基于Delano图的光学初始结构自动生成方法技术

基于Delano图的光学初始结构自动生成方法：工作步骤依次由⑴.光学一阶量的优化设计，基于Delano图，对yi坐标，以设计要求为约束进行优化，根据优化得到的yi坐标及Delano中的yi坐标与其他一阶量的关系，求得系统各个组员所有一阶量。⑵.商用光学优化软件中一阶量和光学材料的自动分配，在第一步和优化平台和商用光学优化软件之间建立动态数据链，实现一阶量参数和光学材料的分配。⑶像质的自动优化三个步骤实现。本发明专利技术解决了现有光学设计中存在的初始结构求解的问题。所有执行步骤由程序来控制，只是针对不同的设计要求，程序自行计算优化过程中的约束条件和目标函数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学成像设计领域，具体涉及一种基于Delano图的光学初始结构自 动生成方法。
技术介绍
当前的光学设计常常借助于优化设计软件Zemax，CODEV，OSLO等，已经获得了很 大的便捷性。但是在使用此类优化设计软件之前，需要一个合理的光学初始结构作为一个 优化的起点。当前使用较多的光学初始结构求解方法是基于平衡初级像差的PWC法。对于 由较少组员的构成的系统，PWC法可以求得一些合理可用的结构。如两镜系统中的卡塞格 林系统，格里高里系统，RC系统，马克苏托夫系统，Schwardzschield系统，三镜系统的TMA 系统等。传统的PWC法为求解五个初级像差和数和两个色差和数。但是传统的PWC法存在 以下三个问题：（1)在使用PWC法的时候，光学设计者需要将每个组员的光焦度的，轴上点 发出的通过入瞳的边缘的光线在各个组员上的投射高度 yi，边缘视场发出的通过入瞳中心 的光线在各个组员的投射高度又.:进行分配。这三个变量在各个组员上的分配是没有通用而 高效的方法。（2):五个像差方程理论上需要五个独立的变量可以求出唯一解。在进行光学 设计中，一个双胶合有2个独立的PW参数，一个单透镜有一个独立的P参数或者W参数，一 个反射镜无独立PW参数（在透镜的1 %确定之后）。在光学设计中，所有使用的组员的独立 PW数超过5个时候，PW方程是无唯一解的。而实际的设计工作，大多数稍微复杂的系统PW 参数都是远大于5个。倘若对于复杂的光刻镜头，如LENSVIEW镜头库中#6084723号镜头， 使用28个组员来进行设计。此种规模的设计工作，是不可能通过解五个线性像差方程来取 得好的设计。（3) :PW法设计思想是在组员光焦度分配之后，再通过改变各个组员内的曲率 分配，来进行初级像差的分配，然后进行初级像差的平衡。这种设计思维对于较为复杂系统 的设计也是存在着较大的问题。应为对于较复杂的系统，我们经常用的优化策略是保留一 些初级像差来平衡高级像差，以获得更好的像质。而不是将初级像差完全平衡干净来求得 初始结构。 由于如上所述传统设计理论PWC法的缺陷，使得光学成像镜头的初始设计阶段没 有统一而高效的初始结构求解方法。
技术实现思路
为了解决现有光学设计中存在的初始结构求解的问题，本专利技术的目的是提供一种 ，以提高光学设计的效率。本专利技术应该具有如 下的特点：根据设计要求，利用Delano图，结合优化算法自动生成光学各组员的一阶量（光 焦度仍，边缘光线高度yi，主光线高度另，各组员间距(Ii);根据前一步生成的一阶量，通过 第一步优化平台和商用光学优化设计软件建立动态数据链（Zemax，C0DEV，OSLO)，在光学优 化设计软件中分配各个组员材料，光焦度，间距，得到粗略的结构；通过动态数据链控制，在 光学优化设计软件中加入设计要求的约束，然后通过优化像质来重新优化间距和各个组员 的各个工作面的曲率，来得到较好的初始的结构。 完成上述专利技术任务的技术方案如下：一种基于Delano图的光学初始结构自动生 成方法，其特征在于，工作步骤依次由⑴.光学一阶量的优化设计，(2).商用光学优化软件 中一阶量和光学材料的自动分配，(3).像质的自动优化三步来实现。 所述的步骤⑴光学一阶量的优化设计，是基于Delano图，对7 凡坐标，以设计 要求为约束进行优化，根据优化得到的J7 ,只彳坐标及Delano中的7 M坐标与其他一阶 量的关系，求得系统各个组员所有一阶量。所有一阶量都依赖于Delano图对7 ,又丨的优化 而完成。 所述的步骤⑵商用光学优化软件中一阶量和材料的分配，是依赖于第一步优化平 台，在第一步和优化平台和商用光学优化软件之间建立动态数据链，实现一阶量参数和光 学材料的分配。 所述的步骤⑶像质的自动优化，也是依赖于第一步优化程序所在的程序平台，在 商用优化软件中生成设计的基本约束，然后自动写入优化设计目标函数，权重函数，然后控 制进行各组员的间距，曲率等的优化。 换言之，对本专利技术中以上提及的各部件内容及工作方法可以做如下说明： 本专利技术的实施主要通过三步来完成。第一步为光学一阶量的优化设计。在光学成 像镜头设计中，首先要进行的是一阶量的优化设计。对于优化设计，需要有目标函数和约束 函数。优化的目标函数可以为光线在各个组员的偏转角度的大小，或者是系统的总长，或者 是两者的混合，或者为其他的一阶量。优化的约束函数主要来自于设计的基本要求，对于有 限远的光学系统的设计，设计基本要求一般有NA，系统总焦距，系统物方视场，像方视场，系 统的入瞳口径等。对于无限远的系统，设计的基本要求一般有系统焦距，物方视场，入瞳口 径等。根据设计目标得到的约束函数和优化的目标函数，通过优化算法的迭代，不断优化各 个组员上的轴上点发出的边缘光线入射高度和轴外点发出的主光线的入射高度，使得优化 的目标函数最小，从而输出一组满足设计目标7，又_化直。 得到满足设计目标的.V ,直，根据Delano图坐标），，刃与光学系统各个组员 其他一阶量之间的关系，通过程序自动求得各个组员上的一阶量。为了快速而高效的生成 光学初始结构，我们需要在外部优化程序平台与商业光学优化设计软件之间建立动态数据 链。在第一步中得到优化后的.y,. JU直及其组员光焦度和组员间距之后，通过动态数据链 自动在商用光学优化设计软件中分配各组员的光学材料（如反射镜，玻璃材质等），各组员 间距，以及根据前一步计算得到的各组员的光焦度进行光焦度的分配，进行各组员各面的 曲率的暂时分配。此时得到的结构像质仍然不佳，需要由步骤1中的程序平台控制在商业 光学优化设计软件中写入像质优化函数，进行像质的优化，对曲率和各间距进行微调，以达 到较好的像质，进而输出优化后的结构。 所述步骤⑶的OMX控制光学系统在商业光学软件中的优化，其特征在于：步骤如 下： (3) -a.将OMX用户输入的波长参数赋值给商业光学软件； ⑶_b.将OMAX用户输入的NA或者入瞳直接赋值给商业光学软件； ⑶-c.将OMX输入的玻璃材料依次赋给商业光学软件的各个组员； ⑶-d.将OMAX在权利要求3生成的组员的一阶量中的组员间距赋值给各个组员； ⑶_e.将OMAX在权利要求3生成的组员的一阶量中的组员光焦度赋值给各个组 员； (3)_f.将OMAX在商业光学设计软件中写入基本的设计要求的约束，将各个面的曲 率设置为变量进行优化； ⑶_g. OMAX在商业光学软件中写入对各个面之间间距的合理约束，然后将各个面 间距设置为变量进行优化，最后输出的为可用的初始结构。 本专利技术的优点：（1)利用Delano图与优化算法，自动生成光学系统一阶量；（2)通 过建立一阶量生成平台与商业光学优化设计软件之间的动态数据链，在商用光学优化设计 软件中自动进行光焦度的分配和间距的分配；（3)通过动态数据链，将分配好光焦度和间 距的系统进行进一步的各组员的曲率等自动进行优化，自动生成初始结构；(4)本方法是 光学成像镜头初始结构一般性的自动生成方法，所有执行步骤由程序来控制，只是针对不 同的设计要求，程序自行计算优化过程中的约束条件和目标函数。【附图说明】 图1是本专利技术的实现流程图。 图2A-图2C是本方案生成的系统一，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Delano图的光学初始结构自动生成方法，其特征在于，工作步骤依次由⑴.光学一阶量的优化设计，⑵.商用光学优化软件中一阶量和光学材料的自动分配，⑶.像质的自动优化三步来实现。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张凯元，袁祥岩，崔向群，
申请(专利权)人：中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32