基于锤形优化的低失调敏感度三反望远镜设计方法技术

本发明专利技术涉及一种基于锤形优化的低失调敏感度三反望远镜设计方法，该方法通过建立包括系统设计产生的设计波像差以及安装失调产生的失调波像差的光学系统制造性能评估模型，将该评估模型编写为宏语言函数，作为系统的优化指标，以反射镜的曲率半径、二次系数和镜间距为优化变量，并设定镜间距变化范围，在光学设计软件Zemax中使用锤形优化功能调用深度受限搜索进行优化，实现低失调敏感度三反望远镜系统的设计。本发明专利技术的三反望远镜系统制造性能更好，提高了系统制造性能评估的准确性，而且本发明专利技术的设计方法不需要大量的光线追迹，只需要追迹近轴边缘光线和主光线即可完成，计算量小，时间短，优化速度快。优化速度快。优化速度快。

【技术实现步骤摘要】
基于锤形优化的低失调敏感度三反望远镜设计方法


[0001]本专利技术涉及光学系统设计
，特别是涉及一种基于锤形优化的低失调敏感度三反望远镜设计方法。

技术介绍

[0002]三反望远镜具有较大的成像视场，目前在天文观测、遥感等领域应用十分广泛。传统的三反望远镜系统设计方法一般从像差与光学结构参数出发，校正多种初级像差，得到具有良好像质的光学系统。但其往往公差过紧，系统的制造成本与加工、装配难度很大，系统抗扰动能力较弱。
[0003]基于以上问题，考虑设计出具有低装调敏感度的三反系统。目前光学系统的降敏方法主要有解析法和数值法。数值法应用较为普遍，它通常依赖于复杂的全局优化算法和大量的光线追迹过程来获得设计结果，主要包括整体优化法和光线入射角优化法。整体优化法通常的过程是基于初始结构构建多重结构，以模拟具有定量误差的光学系统的状态。通过全局优化功能来优化这组多重结构，去寻找一种最佳的设计方案。光线入射角优化法通过光学表面上具有代表性的光线(通常使用边缘光线)的入射角作为评估系统灵敏度的指标，同样通过全局优化功能来优化系统，达到低敏感度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于锤形优化的低失调敏感度三反望远镜设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：建立光学系统制造性能评估模型，所述光学系统制造性能评估模型的表达式为：其中，A为三反望远镜系统的制造性能；为设计波像差，表示在视场H中光学系统设计时产生的均方根波像差的值；为失调波像差，表示由视场H中的装调误差引起的均方根波像差的值；步骤二：通过预估三反望远镜系统的公差范围给定所述光学系统制造性能评估模型中偏心值和倾角值，在视场H中选取用于计算波像差的视场点；步骤三：将所述光学系统制造性能评估模型以宏语言函数的形式写入Zemax软件中，并求解出三反望远镜系统的失调波像差步骤四：将全部所述视场点的波像差取平均值，得到三反望远镜系统的设计波像差步骤五：将所述失调波像差和所述设计波像差代入到所述光学系统制造性能评估模型中；步骤六：以三反望远镜系统的制造性能A最小值作为优化指标，以反射镜的曲率半径、二次系数和镜间距为优化变量，并设定镜间距变化范围，使用Zemax软件的锤形优化功能调用深度受限搜索进行优化，优化后得到低失调敏感度的三反望远镜系统。2.根据权利要求1所述的一种基于锤形优化的低失调敏感度三反望远镜设计方法，其特征在于，失调波像差的公式为：其中，Z5、Z6、Z7、Z8为泽尼克多项式的系数，Z5和Z6为三阶像散，Z7和Z8为三阶彗差，公式中下标T代表倾斜误差引入的像差，下标D代表偏心误差引入的像差。3.根据权利要求2所述的一种基于锤形优化的低失调敏感度三反望远镜设计方法，其特征在于，三阶彗差Z7和Z8的表达式如下：其中，和分别为失调引入的彗差矢量的x分量和y分量，和的表达式如下：
其中，W
131,sph,SM
为次镜彗差波像差系数球面分量，W
131,asph,SM
为次镜彗差波像差系数非球面分量，W
131,sph,TM
为三镜彗差波像差系数球面分量，W
131,asph,TM
为三镜彗差波像差系数非球面分量，为次镜的像差场偏移矢量球面X轴分量，为次镜的像差场偏移矢量非球面X轴分量，为次镜的像差场偏移矢量球面Y轴分量，为次镜的像差场偏移矢量非球面Y轴分量，为三镜的像差场偏移矢量球面X轴分量，为三镜的像差场偏移矢量非球面X轴分量，为三镜的像差场偏移矢量球面Y轴分量，为三镜的像差场偏移矢量非球面Y轴分量；当系统孔径光阑位于主镜上时，三反望远镜系统的次镜像差场偏移矢量和三镜像差场偏移矢量分别为：偏移矢量分别为：其中，XDE
SM
为次镜X轴方向偏心误差，YDE
SM
为次镜Y轴方向偏心误差，ADE
SM
为次镜绕X轴倾斜误差，BDE
SM
为次镜绕Y轴倾斜误差，XDE
TM
为三镜X轴方向偏心误差，YDE
TM
为三镜Y轴方向偏心误差，ADE
TM
为三镜绕X轴倾斜误差，BDE
TM
为三镜绕Y轴倾斜误差，为主镜近轴主光线入射角，d1为主镜和次镜之间的距离，d2为次镜和三镜之间的距离，r1为主镜的曲率半径，r2为次镜的曲率半径，r3为三镜的曲率半径；三反望远镜系统的彗差波像差系数可由赛德尔公式计算得到，计算公式如下：
其中，y1为主镜边缘光线入射高度，b
s2
为次镜的二次系数，b
s3
为三镜的二次系数；将公式(4)
‑
(7)代入公式(3)中，可以得到三阶彗差Z7和Z8，在公式(5)和(6)中，令ADE
SM
、ADE
TM

【专利技术属性】
技术研发人员：顾志远，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：