[发明专利]一种圆锥-双曲嵌套式X射线天文望远镜结构的设计方法

摘要

本发明涉及一种圆锥‑双曲嵌套式X射线天文望远镜结构的设计方法，该设计方法包括以下几个步骤：(1)通过Matlab软件计算Wolter‑I型天文望远镜每一组主镜和副镜的镜片位置，该结果即为所述圆锥‑双曲嵌套式X射线天文望远镜中每一组主镜和副镜的镜片位置；(2)将步骤(1)所得主镜和副镜的镜片位置代入Zemax软件，模拟得到成像光斑；(3)根据所述圆锥‑双曲嵌套式X射线天文望远镜的基础参数计算光斑尺寸，将该光斑尺寸与步骤(2)所得成像光斑进行对比，分析可行性。与现有技术相比，本发明对比经典的Wolter‑I型嵌套结构望远镜，将主镜设计成圆锥面，显著降低了制作难度和加工成本，在保证分辨率的同时，有效的提高了集光面积。

主权项

1.一种圆锥‑双曲嵌套式X射线天文望远镜结构的设计方法，该圆锥‑双曲嵌套式X射线天文望远镜包括300组以下同光轴布置的主镜和副镜以及一个设置在副镜远端焦点上的探测器，每一组主镜和副镜与相邻主镜和副镜呈嵌套结构，其特征在于，该设计方法包括以下几个步骤：(1)通过Matlab软件计算Wolter‑I型天文望远镜每一组主镜和副镜的镜片位置，该结果即为所述圆锥‑双曲嵌套式X射线天文望远镜中每一组主镜和副镜的镜片位置；(2)将步骤(1)所得主镜和副镜的镜片位置代入Zemax软件，模拟得到成像光斑；(3)根据所述圆锥‑双曲嵌套式X射线天文望远镜的基础参数计算光斑尺寸，将该光斑尺寸与步骤(2)所得成像光斑进行对比，分析可行性；其中，所述的望远镜基础参数包括焦距f、半口径y2、主镜或副镜的轴向长度L及主镜和副镜的厚度t；所述的焦距f为所述主镜的末端与探测器之间沿光轴方向的轴向长度；所述的半口径y2为所述主镜的末端到光轴的垂直距离；所述通过Matlab软件计算Wolter‑I型天文望远镜每一组主镜和副镜的镜片位置，通过以下公式计算所得：y2＝p(2x+p)  (1)，其中，式(1)为主镜在坐标轴内的方程式(2)为副镜在坐标轴内的方程，其中，p、a、b、c均为常数，由主镜和副镜的形状决定，通过式(1)和式(2)可算出下列公式：其中，θmax为主镜与平行入射光的最大夹角，Ypmin为主镜末端到光轴的垂直距离，Yrmax为副镜前端到光轴的垂直距离，数值上与y2相等； 设主镜与副镜交点在坐标轴内的坐标为(x2，y2)，主镜前端在坐标轴内的坐标为(x1，y1)，副镜末端在坐标轴内的坐标为(x3，y3)，则有：x2＝y2/tan(2θmax)  (4)，(x1，y1)、(x2，y2)和(x3，y3)三个点分别固定了望远镜主副镜片的位置，结合望远镜的嵌套结构，可知：y1,i+1＝y2,i‑t  (7)，y1，i+1为第i+1层主镜的前端到光轴的垂直距离，y2，i为第i层主镜的末端到光轴的垂直距离。