[发明专利]基于细光束的f-theta测量系统的优化方法

摘要

本发明提供了一种基于细光束的f‑theta测量系统的优化方法，其通过软件建模建立其采用单光线入射测量的f‑theta测量系统模型，采用单光线对细光束行为进行模拟，借助f‑theta测量系统模型进行光线追迹计算得到在工作距离范围内的多组不同工作距离及反射镜偏转角度下对应的单光线测量光斑质心位置偏移量，从而以该测量光斑质心位置偏移量最小为目标进行优化，通过最小二乘法求解，确定优化所得的透镜组几何结构参数值，并按照该优化所得的透镜组几何结构参数值制造细光束f‑theta测量系统中透镜组的各个光学元件，能够极大的减小基于细光束的f‑theta测量系统由像差引入的误差。

主权项

1.基于细光束的f‑theta测量系统的优化方法，其特征在于，包括如下步骤：1)针对待优化的细光束的f‑theta测量系统，通过软件建模，建立其采用单光线入射的f‑theta测量系统模型；2)参照待优化的细光束f‑theta测量系统的设计要求，设定f‑theta测量系统模型中反射镜与透镜组之间的工作距离范围[L_min,L_max]、f‑theta测量系统的角度测量范围[θ_min,θ_max]、透镜组的折射率参数透镜组的目标焦距f₀、透镜组中各透镜曲面之间的间距约束值q为f‑theta测量系统模型的透镜组中包含的透镜曲面数；其中，表示设定的透镜组中第j个透镜曲面与第j+1个透镜曲面之间材质的折射率，表示透镜组中第j个透镜曲面与第j+1个透镜曲面的间距约束值；3)从设定的反射镜与透镜组之间的工作距离范围[L_min,L_max]中选取m个不同的工作距离值L₁,L₂,…,L_i,…,L_m，从设定的反射镜面旋转角度范围[θ_min,θ_max]中选取m个不同的测量角度值θ₁,θ₂,…,θ_i,…,θ_m，i∈{1,2,…,m}，从而构成m个不同的工作距离及角度数组(L₁,θ₁),(L₂,θ₂),…,(L_i,θ_i),…,(L_m,θ_m)；以f‑theta测量系统模型的透镜组的几何结构参数p＝(r₁,d₁,r₂,d₂,…,r_j,d_j,r_j+1,…,r_q‑1,d_q‑1,r_q)作为自变量，r_j表示透镜组中第j个透镜曲面的曲率半径，d_j表示透镜组中第j个透镜曲面与第j+1个透镜曲面的间距，且d_j的取值受到透镜组中第j个透镜曲面与第j+1个透镜曲面的间距约束值的约束，j∈{1,2,…,q}，以f‑theta测量系统模型中单光线入射后测量光斑质心位置偏移量作为因变量，建立m个不同的工作距离及角度数组情况下各自对应的光斑质心位置误差函数关系：Δhi＝F(η0,p,Li,θi)，i∈{1,2,…,m}；其中，Δhi表示第i个工作距离及角度数组(Li,θi)对应的测量光斑质心位置偏移量，且有Δhi＝h0‑f0×tan(2θi)，h0为f‑theta测量系统模型的光斑质心基准位置；4)构造所述f‑theta测量系统模型的优化观测函数δ2：以优化观测函数δ2的值最小为优化目标，采用最小二乘法求得满足优化目标的透镜组的几何结构参数值，作为优化所得的透镜组几何结构参数值pa；5)按照该优化所得的透镜组几何结构参数值pa，制造待优化的细光束f‑theta测量系统中透镜组的各个光学元件。