[发明专利]一种基于双阈值算法的光学系统初始结构生成方法

说明书

一种基于双阈值算法的光学系统初始结构生成方法，其工作步骤依次为：1)根据用户需求得到光学系统设计要求。2)通过光学系统设计要求基于双阈值算法得到光学系统一阶结构。3)通过得到的光学系统一阶结构优化出相应的薄透镜结构。4)由光学系统薄透镜结构得到光学系统初始结构。本发明提出的光学系统初始结构生成方法操作简单，针对性强，能显著提高光学设计效率。

技术领域

本发明涉及光学设计领域，具体涉及一种基于双阈值算法的光学系统初始结构生成方法，该方法能对有特殊需求的光学系统求解一阶结构并得到合理初始结构。

背景技术

使用Zemax、CODEV等商用光学设计软件可以大大提高光学设计的效率。光学系统设计的优劣很大程度上取决于选取的初始结构，目前获取光学系统初始结构的方法主要包括PWC法和专利查找法。PWC法基于初级像差理论，适用于结构不是特别复杂的系统，并且需要设计人员有着较深的设计经验。专利查找法是根据已经公开的光学系统专利，选用各项参数与设计要求接近的镜头，稍加修改后得到其初始结构。但是这两种方法都存在一些缺点，PWC法利用P、W、C三个参数求解五个初级像差和数方程与两个色差和数方程，这些公式比较繁琐，适用于简单的光学系统，对于复杂的光学系统，这些方程无唯一解。另外，已公开的光学系统专利有很多，但是一些特殊的光学系统很难找到，这不利于新型光学系统的设计。

在先技术“基于Delano图的光学初始结构自动生成方法”(中国发明专利公开号：CN104808339A)公开了一种光学初始结构自动生成方法，该方法通过Delano图对光学一阶量进行优化获取初始光学结构，但该发明优化目标单一、光学约束简单、优化效率不够高。

发明内容

本发明旨在克服在先技术的不足，提出一种基于双阈值算法的光学系统初始结构生成方法。本发明的特征在于该方法得到初始结构的步骤包括：(1)根据用户需求得到光学系统设计要求。(2)通过得到的光学系统设计要求基于双阈值算法得到光学系统一阶结构。(3)通过得到的光学系统一阶结构优化出相应的薄透镜结构。(4)由光学系统薄透镜结构得到光学系统初始结构。

所述光学系统设计要求包括光学系统工作波段、视场、孔径、像高、系统光焦度、组元个数、物距、像距、总长和像质要求。

所述双阈值算法的实现流程如下：(1)由光学系统设计要求，根据高斯光学理论、h_bar-h理论和初级像差理论计算得到双阈值。(2)将光学系统设计要求和双阈值代入优化算法。(3)将优化结果代入评价函数中，若评价结果满足要求，则得到光学系统一阶结构，若评价结果不满足要求，则重复步骤(2)和(3)，直到得到满足要求的光学系统一阶结构。

所述光学系统一阶结构由各组元一阶量表征，所述一阶量包括各组元的光焦度间距d、边缘光线高度h、最大视场主光线高度h_bar。所述双阈值指光学系统各组元的光焦度间距d、边缘光线高度h及最大视场主光线高度h_bar的取值范围。

根据高斯光学理论可知，所述各组元的光焦度间距d、边缘光线高度h、最大视场主光线高度h_bar、边缘光线入射角度u、边缘光线折射角度u′、最大视场主光线入射角度u_bar、最大视场主光线折射角度u′_bar之间的关系公式如下：

h_i+1＝h_i-d_i tanu_i'

h_nΦ＝d_n

h_bari+1＝h_bari-d_i tanu'_bari