[发明专利]一种大形变高面形精度变曲率反射镜结构参数优化方法

权利要求书

1.一种大形变高面形精度变曲率反射镜结构参数优化方法，所述结构参数包括：中心厚度值、口径、支撑壁厚度值、内外边缘圆角半径值及基底高度和宽度值；其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、根据光学设计要求的全口径和曲率半径变化值，确定变曲率反射镜产生此曲率半径变化时，中心形变量大小；

步骤2、确定变曲率反射镜中心厚度；

根据薄板形变理论方程，结合驱动能力及步骤1中的全口径，通过初步计算，获得实现中心形变量大小所需要的变曲率反射镜中心理论厚度范围值；

步骤3、绘制变曲率反射镜的初始结构模型；

以步骤2中确定的变曲率反射镜中心理论厚度范围值、全口径以及变曲率反射镜的初始厚度分布方程，同时预设变曲率反射镜支撑壁厚度、内外边缘圆角半径值及基底高度和宽度值，绘制变曲率反射镜的初始结构模型；

步骤4、对变曲率反射镜的初始结构模型进行有限元分析，得到变曲率反射镜在各预设参数下形变后的初始面形精度及中心形变量；

步骤5、使用控制变量的方法，对影响变曲率反射镜中心形变量及面形精度的参数值进行改变，得到合适的变曲率反射镜的结构参数；

步骤6、对变曲率反射镜的厚度分布进行像差的针对性优化，经过反复迭代优化，得到面形精度满足要求的结构参数；

上述步骤5具体为：

步骤5.1、改变内边缘圆角半径值：从预设的内边缘圆角半径值以一定步长值增加或减少，建立新的变曲率反射镜结构模型并进行有限元分析；

步骤5.2、提取有限元分析后变曲率反射镜表面的节点位置及每个节点形变前后相应的位移值，进行面形的泽尼克分析，得到每次改变后的像差变化情况，将其与步骤4中得到的初始面形精度及中心形变量进行对比，对比结果按以下规则处理：

如果面形精度提高、中心形变量值不变或增大，则继续在此基础上增加或减小内边缘圆角半径值，直至面形精度及中心形变量值达到最大，将此时的内边缘圆角半径值确定为最优值；

如果面形精度降低或中心形变量值减小，则退回到预设值，并将内边缘圆角半径值向反方向改变，直至面形精度及中心形变量值达到最大，将此时的内边缘圆角半径值确定为最优值；

步骤5.3、以步骤5.2中最优内边缘圆角半径值对应的变曲率反射镜结构模型为基础，改变变曲率反射镜支撑壁厚度，重复步骤5.1至5.2的操作步骤，获得变曲率反射镜支撑壁厚度的最优值；

步骤5.4、以步骤5.3中最优支撑壁厚度对应的变曲率反射镜结构模型为基础，改变外边缘圆角半径值，重复步骤5.1至5.2的操作步骤，获得外边缘圆角半径值的最优值。

2.根据权利要求1所述的大形变高面形精度变曲率反射镜结构参数优化方法，其特征在于，在步骤5.3与步骤5.4之间还包括如下步骤：

判断中心形变量值是否达到所要求的中心形变量值，若否，则在中心理论厚度范围值内调整变曲率反射镜的中心厚度值，使得中心形变量值达到所要求的中心形变量值；若是，则直接进入步骤5.4。

3.根据权利要求2所述的大形变高面形精度变曲率反射镜结构参数优化方法，其特征在于，所述步骤6的具体为：

步骤6.1、根据变曲率反射镜初始厚度分布方程y＝t₀*[(1-ρ²)^1/3]以及步骤5中确立的支撑壁厚度、内外边缘圆角半径值建立变曲率反射镜结构模型，并进行有限元分析；其中上式中t₀为变曲率反射镜的中心厚度，ρ＝r/a，为变曲率反射镜的归一化半径，a为变曲率反射镜半径；

步骤6.2、提取有限元分析后的表面节点的位置坐标及每个节点形变前后相应的位移值，对提取的数据进行基于泽尼克多项式的波前分解；

步骤6.3、根据有限元分析结果，以变曲率反射镜初始厚度分布以及基于泽尼克多项式的波前分解所对应的各阶像差多项式为基础，进行变曲率反射镜的厚度优化；

在变曲率反射镜初始厚度分布的基础上，叠加对应的泽尼克多项式各阶像差项，得到新的厚度分布情况；

使用该分布建立新的变曲率反射镜结构模型进行有限元分析，进行面形的泽尼克分析，得到像差变化情况，与上一次厚度分布改变得到的面形精度进行对比，若没有达到阈值，通过改变分别代表各阶像差的系数的大小，调整面形精度，直至达到阈值。