[發(fā)明專利]自由曲面成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310457594.4
• 申請(qǐng)日: 2013-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN104516108B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱鈞;楊通;金國(guó)藩;范守善
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué);鴻富錦精密工業(yè)（深圳）有限公司
• 主分類號(hào): G02B27/00
• 分類號(hào): G02B27/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種自由曲面成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟S10，建立自由曲面成像系統(tǒng)的初始結(jié)構(gòu)模型，所述初始結(jié)構(gòu)模型包括一透鏡的前表面與一瞳孔間隔設(shè)置，光束從所述瞳孔入射到所述前表面，將透鏡的全視場(chǎng)2ω等分為2k+1個(gè)視場(chǎng)角，形成2k+1個(gè)視場(chǎng)；

步驟S20，根據(jù)不同視場(chǎng)角與自由曲面成像系統(tǒng)孔徑大小，對(duì)2k+1個(gè)視場(chǎng)進(jìn)行分組，每相鄰兩個(gè)視場(chǎng)取為一組；

步驟S30，加入求解所述透鏡靠近瞳孔前表面上的待求點(diǎn)的約束條件，該約束條件使求解得到的點(diǎn)的連線盡量平滑，且保持?jǐn)M合后前表面上點(diǎn)的法向量與原有求解得到的點(diǎn)的法向的一致性；

步驟S40，根據(jù)斯涅爾定律及約束條件逐點(diǎn)求解所述待求點(diǎn)，并進(jìn)行曲線擬合；以及

步驟S50，加入所述透鏡的后表面，使從所述前表面出射的光保持方向不變，得到所述自由曲面成像系統(tǒng)。

2.如權(quán)利要求1所述的自由曲面成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述初始結(jié)構(gòu)模型的建立包括如下步驟：

根據(jù)自由曲面成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求建立坐標(biāo)原點(diǎn)O，并確定x，y，z軸各自的方向，其中坐標(biāo)原點(diǎn)O為瞳孔的中心點(diǎn)，光束的傳播方向設(shè)定為z軸，垂直于z軸方向分別為x，y軸；

將自由曲面成像系統(tǒng)的全視場(chǎng)2ω以相同的間距Δω等分為2k+1個(gè)視場(chǎng)角，形成2k+1個(gè)取樣視場(chǎng)。

3.如權(quán)利要求1所述的自由曲面成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，每組包括一小視場(chǎng)及一大視場(chǎng)，所述小視場(chǎng)為靠近OZ軸的視場(chǎng)；而所述大視場(chǎng)為與所述小視場(chǎng)相鄰且相對(duì)遠(yuǎn)離OZ軸的視場(chǎng)。

4.如權(quán)利要求3所述的自由曲面成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，小視場(chǎng)中充滿孔徑的光線射到前表面上時(shí)，它的主光線經(jīng)過前表面上的一第一待求點(diǎn)折射后交像面于其理想像點(diǎn)P_f1；大視場(chǎng)中充滿孔徑的光線入射到前表面上時(shí)，位于所述瞳孔邊緣的光線與所述主光線相交后，并經(jīng)過前表面上的一第二待求點(diǎn)折射后應(yīng)該交像面于其理想像點(diǎn)P_f2。

5.如權(quán)利要求4所述的自由曲面成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述小視場(chǎng)與大視場(chǎng)存在重疊，所述小視場(chǎng)中的一條光線經(jīng)過前表面上的第二待求點(diǎn)，折射后交像于其理想像點(diǎn)P_f1。

6.如權(quán)利要求5所述的自由曲面成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，通過所述主光線、大視場(chǎng)位于瞳孔邊緣的光線以及所述小視場(chǎng)中經(jīng)過第二待求點(diǎn)的光線求解所述第一待求點(diǎn)及第二待求點(diǎn)。

7.如權(quán)利要求4所述的自由曲面成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述小視場(chǎng)與所述大視場(chǎng)沒有重疊，通過所述主光線及所述大視場(chǎng)位于通孔邊緣的光線求解第一待求點(diǎn)及第二待求點(diǎn)。

8.如權(quán)利要求1所述的自由曲面成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述約束條件包括：

不同組之間待求點(diǎn)的幾何關(guān)聯(lián)約束條件；以及

階梯形點(diǎn)分布消除條件。