[发明专利]自由曲面光学系统设计的方法、设备、系统及存储介质

说明书

本申请提供一种基于逐点计算的光学自由曲面光学系统设计的方法包括：根据设计参数构建一个初始平面系统；其中，初始平面系统包括：主镜、次镜和三镜；选定特征光线；基于选定的特征曲线，进行拟合，计算三镜上的自由曲面数据点，并使用4阶的XY多项式进行考虑法向和坐标两种因素的拟合，从而修正三镜的初始结构；基于选定的特征曲线，进行拟合，计算主镜上的自由曲面数据点，并使用4阶的XY多项式进行考虑法向和坐标两种因素的拟合，从而修正主镜的初始结构；将修正过三镜和主镜的系统，作为迭代过程的初始结构进行迭代优化，并得到自由曲面光学系统。

技术领域

本申请涉及自由曲面光学系统相关技术领域，具体涉及一种自由曲面光学系统设计的方法、设备、系统及存储介质。

背景技术

现有的成像光学系统的设计方法中，设计流程一般是先找到一个好的初始结构，然后进行计算机辅助的优化。然而，这种设计方法并不是十分智能，功能也不够强大。其一，此种设计方法高度依赖初始结构，但可用的初始结构一般是有限的，如果初始结构的结构与参数与设计要求相差很远，可能需要进行长时间的优化。而且对于一些指标先进，结构特殊的成像光学系统，很可能无法找到合适的初始结构。如此，设计者很可能花费大量的时间进行优化，甚至失败。其二，优化过程是一个“技术”与“思维”的有机结合，软件优化算法是很重要的，而人对优化过程的指导与干预以及人的经验与技能等也很重要，因此整个设计过程高度依赖人力参与。

发明内容

本申请提供一种自由曲面光学系统设计的方法、设备、系统及存储介质，以解决目前自由曲面光学系统设计时极度依赖人力的问题。

本申请提供的基于逐点计算的光学自由曲面光学系统设计的方法，包括：

根据设计参数构建一个初始平面系统；其中，初始平面系统包括：主镜、次镜和三镜；

选定特征光线；基于选定的特征曲线，进行拟合，计算三镜上的自由曲面数据点，并使用4阶的XY多项式进行考虑法向和坐标两种因素的拟合，从而修正三镜的初始结构；

基于选定的特征曲线，进行拟合，计算主镜上的自由曲面数据点，并使用4阶的XY多项式进行考虑法向和坐标两种因素的拟合，从而修正主镜的初始结构；

将修正过三镜和主镜的系统，作为迭代过程的初始结构进行迭代优化，并得到自由曲面光学系统。

可选的，构建初始平面系统时，所述主镜、所述次镜和所述三镜需要处于曲面最终期望的位置处。

可选的，构建初始平面系统时，所述主镜与所述三镜的边缘在空间中需要保持相切。

可选的，选定特征光线的方法为：

选定第一预设次数的采样视场；

将孔径分为第二预设次数个角度，每个角度沿半径方向选取第三预设次数个位置，选取孔径中心的位置；

在每一个所述所述采样视场选取的位置设置一条特征光线。

可选的，修正三镜时和修正主镜时，将次镜视为平面镜；

在进行迭代优化时，将次镜视为曲面镜，并且在迭代的过程中调节次镜的结构。

可选的，所述迭代优化包括：

将修正过三镜和主镜的系统作为输入系统，对特征光线进行光线追迹，并获得面型数据的坐标；

选定理想像点，并将理想像点作为所有特征光线的出射终点，重新计算面型数据对应的法向量；

根据同时考虑坐标和法向的新型拟合方法，重新修正主镜、次镜和三镜的结构；

重复上述步骤，直至修正后的模型符合设计参数或相邻的两次迭代之后得到的系统的参数不变。