[发明专利]离轴非球面光学系统的设计方法

说明书

本发明涉及离轴非球面光学系统的设计方法，包括：建立包括多个初始曲面的初始系统；保持该多个初始曲面不变，选取来自不同视场不同孔径的K条特征光线；逐点求解K条特征光线与非球面a的m个交点，得到m个特征数据点，m＜K，将m个特征数据点拟合得到初始离轴非球面A_m；使用非球面A_m求解得到第m+1个特征数据点P_m+1，将m+1个特征数据点拟合得到离轴非球面A_m+1；以此类推，不断重复求特征数据点‑非球面拟合的过程，直到求解得到第K个特征数据点P_K，将K个特征数据点拟合得到离轴非球面A_K，该离轴非球面A_K为待求非球面；以此类推，直到获得待设计离轴非球面光学系统中所有的待求非球面，得到离轴非球面光学系统。

技术领域

本发明涉及光学系统设计领域，尤其涉及一种全视场的、基于逐点构建的离轴非球面光学系统的设计方法。

背景技术

非球面设计自由度大，可以更好的消除像差。非球面的应用给离轴光学系统增加了很多自由度，但是相对于传统光学系统，离轴非球面系统的设计难度很大，因此寻找有效的离轴非球面系统设计方法是设计者们关心的热点。

基于逐点构建的直接设计方法通过求解未知曲面上的数据点并将其拟合来进行计算。该方法在离轴状态下进行求解，避免了计算过程中光学系统从同轴转化为离轴产生的误差，更具有通用性，减少了对设计人员的经验要求。然而，现有的基于逐点构建的离轴非球面光学系统的设计方法在考虑的视场和孔径数量方面具有局限性。

发明内容

综上所述，确有必要提供一种可以同时满足视场和孔径数量要求的基于逐点构建的离轴非球面系统的设计方法。

一种离轴非球面光学系统的设计方法，其包括以下步骤：

步骤S1，建立一初始系统，该初始系统包括多个初始曲面，且该初始系统中的一个初始曲面对应待设计离轴非球面光学系统中一个曲面，将待设计离轴非球面光学系统中的一个待求非球面定义为非球面a，将待设计离轴非球面光学系统中的另一个待求非球面定义为非球面b，选取K条来自不同视场不同孔径的特征光线R_i(i＝1，2…K)；

步骤S2，保持所述多个初始曲面不变，根据物像关系及斯涅尔定律逐点求解所述非球面a上的m个特征数据点(P₁，P₂，......P_m)，其中，m＜K，将该m个特征数据点(P₁，P₂，……P_m)进行拟合得到初始离轴非球面A_m；

步骤S3，在所述初始离轴非球面A_m的基础上，引入中间点G_m来求解第m+1个特征数据点P_m+1，将m+1个特征数据点(P₁，P₂，……P_m+1)进行拟合得到离轴非球面A_m+1；在所述离轴非球面A_m+1的基础上，引入中间点G_m+1来求解第m+2个特征数据点P_m+2，将m+2个特征数据点(P₁，P₂，……P_m+2)进行拟合得到离轴非球面A_m+2；以此类推，不断重复求中间点-求特征数据点-非球面拟合的过程，直到求解得到第K个特征数据点P_K，将K个特征数据点(P₁，P₂，……P_K)进行拟合得到离轴非球面A_K，该离轴非球面A_K为非球面a；