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龙图腾网获悉中国科学院西安光学精密机械研究所申请的专利添加可制造约束的方形孔径自由曲面光学系统设计方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119596530B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-11-21发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202411998061.1，技术领域涉及：G02B17/06；该发明授权添加可制造约束的方形孔径自由曲面光学系统设计方法是由毛祥龙;赵宏恺设计研发完成，并于2024-12-31向国家知识产权局提交的专利申请。

本添加可制造约束的方形孔径自由曲面光学系统设计方法在说明书摘要公布了：本发明涉及光学系统设计方法，具体涉及一种添加可制造约束的方形孔径自由曲面光学系统设计方法，用于解决星载空间目标探测系统的探测灵敏度与系统体积、重量之间存在矛盾的不足之处。该添加可制造约束的方形孔径自由曲面光学系统设计方法，用方形孔径光阑替代传统的圆形孔径光阑，利用自由曲面设计方法生成初始自由曲面光学系统，用方形区域内正交的ChebyShev多项式表征，并在设计优化过程中添加可制造约束，使得在相对更小的体积下实现更高的探测灵敏度。

本发明授权添加可制造约束的方形孔径自由曲面光学系统设计方法在权利要求书中公布了：1.添加可制造约束的方形孔径自由曲面光学系统设计方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤1、根据离轴三反光学系统的设计指标，选取三反光学系统作为初始模型，初始模型包括主镜M1、次镜M2、三镜M3；对初始模型进行离轴光路布局设计，并通过调整次镜M2和三镜M3的相对位置实现光束的离轴无遮挡传输，得到离轴三反光学系统； 步骤2、利用Zemax和Matlab交互，应用逐点构建迭代法优化步骤1中离轴三反光学系统的主镜M1、次镜M2、三镜M3，得到主镜M′1、次镜M′2、三镜M′3，进而得到初始自由曲面光学系统； 步骤2.1、利用Zemax和Matlab交互，应用逐点构建迭代法对步骤1中离轴三反光学系统的主镜M1、次镜M2、三镜M3构建初始自由曲面； 步骤2.1.1、选取视场、分割方形孔径，得到多个特征光线； 步骤2.1.2、在Zemax中追迹多个特征光线，得到特征光线的起点坐标、方向向量； 步骤2.1.3、在Matlab中，根据光学物像关系和最短光线算法，逐点计算特征光线在待求初始自由曲面上的特征点的三维坐标及其法向量； 步骤2.1.4、使用拟合算法生成初始自由曲面表达式，逐镜完成初始自由曲面构建； 步骤2.2、对步骤2.1得到的初始自由曲面进行迭代优化，得到初始自由曲面光学系统； 步骤2.2.1、选取视场、分割方形孔径，得到多个特征光线； 步骤2.2.2、在Zemax中，追迹多个特征光线，获取特征光线与初始自由曲面的交点； 步骤2.2.3、在Matlab中基于费马原理和物像关系计算每个特征点的法向量； 步骤2.2.4、综合更新后的特征点的三维坐标与法向量，重新拟合生成初始自由曲面表达式； 步骤2.2.5、对所有初始自由曲面逐镜迭代优化，得到主镜M′1、次镜M′2、三镜M′3，进而得到初始自由曲面光学系统； 步骤3、在步骤2得到的初始自由曲面光学系统中引入ChebyShev多项式表征主镜M′1、次镜M′2、三镜M′3，并通过添加可制造性约束进行优化，得到主镜M"1、次镜M"2、三镜M"3，进而得到方形孔径自由曲面光学系统； 步骤3.1、在Zemax中对步骤2中初始自由曲面光学系统的主镜M′1、次镜M′2、三镜M′3进行光线追迹，获取主镜M′1、次镜M′2、三镜M′3上的特征点数据，特征点数据包括特征点的三维坐标和法向量； 步骤3.2、将主镜M′1、次镜M′2、三镜M′3分别用6阶偶次ChebyShev多项式表征，每个镜面关于YOZ平面对称；利用Matlab对特征点数据进行拟合，生成每个镜面的ChebyShev多项式表达式； 步骤3.3、控制每个镜面在方形区域边缘的矢高差之和为零，消除多项式自身引起的piston项和tilt项； 步骤3.3.1、控制每个镜面的方形孔径边缘的矢高差之和zsagsum为零，约束公式为： 式中，a0，2、a2，0、a2，2是低阶分量，反映了自由曲面在x-y方向上的主要弯曲和非对称性；a0，4、a4，0是中阶分量，描述了自由曲面的四次非对称分布；a0，6、a6，0是高阶分量；a2，4、a4，2是混合阶次项； 步骤3.3.2、消除多项式自身引起的piston项： piston＝α0，0-α2，0-α0，2+α4，0+α2，2+α0，4-α6，0-α4，2-α2，4-α0，6＝0 步骤3.3.3、消除多项式自身引起的tilt项： tilt＝α0，1-3α0，3+5α0，5-α2，1+3α2，3+α4，1＝0； 步骤3.4、通过优化循环逐步提升光学系统性能，直至到达收敛条件，得到主镜M"1、次镜M"2、三镜M"3，进而得到方形孔径自由曲面光学系统；所述收敛条件为连续多次优化循环中，整体镜面矢高差的变化幅度小于等于收敛阈值。

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