基于制造约束的自由曲面离轴多反系统的自动设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于制造约束的自由曲面离轴多反系统的自动设计方法，涉及光学系统设计技术领域

【技术实现步骤摘要】
基于制造约束的自由曲面离轴多反系统的自动设计方法


[0001]本专利技术属于光学系统设计
，具体涉及一种基于制造约束的自由曲面离轴多反系统的自动设计方法
。

技术介绍

[0002]离轴多反系统包括离轴两反系统
、
离轴三反系统和离轴四反系统等，是望远镜和成像光谱仪的重要组成结构，被广泛应用于观测领域
。
离轴多反系统从设计到制造分为设计和装调两个阶段，设计阶段是指通过计算和光学仿真软件，生成离轴多反系统的布局图和每面反射镜的位置参数及光学参数；装调阶段是基于设计阶段所得，制作出符合光学参数的反射镜，并根据位置参数和布局图将反射镜装调到相应位置
。
在传统的分体装调方法中，每面反射镜的机械轴与光轴的精确对准存在困难，需要反复进行光学对准调整，不易达到最佳装调效果
。
近年新兴的一体化加工制造技术作为一种新的装调方法，可以直接对光学系统进行一体化超精密加工，无需进行光学对准操作，从根本上降低了装调的难度
。
一体化加工制造技术对反射镜的位置有一定要求，即制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于制造约束的自由曲面离轴多反系统的自动设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：构建基于共圆程度函数和遮拦评估函数的制造约束模块；所述共圆程度函数用于判断每面反射镜与柱形轮廓的贴合程度；所述遮拦评估函数用于判断离轴多反系统中每面反射镜的边缘是否遮挡了离轴多反系统中经过其他相邻反射镜间的光线；步骤2：构建光学余量判断函数；所述光学余量判断函数用于计算反射镜在不遮拦光线时，与经过其他反射镜间边缘光线的最小距离；步骤3：通过判断成像点与理想像点间的距离来衡量光线的汇聚程度，进而构建出光线汇聚程度函数；所述光线汇聚程度函数用于判断每个视场的光线与像面的交点的离散程度；步骤4：基于制造约束模块
、
光学余量判断函数和光线汇聚程度函数构建综合目标函数；步骤5：通过搜索算法找到最适合设计要求的参数，然后利用曲面设计法获得自由曲面离轴多反系统；所述最适合设计要求的参数为使得综合目标函数最小的参数；所述参数包括位置参数和光学参数
。2.
根据权利要求1所述的基于制造约束的自由曲面离轴多反系统的自动设计方法，其特征在于，所述步骤1包括如下具体步骤：步骤
1.1
：基于反射镜上的点与柱形轮廓圆心点的距离，构建共圆程度函数；步骤
1.2
：构建遮拦评估函数
。3.
根据权利要求2所述的基于制造约束的自由曲面离轴多反系统的自动设计方法，其特征在于，所述步骤
1.2
包括如下具体步骤：步骤
1.2.1
：从每面反射镜的上下边缘点分别向经过不包括该反射镜在内的每组相邻反射镜间的上下边缘光线作垂线得到垂线集合，并计算出集合中的垂线长度的最小值；所述边缘光线，是指两面反射镜之间的光路的最外侧的两条光线；在计算时将像面按光学表面即反射镜处理；步骤
1.2.2
：根据垂线的垂足坐标，得到从反射镜上下边缘点指向垂足坐标的向量，计算每面反射镜的遮挡参数；所述遮挡参数表示该反射镜是否遮挡了离轴多反系统中经过其他反射镜的光线；步骤
1.2.3
：根据每面反射镜的遮挡参数，构建系统遮挡参数的集合；步骤
1.2.4
：根据系统遮挡参数的集合和垂线集合中的垂线长度的最小值构建遮拦评估函数
。4.
根据权利要求2所述的基于制造约束的自由曲面离轴多反系统的自动设计方法，其特征在于，所述共圆程度函数表达式为：其中，
f
M
为共圆程度函数；
N
为每面反射镜上的均匀采样点个数；
K
为离轴多反系统中反射镜的总数；
n
为反射镜序号；
t
为采样点序号；
rc
为柱形轮廓的半径；为反射镜上点与柱形轮廓圆心点的距离
。
5.
根据权利要求3所述的基于制造约束的自由曲面离轴多反系统的自动设计方法，其特征在于，所述遮挡参数表达式为：其中，
PO
为每面反射镜的遮挡参数；
JA
为向量夹角判别数，表达式为：其中，
β
表示向量间的夹角
...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏阳杰，孙艺玮，陈思轲，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：