[發(fā)明專利]基于近軸像差理論的多光路光學系統(tǒng)初始結構搜索方法

有效

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• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111679428B
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發(fā)明（設計）人: 朱楊;張劉;張若曦;宋瑩;呂雪瑩
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G06F17/18
• 代理公司: 北京中理通專利代理事務所(普通合伙) 11633
• 代理人: 劉慧宇

1.基于近軸像差理論的多光路光學系統(tǒng)初始結構搜索方法，其特征是：該方法由以下步驟實現(xiàn)：

步驟一、基于多光路復合光學系統(tǒng)的光焦度分配方法，建立多光路光焦度分配優(yōu)化函數(shù)分項；具體過程為：

所述多光路復合光學系統(tǒng)分為前端的折反光路和后端的反射光路，并對所述折反光路和反射光路的光焦度合理分配；獲得反射光路的組合焦距和折反光路的組合焦距；

步驟二、基于近軸像差理論，將次鏡等效為單個薄透鏡和平行平板組合，獲得反射光路與折反光路的近軸像差優(yōu)化函數(shù)分項；具體過程為：

所述折反光路的光線經主鏡反射后穿過次鏡后會聚成像，所述單個薄透鏡的球差為：

式中，α為次鏡引起的主鏡遮攔比，β為次鏡的放大倍率，A為球差系數(shù)，n為次鏡基底材料折射率，e₂為次鏡的非球面系數(shù)，r₁、r₂分別為次鏡右表面和左表面的曲率半徑；

所述A＝A(α,β)，用下式表示為：

式中，R₁和R₂分別為主鏡和次鏡的反射表面曲率半徑，

所述平行平板的球差公式為：

式中，h₁、h₂分別為邊緣光線在主鏡和次鏡的光線高度，i₁、i₂為光線于平行平板兩面入射角，i'₁、i'₂為光線于平行平板兩面出射角；d₀為平行平板在焦距歸一化時的厚度，u₁、u₂為平行平板入射光線與光軸的夾角，i₁＝i₂′＝-u₁，i₁′＝i₂＝-u₂，f₁為折反光路的焦距；

則折反光路的總近軸初階球差為：

式中，S_{I_Catadioptric_PM}為折反光路中主鏡的初級球差，S_{I_Catadioptric_SM_thinlens}為單個薄透鏡的球差，S_{I_Catadioptric_SM_Parallelplate}為平行平板的球差；

步驟三、根據(jù)復合光學系統(tǒng)對主鏡后方的后截距的光機結構參數(shù)要求，建立了多光路系統(tǒng)的光機結構參數(shù)優(yōu)化函數(shù)分項；

系統(tǒng)結構布局約束條件C＝l′₂-k₂d，為反射光路的后截距，l′₂為次鏡到像面的距離，k₂為后截距調整系數(shù)，d為主次鏡間距；

步驟四、建立整體的優(yōu)化目標函數(shù)F；

根據(jù)主次鏡組成的反射光路的初級球差以及步驟三獲得的折反光路的總近軸初階球差，獲得關于α,β,e₁,e₂,d₀的隱性表達式：

式中，S_{I_Reflection}為反射光路的初級球差；

則目標函數(shù)表示為：

式中，ω_i(i＝1,2,3,4)為相應權重，Φ為系統(tǒng)焦距分配約束條件，f₂為反射光路的焦距；

步驟五、對目標函數(shù)F進行尋優(yōu)，獲得最小目標函數(shù)對應的光學系統(tǒng)初始結構參數(shù)，完成多光路復合光學系統(tǒng)初始結構的搜索。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于近軸像差理論的多光路光學系統(tǒng)初始結構搜索方法，其特征在于：步驟一中，所述反射光路的組合焦距為：

式中，n₁為主鏡入射端外部介質的折射率，n′₁為主鏡出射端外部介質的折射率，n₂為次鏡薄透鏡右側表面處入射端外部介質的折射率，n′₂為次鏡薄透鏡右側表面處折射端內部介質的折射率；R₁和R₂分別為主反射鏡和次反射鏡的反射表面曲率半徑。

折反光路的組合焦距為：

式中，n₃為次鏡薄透鏡左側表面處折射端內部介質的折射率。

3.根據(jù)權利要求1所述的基于近軸像差理論的多光路光學系統(tǒng)初始結構搜索方法，其特征在于：步驟四中，所述主次鏡組成的反射光路的初級球差為：

式中，S_{I_Reflection_PM}為反射光路中主鏡球差，S_{I_Reflection_SM}為反射光路中次鏡球差，e₁為主鏡的非球面系數(shù)。