[发明专利]应用于光学系统的自由曲面的设计方法

摘要

本发明涉及一种应用于光学系统的自由曲面的设计方法，包括以下步骤建立一曲面初始结构；选取K条特征光线，使所述特征光线通过该曲面初始结构后，分别交一像面于理想像点Ii(i=1,2…K)；根据物像关系及斯涅尔定律逐点求解每条特征光线与待求的自由曲面的多个交点，进而得到特征数据点Pi；以及将该多个特征数据点Pi进行曲面拟合，得到所述自由曲面的方程式。

主权项

一种应用于光学系统的自由曲面的设计方法，包括以下步骤：步骤S1，建立一曲面初始结构；步骤S2，选取对应不同视场不同孔径位置K条特征光线，使所述特征光线通过该曲面初始结构后，分别交一像面于理想像点Ii(i＝1，2…K)，所述选取K条特征光线包括如下步骤：选取M个视场，将每个视场的孔径分成N等份，每一等份中选取不同孔径位置的P条特征光线；步骤S3，根据物像关系及斯涅尔定律逐点求解每条特征光线与待求的自由曲面的多个交点，进而得到特征数据点Pi(i＝1，2…K)，该特征数据点Pi(i＝1，2…K)的求解步骤包括：步骤S′31，取定一第一条特征光线R1与所述曲面初始结构的第一交点为特征数据点P1；步骤S′32，在得到第i(1≤i≤K‑1)个特征数据点Pi后，根据斯涅尔定律的矢量形式求解第i个特征数据点Pi处的单位法向量步骤S′33，仅过所述第i(1≤i≤K‑1)个特征数据点Pi做一第一切平面并与其余K‑i条特征光线相交，得到K‑i个第二交点，从该K‑i个第二交点中选取出与所述第i个特征数据点Pi距离最短的第二交点Qi+1，并将该第二交点Qi+1对应的特征光线定义为Ri+1，将该第二交点Qi+1与所述第i个特征数据点Pi的最短距离分别定义为d；步骤S′34，过特征数据点Pi(1≤i≤K‑1)之前已求得的i‑1个特征数据点分别做一第二切平面，得到i‑1个第二切平面，该i‑1个第二切平面与所述特征光线Ri+1相交得到i‑1个第三交点，在每一第二切平面上每一第三交点与该第三交点所对应的特征数据点Pi形成一交点对，在所述交点对中，选出交点对中距离最短的一对，并将距离最短的交点对的第三交点和最短距离分别定义为Q(i+1)′和di′；步骤S′35，比较di与di′，如果di≤di′，则把Qi+1取为下一个特征数据点Pi+1，反之，则把Q(i+1)′取为下一个特征数据点Pi+1；以及步骤S′36，重复步骤S′32到S′35，直到计算得到所有特征数据点Pi(i＝1，2…K)；以及步骤S4，将该多个特征数据点Pi(i＝1，2…K)进行曲面拟合，得到所述自由曲面的方程式，该自由曲面为三维的。