[發明專利]自由曲面光學系統設計的方法、設備、系統及存儲介質

在審

• 申請號: 201910337111.4
• 申請日: 2019-04-25
• 公開（公告）號: CN110018566A
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 張躍進;展愛云;李波;胡勇;黃德昌;喻蒙
• 申請（專利權）人: 鐘祥博謙信息科技有限公司
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00
• 代理公司: 北京細軟智谷知識產權代理有限責任公司 11471
• 代理人: 馬曉騰

本申請提供一種基于逐點計算的光學自由曲面光學系統設計的方法包括：根據設計參數構建一個初始平面系統；其中，初始平面系統包括：主鏡、次鏡和三鏡；選定特征光線；基于選定的特征曲線，進行擬合，計算三鏡上的自由曲面數據點，并使用4階的XY多項式進行考慮法向和坐標兩種因素的擬合，從而修正三鏡的初始結構；基于選定的特征曲線，進行擬合，計算主鏡上的自由曲面數據點，并使用4階的XY多項式進行考慮法向和坐標兩種因素的擬合，從而修正主鏡的初始結構；將修正過三鏡和主鏡的系統，作為迭代過程的初始結構進行迭代優化，并得到自由曲面光學系統。

技術領域

本申請涉及自由曲面光學系統相關技術領域，具體涉及一種自由曲面光學系統設計的方法、設備、系統及存儲介質。

背景技術

現有的成像光學系統的設計方法中，設計流程一般是先找到一個好的初始結構，然后進行計算機輔助的優化。然而，這種設計方法并不是十分智能，功能也不夠強大。其一，此種設計方法高度依賴初始結構，但可用的初始結構一般是有限的，如果初始結構的結構與參數與設計要求相差很遠，可能需要進行長時間的優化。而且對于一些指標先進，結構特殊的成像光學系統，很可能無法找到合適的初始結構。如此，設計者很可能花費大量的時間進行優化，甚至失敗。其二，優化過程是一個“技術”與“思維”的有機結合，軟件優化算法是很重要的，而人對優化過程的指導與干預以及人的經驗與技能等也很重要，因此整個設計過程高度依賴人力參與。

發明內容

本申請提供一種自由曲面光學系統設計的方法、設備、系統及存儲介質，以解決目前自由曲面光學系統設計時極度依賴人力的問題。

本申請提供的基于逐點計算的光學自由曲面光學系統設計的方法，包括：

根據設計參數構建一個初始平面系統；其中，初始平面系統包括：主鏡、次鏡和三鏡；

選定特征光線；基于選定的特征曲線，進行擬合，計算三鏡上的自由曲面數據點，并使用4階的XY多項式進行考慮法向和坐標兩種因素的擬合，從而修正三鏡的初始結構；

基于選定的特征曲線，進行擬合，計算主鏡上的自由曲面數據點，并使用4階的XY多項式進行考慮法向和坐標兩種因素的擬合，從而修正主鏡的初始結構；

將修正過三鏡和主鏡的系統，作為迭代過程的初始結構進行迭代優化，并得到自由曲面光學系統。

可選的，構建初始平面系統時，所述主鏡、所述次鏡和所述三鏡需要處于曲面最終期望的位置處。

可選的，構建初始平面系統時，所述主鏡與所述三鏡的邊緣在空間中需要保持相切。

可選的，選定特征光線的方法為：

選定第一預設次數的采樣視場；

將孔徑分為第二預設次數個角度，每個角度沿半徑方向選取第三預設次數個位置，選取孔徑中心的位置；

在每一個所述所述采樣視場選取的位置設置一條特征光線。

可選的，修正三鏡時和修正主鏡時，將次鏡視為平面鏡；

在進行迭代優化時，將次鏡視為曲面鏡，并且在迭代的過程中調節次鏡的結構。

可選的，所述迭代優化包括：

將修正過三鏡和主鏡的系統作為輸入系統，對特征光線進行光線追跡，并獲得面型數據的坐標；

選定理想像點，并將理想像點作為所有特征光線的出射終點，重新計算面型數據對應的法向量；

根據同時考慮坐標和法向的新型擬合方法，重新修正主鏡、次鏡和三鏡的結構；

重復上述步驟，直至修正后的模型符合設計參數或相鄰的兩次迭代之后得到的系統的參數不變。