[發明專利]混合表面光學系統的設計方法

有效

• 申請號: 201710059418.3
• 申請日: 2017-01-24
• 公開（公告）號: CN108345106B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 朱鈞;龔桐桐;金國藩;范守善
• 申請（專利權）人: 清華大學;鴻富錦精密工業（深圳）有限公司
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種混合表面光學系統的設計方法，建立初始系統，選K條特征光線；求解其中m條特征光線與球面a的m個交點，得到m個特征數據點，將m個特征數據點擬合得到球面A_m；求解第m+1個特征數據點，將m+1個特征數據點擬合得到球面A_m+1；以此類推，求解第K個特征數據點，將K個特征數據點擬合得到球面a；以此類推，獲得所有球面；以球面光學系統為初始系統，將K條特征光線與球面a的交點作為K個特征數據點；將K個特征數據點進行擬合，得到非球面b；以此類推，獲得所有非球面，得到第一混合表面光學系統；第一混合表面光學系統為初始系統，將K條特征光線與非球面b的交點作為K個特征數據點；將K特征數據點進行擬合，得到待求自由曲面c；以此類推，獲得所有自由曲面。

技術領域

本發明涉及光學領域，尤其涉及一種全視場的、基于逐點構建的混合表面光學系統的設計方法。

背景技術

在滿足光學系統性能指標要求的情況下，使用簡單的曲面如球面和非球面代替復雜的曲面如自由曲面來設計光學系統，可以減小成本和降低加工檢測的難度。混合表面光學系統的每個表面可以有不同的選擇，例如：球面、非球面和自由曲面，因此，混合表面光學系統相對于自由曲面光學系統成本較低且加工檢測的難度小。

然而，現有的混合表面光學系統的設計方法是通過近軸光學理論求解得到同軸球面系統，然后在后續優化過程中將同軸球面系統轉化為離軸混合表面光學系統，該設計方法得到的混合表面光學系統與理想系統的誤差較大。

發明內容

有鑒于此，確有必要提供一種混合表面光學系統的設計方法，該設計方法得到的混合表面光學系統與理想系統的誤差較小。

一種混合表面光學系統的設計方法，其包括以下步驟：

S1：建立一第一初始系統，該第一初始系統包括多個初始曲面，且該第一初始系統中的一個初始曲面對應待設計混合表面光學系統中一個曲面，選取來自不同視場不同孔徑的K條特征光線；

S2：在所述第一初始系統的基礎上求解一球面光學系統，具體地，將該球面光學系統中的一個待求球面定義為球面a，保持該多個初始曲面不變，逐點求解K條特征光線中的m條特征光線與球面a的m個交點，得到m個第一特征數據點，mK，將m個第一特征數據點擬合得到初始球面A_m；根據初始球面A_m得到第m+1個第一特征數據點P_m+1，將m+1個第一特征數據點擬合得到球面A_m+1；以此類推，重復求特征數據點-球面擬合的過程，直到求解得到第K個第一特征數據點P_K，將K個第一特征數據點擬合得到球面A_K，該球面A_K為球面a；以此類推，直到獲得該球面光學系統中的所有球面；

S3：將待設計混合表面光學系統中的一個待求非球面定義為非球面b，以所述球面光學系統作為第二初始系統，保持球面光學系統中的多個球面不變，將K條特征光線與所述球面a的K個交點作為K個第二特征數據點；將該K個第二特征數據點進行曲面擬合，得到非球面b；以此類推，直到獲得待設計混合表面光學系統中所有的待求非球面，進而得到一擁有球面和非球面的第一混合表面光學系統；

S4：將待設計混合表面光學系統中的一個待求自由曲面定義為自由曲面c，以所述第一混合表面光學系統作為第三初始系統，保持該第一混合表面光學系統中的非球面不變，將K條特征光線與非球面b的K個交點作為K個第三特征數據點；將該K個第三特征數據點進行曲面擬合，得到待求自由曲面c；以此類推，直到獲得待設計混合表面光學系統中所有的待求自由曲面，進而得到待設計的混合表面光學系統。