CN120217734A 回转元件光学系统中误差元件的最优位错角求解方法

(19)国家知识产权局(43)申请公布日2025.06.27(21)申请号202510700157.3(22)申请日2025.05.28(72)发明人李龙响刘夕铭李兴昶程强张峰张学军事务所(普通合伙)22218专利代理师高一明回转元件光学系统中误差元件的最优位错种回转元件光学系统中误差元件的最优位错角进行成像分析，并记录关注光学性能指标的数确定带有回转型光学元件的光学系统，并获取回转型光学元件的真实面形图真实面形图加载到光学仿真模型中对应的回转型光学元件上件，得到不同旋转角度对应的当前光学仿真模型，并对当前光学仿真模型进行光学分析2S2:构建步骤S1的光学系统的光学仿真模型，并将步骤S1得到的真实面形图加载到所2.根据权利要求1所述的回转元件光学系统中误差元件的最优位错角求解方法，其特当第i个回转型光学元件完成一轮旋转时，第i-1个回转型光学元件旋转一次对应的旋直至第1个回转型光学元件完成一轮旋转后，I个回转型光学元件均完成按照对应的旋转角度进行旋转的操作，此时所述光学仿真模型中共发生了次所述回转型光学元件3.根据权利要求1所述的回转元件光学系统中误差元件的最优位错角求解方法，其特根据每个回转型光学元件的旋转范围，确定每个回转型光学元件的旋转次数和每次旋4.根据权利要求1所述的回转元件光学系统中误差元件的最优位错角求解方法，其特根据所述光学性能指标，对当前光学仿真模型进行对应的光学仿真模型性能指标测5.根据权利要求3所述的回转元件光学系统中误差元件的最优位错角求解方法，其特3在所述最优光学性能指标值下，每个回转型光学元件转过的旋转角度即为每个回转型光学元件的最优位错角。4回转元件光学系统中误差元件的最优位错角求解方法技术领域[0001]本发明属于光学加工技术领域，尤其涉及一种回转元件光学系统中误差元件的最优位错角求解方法。背景技术[0002]现有的像差装调主要包括基于光学设计与装调的优化和自适应光学技术两个方面。在基于光学设计与装调的优化的像差装调方法中，在光学系统设计阶段通过优化光学元件的参数和布局来减少像差，例如，通过优化光学元件来提升像质。在自适应光学技术的像差装调方法中，通过实时测量和校正波前像差来优化成像质量。其系统通常较为复杂且《应用光学》公开的《一种双曲面光学系统中次镜装调设计与实现》给出基于像差装调方法框架。然而，在实际装调中需要考虑制造误差带来的新问题，因为回转型光学元件的加工误差会破坏元件的回转对称性而体现出明显的方向性从而会引入额外像差。[0003]现有的像差装调给出理想光学系统的失调量允差，而在实际元件带有制造误差时，其面形的方向性明显，会引入额外的失调量，本专利公开一种仿真方法，确定各实际回转型光学元件方向性面形的摆放位错角，不需要依靠现场调试的方法，减少大量的装调时发明内容[0004]有鉴于此，本发明创造旨在提供一种回转元件光学系统中误差元件的最优位错角求解方法，获取元件表面误差，把误差加载到光学设计软件中进行系统成像分析，确定关注光学性能指标；改变元件摆放相对角度重复进行成像分析，并记录关注光学性能指标的数值，性能数值最优的角度即最优摆放角度。本发明提供的方法使得大量的调试工作在仿真层面完成，大幅度缩减现场装调时间。[0005]为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：一种回转元件光学系统中误差元件的最优位错角求解方法，包括：S1:确定带有回转型光学元件的光学系统，并获取回转型光学元件的真实面形图；S2:构建步骤S1的光学系统的光学仿真模型，并将步骤S1得到的真实面形图加载到光学仿真模型中对应的回转型光学元件上；S3:在步骤S2得到的光学仿真模型的基础上，旋转回转型光学元件，得到不同旋转角度对应的当前光学仿真模型，并对当前光学仿真模型进行光学分析；S4:对步骤S3得到的分析结果确定回转型光学元件的最优位错角。[0006]进一步的，在步骤S3中旋转回转型光学元件的过程包括：对于光学仿真模型中的I个回转型光学元件，I≥2:控制第i个回转型光学元件逐次旋转对应的旋转角度，i=1,2,...,I;当第i个回转型光学元件完成一轮旋转时，第i-1个回转型光学元件旋转一次对应5在第i个回转型光学元件完成第j次旋转时，此时光学仿真模型中回转型光学元次回转型光学元件的旋根据光学性能指标，对当前光学仿真模型进行对应的光学仿真模型性能指标测附图说明图1为本发明创造实施例所述的回转元件光学系统中误差元件的最优位错角求解6方法的流程示意图；图2为本发明创造实施例所述的光学系统的结构示意图；图3为本发明创造实施例所述的误差图及对应的特征方向的示意图；图4为本发明创造实施例所述的旋转角为0~2π/6时的光学分析的示意图；图5为本发明创造实施例所述的旋转角为3π/6和4π/6时的光学分析的示意图；图6为本发明创造实施例所述的旋转角为5π/6和π时的光学分析的示意图。具体实施方式[0013]为了使本发明创造的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明创造进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明创造，而不构成对本发明创造的限制。[0014]需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另[0016]在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。[0017]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。[0018]如图1所示，本发明创造实施例所述的回转元件光学系统中误差元件的最优位错角求解方法包括：S1:确定带有回转型光学元件的光学系统，并获取回转型光学元件的真实面形图。[0019]光学系统根据实际情况适应选择，可以为库克三分离物镜、高斯物镜、同轴两反等。在确定光学系统后，对光学系统中的回转型光学元件进行加工，并通过干涉仪测量加工后的回转型光学元件的真实面形图。回转对称型光学元件的光学性质是绕元件中心轴旋转时保持不变的性质，通常只能在理想情况下达到。实际的元件由于制造误差的存在必然破坏其回转对称性，从而体现出面形的方向性。[0020]S2:构建步骤S1的光学系统的光学仿真模型，并将步骤S1得到的真实面形图加载到光学仿真模型中对应的回转型光学元件上。7在第i个回转型光学元件完成第j.次旋转时，此时光学仿真模型中回转型光学元的旋转角度进行旋转的操作，此时光学仿真模型中共发生了次回转型光学元件的旋回转型光学元件依次标记，即光线照射到的第一个回转型光学元件记为第1回转型光学元光线的传播方向依次标记为第1回转型光学元件、第2回转型光学元件和第3回转型光学元回转型光学元件旋转对应的旋转角度2π/4;重复第3回转型8的旋转过程，直至第2回转型光学元件完成一轮旋转(即完成N₂=4次旋转)后，控制第1回转型光学元件旋转对应的旋转角度2π/3。在某次旋转过程中，在第1回转型光学元件旋转角度型光学元件已经转完2轮，正在第2个角度上，即j₃=2,此时回转型光学元件的旋转次数1为：[0027]重复第3、第2和第1回转型光学元件的旋转过程，直至第1回转型光学元件完成一轮旋转(即完成N₁=3次旋转)后，3个回转型光学元件结束旋转，此时光学仿真模型中共发生[0028]在某一实施例中，以每个回转型光学元件的真实面形图上的特征向量的方向为参考确定回转型光学元件的旋转角度，即每个回转型光学元件的旋转角度为每个回转型光学元件在发生旋转时，回转型光学元件的真实面形图上的特征向量转过的角度。[0029]在回转型光学元件每发生一次旋转后，对当前的光学仿真模型进行光学分析。[0030]在一些实施例中，对当前光学仿真模型进行光学分析的过程包括：设定光学分析的光学性能指标。本发明中的光学仿真模型性能指标可以为点列图指标、波像差指标、点扩展函数指标等，指标的选取根据需要分析的光学系统以及实际需求适应性选择，本发明对光学仿真模型性能指标的选取不做限定。[0031]根据所述光学性能指标，对当前光学仿真模型进行对应的光学仿真模型性能指标其中，k表示光学性能指标值的个数，K₁(k)表示光学仿真模型发生1次回转型光学元件的旋转后，此时的光学仿真模型在进行光学分析得到的第k项光学性能指标值，Ωspr表示点列图指标的取值空间，Ωwave表示波像差指标的取值空间，ΩpsF表示点扩展函数指标的取值空间。[0032]S4:对步骤S3得到的分析结果确定回转型光学元件的最优位错角。取步骤S3得到的光学性能指标值中的最优光学性能指标值；在最优光学性能指标值下，每个回转型光学元件转过的旋转角度即为每个回转型光学元件的最优位错角，在某其中，J=[j₁,j₂,...,j₁]表示最优位错角的序号向量，表示取最优光学性能指标值时的最优角度序号的函数。最优光学性能指标值的选取标准根据选取的光学性能指标适应性调整，如当光学性能指标为点扩展函数峰值强度指标时，此时的最优光学性能指9标值为点扩展函数峰值强度指标的最大值。[0034]本发明中，步骤S2~步骤S4的过程发生在仿真软件中，如Zemax软件，本发明将大量的这种调整工作在仿真层面完成，大幅度缩减现场微量装调时间。[0035]为清楚阐述本发明创造实施例所述的回转元件光学系统中误差元件的最优位错[0036]实施例：基于Zemax软件进行回转元件光学系统中误差元件的最优位错角求解方法，结合图1,本实施例提供的方法具体包括：S1:确定带有回转型光学元件的光学系统，并获取回转型光学元件的真实面形图。[0037]在本实施例中，确定被分析的光学系统如图2所示，需要分析的回转型光学元件为圆对称的第一反射镜1和第二反射镜2,对第一反射镜1和第二反射镜2进行加工，利用干涉仪分别获取第一反射镜1的反射镜表面的误差图f,和第二反射镜2的反射镜表面的误差图f₂,即1≤i≤2,I=2。如图3所示，图3中的(a)示出了第一反射镜1的反射镜表面的误差图f₁及其特征向量n,,图3中的(b)示出了第二反射镜2的反射镜表面的误差图f₂及其特征向量n₂。[0038]S2:构建步骤S1的光学系统的光学仿真模型，并将步骤S1得到的真实面形图加载到光学仿真模型中对应的回转型光学元件上。[0039]在本实施例中，将步骤S1得到的真实面形图加载到光学仿真模型中对应的回转型光学元件上的过程包括：将真实面形图与对应的回转型光学元件的表面进行对应元素相加；将相加后的结果后写成网格矢高文件，将得到的网格矢高文件作为第一反射镜1和第二反射镜2的表面加载到光学仿真模型中。[0040]S3:在步骤S2得到的光学仿真模型的基础上，旋转回转型光学元件，得到不同旋转角度对应的当前光学仿真模型，并对当前光学仿真模型进行光学分析。S31:确定每个回转型光学元件的旋转范围；具体的，最大旋转角⊙=π,对应的，第一反射镜1和第二反射镜2的旋转范围为[0,π];S32:根据每个回转型光学元件的旋转范围，确定每个回转型光学元件的旋转次数和每次旋转的旋转角度；具体的，由于该系统只有两个光学元件，所以只需要关心第一反射镜1和第二反射镜2之间的相对位置，因此只需要对其中一个反射镜进行旋转即可，设定总旋转次数N=7,对于误差图f:此时特征方向n,可旋转的角度θ;∈linspace(0,Θ,N)=linspace(0,π,7)={0,π/6,2π/6,3π/6,S33:控制第二反射镜2逐次旋转对应的旋转角度，直至第二反射镜2完成一轮旋转(即完成N=7次旋转);在回转型光学元件每发生一次旋转后，对当前的光学仿真模型进行光学分析。[0042]在本实施例中，对当前的光学仿真模型进行1种光学分析，即k=1,进行的光学分析[0043]S4:对步骤S3得到的分析结果确定回转型光学元件的最优位错角。[0044]在本实施例中，取步骤S3得到的点扩散函数指标K₁中的最优点扩散函数峰值强度光学分析结果如图4~图6所示，此时，最优点扩散函数峰值强度指标对应的旋转角度为θ₁=0即为最优旋转角度，即本实施例的系统，针对这两个回转元件的相对最优位错角为0。[0045]应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。[0046]上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因