(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211072362.2 (22)申请日 2022.09.02 (71)申请人 上海索辰信息科技股份有限公司 地址 201204 上海市浦东 新区五星路676弄 27号 (72)发明人 张志刚　孙瑶　 (74)专利代理 机构 上海泰能知识产权代理事务 所(普通合伙) 3123 3 专利代理师 宋缨 (51)Int.Cl. G01M 11/02(2006.01) G01M 11/00(2006.01) G06F 30/23(2020.01) (54)发明名称 一种基于无序折 射率的热光效应分析方法 (57)摘要 本发明涉及一种基于无序折射率的热光效 应分析方法， 包括： 步骤(1)： 获取光学系统的温 度场数据； 步骤(2)： 基于所述温度场数据， 计算 光学系统的折射率分布函数， 并基于所述折射率 分布函数计算光学系统的无序折射率； 步骤(3)： 基于所述折射率分布函数中的无序折射率系数 和光学系统的无序折射率， 对光学系统进行折射 率面拟合； 步骤(4)： 对折射率面拟合后的光学系 统的光线传输情况进行分析。 本发 明能够对光学 系统的热光效应进行有效分析。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 115452326 A 2022.12.09 CN 115452326 A 1.一种基于无序折 射率的热光效应分析 方法， 其特 征在于， 包括： 步骤(1)： 获取光学系统的温度场数据； 步骤(2)： 基于所述温度场数据， 计算光学系 统的折射率分布函数， 并基于所述折射率 分布函数计算 光学系统的无序折 射率； 步骤(3)： 基于所述折射率分布函数中的无序折射率系数和光学系统的无序折射率， 对 光学系统进行折 射率面拟合； 步骤(4)： 对折 射率面拟合后的光学系统的光线传输情况进行分析。 2.根据权利要求1所述的基于无序折射率的热光效应分析方法， 其特征在于， 所述步骤 (2)中的光学系统的折 射率分布函数公式为： 其中， n为光学系统材料中一点处的折射率分布函数， T为温度， λ为波长， nref表示光学 系统在参考温度情况下的相对折射率， Tref表示参考温度， A0、 A1、 E0、 E1、 λTK均为光学系统中 透镜材料参数。 3.根据权利要求1所述的基于无序折射率的热光效应分析方法， 其特征在于， 所述步骤 (2)通过 计算光学系统的无序折射率， 其中， 为光学系统的无序折射率， n 为光学系统材 料中一点处的折 射率分布函数， dl 为光线轨迹上的微弧长， 为单位矢量。 4.根据权利要求1所述的基于无序折射率的热光效应分析方法， 其特征在于， 所述步骤 (3)中折射率分布函数中的无序折射率系数通过n＝n0+n1x+n2y+n3z+n4x2+n5y2+n6z2计算得 到， 其中， n为光学系统材料中一点处的折射率分布函数， n0为标准大气压标准温度下的折 射率值， n1、 n2、 n3表示无序折射率系数在x、 y、 z方向的线性系数， n4、 n5、 n6表示无序折射率系 数在x、 y、 z方向的二次系数。 5.根据权利要求1所述的基于无序折射率的热光效应分析方法， 其特征在于， 所述步骤 (2)还包括： 计算光学系统的无序折射率时， 根据Sellmeier方程实现多光谱分析， 公式为： 其中， n( λ )为随波长变化而改变的折射率分布函数， λ为波长， B1、 B2、 B3、 C1、 C2、 C3均为光学系统中透 镜材料参数。 6.根据权利要求1所述的基于无序折射率的热光效应分析方法， 其特征在于， 所述步骤 (4)通过光线追迹方法对折射率面拟合后的光学系统在不同受热时的光线传输情况进行分 析， 所述光线追迹方法的公式为： 其中， n(r)表示介质折 射率的变化， 与光波传输半径相关， dl为光线轨迹上的微弧长， 表示相位函数， r(l)为 光线轨迹上任意 一点的位置 矢量。 7.根据权利要求1所述的基于无序折射率的热光效应分析方法， 其特征在于， 所述步骤 (3)具体为： 基于所述折射率分布函数中的无序折射率系数和光学系统的无序折射率， 通过 最小二乘法对光学系统进行折 射率面拟合。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115452326 A 2一种基于无序折射率的热光效应分析方 法 技术领域 [0001]本发明涉及 光机热集成分析技术领域， 特别是涉及一种基于无序折射率的热光效 应分析方法。 背景技术 [0002]光机热集成分析技术可有效解决多学科耦合分析问题， 打破各学科间的壁垒， 被 广泛应用于空间光学系统的分析。 受空间环境影响， 在不同的工况下， 因温度和机械受力不 同， 光学系统表面会发生形变， 影响光学系统的成像质量。 [0003]光机热耦合分析通过数据转换接口程序将光学、 结构和热三种物理场集成在统一 的仿真环境下， 实现多种载荷综合作用下光机系统的总体性能评估。 常用的面形拟合方法 包括： 最小二乘法、 施密特正交法、 协方差方法、 SVD方法、 Zen ike多项式拟合法等。 [0004]现有技术存在的问题或不足之处 [0005]光学系统受极端工况条件影响， 如受热不均时， 会导致镜头折射率的杂散分布。 因 热胀冷缩效应， 温度一方面影响镜头材料的折射率， 另一方面直接影响镜头面型的变化。 当 前， 通常采用OPD积分法来表示温度变化引起的折射效应。 在使用OPD积分方法分析折射率 随温度变化时， 积分路径起始于入射面， 按照光线在透镜内沿直线传播的原理， 近似计算积 分路径， 仅取决于入射点位置、 入射孔径、 出射孔径的大小， 因此计算精度低， 无法真正模拟 受热不同时， 透 镜内部光线传播的实际情况。 [0006]另一方面， 由于OPD与物理长度相关， 相 位表示只能在一个波长上使用。 因此， OPD 积分法依赖于单波长的光学特性， 在光学分析中， 一次只能使用特定一个波长的分析结果， 无法进行多光谱分析。 发明内容 [0007]本发明所要解决的技术问题是提供一种基于无序折射率的热光效应分析方法， 能 够对光学系统的热光效应进行有效分析。 [0008]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 提供一种基于无序折射率的热光效 应分析方法， 包括： [0009]步骤(1)： 获取光学系统的温度场数据； [0010]步骤(2)： 基于所述温度场数据， 计算光学系统的折射率分布函数， 并基于所述折 射率分布函数计算 光学系统的无序折 射率； [0011]步骤(3)： 基于所述折射率分布函数中的无序折射率系数和光学系统的无序折射 率， 对光学系统进行折 射率面拟合； [0012]步骤(4)： 对折 射率面拟合后的光学系统的光线传输情况进行分析。 [0013]所述步骤(2)中的光学系统的折 射率分布函数公式为： [0014] 说　明　书 1/4 页 3 CN 115452326 A 3