[发明专利]光学系统自由曲面面形公差分布的分析方法

说明书

本发明涉及一种光学系统自由曲面面形公差分布的分析方法，包括以下步骤：建立一自由曲面成像光学系统；在所述自由曲面成像光学系统中选取多个视场，分别设定每一个视场波像差的最大容限和最小容限，并选定所述自由曲面成像光学系统中任一个自由曲面；建立一孤点跳离模型，在每一个视场下，将跳离的孤点依次施加在选定的自由曲面不同位置处；根据设定的波像差的最大容限和最小容限反解出每一个视场对应的局部面形误差极值；对所述选取的多个视场的自由曲面局部面形公差分布进行整合，得到所述自由曲面的面形公差分布。

技术领域

本发明涉及一种光学系统自由曲面面形公差分布的分析方法。

背景技术

自由曲面是一种没有旋转对称性的新型光学曲面，具有更高的设计自由度。近年来，随着加工检测技术的不断进步，自由曲面已广泛应用于各类光学系统，如头盔显示器、离轴反射系统、微透镜阵列、全景环形透镜等。

公差分析是光学设计全过程中的一个必要环节，能够为光学系统的加工和装配提供有效的指导，保障制造完成后的实物系统符合设计要求。与球面和非球面相比，自由曲面的面形特征更为复杂，其加工方式也会带来更为复杂多样的面形误差形式，此外，自由曲面的加工难度较大、加工成本较高，因而进行自由曲面的面形公差分析显得尤为重要。

现有的自由曲面面形公差分析方法主要包括两种，分别由A.Bauer等研究人员和X.Hu等研究人员提出，例如，在X.Hu等人的分析实例中，峰谷值等于±2μm的面形公差足以保证实物系统符合设计要求，并且是一个较为宽松的公差要求。借助这两种面形公差分析方法，光学设计人员可以合理地提出自由曲面的面形公差要求，有效指导自由曲面的加工。

然而，现有的自由曲面面形公差分析方法只能提出一个全局性的面形公差要求，无法考虑到自由曲面不同区域面形公差要求的差异性，这将会造成部分自由曲面区域的面形公差要求较高，增加了不必要的加工工序以及加工成本。

发明内容

综上所述，确有必要提供一种能够减少加工工序且降低加工成本的光学系统自由曲面局部面形公差分布的分析方法。

一种光学系统自由曲面面形公差分布的分析方法，其包括以下步骤：

S10，建立一自由曲面成像光学系统；

S11，在所述自由曲面成像光学系统中选取多个视场，分别设定每一个视场波像差的最大容限和最小容限，并选定所述自由曲面成像光学系统中任一个自由曲面；

S12，建立一孤点跳离模型，在每一个视场下，将跳离的孤点依次施加在选定的自由曲面不同位置处；

S13，根据设定的波像差的最大容限和最小容限反解出每一个视场对应的局部面形误差极值；

S14，对所述选取的多个视场的自由曲面局部面形公差分布进行整合，得到所述自由曲面的面形公差分布。

本发明基于孤点跳离模型得到在每一个视场下多个作用位置处的面形误差极值，从而得到该每一个视场下自由曲面的局部面形公差分布；最后整合多个视场下自由曲面的局部面形公差分布，得到整个自由曲面的面形公差分布。该方法对自由曲面各个局部面形公差进行分析，有效指导自由曲面各个局部区域的加工，从而减少加工工序以及降低加工成本。

附图说明

图1是本发明实施例提供的光学系统自由曲面面形公差分布的分析方法的流程示意图。

图2是本发明实施例提供的光学系统自由曲面面形公差分布的分析方法中波像差最大容限和最小容限的示意图。

图3是本发明实施例中建立的孤点跳离模型的原理示意图。

图4是本发明实施例中经过孤点P的误差光线的光路示意图。

图5是图4中误差光线波像差的计算模型示意图。