[发明专利]混合表面光学系统的设计方法

说明书

一种混合表面光学系统的设计方法，建立初始系统，选K条特征光线；求解其中m条特征光线与球面a的m个交点，得到m个特征数据点，将m个特征数据点拟合得到球面A_m；求解第m+1个特征数据点，将m+1个特征数据点拟合得到球面A_m+1；以此类推，求解第K个特征数据点，将K个特征数据点拟合得到球面a；以此类推，获得所有球面；以球面光学系统为初始系统，将K条特征光线与球面a的交点作为K个特征数据点；将K个特征数据点进行拟合，得到非球面b；以此类推，获得所有非球面，得到第一混合表面光学系统；第一混合表面光学系统为初始系统，将K条特征光线与非球面b的交点作为K个特征数据点；将K特征数据点进行拟合，得到待求自由曲面c；以此类推，获得所有自由曲面。

技术领域

本发明涉及光学领域，尤其涉及一种全视场的、基于逐点构建的混合表面光学系统的设计方法。

背景技术

在满足光学系统性能指标要求的情况下，使用简单的曲面如球面和非球面代替复杂的曲面如自由曲面来设计光学系统，可以减小成本和降低加工检测的难度。混合表面光学系统的每个表面可以有不同的选择，例如：球面、非球面和自由曲面，因此，混合表面光学系统相对于自由曲面光学系统成本较低且加工检测的难度小。

然而，现有的混合表面光学系统的设计方法是通过近轴光学理论求解得到同轴球面系统，然后在后续优化过程中将同轴球面系统转化为离轴混合表面光学系统，该设计方法得到的混合表面光学系统与理想系统的误差较大。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种混合表面光学系统的设计方法，该设计方法得到的混合表面光学系统与理想系统的误差较小。

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，具体地，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，mK，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，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，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，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。