[發明專利]自由曲面離軸成像系統的設計方法

有效

• 申請號: 201810034313.7
• 申請日: 2018-01-12
• 公開（公告）號: CN110031969B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 唐瑞銳;張本奇;朱鈞;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

本發明涉及一種自由曲面離軸成像系統的設計方法，包括以下步驟：建立初始系統并選取特征視場；逐漸拓展構建特征視場，同時將所述初始系統構建為自由曲面系統；以及對所述自由曲面系統中的自由曲面的構建區域進行延展，并在延展后的構建區域中重新構建自由曲面，進而得到待設計的自由曲面離軸成像系統。

技術領域

本發明涉及光學設計領域，尤其涉及一種基于多面延展法的自由曲面離軸成像系統的設計方法。

背景技術

自由曲面是指無法用球面或非球面系數來表示的非傳統曲面，通常是非回轉對稱的，結構靈活，變量較多，為光學設計提供了更多的自由度，可以大大降低成像系統的像差，減小系統的體積、重量與鏡片數量，可以滿足現代成像系統的需要，有著廣闊的發展應用前景。成像系統要實現視場大小與孔徑大小一定的成像，需要在成像系統設計中控制不同視場不同孔徑位置的光線。由于自由曲面有非對稱面并提供了更多的設計自由度，它們常被用在離軸非對稱系統中。

現有的自由曲面離軸成像系統普遍采用直接設計方法得到，如微分方程法，多曲面同步設計方法和逐點構建與迭代方法，然而，現有的設計方法在設計過程中只能考慮有限數量的視場，在設計同時，具有大相對孔徑和大視場角的自由曲面離軸成像系統時具有局限性。

發明內容

綜上所述，確有必要提供一種自由曲面離軸成像系統的設計方法，該方法在設計過程中，可以考慮視場的數量較大，而且采用該設計方法可以得到同時具有大相對孔徑和大視場角的自由曲面離軸成像系統。

一種自由曲面離軸成像系統的設計方法，其包括以下步驟：

步驟S1，建立一初始系統并選取M個特征視場，該初始系統包括L個初始曲面L_j(j＝1，2，……L)，且每個初始曲面對應所述自由曲面離軸成像系統中的一個自由曲面，其中，M的值大于L的值；

步驟S2，將所述M個特征視場中的至少一個特征視場作為第一構建特征視場，在該第一構建特征視場中將所述初始曲面L₁構建成自由曲面 N₁；增加至少一個特征視場對所述第一構建特征視場進行拓展得到一第二構建特征視場，在該第二構建特征視場中將初始曲面L₂構建成自由曲面 N₂；以此類推，每次增加至少一個特征視場對構建特征視場進行拓展，并使用拓展后的構建特征視場將初始曲面構建成自由曲面，直到所述L個初始曲面構建成L個自由曲面，得到一自由曲面系統；以及

步驟S3，增加至少一個特征視場對步驟S2中拓展后的構建特征視場進行延展得到一第I構建特征視場，在該第I構建特征視場中將自由曲面 N₁進行構建得到自由曲面N′₁；在該第I構建特征視場的基礎上增加至少一個特征視場得到一第II構建特征視場，在該第II構建特征視場中將自由曲面N₂進行構建得到自由曲面N′₂；以此類推，每次增加至少一個特征視場對構建特征視場進行延展，使用延展后的構建特征視場將所述自由曲面系統中的自由曲面構建成新的自由曲面，直到所述M個特征視場均被使用完；所述M個特征視場均被使用完之后，M個特征視場中仍然有至少一個特征視場在至少一個自由曲面上沒有被構建使用，使用所有M個特征視場重新構建該至少一個自由曲面。

相較于現有技術，本發明提供的自由曲面離軸成像系統的設計方法，在不斷拓展構建特征視場的同時輪流構建自由曲面，反射鏡上被構建區域不斷擴大，在拓展構建特征視場的過程中可以對已構建特征視場進行像差補償，該方法可以得到同時具有大相對孔徑和寬視場角的自由曲面離軸成像系統。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的特征視場的選取方法。

圖2為本發明實施例提供的構建特征視場的拓展方向示意圖。

圖3為本發明提供的拓展構建特征視場并構建自由曲面系統的示意圖。