[发明专利]基于抛物面镜阵列的反射型光学积分器的设计方法

权利要求书

1.一种基于抛物面镜阵列的反射型光学积分器的设计方法，该种反射型光学积分器包括一个抛物面反射镜阵列，以抛物面反射镜阵列中心处的抛物面中心为坐标原点，以平行光入射的反方向为Z轴，建立直角坐标系，沿着Z轴的平行光经过积分器的反射后，到达接收面；积分器的结构参数包括各个抛物面单元沿着X轴和Y轴的边长、接收面的边长d和抛物面本身的参数，每个抛物面单元的位置参数包括单元中心点的坐标、分别绕X轴和Y轴的旋转角度以及绕X轴和Y轴旋转的旋转中心的坐标；其设计方法包括：

第一步.积分器初始参数的确定：

(1)根据接收面和反射面的距离确定抛物面的焦距f，从而得到抛物面的方程：

X²+Y²＝4fZ；

(2)根据抛物面反射镜阵列中心处的抛物面单元的边长2a，可以求得抛物面中心距离接收面中心的距离D，

第二步.从中心处的抛物面单元出发，重复执行下面的第(1)步至第(3)步，沿X方向进行迭代计算，求取所有的积分器单元在X方向上的位置参数和方向参数：

(1)利用接收面的边界坐标A1(-a，a，D)，A2(-a，-a，D)和前一个抛物面单元的边界处的坐标P1(x₁，y₁，z₁)，P2(x₂，y₂，z₂)，建立方程组：

求得当前抛物面单元的焦点B1(x₀，y₀，z₀)，并求取当前抛物面单元的旋转中心P0的坐标为(m_c，n_c，k_c)：

(2)设当前抛物面单元未经过旋转的曲面满足标准抛物面方程(X-a₁)²+(Y-a₂)²＝4f₁(Z-a₃)，根据当前焦点B1(x₀，y₀，z₀)和未经过旋转的曲面的焦点(a₁，a₂，a₃+f₁)，利用坐标变换公式：求得抛物面的旋转角度b和

标准抛物面方程的参数a₁，a₂，a₃，f₁，旋转角度b确定了当前抛物面单元在X方向上的方位；

(3)下一个抛物面单元的旋转中心Q0(x_p0，y_p0，z_p0)是通过前一个抛物面单元的标准抛物面上的点Q1(x_b0，y_b0，z_b0)求得的，它们之间的关系满足下面的方程组：

xp0=(mc+(xb0-mc)*cos(b/2)+(zb0-kc)*sin(b/2)zp0=(kc+(zb0-kc)*cos(b/2)-(xb0-mc)*sin(b/2)(xb0-a1)2+(yb0-a2)2=4f1(zb0-a3)xp0-x0a-x0=zp0-z0d-z0a1=(mc+xb0)/2]]>

通过求解上述方程组得到下一个抛物面单元的旋转中心Q0；

第三步.从中心处的抛物面单元出发，重复执行下面的第1)步至第3)步，沿Y方向进行迭代计算，求取所有的积分器单元在Y方向上的位置参数和方向参数：

(1)利用接收面的边界坐标A1(-a，a，D)，A3(a，-a，D)和前一个抛物面单元的边界处的坐标P1(x₁，y₁，z₁)，P3(x₃，y₃，z₃)，建立方程组：

求得当前抛物面单元的焦点B2(x₀’，y₀’，z₀’)，并求取当前抛物面单元的旋转中心N0的坐标为(m_c’，n_c’，k_c’)：

(2)设当前抛物面单元未经过旋转的曲面满足标准抛物面方程

(X-a₁′)²+(Y-a₂′)²＝4f₁′(Z-a₃′)，根据当前焦点B2和未经过旋转的抛物面的焦点(a₁′，a₂′，a₃′+f₁′)，利用坐标变化公式：

求得抛物面的旋转角度

b‘和标准抛物面方程的参数a₁′，a₂′，a₃′，f₁′，这个旋转角度b’就确定了抛物面单元的方位；

(3)下一个抛物面单元的旋转中心M0(x_p0’，y_p0’，z_p0’)是通过前一个抛物面单元的标准抛物面上的点M1(x_b0’，y_b0’，z_b0’)求得的，它们之间的关系满足下面的方程组：

通过求解上述方程组得到下一个抛物面单元的旋转中心M0；

第五步.根据前两步求得的积分器参数，建立积分器模型；

第六步.根据积分器模型设计加工路径，进行超精密车削加工根据积分器模型设计加工路径。