抑制杂散光的光学系统设计方法、设备及存储介质与流程

1.本发明涉及全景光学系统技术领域，具体涉及一种抑制杂散光的光学系统设计方法、设备及存储介质。


背景技术：

2.随着计算机辅助光学设计和各种特殊光学加工技术的发展，众多非传统结构、非传统功能与性能的光学系统正涌现。全景环带光学系统是一种基于折反射光学系统原理的超大视场光学系统，由于其特殊的光路结构设计，相比已有的超大视场系统具有更轻巧稳固的结构，更高的设计自由度，更简单的加工工艺和更好的光学性能。随着各类光学系统的结构复杂化，杂散光对光学系统的制约将不可忽视。杂散光是指在光学系统内不沿正常成像光路传播的光线，将会在光学系统像面上产生额外的，凌乱的照明，影响光学系统的正常工作。
3.传统的常规控制手段对于只在某些特定类型的特殊光学系统上出现的杂散光是无效的。且目前各种杂散光都缺少快速、准确的评估方法，不便于快速迭代光学设计方案。近年来针对各种特殊光学系统的杂散光控制一般都在光学设计完成后进行大量分析工作，寻找可能的位置将杂散光路遮拦。这种方法工作量大，不便快速迭代，且不具有通用性。
4.针对全景环带光学系统，人们也进行了一些在设计阶段快速控制杂散光的尝试，但方法本身并不准确可靠，结果也无法预测，不利于快速低成本迭代出光学性能优异的全景环带光学系统。
5.目前光学系统杂散光的分析一般在光学设计阶段性完成后，另外建立光机系统模型，基于大量的光线追迹来判断当前系统的杂散光情况。这种方法与光学设计过程是分立的，彼此无法进行有效沟通。需要人工来回控制，效率低，结果可控程度低，导致特殊光学系统的研发周期一般都较长。
6.较为成熟的传统杂散光抑制方法有设计遮光罩结构、提高光学镀膜的光学性能、在系统内部安置消杂光光阑、在结构件上车消光螺纹或布置消光涂层等。这些方法在传统的纯折射、中小视场角的镜头中能够起到一定作用，降低杂散光对光学系统的影响。然而对于具有特殊结构的全景环带光学系统而言，这些方法将无法控制形成于其全景头部单元内的杂散光，且这些杂散光都对光学系统的成像有着严重的破坏。目前这些杂散光缺乏有效、准确的即时评估与抑制方法。
7.现有技术中，本领域技术人员始终尝试在光学设计阶段通过对成像光线数学关系的管理实现消杂光设计，然而杂散光与成像光路在绝大多数情况下并不共享传播路径，因此试图利用成像光路来描述杂散光存在不准确、不可靠的问题。且全景环带光学系统的杂散光构成非常复杂，而该方法的针对性太强，并不广泛适用于此类系统。
8.在一些技术文献中，也给出了一些在全景环带光学系统加工完成后，通过挖洞、开槽等方式截断杂散光传播路径，但此类消杂光手段属于光学系统已加工完成后进行的补救措施，效果非常有限，且不一定能落实。因此，目前还没有针对全景环带光学系统杂散光较
为系统、全面、有效的分析和解决方案。


技术实现要素：

9.鉴于上述技术问题，本发明提出一种抑制杂散光的光学系统设计方法、设备及存储介质，其目的在于以下两点，其一，在全景环带光学系统光学设计阶段，快速准确的评估当前光学系统的杂散光情况与风险，便于在光学设计阶段进行迭代，避免了大量基于光机系统建模和大批量光线追迹的杂散光分析工作，大大缩短光学系统的研发周期，减少研发成本；其二，仅在全景环带光学系统光学设计阶段，通过控制特定的优化函数，将几类产生于全景环带头部单元内的杂散光完全抑制，或至少达到风险可控的水平，这种设计、评估同时进行的设计方法，提升了优化光学性能的自动化程度，加快了产品的设计效率。
10.实现本发明目的的技术解决方案为：一种抑制杂散光的光学系统设计方法，包括以下步骤：
11.步骤s1、确认杂散光类型；
12.步骤s2、根据杂散光类型，基于光阑视场角和子午平面内的相对孔径，绘制杂散光的光路图；
13.步骤s3、根据步骤s2绘制的杂散光的光路图，得到特征光线及特征光线路径点；
14.步骤s4、利用特征光线及特征光线路径点，计算杂散光评价函数；
15.步骤s5、根据杂散光评价函数优化设计光学系统。
16.根据本发明的一个方面，在所述步骤s1中，对全景环带光学系统进行杂散光建模分析仿真，确定需要分析和抑制的杂散光类型。
17.根据本发明的一个方面，在所述步骤s2中，对所述步骤s1中确认的杂散光类型，基于至少3个光阑视场角θ和3个子午平面内的相对孔径ρ，从全景环带头部单元后的光阑位置出发，沿杂散光的路径反向追迹光线至全景环带光学系统的入射表面，并将光路合并绘制光路图。
18.根据本发明的一个方面，在所述步骤s3中，所述特征光线分上方光线ur和下方光线lr，包括：
19.步骤s31、确定上方光线路径点，并标记为urw1、urw2......，所述上方光线路径点为光路图中在光路经过的、且最大光阑视场角的光线的落点最靠近边缘的每个表面上，距离最大光阑视场角的光线最近的镜片边缘点；
20.步骤s32、确定下方光线路径点，并标记为lrw1、lrw2......，所述下方光线路径点为光路图中在光路经过的、且最小光阑视场角的光线的落点最靠近边缘的每个表面上，距离最小光阑视场角的光线最近的镜片边缘点；
21.步骤s33、利用特征光线的路径点确定特征光线。
22.根据本发明的一个方面，在所述步骤s33中，包括：
23.步骤s331、确定上方光线的相对孔径和光阑入射角，所述上方光线的相对孔径ρ
ur
为距离对应的上方光线路径点最远的光线的相对孔径，所述上方光线的光阑入射角θ
ur
为使得具有ρ
ur
的光线能够经过任一上方光线路径点的最小光阑入射角；
24.步骤s332、确定下方光线的相对孔径和光阑入射角，所述下方光线的相对孔径ρ
lr
为距离对应的下方光线路径点最远的光线的相对孔径，所述下方光线的光阑入射角θ
lr
为使
得具有ρ
lr
的光线能够经过任一下方光线路径点的最大光阑入射角。
25.根据本发明的一个方面，还包括：
26.利用试探光线在经过全景环带光学系统头部结构任一包含某个特征光线路径点的光学表面时的落点与对应的特征光线路径点的垂轴距离来识别该试探光线是否为一特征光线，
27.即利用试探光线迭代寻找特征光线，试探光线落点与各路径点在所在表面上的垂轴距离记为：
[0028][0029]
其中，i
urw
为评价试探光线是否可认为是上方光线的指标，i
lrw
为评价试探光线是否可认为是下方光线的指标，y
urw
为上方光线路径点的垂直轴坐标，y
lrw
为下方光线路径点的垂轴坐标，y
试探光线，urw所在表面
为试探光线在对应的上方光线路径点所在光学表面的落点的垂轴坐标，y
试探光线，lrw所在表面
为试探光线在对应的下方光线路径点所在光学表面的落点的垂轴坐标；
[0030]
上式中，根据具体杂散光类型和路径点的选定，定义i
urw
和i
lrw
的符号为：若试探光线落在表面有效孔径内为正，落在有效孔径外为负；
[0031]
在i
urw
＝0时，该试探光线为上方光线，并对应一个光阑入射角在i
lrw
＝0时，该试探光线为下方光线，并对应一个光阑入射角
[0032]
确定有效上方光线和有效下方光线，有效上方光线和有效下方光线的光阑视场角满足：
[0033][0034]
其中，θ
ur
为有效上方光线的光阑视场，θ
lr
为有效下方光线的光阑视场角，为使得试探光线经过第m个上方光线路径点的光阑视场角，为使得试探光线经过第n个下方光线路径点的光阑视场角。
[0035]
根据本发明的一个方面，在所述步骤s4中，具体包括：
[0036]
步骤s41、构建上方评价函数c
ur
，上方评价函数为上方光线在每个下方光线路径点所在表面上的落点，与下方光线路径点的垂轴距离，公式为：
[0037]
|c
urn
|＝|y
ur，lrwn所在表面-y
lrwn
|，
[0038]
其中，c
urn
为基于第n个下方光线路径点的上方评价函数，y
ur，lrwn所在表面
为有效上方光线在第n个下方光线路径点所在表面上的落点的垂轴坐标，y
lrwn
为第n个下方光线路径点的垂轴坐标；根据具体杂散光类型和路径点的选定，定义c
urn
的符号为：若上方光线落在表面有效孔径内为正，落在有效孔径外为负；
[0039]
步骤s42、构建下方评价函数c
lr
，下方评价函数为下方光线在每个上方光线路径点所在表面上的落点，与上方光线路径点的垂轴距离，公式为：
[0040]
|c
lrm
|＝|y
lr，urwm所在表面-y
urwm
|，
[0041]
其中，c
lrm
为基于第m个上方光线路径点的下方评价函数，y
lr，urwm所在表面
为有效下方光线在第m个上方光线路径点所在表面上的落点的垂轴坐标，y
urwm
为第m个上方光线路径点的垂轴坐标；根据具体杂散光类型和路径点的选定，定义c
lrm
的符号为：若下方光线落在表面有效孔径内为正，落在有效孔径外为负；
[0042]
步骤s43、利用上方评价函数和下方评价函数，计算杂散光评价函数c，总评价函数为最小上方评价函数与最小下方评价函数中的较大值，公式为：
[0043]
c＝max(min(c
urn
)，min(c
lrm
))。
[0044]
根据本发明的一个方面，在所述步骤s5中，包括：
[0045]
将杂散光评价函数c输入光学设计软件，并通过加入优化限制使c小于预设阈值，所述预设阈值小于或等于0。
[0046]
根据本发明的一个方面，提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器、一个或多个存储器、以及一个或多个计算机程序；其中，处理器与存储器连接，上述一个或多个计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，该处理器执行该存储器存储的一个或多个计算机程序，以使电子设备执行如上述技术方案中任一项所述的一种抑制杂散光的光学系统设计方法。
[0047]
根据本发明的一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现如上述技术方案中任一项所述一种抑制杂散光的光学系统设计方法。
[0048]
根据本发明的构思，提出一种抑制杂散光的光学系统设计方法、设备及存储介质，通过确定需要分析和抑制的杂散光类型，根据杂散光类型，基于光阑视场角和子午平面内的相对孔径，绘制杂散光的光路图，再利用光路图得到特征光线及特征光线路径点，进而得到杂散光评价函数，根据杂散光评价函数优化设计光学系统，上述抑制杂散光的光学系统设计方法，在全景环带光学系统光学设计阶段，快速准确的评估当前光学系统的杂散光情况与风险，便于在光学设计阶段进行迭代，避免了大量基于光机系统建模和大批量光线追迹的杂散光分析工作，大大缩短光学系统的研发周期，减少研发成本，进一步地，在全景环带光学系统光学设计阶段，通过控制特定的优化函数，将几类产生于全景环带头部单元内的杂散光完全抑制，或至少达到风险可控的水平，能够实现设计、评估同时进行，提升了优化光学性能的自动化程度，加快了产品的设计效率。
[0049]
同时，本发明的抑制杂散光的光学系统设计方法具有普适性，可广泛应用于抑制存在于折反光学系统中的具有最小、最大视场角范围的杂散光。
附图说明
[0050]
图1示意性表示某类常见的出现于全景环带光学系统的杂散光路；
[0051]
图2示意性表示根据本发明一种实施方式的多重杂散光的全景环带镜头进行杂散光分析仿真的结果；
[0052]
图3示意性表示根据本发明一种实施方式的光路结构分布图；
[0053]
图4示意性表示根据本发明一种实施方式的根据图3的光路结构分布图识别的特征光线路径点；
[0054]
图5示意性表示根据本发明一种实施方式的利用特征光线计算杂散光评价函数的光路示意图；
[0055]
图6示意性表示根据本发明一种实施方式的抑制杂散光的光学系统设计方法的流程图。
具体实施方式
[0056]
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0057]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。
[0058]
如图1至图6所示，本发明的一种抑制杂散光的光学系统设计方法，包括以下步骤：
[0059]
步骤s1、确认杂散光类型；
[0060]
步骤s2、根据杂散光类型，基于光阑视场角和子午平面内的相对孔径，绘制杂散光的光路图；
[0061]
步骤s3、根据步骤s2绘制的杂散光的光路图，得到特征光线及特征光线路径点；
[0062]
步骤s4、利用特征光线及特征光线路径点，计算杂散光评价函数；
[0063]
步骤s5、根据杂散光评价函数优化设计光学系统。
[0064]
在该实施例中，通过确定需要分析和抑制的杂散光类型，根据杂散光类型，基于光阑视场角和子午平面内的相对孔径，绘制杂散光的光路图，再利用光路图得到特征光线及特征光线路径点，进而得到杂散光评价函数，根据杂散光评价函数优化设计光学系统，上述抑制杂散光的光学系统设计方法，在全景环带光学系统光学设计阶段，快速准确的评估当前光学系统的杂散光情况与风险，便于在光学设计阶段进行迭代，避免了大量基于光机系统建模和大批量光线追迹的杂散光分析工作，大大缩短光学系统的研发周期，减少研发成本，进一步地，在全景环带光学系统光学设计阶段，通过控制特定的优化函数，将几类产生于全景环带头部单元内的杂散光完全抑制，或至少达到风险可控的水平，能够实现设计、评估同时进行，提升了优化光学性能的自动化程度，加快了产品的设计效率。
[0065]
在本发明的一个实施例中，优选地，在所述步骤s1中，对全景环带光学系统进行杂散光建模分析仿真，确定需要分析和抑制的杂散光类型。
[0066]
在该实施例中，针对某一大类光学系统的实例，例如某一款包含杂散光的全景环带光学系统，通过对该系统进行建模仿真分析，能够确定需要分析和抑制的杂散光类型，重点在于得到杂散光路径，而该步骤用于了解其杂散光构成并选择某一具体设计中需要控制的一种或几种杂散光路，因此，对于同一大类的光学系统仅实施一次即可，在后续对同类光学系统进行分析时，可按照本次杂散光构成仿真分析选择使用。
[0067]
如图2所示，包含多种杂散光的全景环带镜头进行分析仿真的结果。其中，第一行(图中a、b、c、d)为实际测试中不同角度下照射光学系统形成的相面照度分布，有多个明显的杂散光斑出现；第二行(图中e、f、g、h)为仿真中得到的像面照度分布，仿真与实验结果吻合的较好；第三行(图中i、j、k、l)为造成不正常光斑的光路；第一列(图中a、e、i)和第四列
(图中d、h、l)所示的杂散光均为光线在全景头部单元第一入射面上的分裂所导致，第二列(图中b、f、j)为光线在结构件上的散射导致，第三列(图中c、g、k)为光线在全景头部单元胶合面上的反射导致。
[0068]
在本发明的一个实施例中，优选地，在所述步骤s2中，对所述步骤s1中确认的杂散光类型，基于至少3个光阑视场角θ和3个子午平面内的相对孔径ρ，从全景环带头部单元后的光阑位置出发，沿杂散光的路径反向追迹光线至全景环带光学系统的入射表面，并将光路合并绘制光路图。
[0069]
在该实施例中，以2图中第四列为例，如图3所示，s1至s4分别表示全景环带头部单元中不同的光学表面。该示意图由反向光线追迹9根光线完成，从光阑位置出发，反向沿着杂散光传播的路径，追迹至出射到s1之外。在实际绘制过程中，可以以光线的色调代表不同的光阑视场角，以光线的颜色深浅代表其来自不同的相对孔径，方便绘制与识别每一光线。
[0070]
如图4所示，在本发明的一个实施例中，优选地，在所述步骤s3中，所述特征光线分上方光线ur和下方光线lr，包括：
[0071]
步骤s31、确定上方光线路径点，并标记为urw1、urw2
……
，所述上方光线路径点为光路图中在光路经过的、且最大光阑视场角的光线的落点最靠近边缘的每个表面上，距离最大光阑视场角的光线最近的镜片边缘点；
[0072]
步骤s32、确定下方光线路径点，并标记为lrw1、lrw2......，所述下方光线路径点为光路图中在光路经过的、且最小光阑视场角的光线的落点最靠近边缘的每个表面上，距离最小光阑视场角的光线最近的镜片边缘点；
[0073]
步骤s33、利用特征光线的路径点确定特征光线。
[0074]
在该实施例中，特征光线路径点分为上方光线路径点和下方光线路径点，均可能存在多个，特征光线路径点位于光学系统的各个透镜的边缘上。
[0075]
在本发明的一个实施例中，优选地，在所述步骤s33中，包括：
[0076]
步骤s331、确定上方光线的相对孔径和光阑入射角，所述上方光线的相对孔径ρ
ur
为距离对应的上方光线路径点最远的光线的相对孔径，所述上方光线的光阑入射角θ
ur
为使得具有ρ
ur
的光线能够经过任一上方光线路径点的最小光阑入射角；
[0077]
步骤s332、确定下方光线的相对孔径和光阑入射角，所述下方光线的相对孔径ρ
lr
为距离对应的下方光线路径点最远的光线的相对孔径，所述下方光线的光阑入射角θ
lr
为使得具有ρ
lr
的光线能够经过任一下方光线路径点的最大光阑入射角。
[0078]
在本发明的一个实施例中，优选地，还包括：
[0079]
利用试探光线在经过全景环带光学系统头部结构任一包含某个特征光线路径点的光学表面时的落点与对应的特征光线路径点的垂轴距离来识别该试探光线是否为一特征光线，
[0080]
即利用试探光线迭代寻找特征光线，试探光线落点与各路径点在所在表面上的垂轴距离记为：
[0081]
[0082]
其中，i
urw
为评价试探光线是否可认为是上方光线的指标，i
lrw
为评价试探光线是否可认为是下方光线的指标，y
urw
为上方光线路径点的垂直轴坐标，y
lrw
为下方光线路径点的垂轴坐标，y
试探光线，urw所在表面
为试探光线在对应的上方光线路径点所在光学表面的落点的垂轴坐标，y
试探光线，lrw所在表面
为试探光线在对应的下方光线路径点所在光学表面的落点的垂轴坐标；
[0083]
上式中，根据具体杂散光类型和路径点的选定，定义i
urw
和i
lrw
的符号为：若试探光线落在表面有效孔径内为正，落在有效孔径外为负；
[0084]
在i
urw
＝0时，该试探光线为上方光线，并对应一个光阑入射角在i
lrw
＝0时，该试探光线为下方光线，并对应一个光阑入射角
[0085]
确定有效上方光线和有效下方光线，有效上方光线和有效下方光线的光阑视场角满足：
[0086][0087]
其中，θ
ur
为有效上方光线的光阑视场，θ
lr
为有效下方光线的光阑视场角，为使得试探光线经过第m个上方光线路径点的光阑视场角，为使得试探光线经过第n个下方光线路径点的光阑视场角。
[0088]
在本发明的一个实施例中，优选地，在所述步骤s4中，具体包括：
[0089]
步骤s41、构建上方评价函数c
ur
，上方评价函数为上方光线在每个下方光线路径点所在表面上的落点，与下方光线路径点的垂轴距离，公式为：
[0090]
|c
urn
|＝|y
ur，lrwn所在表面-y
lrwn
|，
[0091]
其中，c
urn
为基于第n个下方光线路径点的上方评价函数，y
ur，lrwn所在表面
为有效上方光线在第n个下方光线路径点所在表面上的落点的垂轴坐标，y
lrwn
为第n个下方光线路径点的垂轴坐标；根据具体杂散光类型和路径点的选定，定义c
urn
的符号为：若上方光线落在表面有效孔径内为正，落在有效孔径外为负；
[0092]
步骤s42、构建下方评价函数c
lr
，下方评价函数为下方光线在每个上方光线路径点所在表面上的落点，与上方光线路径点的垂轴距离，公式为：
[0093]
|c
lrm
|＝|y
lr，urwm所在表面-y
urwm
|，
[0094]
其中，c
lrm
为基于第m个上方光线路径点的下方评价函数，y
lr，urwm所在表面
为有效下方光线在第m个上方光线路径点所在表面上的落点的垂轴坐标，y
urwm
为第m个上方光线路径点的垂轴坐标；根据具体杂散光类型和路径点的选定，定义c
lrm
的符号为：若下方光线落在表面有效孔径内为正，落在有效孔径外为负；
[0095]
步骤s43、利用上方评价函数和下方评价函数，计算杂散光评价函数c，总评价函数为最小上方评价函数与最小下方评价函数中的较大值，公式为：
[0096]
c＝max(min(c
urn
)，min(c
lrm
))。
[0097]
在该实施例中，杂散光评价函数分为上方评价函数、下方评价函数和总评价函数。上方、下方评价函数可有多个，总评价函数有且仅有一个，利用特征光线计算杂散光评价函
数时，首先需要分别计算上方光线评价函数的最小值和下方评价函数的最小值，表示这两个值的距离如图5所示，已省略其余非最小值的上方和下方评价函数，总评价函数为最小上方评价函数与最小下方评价函数中的较大值，该值为正时，证明杂散光存在于当前光学系统中，反之，则不存在杂散光。
[0098]
在本发明的一个实施例中，优选地，在所述步骤s5中，包括：
[0099]
将杂散光评价函数c输入光学设计软件，并通过加入优化限制使c小于预设阈值，所述预设阈值小于或等于0。
[0100]
在该实施例中，将上述杂散光评价函数计算的到的值导入光学软件，作为光学系统优化参数之一，通过光学系统软件对全景环带光学系统进行参数优化，通过加入优化限制使c小于预设阈值，所述预设阈值小于或等于0。所述步骤s5可利用包括但不限于：内建优化函数组合、自定义优化函数、外置程序接口等来实现。如图5所示，最小上方和下方评价函数都为负，两者中的大者为总评价函数，该值亦为负，证明该杂散光目前已经被完全抑制。
[0101]
根据本发明的一个方面，提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器、一个或多个存储器、以及一个或多个计算机程序；其中，处理器与存储器连接，上述一个或多个计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，该处理器执行该存储器存储的一个或多个计算机程序，以使电子设备执行如上述技术方案中任一项所述的一种抑制杂散光的光学系统设计方法。
[0102]
根据本发明的一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现如上述技术方案中任一项所述一种抑制杂散光的光学系统设计方法。
[0103]
综上所述，本发明提出了一种抑制杂散光的光学系统设计方法、设备及存储介质，通过确定需要分析和抑制的杂散光类型，根据杂散光类型，基于光阑视场角和子午平面内的相对孔径，绘制杂散光的光路图，再利用光路图得到特征光线及特征光线路径点，进而得到杂散光评价函数，根据杂散光评价函数优化设计光学系统，上述抑制杂散光的光学系统设计方法，在全景环带光学系统光学设计阶段，快速准确的评估当前光学系统的杂散光情况与风险，便于在光学设计阶段进行迭代，避免了大量基于光机系统建模和大批量光线追迹的杂散光分析工作，大大缩短光学系统的研发周期，减少研发成本，进一步地，在全景环带光学系统光学设计阶段，通过控制特定的优化函数，将几类产生于全景环带头部单元内的杂散光完全抑制，或至少达到风险可控的水平，能够实现设计、评估同时进行，提升了优化光学性能的自动化程度，加快了产品的设计效率。
[0104]
同时，本发明的抑制杂散光的光学系统设计方法具有普适性，可广泛应用于抑制存在于折反光学系统中的具有最小、最大视场角范围的杂散光。
[0105]
此外，需要说明的是，本发明可提供为方法、装置或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质上实施的计算机程序产品的形式。
[0106]
本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些
计算机程序指令到通用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0107]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0108]
还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
[0109]
最后需要说明的是，以上所述是本发明优选实施方式，应当指出，尽管已描述了本发明优选实施例，但对于本技术领域的技术人员来说，一旦得知了本发明的基本创造性概念，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

技术特征：
1.一种抑制杂散光的光学系统设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1、确认杂散光类型；步骤s2、根据杂散光类型，基于光阑视场角和子午平面内的相对孔径，绘制杂散光的光路图；步骤s3、根据步骤s2绘制的杂散光的光路图，得到特征光线及特征光线路径点；步骤s4、利用特征光线及特征光线路径点，计算杂散光评价函数；步骤s5、根据杂散光评价函数优化设计光学系统。2.根据权利要求1所述的抑制杂散光的光学系统设计方法，其特征在于，在所述步骤s1中，对全景环带光学系统进行杂散光建模分析仿真，确定需要分析和抑制的杂散光类型。3.根据权利要求1所述的抑制杂散光的光学系统设计方法，其特征在于，在所述步骤s2中，对所述步骤s1中确认的杂散光类型，基于至少3个光阑视场角θ和3个子午平面内的相对孔径ρ，从全景环带头部单元后的光阑位置出发，沿杂散光的路径反向追迹光线至全景环带光学系统的入射表面，并将光路合并绘制光路图。4.根据权利要求3所述的抑制杂散光的光学系统设计方法，其特征在于，在所述步骤s3中，所述特征光线分上方光线ur和下方光线lr，包括：步骤s31、确定上方光线路径点，并标记为urw1、urw2
……
，所述上方光线路径点为光路图中在光路经过的、且最大光阑视场角的光线的落点最靠近边缘的每个表面上，距离最大光阑视场角的光线最近的镜片边缘点；步骤s32、确定下方光线路径点，并标记为lrw1、lrw2
……
，所述下方光线路径点为光路图中在光路经过的、且最小光阑视场角的光线的落点最靠近边缘的每个表面上，距离最小光阑视场角的光线最近的镜片边缘点；步骤s33、利用特征光线的路径点确定特征光线。5.根据权利要求4所述的抑制杂散光的光学系统设计方法，其特征在于，在所述步骤s33中，包括：步骤s331、确定上方光线的相对孔径和光阑入射角，所述上方光线的相对孔径ρ
ur
为距离对应的上方光线路径点最远的光线的相对孔径，所述上方光线的光阑入射角θ
ur
为使得具有ρ
ur
的光线能够经过任一上方光线路径点的最小光阑入射角；步骤s332、确定下方光线的相对孔径和光阑入射角，所述下方光线的相对孔径ρ
lr
为距离对应的下方光线路径点最远的光线的相对孔径，所述下方光线的光阑入射角θ
lr
为使得具有ρ
lr
的光线能够经过任一下方光线路径点的最大光阑入射角。6.根据权利要求5所述的抑制杂散光的光学系统设计方法，其特征在于，还包括：利用试探光线在经过全景环带光学系统头部结构任一包含某个特征光线路径点的光学表面时的落点与对应的特征光线路径点的垂轴距离来识别该试探光线是否为一特征光线，即利用试探光线迭代寻找特征光线，试探光线落点与各路径点在所在表面上的垂轴距离记为：
其中，i
urw
为评价试探光线是否可认为是上方光线的指标，i
lrw
为评价试探光线是否可认为是下方光线的指标，y
urw
为上方光线路径点的垂直轴坐标，y
lrw
为下方光线路径点的垂轴坐标，y
试探光线，urw所在表面
为试探光线在对应的上方光线路径点所在光学表面的落点的垂轴坐标，y
试探光线，lrw所在表面
为试探光线在对应的下方光线路径点所在光学表面的落点的垂轴坐标；上式中，根据具体杂散光类型和路径点的选定，定义i
urw
和i
lrw
的符号为：若试探光线落在表面有效孔径内为正，落在有效孔径外为负；在i
urw
＝0时，该试探光线为上方光线，并对应一个光阑入射角在i
lrw
＝0时，该试探光线为下方光线，并对应一个光阑入射角确定有效上方光线和有效下方光线，有效上方光线和有效下方光线的光阑视场角满足：其中，θ
ur
为有效上方光线的光阑视场，θ
lr
为有效下方光线的光阑视场角，为使得试探光线经过第m个上方光线路径点的光阑视场角，为使得试探光线经过第n个下方光线路径点的光阑视场角。7.根据权利要求6所述的抑制杂散光的光学系统设计方法，其特征在于，在所述步骤s4中，具体包括：步骤s41、构建上方评价函数c
ur
，上方评价函数为上方光线在每个下方光线路径点所在表面上的落点，与下方光线路径点的垂轴距离，公式为：|c
urn
|＝|y
ur，lrwn所在表面-y
lrwn
|，其中，c
urn
为基于第n个下方光线路径点的上方评价函数，y
ur，lrwn所在表面
为有效上方光线在第n个下方光线路径点所在表面上的落点的垂轴坐标，y
lrwn
为第n个下方光线路径点的垂轴坐标；根据具体杂散光类型和路径点的选定，定义c
urn
的符号为：若上方光线落在表面有效孔径内为正，落在有效孔径外为负；步骤s42、构建下方评价函数c
lr
，下方评价函数为下方光线在每个上方光线路径点所在表面上的落点，与上方光线路径点的垂轴距离，公式为：|c
lrm
|＝|y
lr，urwm所在表面-y
urwm
|，其中，c
lrm
为基于第m个上方光线路径点的下方评价函数，y
lr，urwm所在表面
为有效下方光线在第m个上方光线路径点所在表面上的落点的垂轴坐标，y
urwm
为第m个上方光线路径点的垂轴坐标；根据具体杂散光类型和路径点的选定，定义c
lrm
的符号为：若下方光线落在表面有效孔径内为正，落在有效孔径外为负；步骤s43、利用上方评价函数和下方评价函数，计算杂散光评价函数c，总评价函数为最小上方评价函数与最小下方评价函数中的较大值，公式为：c＝max(min(c
urn
)，min(c
lrm
))。
8.根据权利要求7所述的抑制杂散光的光学系统设计方法，其特征在于，在所述步骤s5中，包括：将杂散光评价函数c输入光学设计软件，并通过加入优化限制使c小于预设阈值，所述预设阈值小于或等于0。9.一种电子设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器、一个或多个存储器、以及一个或多个计算机程序；其中，处理器与存储器连接，上述一个或多个计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，该处理器执行该存储器存储的一个或多个计算机程序，以使电子设备执行如权利要求1至8中任一项所述抑制杂散光的光学系统设计方法。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现如权利要求1至8中任一项所述抑制杂散光的光学系统设计方法。

技术总结
本发明涉及一种抑制杂散光的光学系统设计方法、设备及存储介质，光学系统设计方法包括以下步骤：步骤S1、确认杂散光类型；步骤S2、根据杂散光类型，基于光阑视场角和子午平面内的相对孔径，绘制杂散光的光路图；步骤S3、根据步骤S2绘制的杂散光的光路图，得到特征光线及特征光线路径点；步骤S4、利用特征光线及特征光线路径点，计算杂散光评价函数；步骤S5、根据杂散光评价函数优化设计光学系统。本发明的抑制杂散光的光学系统设计方法能够实现以超大视场、极低或无杂散光干扰，成像清晰、稳定为主要优点的光学设计。要优点的光学设计。要优点的光学设计。


技术研发人员：冯逸鹤 廖亦奇
受保护的技术使用者：杭州环峻科技有限公司
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/8/4