本發明涉及光學設計，具體而言，涉及一種對低光學材料成本的光學系統設計方法及裝置。

背景技術：

1、光學系統的實現不僅與系統的性能相關，還與系統成本密切相關。系統的成本涉及多個因素，包括系統的公差、尺寸、材料、面形等因素。光學設計人員在保證系統可實現的前提下，通過盡量降低系統的成本，提高光學系統生產制造過程的經濟效益。

2、針對一些批量生產的光學系統，所需材料量通常較大，部分光學玻璃廠商的玻璃材料有最低起訂重量，而針對一些設計指標較為嚴格的系統，會用到一些價格較為昂貴的玻璃，比如caf2等。無論是針對批量生產還是指標較為嚴格的系統，光學玻璃是影響系統價格的關鍵因素，不同材料的透鏡的價格差異較大，有些較昂貴的玻璃，隨著體積的增大，其價格更是成倍增長。后續的玻璃加工和裝配階段均基于此展開，且系統的可實現性與光學玻璃的選擇緊密相關。

3、目前針對光學系統的成本的研究，在公差分配階段，相關研究主要集中于如何合理分配公差以取得更好的經濟效益。而在設計階段的研究，多聚焦于位置誤差，如偏心、傾斜公差與成本的研究，即通過放寬公差的設計優化方法，實現放寬公差的目的。該部分研究多基于裝配過程的公差，而不是基于玻璃材料公差對光學系統成本影響的研究。

技術實現思路

1、本發明公開的目的在于提供一種低光學材料成本的光學系統設計方法和裝置，能夠解決上述提到的至少一個技術問題。具體方案如下：

2、根據本發明公開的具體實施方式，本發明第一方面公開一種低光學材料成本的光學系統設計方法，包括：根據光學系統的設計指標，得到滿足調制傳遞函數要求的初始系統結構；

3、根據所述光學系統的材料成本評價函數對所述初始系統結構進行優化，使所述光學系統的材料成本評價函數的數值小于1，且所述調制傳遞函數的變化量小于預設值；

4、所述光學系統的材料成本評價函數的表達式為：

5、；

6、其中， n為所述光學系統中的透鏡總數， k為系統組數，k≥0；

7、 α為價格體積影響因子的權重系數；

8、 β為公差影響因子的權重系數， α+ β=1；

9、為歸一化后第 i個透鏡的價格體積影響因數；

10、為歸一化后第 i個透鏡的公差影響因數；

11、所述價格體積影響因數與所述透鏡的相對價格和透鏡體積相關；

12、所述公差影響因數與所述透鏡的折射率誤差敏感度、透鏡體積和空氣間隔相關。

13、優選地，價格體積影響因子的表達式為：

14、；

15、其中，為所述透鏡的相對價格，為透鏡體積；

16、所述透鏡的相對價格通過對應的光學材料廠家獲取；

17、所述透鏡體積為所述透鏡的最大外輪廓，與所述透鏡的曲率半徑、中心厚度相關。

18、優選地，公差影響因子的表達式為：

19、；

20、其中， f為總視場數， f為視場；

21、 r和 a分別為光瞳采樣點的總環數和總臂數；

22、 r和 a分別為所述光瞳采樣點的環數和臂數；

23、為由當前透鏡的折射率引起的光瞳采樣點位置光程差的變化量。

24、優選地，根據所述光學系統的材料成本評價函數對所述初始系統結構進行優化，使所述光學系統的材料成本評價函數的數值小于1，且所述調制傳遞函數的變化量小于預設值，包括：

25、以所述初始系統結構中各個透鏡的曲率半徑、中心厚度以及空氣間隔為優化變量，計算所述光學系統的材料成本評價函數的數值以及所述各個透鏡的公差影響因數和價格體積影響因數；

26、替換公差影響因數和/或價格體積影響因數高的透鏡，使所述光學系統的材料成本評價函數的數值減小。

27、優選地，還包括：以所述調制傳遞函數的變化量的預設值為臨界條件，當替換所述透鏡材料后的光學系統的調制傳遞函數的變化量小于所述預設值時，繼續替換公差影響因數和/或價格體積影響因數高的透鏡，使所述光學系統的材料成本評價函數的數值減小，直至所述調制傳遞函數的變化量增加至接近所述預設值。

28、優選地，權重系數 α= β=0.5。

29、優選地，根據所述光學系統的材料成本評價函數對所述初始系統結構進行優化，使所述光學系統的材料成本評價函數的數值小于1，且所述調制傳遞函數的變化量小于預設值，包括：

30、以所述初始系統結構中各個透鏡的曲率半徑、中心厚度和空氣間隔為優化變量，計算所述光學系統的材料成本評價函數的數值以及價格體積影響因數；

31、替換所述價格體積影響因數高的透鏡，使所述光學系統的材料成本評價函數的數值減小，所述調制傳遞函數的變化量小于所述預設值。

32、優選地，根據所述光學系統的材料成本評價函數對所述初始系統結構進行優化，使所述光學系統的材料成本評價函數的數值小于1，且所述調制傳遞函數的變化量小于預設值，包括：

33、以所述初始系統結構中各個透鏡的曲率半徑、中心厚度和空氣間隔為優化變量，計算所述光學系統的材料成本評價函數的數值以及所述各個透鏡的公差影響因數；

34、替換所述公差影響因數高的透鏡，使所述調制傳遞函數的變化量小于所述預設值。

35、根據本發明公開的具體實施方式，本發明第二方面公開一種低光學材料成本的光學系統設計裝置，包括：輸入單元，根據光學系統的設計指標，得到滿足調制傳遞函數要求的初始系統結構；

36、優化單元，根據所述光學系統的材料成本評價函數對所述初始系統結構進行優化，使所述光學系統的材料成本評價函數的數值小于1，且所述調制傳遞函數的變化量小于預設值；

37、所述光學系統的材料成本評價函數的表達式為：

38、；

39、其中， n為所述光學系統中的透鏡總數， k為系統組數， k≥0；

40、 α為價格體積影響因子的權重系數；

41、 β為公差影響因子的權重系數， α+ β=1；

42、為歸一化后第 i個透鏡的價格體積影響因數；

43、為歸一化后第 i個透鏡的公差影響因數；

44、所述價格體積影響因數與所述透鏡的相對價格和體積相關；

45、所述公差影響因數與所述透鏡的折射率誤差敏感度、透鏡體積和空氣間隔相關。

46、根據本發明公開的具體實施方式，本發明第三方面公開一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，所述程序被處理器執行時實現如上任一項所述的對文檔中的內容進行編輯的方法。

47、根據本發明公開的具體實施方式，第四方面，本發明公開提供一種電子設備，包括：一個或多個處理器；存儲裝置，用于存儲一個或多個程序，當所述一個或多個程序被所述一個或多個處理器執行時，使得所述一個或多個處理器實現如上任一項所述的對文檔中的內容進行編輯的方法。

48、本發明公開的上述方案與現有技術相比，至少具有以下有益效果：

49、本發明在傳統優化方法的基礎上，結合了透鏡材料的相對價格，使用材料成本評價函數表征在定制透鏡玻璃材料階段的成本，從而在優化光學材料成本的過程中指導光學系統設計。