[发明专利]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

说明书

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。

技术领域

本发明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，属于航天遥感技术领域。

背景技术

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。

发明内容

本发明的技术解决问题是：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真实反映空间阴影区域分布情况的弊端，同时配合小角度下的光线扫描追迹，借助于逐次迭代的技术，联合完成次镜遮光罩和方锥形主镜中心孔消光锥的设计，保证了计算所得的次镜遮光罩尺寸最小、引入的遮拦最小、光学系统成像质量的影响最小，而且使得一次杂散光的消除不再依赖于主镜外遮光罩。

本发明的技术方案是：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，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。

所述步骤(1)建立笛卡尔直角坐标系 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；