[发明专利]一种蒙特卡洛焦平面成像光学自动设计方法

权利要求书

1.一种蒙特卡洛焦平面成像光学自动设计方法，其特征在于，主要步骤分为六步：步骤1：分析设计需求；步骤2：建立优化函数；步骤3：进行粗精度优化；步骤4：进行高精度优化；步骤5：得到最优设计参数；步骤6：给出仿真结果，其中步骤2中所述的建立优化函数是创建一个供步骤3和步骤4中所使用的优化目标函数，步骤3和步骤4中所使用的优化方法为蒙特卡洛方法。

2.根据权利要求1所述的一种蒙特卡洛焦平面成像光学自动设计方法，其特征在于，步骤1中分析设计需求中要求给出物平面的位置和尺寸、成像放大比、光学系统最小口径限制、使用曲面的数量。

3.根据权利要求1所述的一种蒙特卡洛焦平面成像光学自动设计方法，其特征在于，步骤2中所述的建立优化函数是各个像差函数的加权求和，其表达式如下：

Φ＝A₁T SC+A₂SC+(A₃+3A₄)CC+A₅T AC+A₆AC+A₇TPC+A₈PC+A₉DC+A₁₀T AchC+A₁₁LchC+A₁₂T chC (1)

其中Φ为优化目标函数，TSC为横向球差，SC为纵向球差，CC为弧矢慧差，TAC为横向像散，AC为纵向像散，TPC为横向场曲，PC为纵向场曲，DC为畸变，TAchC为横向轴向色差，LchC为纵向轴向色差，TchC为垂轴色差，这些色差均是各个曲面的几何参数的函数，A₁至A₁₂为不小于零的加权系数，根据步骤1中的设计需求给出各个加权系数的具体数值。

4.根据权利要求3所述的一种蒙特卡洛焦平面成像光学自动设计方法，其特征在于，步骤2中，如果有其他的限制条件，在(1)式后面添加新的项予以约束。

5.根据权利要求3所述的一种蒙特卡洛焦平面成像光学自动设计方法，其特征在于，步骤3中对(1)式进行计算时运用的是近轴光线几何关系的解析表达式，其步骤是：

步骤(1)：生成一个初始光学构型作为当前构型；

步骤(2)：计算给出初始光学构型的优化目标函数值作为优化目标函数当前值；

步骤(3)：依次对每个曲面的几何参数做随机变动；

步骤(4)：计算随机变动后的优化目标函数值；

步骤(5)：进行判断，如果变动后的优化目标函数值变小，则接受这一变动，更新当前构型和当前优化目标函数值，更新如果变动后的目标函数值变大，则拒绝这一变动，不更新当前构型和当前优化目标函数值；

步骤(6)：重复步骤(3)至步骤(5)直到达到指定的次数。

6.根据权利要求5所述的一种蒙特卡洛焦平面成像光学自动设计方法，其特征在于，步骤3中的步骤(6)中，指定的次数此处设置为80000-120000。

7.根据权利要求5所述的一种蒙特卡洛焦平面成像光学自动设计方法，其特征在于，步骤4中的高精度优化的初始构型为步骤3优化后的输出构型；对(1)式进行计算时运用的是各个像差参数的几何定义，由光线追迹或计算场分布给出,其步骤是：

步骤(1)：依次对每个曲面的几何参数做随机变动；

步骤(2)：计算随机变动后的优化目标函数值；

步骤(3)：进行判断，如果变动后的优化目标函数值变小，则接受这一变动，更新当前构型和当前优化目标函数值，更新如果变动后的目标函数值变大，则拒绝这一变动，不更新当前构型和当前优化目标函数值；

步骤(4)：重复步骤(1)至步骤(3)直到达到指定的次数。

8.根据权利要求7所述的一种蒙特卡洛焦平面成像光学自动设计方法，其特征在于，步骤4中的步骤(4)中，指定的次数此处设置为80-120。

9.根据权利要求7所述的一种蒙特卡洛焦平面成像光学自动设计方法，其特征在于，步骤5所述的得到最优设计参数是步骤4完成时各个曲面几何参数的值。

10.根据权利要求9所述的一种蒙特卡洛焦平面成像光学自动设计方法，其特征在于，步骤6对步骤5给出的最优设计参数进行光线追迹或高斯光学传播计算，得出成像仿真结果。