[发明专利]光学系统衍射杂散光分析方法

说明书

本发明提供一种光学系统衍射杂散光分析方法，包括以下步骤：S1、在杂散光分析软件中建模光机系统；S2、通过杂散光分析软件对光机系统进行光线追迹，得到出射光线的出射光场；S3、将出射光线的信息录入至光线数据库，重复上述步骤2，直至所有出射光线能量低于阈值ΔE或逸出光机系统时停止光线追迹；并根据光线数据库中的信息进行分析得到杂散光分析结果。采用本发明提供的方法可以实现光学系统衍射杂散光的准确、快速分析，有助于提出有效的改进措施，最终明显降低衍射杂散光对光学系统成像质量的影响。

技术领域

本发明涉及光学系统像质分析技术领域，特别涉及一种光学系统衍射杂散光分析方法。

背景技术

到达光学系统像平面的不需要的光线称为杂散光。一般光学系统中，光线通过一些物理机制，如粗糙平面造成的散射、污染微粒造成的散射和反射，最终到达像平面，形成杂散光。目前对杂散光衍射效应的模拟方法主要分为三种，第一种通过将孔径处的光场在基尔霍夫边界条件下进行衍射积分，以经典的菲涅耳积分等方法为典型；另一种是基于光线近似方法，以高斯光束分解法为典型，最后一种是麦克斯韦方程组数值解法，以时域有限差分法和矩量法为典型。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明提供一种光学系统衍射杂散光分析方法，包括以下步骤：

S1、在杂散光分析软件中建模光机系统；

S2、通过杂散光分析软件对光机系统进行光线追迹，得到出射光线的出射光场；

S3、将出射光线的信息录入至光线数据库，重复上述步骤2，直至所有出射光线能量低于阈值ΔE或逸出光机系统时停止光线追迹；并根据光线数据库中的信息进行分析得到杂散光分析结果。

优选地，步骤S1包括以下子步骤：

S11、对光机系统中每个表面的表面属性进行定义；

S12、对光机系统的光源和接收器进行定义，并将光源产生的光线数据录入光线数据库；

S13、设定光线追迹策略，选定停止光线追迹的能量阈值ΔE。

优选地，能量阈值ΔE＝10^-5。

优选地，表面属性包括：面型、口径、材料、膜层和散射属性。

优选地，步骤S2包括：

计算出射光线与光机系统中任一表面相交点的局部梯度G_L；

其中，

为向量微分算子；

当出射光线在光机系统中任一表面局部梯度G_L小于指定表面局部梯度阈值G₀时，计算镜向光线和散射光线的出射光场：

当出射光线在光机系统中任一表面局部梯度G_L大于指定表面局部梯度阈值G₀时，进行衍射光线追迹，并计算衍射光线的出射光场；

优选地，镜向光线出射光场的计算过程包括：

镜向光线出射光线的方向由菲涅尔公式计算得到：

n₀ sinθ₀＝n₁ sinθ₁

其中，