(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111164562.6 (22)申请日 2021.09.3 0 (71)申请人 东北大学 地址 110819 辽宁省沈阳市和平区文化路3 号巷11号 (72)发明人 程同蕾　孙远琪　孙元和　陈晓雨　 闫欣　王方　张学楠　 (74)专利代理 机构 沈阳东大知识产权代理有限 公司 21109 代理人 梁焱 (51)Int.Cl. G02B 27/00(2006.01) G02B 17/08(2006.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/00(2006.01) (54)发明名称 基于粒子群算法的同轴反射式光学系统初 始结构求 解方法 (57)摘要 本发明公开了基于粒子群算法的同轴反射 式光学系统初始结构求解方法， 涉及光学设计技 术领域。 包括步骤1： 根据应用需求， 确定待求解 初始结构的同轴反射式光学系统及对应的待求 解的基本 结构参数； 步骤2： 利用粒子群算法求解 出待求解的基本结构参数， 进而获得所述同轴反 射式光学系统的初始结构。 以粒子群算法为工 具， 以反射式光学系统的五种几何像差的加权和 为评定准则， 将同轴反射式光学系统初始结构设 计过程转化为求解同轴反射式光学系统评价函 数的全局最优解的过程， 无需繁杂的代数计算和 后期调试， 可直接获得同最优结构参数， 且所获 同轴反射式光学系统光学结构紧凑， 成像效果在 奈奎斯特频率处接近衍射极限， 极大程度地提升 了设计效率与可靠性。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 113900249 A 2022.01.07 CN 113900249 A 1.一种基于粒子群算法的同轴反射式光学系统初始结构求解方法， 其特征在于， 该方 法包括： 步骤1： 根据应用需求， 确定待求解初始结构的同轴反射式光学系统及对应的待求解的 基本结构参数； 步骤2： 利用粒子群算法求解出待求解的基本结构参数， 进而获得所述同轴反射式光学 系统的初始结构。 2.根据权利要求1所述的基于粒子群算法的同轴反射式光学系统初始结构求解方法， 其特征在于， 所述 步骤2包括如下步骤： 步骤2.1： 将输入参数的维度N设定为待求解的基本结构参数的总数， 并将待求解的基 本结构参数分别作为评价 函数的自变量， 且确定各自变量的取值范围作为 解空间； 步骤2.2： 设置学习因子、 惯性因子、 种群规模和迭代次数， 且将由待求解的各基本结构 参数构成的一个N 维向量视作一个粒子， 并以粒子的位置代表各基本结构参数的数值解， 以 粒子的速度代 表各基本结构参数的数值 解的变化趋势， 且粒子位置和速度也均为 N维向量； 步骤2.3： 建立评价 函数； 步骤2.4： 在解空间内， 通过粒子群算法寻找评价函数的最小值， 并输出对应的全局最 优解； 步骤2.5： 判断输出的全局最优解是否为所述同轴反射式光学系统所需的最优的基本 结构参数解， 若否， 则转至步骤2.4， 若是， 则输出的全局最优解为所述同轴反射式光学系统 所需的最优的基本结构参数解， 并将其作为所述同轴反射式光学系统的最优的基本结构参 数组合， 从而获得 该同轴反射式光学系统的初始结构。 3.根据权利要求2所述的基于粒子群算法的同轴反射式光学系统初始结构求解方法， 其特征在于， 所述建立评价函数的方法为利用光学系统的五种单色像差的加权和表示评价 函数， 评价 函数值越低， 代 表所设计的光学系统的图像质量越高。 4.根据权利要求3所述的基于粒子群算法的同轴反射式光学系统初始结构求解方法， 其特征在于， 所述评价 函数的表达式为： 其中， S1、 S2、 S3、 S4、 S5分别代表光学系统的五种单色像差中的球差、 慧差、 像散、 场曲和 畸变； 分别为赋予这五种单色像差各自的权 重值。 5.根据权利要求3或4所述的基于粒子群算法的同轴反射式光学系统初始结构求解方 法， 其特征在于， 所述五种单色像差各自的权 重值相等。 6.根据权利要求5所述的基于粒子群算法的同轴反射式光学系统初始结构求解方法， 其特征在于， 所述五种单色像差各自的权 重值均为0.2。 7.根据权利要求2所述的基于粒子群算法的同轴反射式光学系统初始结构求解方法， 其特征在于， 所述 步骤2.4包括如下步骤： 步骤2.4.1： 在解空间中随机化每个粒子的速度与 位置以初始化每个粒子， 并计算初代 粒子群中每 个粒子个 体的历史最优解和粒子群 体的全局最优解； 步骤2.4.2： 进行迭代， 在每次迭代时， 同时将每 个粒子的速度与位置进行 更新； 步骤2.4.3： 当粒子群中所有粒子的速度和位置更新完毕， 形成了新一代的粒子群后，权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113900249 A 2计算新粒子群中每 个粒子的评价 函数； 步骤2.4.4： 根据新粒子群中每个粒子的评价函数更新每个粒子的历史最优解 和粒子种群的全局最优解gbsetk+1； 步骤2.4.5： 重复执行步骤2.4.2至步骤2.4.4， 直到达到预设的迭代次数， 输出最后的 全局最优解。 8.根据权利要求2所述的基于粒子群算法的同轴反射式光学系统初始结构求解方法， 其特征在于， 所述判断输出的全局最优解是否为所述同轴反射式光学系统所需的最优的基 本结构参数解的方法为： 通过观察适应度进化 曲线中的评价函数值是否达到期望值， 若达 到期望值， 则判断输出的全局最优解是所述同轴反射式光学系统所需的最优的基本结构参 数解。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113900249 A 3