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龙图腾网获悉上海大学申请的专利一种用于激光整形的自由曲面多目标优化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：CN118981108B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-12-26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：202411149546.3，技术领域涉及：G02B27/00；该发明授权一种用于激光整形的自由曲面多目标优化设计方法是由黄怿;查睿宸;王廷云;邓传鲁;胡程勇;张小贝设计研发完成，并于2024-08-21向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种用于激光整形的自由曲面多目标优化设计方法在说明书摘要公布了：本发明涉及自由曲面光学设计领域，尤其是指一种用于激光整形的自由曲面多目标优化设计方法。具体步骤包括：根据光线映射法建立光源面与目标面的光线映射关系，得到光源面离散采样点、目标面离散采样点，并根据折射定律得到自由曲面的离散采样点；对自由曲面的离散采样点进行XY多项式拟合，得到自由曲面的多项式数理模型；以光斑均匀度、曲面质量作为优化目标构造目标函数，使用多目标粒子群算法对自由曲面的多项式数理模型中的系数进行优化，输出Pareto最优解集；在Pareto最优解集中选择满足预设条件的解，得到对应优化后的多项式数理模型作为目标自由曲面，对目标自由曲面进行验证。本发明方法能够设计平衡光学指标和曲面质量的自由曲面。

本发明授权一种用于激光整形的自由曲面多目标优化设计方法在权利要求书中公布了：1.一种用于激光整形的自由曲面多目标优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤： 根据光线映射法建立光源面、自由曲面、目标面的光线映射关系，计算得到光源面离散采样点、目标面离散采样点；根据光源面离散采样点、目标面离散采样点，使用Snell折射定律的矢量形式计算得到自由曲面离散采样点； 根据目标光斑的形状及复杂程度，确定多项式形式及阶数，对自由曲面离散采样点进行XY多项式拟合，得到自由曲面的多项式数理模型作为所述自由曲面的初始结构； 以光斑均匀度、曲面质量作为所述自由曲面的优化目标构造目标函数，包括：基于目标面离散采样点平均坐标偏差和自由曲面离散采样点的平均法向量偏差建立第一目标函数，以表征所述自由曲面的光学指标：目标面离散采样点的平均坐标偏差，计算公式如下： 其中，与分别表示目标面上划分网格中第i行第j列的目标面离散采样点在x轴、y轴方向的实际坐标；xi,j与yi,j表示该目标面离散采样点的理想设计坐标；其中i、j分别表示对应划分的MⅹN个网格中的第i行第j列； 自由曲面离散采样点的平均法向量偏差，计算公式如下： 其中分别表示该目标面离散采样点对应自由曲面上的自由曲面离散采样点在x轴、y轴、z轴方向上的实际法向量；Nxi,j、Nyi,j、Nzi,j表示该自由曲面离散采样点在x轴、y轴、z轴方向上的理想设计法向量； 综上，建立第一目标函数f1，计算公式如下： 其中，w1、w2分别表示目标面离散采样点平均坐标偏差、自由曲面离散采样点的平均法向量偏差的权重； 基于自由曲面离散采样点的高斯曲率的变化率的标准差建立第二目标函数，以表征所述自由曲面的曲面质量：自由曲面离散采样点的高斯曲率K，计算公式如下： 以该自由曲面离散采样点沿x轴、y轴方向的梯度表示该自由曲面离散采样点的高斯曲率的变化率； 建立第二目标函数f2，计算公式如下： 式中表示该自由曲面离散采样点的高斯曲率梯度大小；表示该自由曲面离散采样点高斯曲率梯度大小的平均值；和表示该自由曲面离散采样点沿x方向和y方向的高斯曲率梯度；N表示自由曲面离散采样点的个数； 以每个粒子表示自由曲面的多项式数理模型的一个系数组合，使用多目标粒子群算法对自由曲面的多项式数理模型中的系数进行优化，输出Pareto最优解集； 在Pareto最优解集中选择满足预设条件的解，并得到对应优化后的多项式数理模型作为目标自由曲面，并验证该目标自由曲面，包括：在Pareto最优解集中，选择满足预设条件的解并得到对应优化后的多项式数理模型作为目标自由曲面，其中预设条件为满足光斑均匀度和曲面质量； 根据自由曲面离散采样点的高斯曲率对目标自由曲面的曲面质量进行分析；利用光学软件对所述目标自由曲面进行光线追迹得到的仿真结果对目标自由曲面的光斑均匀度进行验证； 光斑均匀度描述为平均辐照度值与最大辐照度值之比，URSD表示仿真结果输出图片的每个像素点辐照度值的相对标准偏差，表征目标面形成的光斑区域的均匀性，计算公式如下： 表示相干辐照度的平均值，Imax表示相干辐照度的最大值，Ii表示光斑中每个像素点的相干辐照度值，N表示仿真目标平面像素点的数量，其中所有光斑中每个像素点的相干辐照度值Ii都已归一化，范围为[0,1]。

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