[发明专利]一种反射式非球面光学系统设计方法

摘要

本发明属于光学系统设计技术领域，具体涉及一种反射式非球面光学系统设计方法。包括以下步骤：①设计全球面初始结构；②确定4面反射镜的反射球面光焦度排序并在光焦度最大的M2反射镜上引入非球面进行求解；③确定M2反射面的入射光线方程；④确定M2反射面的出射光线方程；⑤确定M2反射面的目标非球面点坐标；⑥确定M2反射面的目标非球面与子午面交线方程；⑦确定M2反射面的目标非球面方程；⑧利用最小二乘法原理求解；⑨获得目标非球面方程；⑩求解出作为未知面的M2反射面后，以光焦度由大到小的顺序逐一求解下一未知面，直至解出所有反射非球面。本方法解决了传统初始结构优化法依赖设计经验问题，提高了设计效率。

主权项

1.一种反射式非球面光学系统设计方法，其特征在于：包括以下步骤：①设计全球面初始结构反射式非球面光学系统包含4面反射镜，运用一阶近轴几何光学成像理论，设计全球面初始结构；②确定4面反射镜的反射球面光焦度排序为：ΦM2＞ΦM3＞ΦM1＞ΦM4   (1)首先在光焦度最大的M2反射镜上引入非球面进行求解；被求解面M2反射面视为未知，其余各面视为已知；③确定M2反射面的入射光线方程连接物面中任意选取的某一物点A与光瞳内子午面的取样点，确定n条用于追迹求解的光线；第i条光线从物点发出后，1≤i≤n，通过实际光线追迹，求得其在已知面上的投射点坐标及出入射角，进而求出已知面的出入射光线方程；④确定M2反射面的出射光线方程对于理想成像，物点A的坐标对应的理想像点A′坐标根据系统放大倍率计算确定；子午面内理想出射光线根据子午面内共轭出射光线唯一确定；⑤确定M2反射面的目标非球面点坐标将(2)式和(3)式联求解定两光线交点，两光线交点为M2反射面的目标非球面点，求得其坐标(zi′,yi′)；⑥确定M2反射面的目标非球面与子午面交线方程根据步骤③～⑤依照上述方法，求得所有M2反射面的取样光线在子午面内与M2反射面的目标非球面的交点坐标，设定M2反射面的目标非球面与子午面交线方程；⑦确定M2反射面的目标非球面方程⑧利用最小二乘法原理求解⑨将非球面与子午面交线绕z轴旋转，获得目标非球面方程；⑩求解出作为未知面的M2反射面后，M2反射面变为已知面，以光焦度由大到小的顺序逐一求解下一未知面，直至解出所有反射非球面。