[发明专利]一种多物理场耦合作用下反射镜光学表面误差的获取方法

说明书

本发明提供了一种多物理场耦合作用下反射镜光学表面误差的获取方法，首先，通过定义矢高参考点以及利用反射镜光学表面中心初始矢高量在加载约束条件的情况下始终保持不变的特性，通过任意离散点变形前矢高量以及任意离散点变形后等效矢高量，从而得到任意离散点变形后在矢高方向真实变形量，通过该真实变形量可得到精准的反射镜光学表面误差，提高了光学表面误差分析计算精度，避免错误或不可信结果的产生。其次在有限元软件中得到修正的光学表面所有离散点坐标值，提高了光学表面误差的获取精度。

技术领域

本发明涉及反射镜光学表面误差获取方法，尤其涉及一种多物理场耦合作用下反射镜光学表面误差的获取方法。

背景技术

对于高性能的光学系统(即成像系统以及非成像系统)，为获取高质量的成像品质或精确的指向精度，需保证光学元件满足严苛的表面误差要求。表面误差通常分为表面面型误差及表面位置误差。表面面型误差以波长为参考，通常严格要求其在各种物理场作用下的变化量在波长的几分之一；而表面位置误差常通过刚体位移反映，其量级也要求在微米及微弧度级别。

重力场、温度场、装配机械应力、粘胶固化收缩等都会引起光学元件表面误差的产生。工程实践中往往并不具备条件对特定工况下的光学元件表面误差进行测量与评价。常用的手段是采用有限元分析方法评价各种外界因素对表面误差的影响。但采用目前常用的光学表面误差处理方法来处理多物理场耦合的反射镜表面误差，主要存在如下两个问题：

1、目前一些公开技术文件中关于反射镜表面面型误差数据处理通常流程为：针对反射镜---定义光轴Z向为矢高方向---导入有限元离散化获取反射镜表面离散点X、Y、Z坐标值---施加物理场获取光学表面离散点沿矢高方向变形量---求解由矢高方向变形量、离散点坐标值及Zernike多项式组成的超定方程组---得到Zernike系数及光学表面面型误差(PVrms)。但在有热力场作用下，由于反射镜存在因热应力而产生的沿径向的收缩或膨胀，上述方法直接获取的离散点矢高方向变形量并非反射镜真实矢高变形，这将导致计算结果的精确度降低或者错误。

2、当反射镜为非球面反射镜时初始理想表面的精度问题，有限元方法借助UG、SolidWorks等三维软件将建立的3D模型离散化进行数值仿真分析，但由于上述提到光学表面误差处理的高精度要求(nm级)，借助三维软件模型在有限元中离散化的初始光学表面已经具有较大的误差，并不能满足后续多物理场作用下的误差分析。

发明内容

为了解决现有反射镜光学表面误差获取方法在热力场作用下获取的离散点矢高方向变形量并非反射镜真实矢高变形，导致获取的表面误差结果的精确度降低甚至错误的问题，以及现有方法获取非球面反射镜光学表面误差时，三维软件模型在有限元中离散化的初始光学表面具有较大误差，并不能满足后续多物理场作用下的误差分析问题，从而提供了一种多物理场耦合作用下反射镜光学表面误差的获取方法。

本发明的具体技术方案是：

本发明提供了一种多物理场耦合作用下反射镜光学表面误差的获取方法，当反射镜为非球面反射镜时，根据如下步骤进行：

步骤1：根据非球面反射镜的标准方程，在三维软件中建立非球面反射镜三维模型，定义三维模型的坐标原点为非球面反射镜三维模型的光学表面中心点；所述非球面反射镜的标准方程具体为：

2rz＝x²+y²+(1+k)·z²；

r为非球面反射镜的曲率半径，k为非球面系数，x、y、z为光学表面离散点坐标值；

步骤2：通过有限元软件读取中非球面反射镜三维模型，并将非球面反射镜三维模型进行离散化处理，得到非球面反射镜三维模型光学表面离散化后所有离散点的坐标值集合

步骤3：提取坐标值集合中非矢高方向坐标集合并代入非球面反射镜的标准方程中，计算得到修正后非球面反射镜三维模型的光学表面所有坐标值集合