[发明专利]一种控制变形像差的光学设计方法

摘要

打破传统光学设计理念，提出一种考虑控制变形像差的光学设计新方法，对反射镜面形最优解的确定不仅考虑校正理想态下的固有几何像差，还考虑补偿反射镜热、重力、机械变形引起的附加像差。在不加入辅助设备的情况下，实现对变形像差的高效控制，提高光学系统在实际应用中的成像性能，降低系统的复杂度和成本。

主权项

1.一种控制变形像差的光学设计方法,其特征在于：包括以下步骤：S1：一套包含n个非球面的光学系统；设这个系统中第j次修改后的第i个表面变形后的离球量为ΔZ_i,j＝ΔZ_i+ΔM_i,j+Δd_i,j    (1)S2：光学系统的n个非球面在各个状态下仅离球量发生改变，因此变形像差W_T,j被表示为各个非球面离球量的函数，即W_T,j＝f(ΔZ_1,j,…,ΔZ_i,j,…,ΔZ_n,j)   (2)j＝0表示各个非球面的离球量并未进行修改，因此ΔM_i,0＝0    (3)对应的非球面表面离球量为ΔZ_i,0＝ΔZ_i+Δd_i,0    (4)S3：预测在实际应用中非球面的变形量Δd_i,0；计算由变形而引起的像差W_T,0；然后，仅将非球面的离球量设置为变量进行优化，校正变形像差W_T,0；优化后各非球面的离球量称之为最佳离球量ΔZ_i,best，表达为：ΔZ_i,best＝ΔZ_i+ΔM_i,1+Δd_i,0    (5)S4：采用迭代修正法，首先将修正量ΔM_i,1及由修正量ΔM_i,1导致形变的变化量δd(ΔM_i,1)表示为：δd(ΔM_i,1)＝Δd_i,1‑Δd_i,0   (6)那么，修改后非球面在变形条件下的实际离球量为ΔZ_i,j＝ΔZ_i+ΔM_i,1+Δd_i,0+δd(ΔM_i,1)     ＝ΔZ_i,best+δd(ΔM_i,1)    (7)S4：将变形非球面的实际离球量和最佳离球量的差异称为剩余偏差量，用g_i,j表示，则第一次修改后的剩余偏差量表示为g_i,1＝δd(ΔM_i,1)     (8)由于该偏差量的存在，第一次修改非球面离球量后光学系统的实际变形像差为W_T,1，则也就有成立，因此W_T,1＜W_T,0    (11)S5：对起始非球面进行第2次修改，修改量设定为ΔM_i,2＝ΔM_i,1‑g_i,1    (12)修改后的非球面在变形后的离球量为ΔZ_i,2＝ΔZ_i+ΔM_i,2+Δd_i,2     ＝ΔZ_i+ΔM_i,1‑g_i,1+Δd_i,0+δd(ΔM_i,1‑g_i,1)     ＝ΔZ_i,best+δd(ΔM_i,1‑g_i,1)‑δd(ΔM_i,1)     ＝ΔZ_i,best+g_i,2     (13)此时，系统的附加像差为W_T,2；同理式(9)，可以推断|δd(ΔM_i,1‑g_i,1)‑δd(ΔM_i,1)|＝|g_i,2|＜＜|g_i,1|   (14)以此类推，将第i个非球面的第j(j＞2)次修正量定为ΔM_i,j＝ΔM_i,j‑1‑g_i,j‑1     ＝δd(ΔM_i,j‑1‑g_i,j‑1)‑δd(ΔM_i,j‑1)   (15)显然，|g_i,j|＜＜|g_i,j‑1|    (16)因此0←W_T,j＜W_T,j‑1＜...＜W_T,1＜W_T,0    (17)设，当j＝k时，W_T，j|j＝k＝0     (18)此时，ΔM_i,k为最佳非球面修正量，对变形像差进行精确补偿。