以PV值为优化目标的光学系统支撑结构

摘要：

光机系统中支撑结构与光学元件的接触位置、接触面积、接触应力及支撑结构的柔度是光学系统成像质量的重要影响因素,为了降低因垂直方向支撑引起的几何像差,以像差指数PV值为优化目标,对单个透镜接触支撑结构进行了拓扑优化设计.首先建立接触拓扑优化模型,以采用Signorini接触条件建立的刚性支撑单向接触中的线弹性结构为例,验证了接触拓扑优化模型的正确性.用透镜变形函数来描述透镜的像差指数PV值,将其作为拓扑模型的优化目标.采用SIMP方法描述拓扑优化设计变量,采用扩展后的拉格朗日算子求解接触条件.采用MMA优化算法求解拓扑优化模型的最优解.通过拓扑优化设计变量的最优解,定义了满足几何畸变要求的支撑结构的最优拓扑结构.结果表明,该方法可使透镜PV值降低14％,面形RMS值降低13.8％.同时搭建实验平台,对透镜PV值和RMS值进行测试,得到的最佳接触支撑结构的支持试验结果表明,平面反射镜表面PV值分别降低了60.4％和42.9％,面形RMS值分别降低了74.3％和38.9％,优化后的接触支撑结构有效地提高了高精度单透镜支架的精度,具有很大的实际应用潜力.

关键词：拓扑优化、光力耦合、面型分析、光机结构

所属期刊栏目：40

分类号：O439(光学)

资助基金：国家自然科学基金51605465;中国科学院科研设备研究项目资助

在线出版日期：2019-10-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：1303-1310