簡介 2[:`w),.  
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此篇文章為本系列的第4部分，我們將介紹如何將 Ansys Mechanical 的 FEA 數(shù)據(jù)導(dǎo)入 STAR 模塊，并將這些數(shù)據(jù)用作 STOP（結(jié)構(gòu)、熱、光學(xué)性能）分析。我們將分析FEA數(shù)據(jù)對光學(xué)性能的影響，并得出用于修改標(biāo)稱立方體衛(wèi)星設(shè)計的見解。（聯(lián)系我們獲取文章附件） ~o8$/%Oeb/  
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使用 STAR 模塊進行 STOP 分析 1Ju{IEV  
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現(xiàn)已在光學(xué)器件工作范圍內(nèi)的三個溫度（12℃、15℃ 、18℃）下生成了主鏡和次鏡的結(jié)構(gòu)形變數(shù)據(jù)集。 
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該形變數(shù)據(jù)將直接與 OpticStudio 中原始模型的性能數(shù)據(jù)進行比較。在運行任何FEA（有限元分析）之前，Ansys Mechanical 假設(shè)光機械和光學(xué)器件浸泡在室溫環(huán)境中，且沒有對光學(xué)器件施加任何應(yīng)力。因此，我們可以假設(shè)原始序列模型模擬了光學(xué)系統(tǒng)在環(huán)境溫度和壓力下的性能。 Uh7kB`2  
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STAR 模塊可以將 FEA 數(shù)據(jù)直接讀取到序列模式下的光學(xué)模型中。讀取之后，整套分析工具可用于分析由于有限元分析期間應(yīng)用的載荷和邊界條件而對系統(tǒng)性能的影響。由于在非序列模式中只是在主鏡的底部創(chuàng)建了一個切口，在序列模式下，這種切口在技術(shù)上并不存在，但由于順序光線追蹤的性質(zhì)，穿過鏡子底部的光線不會與表面發(fā)生光學(xué)相互作用，所以我們可以使用序列模式來分析結(jié)果。 ukPV nk  
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接下來需要采取幾個步驟才能將FEA數(shù)據(jù)正確加載到 STAR 中。首先，可以使用加載 FEA 數(shù)據(jù)工具導(dǎo)入文本文件。該工具將打開一個窗口，可以在其中加載結(jié)構(gòu)和熱數(shù)據(jù)集并將其分配給相應(yīng)的光學(xué)表面。在本例中，兩個透鏡在12℃時的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)已加載到 STAR 模塊中。 S]9xqiJW  
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圖片:2023071814.png

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準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)后，就可以擬合有限元分析數(shù)據(jù)。使用擬合評估工具，可以針對每個光學(xué)表面獨立調(diào)整數(shù)據(jù)的擬合參數(shù)，直到獲得準(zhǔn)確的擬合。圖 2 顯示了結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)如何適應(yīng)主鏡的默認(rèn)設(shè)置。使用此工具，可以查看 RMS 和 PV 擬合誤差，并可以調(diào)整擬合參數(shù)以最小化該誤差。 ,0])]  
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圖片:2023071815.png

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通過增加網(wǎng)格 1 和網(wǎng)格 2 擬合參數(shù)，STAR 擬合算法將在擬合過程中參考更多相鄰點，從而使整體擬合更平滑�？梢栽黾舆@些參數(shù)以進行更精細的采樣，直到達到所需的精度。對于此設(shè)計，在將網(wǎng)格 1 和網(wǎng)格 2 設(shè)置為 3 的情況下，達到了可接受的數(shù)據(jù)擬合。 ~+|p.(I  
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現(xiàn)在，我們可以通過應(yīng)用結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)集來分析系統(tǒng)在所有工作溫度下的光學(xué)性能。所有結(jié)構(gòu)有限元分析數(shù)據(jù)集都可以在 STAR 選項卡中的結(jié)構(gòu)分析總結(jié)工具中查看。從這里，可以打開或關(guān)閉數(shù)據(jù)集，以檢查來自任何感興趣表面的結(jié)構(gòu)變形效應(yīng)。 !e%#Zb MIo  
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對于以下圖，使用了 12℃ FEA 數(shù)據(jù)集，因為它導(dǎo)致立方體衛(wèi)星的性能與標(biāo)稱值差異最大。以下點圖和 FFT MTF 圖顯示了應(yīng)用結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)時對性能的負面影響。 he!e~5<@y  
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圖片:2023071819.png

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由于具有將 FEA 數(shù)據(jù)互換并應(yīng)用于序列模式 OpticStudio 模型的能力，因此可以很容易的解釋 FEA 數(shù)據(jù)對系統(tǒng)性能的影響。通過將特定的FEA數(shù)據(jù)集應(yīng)用于模型，可以獲得更進一步的見解。在圖 7 中，僅應(yīng)用了次鏡的結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)。應(yīng)用這些數(shù)據(jù)并查看 FFT MTF 圖可以證實，系統(tǒng)性能下降主要是由本設(shè)計的主鏡引起的。 0t<TZa]V  
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圖片:2023071820.png

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雖然此處重點介紹了 FFT MTF 和點列圖，但序列模式下提供的任何分析都可用于檢查潛在的性能影響。分析系統(tǒng)性能如何受到在軌條件的影響是理解在進行制造之前是否應(yīng)該對設(shè)計進行任何迭代的關(guān)鍵。 "Z,'NL>&  
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基于 STAR 結(jié)果的光學(xué)設(shè)計迭代 F+}MW/ra@  
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從這些見解中，我們了解到系統(tǒng)在工作溫度范圍內(nèi)無法達到性能規(guī)格。在12℃時，系統(tǒng)不再具有衍射極限點，并且在80線對時，MTF 降低到0.25以下。 dhV=;'   
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為了推進設(shè)計，需要進行調(diào)整以恢復(fù)性能。可以考慮調(diào)整像平面的最佳焦點位置。對于標(biāo)稱系統(tǒng)，探測器的位置是通過優(yōu)化最佳焦距來確定的。這種優(yōu)化將探測器放置在主鏡后面7.018mm處。然而，標(biāo)稱模型是假定浸泡在室溫或21℃下。一旦立方體衛(wèi)星進入軌道，光學(xué)設(shè)計將在15℃+ / – 3℃的稍低溫度下運行。根據(jù) STAR 的結(jié)果，當(dāng)設(shè)計置于工作溫度條件下時，系統(tǒng)的最佳焦點位置會發(fā)生變化。由于探測器目前在21℃條件下處于最佳焦點位置，因此探測器的位置不是軌道溫度條件下的最佳位置。 K0b(D8!  
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為了恢復(fù)性能，可以基于 STAR 結(jié)果改變探測器的最佳焦點位置。這包括在地球上的對準(zhǔn)階段將探測器從21℃的最佳焦點位置離焦。如果離焦正確，當(dāng)系統(tǒng)在工作溫度范圍內(nèi)浸泡時，系統(tǒng)將在軌道上自動糾正焦距。在制造環(huán)境中，這種離焦可以通過調(diào)整探測器墊片的厚度來實現(xiàn)。另一種設(shè)計選擇是給對焦機制添加合適的機械結(jié)構(gòu)。這種對焦機制可以使探測器沿著z軸移動以恢復(fù)軌道性能。但是，這種方法可能導(dǎo)致更密集的測試并增加制造成本。對于這種立方體衛(wèi)星設(shè)計，我們假設(shè)調(diào)整相機墊片是恢復(fù)在軌系統(tǒng)性能的唯一途徑。 <<[`;"CF  
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為了優(yōu)化在軌條件下探測器的位置，首先必須通過 STAR 模塊把所有三種工作溫度的有限元數(shù)據(jù)集加載到 OpticStudio 中。加載有限元分析數(shù)據(jù)集后，可以使用快速聚焦優(yōu)化工具來調(diào)整后焦距，使像面處于最佳焦點的位置�？焖賹�焦工具僅調(diào)整像面之前的表面厚度，但對于本例，探測器位置將相對于主鏡的背面為參考。對于所有三種工作溫度，結(jié)果如下： |>d56  
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