[发明专利]光学系统公差分析方法

说明书

本发明提供一种光学系统公差分析方法，包括以下步骤：S1、计算光学系统的PSF椭率；S2、根据PSF椭率对公差灵敏度进行分析，并完成公差分配；S3、生成M个含公差的光学系统随机样本；S4、分别计算每个随机样本中N个特征视场的PSF椭率，获得M×N个PSF椭率的计算结果；S5、对M个样本通过统计方法计算N个视场的PSF椭率的变化量；S6、根据所述PSF椭率的变化量对成像稳定性公差进行评价。本发明构建的基于PSF椭率样本统计的公差分配评价方法，实现了基于PSF椭率的光学系统公差分析和分配，提高了光学系统公差分配精度和准确性。

技术领域

本发明涉及天文光学技术领域，特别涉及一种光学系统公差分析方法。

背景技术

暗物质的探测一直以来都是天文观测领域重点研究的方向之一，目前对暗物质的探测是通过来自遥远天体的光线被路径上一切物质(包括暗物质)造成引力偏移的弱引力透镜效应，对暗物质进行间接的测量。弱引力透镜效应会导致星系的形状发生变化，在天文观测领域，采用“椭率”来衡量暗物质探测过程中星系形状变化程度。

由于弱引力透镜效应造成的所观测到星系的椭率相关性变化十分微小，因此要求天文观测系统自身的点扩散函数(Point Spread Function，PSF)椭率大小不超过百分之十五。光学系统的PSF椭率决定了弱引力透镜效应的测量精度，光学系统的PSF椭率的高精度计算是暗物质精确探测的关键。目前，国内外多篇文献报导了光学系统PSF椭率的定义，根据定义可以估算出光学系统PSF椭率的大小，用以评估光学系统是否满足巡天应用需求。

对于大视场巡天望远镜光学系统，在轨成像稳定性误差是决定其在轨成像性能的关键，常规的成像稳定性分析方法采用RMS波像差或调制传递函数(MTF)作为评价指标，由于RMS波像差或MTF与PSF椭率存在相关性，但无法直接换算，采用RMS波像差或MTF作为评价指标的成像稳定性公差分析方法获取的公差分配结果存在一定的误差。当前光学设计软件既无PSF椭率的计算功能，又无以PSF椭率作为评价指标的公差分析模块，因此，需构建基于PSF椭率的在轨成像稳定性公差分析方法完成对大视场巡天望远镜光学系统的成像稳定性误差分析和分配。

当前的光学系统成像稳定性公差分析方法一般采用RMS波像差或MTF作为评价指标，根据RMS波像差或MTF对公差的灵敏度进行光学系统公差的分配。对于大视场巡天望远镜光学系统，PSF椭率是衡量其在轨成像性能最核心的参数，RMS波像差或MTF与PSF椭率之间无直接关联，无法等效，因此采用RMS波像差或MTF的光学系统在轨成像稳定性分析方法获取的成像稳定性公差，无法高精度表征大视场巡天望远镜光学系统的PSF椭率性能，同时，目前光学设计软件中无PSF椭率参量的计算功能，无以PSF椭率作为评价指标的公差分析功能和模块。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提出一种光学系统公差分析方法，采用数值计算软件调用光学设计软件的方法，通过对公差样本的PSF椭率的计算和统计，利用概率密度分布函数，以PSF椭率的变化量来评价和分配大视场巡天望远镜光学系统成像稳定性公差，从而修正基于采用RMS波像差或MTF作为评价指标所获取的成像稳定公差，提高成像稳定性公差分配精度和准确性。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明提供一种光学系统公差分析方法，包括以下步骤：

S1、计算光学系统特征视场下的PSF椭率；

S2、根据PSF椭率对公差灵敏度进行分析，并完成公差分配；

S3、生成M个含公差的光学系统随机样本；

S4、分别计算每个随机样本中N个特征视场的PSF椭率，获得M×N个PSF椭率的计算结果；

S5、对M个样本通过统计方法计算N个视场下的PSF椭率的变化量。

S6、根据所述PSF椭率的变化量对成像稳定性公差进行评价。