52, 112205(2015)
激光与光电子学进展
Laser & Optoelectronics Progress
©2015《中国激光》杂志社
112205-1
TMT 三镜缩比系统支撑点位置优化
郭 鹏
1,2
张景旭
2
杨 飞
2
赵宏超
2
1
中国科学院长春精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2
中国科学院大学, 北京 100049
摘 要 三 十 米 望 远 镜 (TMT)的三 镜 (M3M)及 其 缩 比 反 射 镜 (M3MP)为 椭 圆 形 反 射 镜，采 用 18 点 whiffletree 支撑 结
构。总结了望远镜支撑点优化方法的发展，并采用多学科集成优化软件 ISight 对 M3MP 进行了支撑点优化。优化的
目标函数选 取 M3MP 在 光轴竖直状态 下的镜面面形 误差 SlopeRMS 值，优化算 法采用全局优 化算法模拟退 火算法。
最终面形误差 SlopeRMS 相较初始点下降了 14.3%，结果表明优化方法有效。
关键词 光学设计; 三十米望远镜; 缩比系统; 支撑点; 优化; 模拟退火
中图分类号 TH751 文献标识码 A
doi: 10.3788/LOP52.112205
Optimization of TMT M3 Prototype′s Support Points
Guo Peng
1,2
Zhang Jingxu
2
Yang Fei
2
Zhao Hongchao
2
1
Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun, Jilin 130033, China
2
University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstrat Tertiary mirror (M3M) of thirty meter telescope (TMT) and its prototype reflector (M3MP) are elliptic
reflector. Their support structure takes 18 points whiflletree. Telescope support optimization methods are
reviewed in this paper. By using the multidisciplinary integrated optimization software ISight, the support points
of M3MP are optimized. The SlopeRMS of M3MP′ s mirror surface error when the optical axis is vertical is
selected as objective function. And the global optimization algorithm simulated annealing algorithm was used to
optimize. Final surface error SlopeRMS is decreased 14.3% compared to the initial support points. The results
show the effectiveness of optimization method.
Key words optical design; thirty meter telescope; prototype; support points; optimization; simulated annealing
OCIS codes 220.4830; 110.4850; 260.1960
1 引 言
三十米望远镜(TMT)是一台 30 m 口径的 光学望远镜，由美国加州理工学院、加州 大学系统和加拿大大
学天文研究联盟联合发起。长春精密机械与物理研究所承担了三镜系统(M3S)的研制工作。三镜(M3M)为
一面椭圆形平面镜，长轴 3594 mm，短轴 2536 mm，厚 度 100 mm
[1]
。在三镜的预建 设 阶 段 长 春 光 机 所 计 划
建 造 一 套 缩 比 系 统 ，尺 寸 按 原 系 统 1/4 设 计 。 三 镜缩 比反 射镜 (M3MP)长 轴 898.5 mm，短轴 634 mm，厚度
考虑到刚度匹配和镜子加工难度两方面因素取为 12.5 mm，材料为微晶玻璃。
根据 前 期的概念 设 计工作，三镜系统轴 向支撑结构 决定采用 18 点 whiffletree 结构。M3M 的径厚 比 达
到了 30 左右，M3MP 的 径 厚比更是达 到 了 60 左 右 。如此大的 径 厚比使得镜 子 非常薄弱，对支撑非 常 敏感，
因此必须对支撑点进行优化。相较一般的圆形反射镜，M3MP 为椭圆形，支撑点分布没有规律，这增大了优
化的难度。本文结合有限元法和现代的优化理论对 M3MP 的支撑点位置进行了优化。
2 反射镜支撑点优化方法发展
一般的圆形反射镜支撑点优化是将支撑点按照几个支撑圈分布，对支撑圈的半径和支撑点的数量分别
进行优化。最早的 Hindle 于 1945 年对等厚度圆镜的 9 点 2 环支撑的进行了计算
[2]
。其方法为将直径为 D 的
收稿日期: 2015-03-27; 收到修改稿日期: 2015-06-22; 网络出版日期: 2015-10-20
基金项目: 国家自然科学基金(11403022)
作者简介: 郭 鹏(1989—)，男，硕士，研究实习员，主要从事大口径望远镜支撑技术方面的研究。
E-mail: guopengmse@gmail.com
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