[發明專利]一種蒙特卡洛焦平面成像光學自動設計方法

在審

• 申請號: 201711020696.4
• 申請日: 2017-10-26
• 公開（公告）號: CN107561694A
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 涂昊;張華坤;武帥;房燦;馮輝;王文靜;張軍;方財義;孫澤月;朱雨
• 申請（專利權）人: 安徽博微太赫茲信息科技有限公司
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙)34124
• 代理人: 丁瑞瑞

1.一種蒙特卡洛焦平面成像光學自動設計方法，其特征在于，主要步驟分為六步：步驟1：分析設計需求；步驟2：建立優化函數；步驟3：進行粗精度優化；步驟4：進行高精度優化；步驟5：得到最優設計參數；步驟6：給出仿真結果，其中步驟2中所述的建立優化函數是創建一個供步驟3和步驟4中所使用的優化目標函數，步驟3和步驟4中所使用的優化方法為蒙特卡洛方法。

2.根據權利要求1所述的一種蒙特卡洛焦平面成像光學自動設計方法，其特征在于，步驟1中分析設計需求中要求給出物平面的位置和尺寸、成像放大比、光學系統最小口徑限制、使用曲面的數量。

3.根據權利要求1所述的一種蒙特卡洛焦平面成像光學自動設計方法，其特征在于，步驟2中所述的建立優化函數是各個像差函數的加權求和，其表達式如下：

Φ＝A₁T SC+A₂SC+(A₃+3A₄)CC+A₅T AC+A₆AC+A₇TPC+A₈PC+A₉DC+A₁₀T AchC+A₁₁LchC+A₁₂T chC (1)

其中Φ為優化目標函數，TSC為橫向球差，SC為縱向球差，CC為弧矢慧差，TAC為橫向像散，AC為縱向像散，TPC為橫向場曲，PC為縱向場曲，DC為畸變，TAchC為橫向軸向色差，LchC為縱向軸向色差，TchC為垂軸色差，這些色差均是各個曲面的幾何參數的函數，A₁至A₁₂為不小于零的加權系數，根據步驟1中的設計需求給出各個加權系數的具體數值。

4.根據權利要求3所述的一種蒙特卡洛焦平面成像光學自動設計方法，其特征在于，步驟2中，如果有其他的限制條件，在(1)式后面添加新的項予以約束。

5.根據權利要求3所述的一種蒙特卡洛焦平面成像光學自動設計方法，其特征在于，步驟3中對(1)式進行計算時運用的是近軸光線幾何關系的解析表達式，其步驟是：

步驟(1)：生成一個初始光學構型作為當前構型；

步驟(2)：計算給出初始光學構型的優化目標函數值作為優化目標函數當前值；

步驟(3)：依次對每個曲面的幾何參數做隨機變動；

步驟(4)：計算隨機變動后的優化目標函數值；

步驟(5)：進行判斷，如果變動后的優化目標函數值變小，則接受這一變動，更新當前構型和當前優化目標函數值，更新如果變動后的目標函數值變大，則拒絕這一變動，不更新當前構型和當前優化目標函數值；

步驟(6)：重復步驟(3)至步驟(5)直到達到指定的次數。

6.根據權利要求5所述的一種蒙特卡洛焦平面成像光學自動設計方法，其特征在于，步驟3中的步驟(6)中，指定的次數此處設置為80000-120000。

7.根據權利要求5所述的一種蒙特卡洛焦平面成像光學自動設計方法，其特征在于，步驟4中的高精度優化的初始構型為步驟3優化后的輸出構型；對(1)式進行計算時運用的是各個像差參數的幾何定義，由光線追跡或計算場分布給出,其步驟是：

步驟(1)：依次對每個曲面的幾何參數做隨機變動；

步驟(2)：計算隨機變動后的優化目標函數值；

步驟(3)：進行判斷，如果變動后的優化目標函數值變小，則接受這一變動，更新當前構型和當前優化目標函數值，更新如果變動后的目標函數值變大，則拒絕這一變動，不更新當前構型和當前優化目標函數值；

步驟(4)：重復步驟(1)至步驟(3)直到達到指定的次數。

8.根據權利要求7所述的一種蒙特卡洛焦平面成像光學自動設計方法，其特征在于，步驟4中的步驟(4)中，指定的次數此處設置為80-120。

9.根據權利要求7所述的一種蒙特卡洛焦平面成像光學自動設計方法，其特征在于，步驟5所述的得到最優設計參數是步驟4完成時各個曲面幾何參數的值。

10.根據權利要求9所述的一種蒙特卡洛焦平面成像光學自動設計方法，其特征在于，步驟6對步驟5給出的最優設計參數進行光線追跡或高斯光學傳播計算，得出成像仿真結果。