童卫明 白绍竣

高次非球面镜面低温面形拟合方法研究

童卫明 白绍竣

（北京空间机电研究所，北京 100094）

高次非球面在空间红外低温光学中应用广泛，传统的球面拟合方法不适用于高次非球面低温面形拟合，而Zernike多项式拟合法因涉及像差理论拟合过程复杂在结构设计人员中应用较少。针对上述情况，文章提出了一种能够快速拟合低温高次非球面镜面面形的方法。首先，基于高次非球面展开式可以精确表达成偶次多项式建立了偶次多项式拟合方程，直接拟合低温非球面面形；非球面裸镜低温自由变形算例验证表明，文章提出的方法能够很好地拟合高次非球面低温面形，拟合残差达到9.15×10–5(=0.6328μm)。将该方法应用到低温透镜支撑结构设计中进行面形拟合，结果显示低温变形引起的面形误差由采用柔性支撑结构之前的0.0217下降到0.0018，进一步支撑了提出的算法的有效性。

高次非球面 低温 面形拟合 柔性卸载 空间光学

0 引言

在光学系统中使用高次非球面可以减小像差，同时也可以减少光学元件的数量。为提高成像品质、减小相机尺寸，航天相机光学系统中应用了大量高次非球面设计。随着空间红外低温光学技术的发展，高次非球面镜面已应用到JWST、EUCLID等载荷低温镜头设计中[1-2]。由于支撑结构材料同透镜或反射镜材料线膨胀系数不一致，工作温度从常温降至低温时两种材料变形不同会使镜面面形变差，需要采用无热化胶层厚度设计、柔性支撑或弹性支撑等手段保证面形[3-6]。……