射定律可求得第二个数据点的法向量N12及其切平面，用特征光线r13与该平面相交得到了第3个采样点，以此类推，因此，可以得到自由曲面P上的由P11、P12……到P1j形成的第一条曲线，称为种子曲线；
步骤4，根据种子曲线得到自由曲面上的所有采样点：
由第一行特征光线r11、r12……r1j出射的光线可以得到种子曲线，根据步骤3中计算种子曲线的方法，依次通过光线r21、r22……r2j出射的光线得到由P21、P22……到P2j形成的第二条曲线，依次类推，继续重复上述过程得到自由曲面P上的所有采样点，这里将从S平面出发得到的曲面P上的采样点记为正向计算采样点；
步骤5，逆向计算第二组采样点：
对表面数据点进行逆向计算，以正向采样数据点的最后一个点Pmn为参考点作为初始点，入射到该点的光线为光源面上Smn点发射出的光线，即采样光线rmn，该光线也是正向计算中最后一条采样光线，因此rmn为入射Pmn点对应的单位方向矢量，单位出射矢量为Pmn到虚拟像点的单位方向矢量PmnI1，
在逆向计算中，所有光线起点及方向矢量与正向计算一致，只是使用光线的顺序发生了逆转，已知逆向计算的表面初始点Pmn，所有采样光线的起点及方向矢量，和虚像点I1，便可根据步骤(1)、(2)，先计算第一行特征数据点，即第一条种子曲线，再由此扩展得到后续所有行，此时该自由曲面上的...
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