[发明专利]非球面光学元件在传统加工阶段的目标形状优化方法

摘要

非球面光学元件在传统加工阶段的目标形状优化方法，属于光学加工技术领域。本发明以非球面光学元件的光轴为x轴，以光轴与非球面交点为原点建立笛卡尔直角坐标系，以非球面光学元件的对称平面与非球面相交所得的曲线上各点的曲率圆的圆心和半径为接近球面的初始值，非球面光学元件上各点进行逐点搜索，随时调整接近球迷的球心位置和半径值，以确保接近球面满足正去除量条件。由于没有将接近球面的球心限制在回转轴上，从而可以得到比传统方法更优的接近球面，从而避免了去除过多材料所带来的制造成本上升的问题。此外，还能以最大法向偏差量取最小值为目标对接近球面进行优化，从而得到有利于消减加工痕迹和中频面形误差的接近球面。

主权项

1.非球面光学元件在传统加工阶段的目标形状优化方法，所述的非球面光学元件为凹非球面光学元件，其特征在于，包括以下步骤：1）以凹非球面光学元件的光轴为x轴，以光轴与凹非球面交点为原点建立笛卡尔直角坐标系oxyz，令凹非球面光学元件的对称平面与坐标系oxyz的xoy平面重合；xoy平面与凹非球面相交所得的曲线为P₁P_n，设点P_i为曲线P₁P_n上第i个点，P_i的坐标为(x_i,y_i,z_i)，x_i、y_i、z_i分别为P_i点在坐标系x轴、y轴、z轴上的坐标值，i＝1,2,…n；设点Q_k为凹非球面上第k个点，Q_k的坐标为(x_k,y_k,z_k)，x_k、y_k、z_k分别为Q_k点在坐标系x轴、y轴、z轴上的坐标值，k=1,2,…n,…m，n<m；n和m为已知数；2）计算P₁P_n上的第i个点P_i处的曲率圆圆心坐标(x_vi,y_vi,z_vi)和半径r_vi，x_vi、y_vi、z_vi分别为曲率圆圆心在坐标系x轴、y轴、z轴上的坐标值，i＝1,2,…n；3）建立n个接近球面S_i，设它们的半径为r_i，球心为O_i，O_i在xoy平面上，O_i的坐标为(x_oi,y_oi,z_oi)，x_oi、y_oi、z_oi分别为O_i点在坐标系x轴、y轴、z轴上的坐标值，i＝1,2,…n；4）令第i个接近球面S_i的球心与P₁P_n上的第i个点P_i处的曲率圆圆心重合，令接近球面S_i的半径与P_i处的曲率圆的半径相等，即(x_oi，y_oi，z_oi)=(x_vi,y_vi,z_vi)，r_i=r_vi；5）对P₁P_n上第i个点P_i和与P_i处的曲率圆对应的接近球面S_i进行计算：5.1）计算凹非球面上第k个点Q_k相对于第i个接近球面S_i的去除量e_ki，eki=(xk-xoi)2+(yk-yoi)2+(zk-zoi)2-ri,]]>k=1,2,…n,…m；如果去除量e_ki≥0，则执行步骤5.1.2；如果去除量e_ki<0则执行步骤5.1.1和5.1.2；5.1.1）O_i点向方向移动Δr距离，并令r_i的值减小Δr，Δr为正值；用移动后的O_i点坐标和变化后的半径r_i计算步骤5.1中所述的去除量e_ki，如果此时去除量e_ki依然<0，则再次执行步骤5.1.1；如果去除量e_ki≥0，则执行步骤5.1.2；5.1.2）令k的值增加1，重新执行步骤5.1，直至凹非球面上所有点相对于第i个接近球面S_i的去除量e_ki都≥0；5.2）对于P₁P_n上的每个点P_i和与P_i处的曲率圆对应的接近球面S_i，即第i个接近球面S_i都执行步骤5.1，i＝1,2,…n；6）对得到的n个接近球面S_i进行筛选：6.1）对于第i个接近球面S_i，总去除量e_{i_总}为：对于第i个接近球面S_i，最大法向偏差量e_{i_法_最大}为：6.2）重复步骤6.1，计算出每个接近球面S_i的总去除量e_{i_总}和最大法向偏差量e_{i_法_最大}；7）找出使总去除量e_{i_总}取得最小值的接近球面S_g，令(x-x_og)²+(y-y_og)²+(z-z_og)²=(r_g)²作为传统加工阶段目标形状的方程，x_og、y_og、z_og分别为接近球面S_g的圆心O_g在坐标系x轴、y轴、z轴上的坐标值，r_g为接近球面S_g的半径；找出使最大法向偏差量e_{i_法_最大}取得最小值所对应的接近球面S_h，(x-x_oh)²+(y-y_oh)²+(z-z_oh)²=(r_h)²作为传统加工阶段目标形状的方程，x_oh、y_oh、z_oh分别为接近球面S_h的圆心O_h在坐标系x轴、y轴、z轴上的坐标值，r_h为接近球面S_h的半径；g、h是i的两个可能值，g∈[1,n]，h∈[1,n]，g、h均为正整数。