[发明专利]混合表面光学系统的设计方法

权利要求书

1.一种混合表面光学系统的设计方法，其包括以下步骤：

S1：建立一第一初始系统，该第一初始系统包括多个初始曲面，且该第一初始系统中的一个初始曲面对应待设计混合表面光学系统中一个曲面，选取来自不同视场不同孔径的K条特征光线；

S2：在所述第一初始系统的基础上求解一球面光学系统，将该球面光学系统中的一个待求球面定义为球面a，保持该多个初始曲面不变，逐点求解K条特征光线中的m条特征光线与球面a的m个交点，得到m个第一特征数据点，m＜K，将m个第一特征数据点拟合得到初始球面A_m；根据初始球面A_m得到第m+1个第一特征数据点P_m+1，将m+1个第一特征数据点拟合得到球面A_m+1；以此类推，重复求特征数据点-球面拟合的过程，直到求解得到第K个第一特征数据点P_K，将K个第一特征数据点拟合得到球面A_K，该球面A_K为球面a；以此类推，按照所述球面a的求解方法求解该球面光学系统中的其它球面，直到获得该球面光学系统中的所有球面；

S3：将待设计混合表面光学系统中的一个待求非球面定义为非球面b，以所述球面光学系统作为第二初始系统，保持球面光学系统中的多个球面不变，将K条特征光线与所述球面a的K个交点作为K个第二特征数据点；将该K个第二特征数据点进行曲面拟合，得到非球面b；以此类推，按照所述非球面b的求解方法求解待设计混合表面光学系统中的其它待求非球面，直到获得待设计混合表面光学系统中所有的待求非球面，进而得到一拥有球面和非球面的第一混合表面光学系统；

S4：将待设计混合表面光学系统中的一个待求自由曲面定义为自由曲面c，以所述第一混合表面光学系统作为第三初始系统，保持该第一混合表面光学系统中的非球面不变，将K条特征光线与非球面b的K个交点作为K个第三特征数据点；将该K个 第三特征数据点进行曲面拟合，得到待求自由曲面c；以此类推，按照所述自由曲面c的求解方法求解待设计混合表面光学系统中的其它待求自由曲面，直到获得待设计混合表面光学系统中所有的待求自由曲面，进而得到待设计的混合表面光学系统。

2.如权利要求1所述的混合表面光学系统的设计方法，其特征在于，将所述初始系统所在的空间定义一全局坐标系xyz，其中，光束传播方向定义为z轴，垂直于z轴方向的平面为xoy平面；所述求解第m+1个第一特征数据点P_m+1包括以下步骤：

计算一中间点G_m，其计算方法包括：求解所述第一特征数据点P_m处的切平面T_m，该切平面T_m与所述初始球面A_m相交得到相贯线L_m；在全局坐标系x₀y₀z₀中，在所述相贯线L_m上，与所述第一特征数据点P_m的x₀坐标相同的点定义为中间点G_m；

求解第一特征数据点P_m+1，其求解方法包括：在剩余的K-m条特征光线中找到距离所述中间点G_m最近的特征光线，该特征光线为第一特征数据点P_m+1对应的特征光线R_m+1，求解特征光线R_m+1和已知的m个第一特征数据点以及中间点G_m中距离该第一特征数据点P_m+1最近的点的切平面的交点，该交点为所述第一特征数据点P_m+1。