[发明专利]飞机自消像差自由曲面共形光学窗口设计方法

权利要求书

1.一种飞机自消像差自由曲面共形光学窗口设计方法，其特征在于：

首先，将共形光学窗口所在飞机机身区域外部轮廓点云数据拟合成光学自由曲面；

其次，将所述光学自由曲面导入光学设计软件中，建模共形光学窗口外表面的自由曲面面形，得到建模的自由曲面共形光学窗口，将该共形光学窗口内表面设置成光学设计软件提供的自由曲面多项式面形；

第三，在光学设计软件中设计一个大视场理想光学系统和一个大孔径理想光学系统，由这两个理想光学系统代表工作波段多种指标规格光学系统，然后将这两个理想光学系统加入到建模的自由曲面共形光学窗口后面；

最后，将建模的自由曲面共形光学窗口的内表面设计成消除外表面所产生像差的自由曲面：将共形光学窗口内表面自由曲面多项式面形的顶点曲率、圆锥系数和低级次多项式系数设为变量，在光学设计软件中进行优化；经过优化，如果加入自由曲面共形光学窗口后的各视场MTF比理想光学系统自身MTF下降明显，将内表面自由曲面多项式面形更高级次多项式系数也设为变量进行优化，依此类推，直至与理想光学系统自身MTF相比，加入自由曲面共形光学窗口后的各视场MTF无明显下降，且该自由曲面共形光学窗口引入的畸变较小，此时即得到自消像差自由曲面共形光学窗口。

2.根据权利要求1所述的飞机自消像差自由曲面共形光学窗口设计方法，其特征在于，运用X-Y多项式将共形光学窗口所在飞机机身区域外部轮廓点云数据拟合成光学自由曲面，所述X-Y多项式如下：

z=cr21+1-(1+k)c2r2+Σj=266Cjxmyn,]]>

式中：

r²=x²+y²，

j=[(m+n)²+m+3n]/2+1，

z为该光学自由曲面在z轴方向的矢高，x、y分别为该光学自由曲面在局部坐标系下x轴方向和y轴方向的位置；c为该光学自由曲面的顶点曲率，k为圆锥系数，m、n为整数，且m+n≤10，C_j是多项式x^myⁿ的系数。

3.根据权利要求1所述的飞机自消像差自由曲面共形光学窗口设计方法，其特征在于，所述光学设计软件为CODEV，所述自由曲面共形光学窗口工作波段为8～12μm长波红外波段，窗口材料使用硫化锌，有效孔径为110mm。