[发明专利]一种基于定量化组合玻璃替换的光学系统无热化方法

权利要求书

1.基于定量化组合玻璃替换的光系统无热化方法，其特征是：该方法由以下步骤实现：

步骤一、对初始光学系统添加玻璃与镜筒材料热特性，并判断在大温差下像质是否满足要求，如果是，完成系统无热化；如果否，则执行步骤二；

步骤二、利用光学玻璃库中的光学玻璃的热特性与色散特性，构建符合光学系统成像需求的不同波段下的光学玻璃库无热分布图；

并采用聚类算法计算光学玻璃库的聚类中心，所述聚类中心用于表征玻璃材料在无热分布图上的分布特性；

步骤三、基于多重组合玻璃与镜筒材料线胀系数，镜筒材料H、单透镜L_ij与剩余单透镜L_e，确定无热玻璃图；

具体过程为：

设定所述初始化光学系统包含k个单透镜，需要进行材料替换的两片组合玻璃分别为L_i与L_j，色光焦分别为ω_i和ω_j，热光焦分别为γ_i和γ_j；

将所述两片组合玻璃等效为一个单透镜L_ij，所述单透镜L_ij的等效光焦度为φ_ij′，等效色光焦为ω_ij和等效热光焦为γ_ij；

其余k-2个透镜等效为剩余单透镜L_e，所述剩余单透镜L_e的等效光焦度φ_e′，等效色光焦ω_e和等效热光焦γ_e；

则双透镜等效光学系统的等效热光焦γ_e，即双透镜系统的消色差与消热差条件用下式表示为：

式中，α_h为所述镜筒材料线胀系数；

根据所述双透镜等效光学系统的等效热光焦γ_e绘制双透镜系统的无热玻璃图，所述无热玻璃图包括单透镜L_ij(ω_ij，γ_ij)，剩余单透镜L_e(ω_e，γ_e)以及多种镜筒材料H(0，-α_h)的坐标；

步骤四，对所述镜筒材料H的无热特性进行评价，获得最佳镜筒材料；具体过程为：

步骤四一、根据初始光学系统中的透镜数量，确定等效单透镜的组合数量为

步骤四二、分别计算组剩余单透镜L_e(ω_e，γ_e)分别与多种镜筒材料H(0，-α_h)相连时，单透镜L_ij(ω_ij，γ_ij)到镜筒材料线胀系数与剩余单透镜的连线H-L_e的垂线距离值d1_s，光学玻璃库的聚类中心到H-L_e的垂线距离值d2_s；s＝1，2，3...k×(k-1)/2；

步骤四三、根据步骤四二获得的距离值，分别计算两组距离值的归一化值Rate1_s和Rate2_s，即：Rate1_s＝1-d1_s/max(d1_s)和Rate2_s＝1-d2_s/max(d2_s)；

步骤四四、将步骤三计算的归一化值按镜筒材料分组进行加合运算，获得镜筒材料的综合权重；

Weight_s＝SUM(Rate1_s+Rate2_s)

步骤五、采用与步骤四相同的方法，对单透镜L_ij的消热差与消色差特性进行评价，获得最佳的一对组合玻璃；

步骤六、将步骤五获得最佳的组合玻璃L_pq替换原玻璃材料；采用光学设计软件重分配光学系统的光焦度及光学系统的优化，获得无热化设计结果；

具体过程为：

步骤六一、根据所述最佳的组合玻璃L_pq的无热图，计算组合玻璃L_pq的热光焦和色光焦等效点L_pq(ω_pq，γ_pq)与H-L_e线的垂直距离，并求出L_pq(ω_pq，γ_pq)在H-L_e线上的投影点，以该投影点为圆心，L_pq与H-L_e线的垂直距离为半径的圆周作为限定范围，对光学玻璃库中的材料进行筛选，在初次筛选的圆环范围内，再次形成随机组合玻璃，并计算各组的近似等效点；

步骤六二、根据图形法，替换后组合玻璃L′_pq在无热图上近似为玻璃L′_p与玻璃L′_q连线的中点，先将初筛后的玻璃材料按与H-L_e线异侧分为两组，再将这两组排列组合得到一系列玻璃组合，求解各玻璃组合中L′_p与L′_q连线的中点，则该中点近似为L′_pq的等效点；

步骤六三、当L′_pq越接近于L_pq在H-L_e线上的投影点，则越符合无热玻璃图上的消色差与消热差条件，最终以L′_pq与投影点的距离值作为判定依据选择最合适的一个玻璃组合。