[发明专利]光学系统的自由曲面优化方法、装置和计算机存储介质

权利要求书

1.一种光学系统的自由曲面优化方法，其特征在于，所述光学系统的自由曲面优化方法包括：

以元件面形转换为自由曲面的光学系统结构为基础，建立同一自由曲面表达式在不同元件上的第一灵敏度矩阵，以得到灵敏度最高的元件作为自由曲面附加元件；

基于所述光学系统中的不同自由曲面，建立不同自由曲面在所述自由曲面附加元件上的第二灵敏度矩阵，并确定可在后续优化中使用的优化自由曲面；

根据所述优化自由曲面对应的第二灵敏度矩阵、所述光学系统的当前像质与预设目标像质的差，求解出所述优化自由曲面的初始系数，以对所述光学系统的自由曲面进行优化处理。

2.如权利要求1所述的光学系统的自由曲面优化方法，其特征在于，在所述建立同一自由曲面表达式在不同元件上的第一灵敏度矩阵之前，所述光学系统的自由曲面优化方法还包括：

利用编写好的光学软件，将元件面形结合自由曲面表达式，确定同一自由曲面表达式，其中，所述同一自由曲面表达式为Fringe Zernike多项式、XY多项式或自定义表达式中的任一种。

3.如权利要求2所述的光学系统的自由曲面优化方法，其特征在于，所述自定义表达式，具体采用以下形式：

公式一：

式中，第一项表示二次曲面，c和k分别表示二次曲面的顶点曲率和二次曲面系数；第二项表示12th非球面，A、B、C…表示非球面系数；第三项表示Fringe Zernike多项式基函数的叠加，Z_i代表Fringe Zernike多项式系数，表示第i项Fringe Zernike多项式；其中，x和y分别为直角坐标系中的坐标。

4.如权利要求1或2所述的光学系统的自由曲面优化方法，其特征在于，所述建立同一自由曲面表达式在不同元件上的第一灵敏度矩阵，以得到灵敏度最高的元件作为自由曲面附加元件，包括：

将所述同一自由曲面表达式分别附加在所述光学系统的不同元件上，得到多个视场的反应波像差的Fringe Zernike多项式系数变化；

根据所述多个视场的反应波像差的Fringe Zernike多项式系数变化，建立得到所述同一自由曲面表达式在不同元件上相应的第一灵敏度矩阵；

根据不同元件上相应的第一灵敏度矩阵，在预设目标像质相同的情况下，计算得到灵敏度最高的元件，并作为自由曲面所附加元件。

5.如权利要求1所述的光学系统的自由曲面优化方法，其特征在于，所述基于所述光学系统中的不同自由曲面，建立不同自由曲面在所述自由曲面附加元件上的第二灵敏度矩阵，并确定可在后续优化中使用的优化自由曲面，包括：

将所述光学系统中的不同自由曲面，分别附加在所述自由曲面附加元件上，得到多个视场的反应波像差的Fringe Zernike多项式系数变化；

根据所述多个视场的反应波像差的Fringe Zernike多项式系数变化，建立得到不同自由曲面在所述自由曲面附加元件上相应的第二灵敏度矩阵；

在预设目标像质相同的情况下，利用SVD分解法，确定可在后续优化中使用的优化自由曲面。

6.如权利要求1所述的光学系统的自由曲面优化方法，其特征在于，所述根据所述优化自由曲面对应的第二灵敏度矩阵、所述光学系统的当前像质与预设目标像质的差，求解出所述优化自由曲面的初始系数，以对所述光学系统的自由曲面进行优化处理，包括：

对所述第二灵敏度矩阵进行SVD分解，并根据公式二，得到初始系数；

公式二：A_i·X_i＝ΔF

式中，A_i为第二灵敏度矩阵，包括A₁、A₂、A₃…；ΔF为当前像质与预设目标像质的差；X_i为优化自由曲面的初始系数；

代入所述初始系数，以对所述光学系统的自由曲面进行优化处理。