一种基于空间坐标传递矩阵的离轴多反光学系统设计方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于空间坐标传递矩阵的离轴多反光学系统设计方法，属于光学设计技术领域。该方法建立各反射镜初始坐标系与参考坐标系；选取特征光线，建立各反射镜间的输入输出关系，并将特征光线与各反射镜间的交点记为特征点；通过空间坐标传递矩阵的方法实现离轴多反光学系统中的光线特征的传递；最后拟合得到离轴多反光学系统各反射镜的位姿。本发明专利技术利用空间坐标传递矩阵理论进行光学系统设计，有利于光学系统一体化设计、加工及系统的装调。

【技术实现步骤摘要】
一种基于空间坐标传递矩阵的离轴多反光学系统设计方法
本专利技术涉及光学设计
，尤其涉及一种基于空间坐标传递矩阵的离轴多反光学系统设计方法。
技术介绍
随着空间光学遥感以及火箭、卫星、空间站等航空航天技术的日趋进步，光学系统的各项设计加工技术指标越来越高，分辨率高、覆盖范围广成为日益迫切的需求。然而，高分辨率与大视场之间存在的矛盾关系在某种程度上限制了其发展。早期的光学系统均采用折射式系统，随着人们对光学设计理论及反射式系统的研究，逐渐出现了折反式系统和全反式系统。随后较高的分辨率及较少的能量损失成为一亟待解决的问题，因此产生了离轴光学系统。离轴光学系统的一种传统设计方法是以现有专利或其他可用系统为初始结构，利用光学设计软件进行进一步优化，得到最终的设计结果。另一种常见的设计方法是首先根据三级(或赛德尔)像差理论创建一个同轴球面或圆锥曲面的初始结构，然后，通过光阑离轴、视场离轴或倾斜镜子的离轴方式获得无遮拦结构，最后，使用光学设计软件进行优化得到最终的结构。但是，离轴光学元件加工以及系统装调难度较大，元件的加工精度与系统的装调方法是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于空间坐标传递矩阵的离轴多反光学系统设计方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：建立离轴多反光学系统中m个反射镜M

【技术特征摘要】
1.一种基于空间坐标传递矩阵的离轴多反光学系统设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：建立离轴多反光学系统中m个反射镜M1、M2......Mm的局部坐标系和参考坐标系；
步骤2：选取n条特征光线L1、L2、L3......Ln，n条特征光线与m个反射镜相交各有n个特征点，M1中的特征点记为：S11、S12、S13......S1n，M2中的特征点记为S21、S22、S23......S2n，Mm中的特征点记为：Sm1、Sm2、Sm3......Smn；
步骤3：根据反射定律，第一反射镜M1的输出作为第二反射镜M2的输入，第二反射镜M2的输出作为第三反射镜M3的输入，以此类推，第m-1反射镜Mm-1的输出作为第m反射镜Mm的输入；
步骤4：计算第一反射镜M1到参考坐标系的空间坐标传递矩阵第二反射镜M2到第一反射镜M1的空间坐标传递矩阵以此类推，计算第m反射镜Mm到第m-1反射镜Mm-1的空间坐标传递矩阵
步骤5：根据空间坐标传递矩阵，计算m个反射镜中特征点坐标在参考坐标系中的描述；
步骤6：根据m个反射镜中特征点在参考坐标系中的坐标描述，拟合得到离轴多反光学系统m个反射镜的位姿。


2.根据权利要求1所述的一种基于空间坐标传递矩阵的离轴多反光学系统设计方法，其特征在于：所述离轴多反光学系统中m个反射镜M1、M2......Mm的局部坐标系以各反射镜中心为原点，参考坐标系以第一反射镜M1的中心为原点，根据右手法则确定X轴、Y轴、Z轴。


3.根据权利要求1所述的一种基于空间坐标传递矩阵的离轴多反光学系统设计方法，其特征在于：所述步骤4的过程如下：
步骤4.1：计算第一反射镜M1到参考坐标系的空间坐标传递矩阵的公式如下：



其中，θ1为以参考坐标系为基准第一反射镜M1空间局部坐标系的旋转角，是三者的随机排列组合；
由于第一反射镜M1的空间局部坐标系与参考坐标系的原点相同，则
步骤4.2：计算第二反射镜M2到第一反射镜M1的空间坐标传递矩阵的公式如下：



其中，θ2为以第一反射镜M1的空间局部坐标系为基准第二反射镜M2空间局部坐标系的旋转角，是三者的随机排列组合；
由于第二反射镜M2的空间局部坐标系与第一反射镜M1的空间局部坐标系的原点不相同：

是种中的一种，其中x、y、z为空间坐标系的位移量；
步骤4.3：计算第三反射镜M3到第二反射镜M2的空间坐标传递矩阵的过程参考步骤4.2，同理直至计算第m反射镜Mm到第m-1反射镜Mm-1的空间坐标传递矩阵
所述计算第m反射镜Mm到第m-1反射镜Mm-1的空间坐标传递矩阵的公式如下：



其中，θm为以第m-1反射镜Mm-1的空间局部坐标系为基准第m反射镜Mm空间局部坐标系的旋转角，是三者的随机排列组合；
由于第m反射镜Mm的空间坐标系与第m-1反射镜Mm-1的空间坐标系的原点不相同：是种中的一种，其中x、y、z为空间坐标系的位移量。


4.根据权利要求3所述的一种基于空间坐标传递矩阵的离轴多反光学系统设计方法，其特征在于：
所述步骤4.1中三者的随机排列组合方式为：
第一反射镜M1的局部坐标系相对于参考坐标系X0、Y0、Z0轴中的一个轴向进行旋转，即有种情况；
第一反射镜M1的局部坐标系相对于参考坐标系X0、Y0、Z0轴中的两个轴向先后进行旋转，即有种情况；
第一反射镜M1的局部坐标系相对于参考坐标系X0、Y0、Z0轴中的三个轴向分别先后进行旋转，即有种情况；
因此，第一反射镜M1到参考坐标系的空间坐标传递矩阵有种情况；
所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：程同蕾，陈晓雨，赵继，李曙光，王方，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21