[发明专利]一种用于太阳模拟器光学系统的自由曲面聚光镜设计方法

权利要求书

1.一种用于太阳模拟器光学系统的自由曲面聚光镜设计方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤S1、根据系统要求确定光学系统的F#数；

步骤S2、确定光学积分器大小，即确定聚光反射镜需要在第二焦面处形成弥散斑的大小；

步骤S3、确定光源与第二焦面的距离，根据光源的配光曲线，确定光源的发光角度；

步骤S4、根据步骤S2和步骤S3所确定的参数，构建整体设计布局，绘制光路图，确定光源的内边缘光线、外边缘光线以及目标辐照面和光轴，其中，目标辐照面由步骤S2中确定的光学积分器入光口大小确定；

步骤S5、根据光源的配光曲线，将光源的内边缘光线和外边缘光线所包络的光源发光区间分为多个出射分区，绘制每个出射分区的外边界光线和内边界光线，并计算每个出射分区所包络的发光环带的能量；

步骤S6、根据能量守恒定律，确定每个出射分区在目标辐照面上对应的区域，使得每个出射分区所包络的发光环带的能量与目标辐照面上对应区域所包络的环带具有相等的能量；然后绘制每个区域的内边界落点、外边界落点，其中，外边界落点对应于出射分区的外边界光线，内边界落点对应于出射分区的内边界光线；

步骤S7、根据光学系统所确定的F#数以及目标辐照面的外边缘位置，确定光源的外边缘光线所对应的自由曲面反射镜大开口的大小，使得自由曲面聚光反射镜的F#与系统F#相匹配；

步骤S8、设计自由曲面反射镜的母线，使得每个分区的外边界光线经由自由曲面反射镜后均到达与其对应的外边界落点，内边界光线经由自由曲面反射镜后均到达与其对应的内边界落点；在此过程中，不仅需要保证各分区的母线具有光滑连续性，还要保证各相邻分区的母线连接处具有至少二阶连续性；

步骤S9、将所设计的自由曲面母线绕光轴旋转一周，即获得自由曲面反射镜的加工面型。