光学系统参数确定方法

本技术涉及光学系统设计领域，具体涉及一种光学系统参数确定方法。

背景技术：

1、从已经存在数百年的眼镜到目前逐渐兴起的ar头盔，从观察微观世界的显微镜到遥望太空的天文望远镜，从记录物体的静态形象的照相机到分析光谱成分的光谱仪，各种光学仪器在工农业、医学、科学研究等人类生活的各个领域，有着广泛的应用，这些光学仪器都离不开光学系统的设计。

2、当前，光学系统设计需要设计者经过长时间的试错才能得到少量解，并且如何合理地确定光学系统需要的各种曲面类型(球面，非球面，自由曲面)的数量及其在系统中的顺序十分依赖设计者的经验。

3、申请内容

4、本技术实施例提供一种光学系统参数确定方法，以缓解当前光学系统设计技术存在的过于依靠人工参与和设计经验的技术问题。

5、为解决上述技术问题，本技术实施例提供以下技术方案：

6、在一种实施例中，本技术提供一种光学系统参数确定方法，其包括：

7、获取待输出光学系统的性能指标参数以及约束条件；

8、根据所述性能指标参数以及所述约束条件生成多个平面反射系统；不同平面反射系统的几何控制参数不同，所述几何控制参数包括平面反射系统中各反射平面的第一位置参数以及像面的第二位置参数；

9、根据物像关系及多个所述平面反射系统生成多个球面反射系统；不同球面反射系统的球面参数不同，所述球面参数包括球面反射系统中各反射球面的光焦度分配参数和球面位置参数；

10、根据所述待输出光学系统的曲面类型顺序组合参数，对各所述球面反射系统中的反射球面进行拟合处理并对系统表面位置参数进行搜索，确定所述待输出光学系统的光学系统参数；所述光学系统参数包括所述待输出光学系统的波前误差参数及各反射曲面的曲面类型、光焦度分配参数、位置参数和尺寸参数。

11、在一种实施例中，上述实施例中的所述性能指标参数包括视场角、入瞳直径、焦距；所述根据所述性能指标参数以及所述约束条件生成多个平面反射系统的步骤，包括：

12、根据对紧凑程度的要求确定所述几何控制参数中各参数的取值范围；

13、根据无遮挡配置需求以及所述视场角，确定所述平面反射系统中各反射平面的第一位置参数的相对关系；

14、根据所述取值范围以及所述相对关系，确定各反射平面的多个第一位置参数；

15、基于所述无遮挡配置需求以及所述各反射平面的多个第一位置参数，确定所述像面的多个第二位置参数。

16、在一种实施例中，上述实施例中的所述根据所述取值范围以及所述相对关系，确定各反射平面的多个第一位置参数的步骤，包括：

17、根据所述几何控制参数中各参数的取值范围，确定多个随机数作为所述平面反射系统中参考反射平面的多个第一位置参数；

18、根据所述几何控制参数中各参数的取值范围以及所述参考反射平面的多个第一位置参数，确定所述平面反射系统中非参考反射平面的多个第一位置参数。

19、在一种实施例中，上述实施例中的所述根据物像关系及多个所述平面反射系统生成多个球面反射系统的步骤，包括：

20、基于所述物像关系，生成各所述平面反射系统对应的多个光焦度分配参数不同的候选球面反射系统；

21、根据预设的球面反射系统筛选方式，对所述多个候选球面反射系统进行筛选，得到所述多个球面反射系统。

22、在一种实施例中，根据上述实施例中的所述据预设的球面反射系统筛选方式，对所述多个候选球面反射系统进行筛选的步骤，包括：

23、将各所述候选球面反射系统分别演变为对应的候选自由曲面反射系统；自由曲面反射系统中所有反射曲面的曲面类型均为自由曲面；

24、获取各候选自由曲面反射系统的成像质量参数；

25、从候选球面反射系统中，剔除所述成像质量参数不满足预设条件的候选目标自由曲面反射系统对应的候选球面反射系统。

26、在一种实施例中，上述实施例中的方法在所述根据所述待输出光学系统的曲面类型顺序组合参数，对各所述球面反射系统中各反射球面进行拟合处理的步骤之前，还包括：

27、获取曲面类型顺序组合参数排序；

28、根据所述曲面类型顺序组合参数排序，确定待生成曲面反射系统的曲面类型顺序组合参数。

29、在一种实施例中，上述实施例中的所述获取曲面类型顺序组合参数排的步骤，包括：

30、获取所述待输出光学系统的反射面数量；

31、根据所述反射面数量以及曲面类型，生成多个曲面类型顺序组合参数；

32、根据各曲面类型顺序组合参数中各曲面类型的像差校正能力，生成所述曲面类型顺序组合参数排序。

33、在一种实施例中，上述实施例中的所述根据各曲面类型顺序组合参数中各曲面类型的像差校正能力，生成所述曲面类型顺序组合参数排序的步骤，包括：

34、根据各曲面类型顺序组合参数中各曲面类型的像差校正能力，对所述曲面类型顺序组合参数进行排序，得到曲面类型顺序组合参数初始排序；

35、获取曲面类型顺序组合参数剔除方式；

36、在设计过程中，根据所述曲面类型顺序组合参数剔除方式，对所述曲面类型顺序组合参数排序进行剔除处理，得到新的所述曲面类型顺序组合参数排序。

37、在一种实施例中，上述实施例中的所述根据各所述曲面反射系统的曲面类型顺序组合参数，对所述曲面反射系统中的反射球面进行拟合处理并对系统表面位置参数进行搜索，确定所述待输出光学系统的光学系统参数的步骤，包括：

38、根据等光程校正方式，对所述曲面反射系统中各反射球面的数据点位置进行校正；

39、根据所述曲面反射系统的曲面类型顺序组合参数，确定所述曲面反射系统中各反射曲面的曲面类型；

40、根据各反射曲面的曲面类型对应的曲面拟合方式，对各反射球面校正后的数据点位置进行拟合，得到各反射曲面的形状；

41、对曲面位置参数进行搜索，进一步提升成像质量。

42、同时，在一种实施例中，本技术还提供一种光学系统参数确定装置，其包括：

43、获取模块，用于获取待输出光学系统的性能指标参数以及约束条件；

44、平面反射系统确定模块，用于根据所述性能指标参数以及所述约束条件生成多个平面反射系统；不同平面反射系统的几何控制参数不同，所述几何控制参数包括平面反射系统中各反射平面的第一位置参数以及像面的第二位置参数；

45、球面反射系统确定模块，用于根据物像关系及多个所述平面反射系统生成多个球面反射系统；不同球面反射系统的球面参数不同，所述球面参数包括球面反射系统中各反射球面的光焦度分配参数和球面位置参数；

46、曲面反射系统确定模块，用于根据所述待输出光学系统的曲面类型顺序组合参数，对各所述球面反射系统中的反射球面进行拟合处理并对系统表面位置参数进行搜索，确定所述待输出光学系统的光学系统参数；所述光学系统参数包括所述待输出光学系统的波前误差参数及各反射曲面的曲面类型、光焦度分配参数、位置参数和尺寸参数。

47、本技术实施例提供了一种新的光学系统参数确定方法；该方法先获取待输出光学系统的性能指标参数以及约束条件，根据所述性能指标参数以及所述约束条件生成多个平面反射系统，之后根据物像关系及多个所述平面反射系统生成多个球面反射系统，最后根据所述待输出光学系统的曲面类型顺序组合参数，对各所述球面反射系统中的反射球面进行拟合处理并对所述系统表面位置参数进行搜索，确定所述待输出光学系统的光学系统参数；由于该方法在用户输入性能指标参数和约束条件后，就能自动输出一系列具有不同曲面类型组合的离轴反射系统的光学系统参数，实现了光学系统的全自动设计，降低了对人工的依赖，同时提高了光学系统的设计效率，并且可以合理地确定光学系统需要的不同类型曲面的数目及顺序，解决了长期以来困扰设计者的难题。

技术实现思路