[发明专利]基于实际光学系统装调检测光路的计算机辅助装调方法

说明书

本发明涉及一种基于实际光学系统装调检测光路的计算机辅助装调方法，属于光学系统技术领域。本发明按照实际装调检测光路在光学设计软件中建模，从干涉仪光点或平行光束开始进行光路设置，并根据装调检测时光学系统光路的走向得到与实际检测光路相同的光学元件布局，实现光学元件失调时所对应的旋转点与工程实际中的旋转点相一致，并通过灵敏度矩阵的方法计算光学系统失调量，直接使用装调检测过程中干涉仪实际检测得到的波像差结果而不进行坐标变换，解算出的失调量可直接对应实际光学元件安装和调整机构对应的调整量而不必再进行基准过度，提高了计算机辅助装调的准确性和实用性，同时提高了计算机辅助装调光学系统的效率。

技术领域

本发明涉及一种基于实际光学系统装调检测光路的计算机辅助装调方法，属于光学系统技术领域。

背景技术

衡量光学系统成像质量的重要指标是光学系统出瞳处的波像差。其中光学系统的设计残余像差、光学元件面形偏差和光学系统中光学元件失调引起的像差是影响光学系统出瞳处的波像差的三个关键因素。随着光学设计软件功能的完善和光学设计水平的提高，特别是Code V、Zemax和Oslo等多种功能强大的商业光学设计软件的普遍使用，目前成像光学系统的设计结果一般是完善的，系统设计的残余像差基本上可以忽略。同时，光学加工水平和检测水平的不断提高，光学元件表面面形的加工精度和面形偏差的检测精度都得到了显著提升，使得光学元件面形偏差对光学系统成像质量的影响降低且对系统的影响可控。光学系统装调是光学系统设计的实现过程，主要包括对光学元件空间位置和姿态的控制及装调后系统性能的检测等环节。在光学系统优化设计结果完善、光学元件表面高精度加工完成后，光学系统装调水平的提高成为保证光学系统成像质量的必要手段。

光学系统装调技术经历了从直接机械安装定位装调、光学元件基准传递装调到光学系统在线检测补偿装调的发展历程。计算机辅助装调是光学系统在线检测补偿装调的一种方法，是将光学像质测量与计算机优化相结合，把计算机技术应用于光学系统装调的一项新技术。该技术首先对表征光学系统成像质量的系统波像差进行在线检测，同时利用光学设计软件仿真功能和光学系统像差特性得到光学系统的各个自由度失调时的灵敏特性，然后利用该灵敏特性对在线测量得到的系统波像差进行处理，给出系统各个光学组件明确的调整方向和具体的量值，从而通过各种定位工具和调整工具将各光学组件调整到其理论的最佳位置，使光学系统成像质量可以接近于理论设计指标。它克服了传统装调方法的不可视见、不定量、装调周期长等缺点，能准确、定量的给出失调量，可以有效地指导装调过程。

现有的计算机辅助装调方法根据实际干涉检测光路对待装调光学系统的多视场波像差检测结果计算光学系统的失调量，如专利CN103984808公布了一种基于光学元件面形的计算机辅助装调模型的建立方法，专利CN104036071公布了一种大动态范围光学系统计算机辅助装调方法，两者都是基于计算机辅助的装调方法。

但是，上述专利中没有涉及到计算机辅助装调方法中在指导实际装调过程的几个关键问题。

第一，计算机辅助装调方法一般利用干涉仪搭建干涉检测光路对被检光学系统进行测量。干涉检测光路是将干涉仪、被检光学系统、标准平面镜合理组合搭建而成的一种自准直干涉光路。该光路与被检光学系统原始设计光路不相同。被检光学系统原始设计光路一般是正向设计，在光学系统像面处评价光学系统成像质量，光线按照序列模式单次经过被检光学系统的各个光学元件，且被检光学系统的视场设置、子午面和弧矢面的划分按照被检光学系统实际的使用模式进行。在干涉检测光路里，干涉仪光点位于被检光学系统的焦面处，逆向经过被检光学系统成为准平行光束，然后被标准平面反射镜垂直反射，再次正向经过被检光学系统并聚焦在焦面上，随后进入干涉仪后与参考光形成干涉，实现对被检光学系统出瞳处的波像差测量，并根据干涉仪光点所在位置和标准平面反射镜的法线方向区分被检光学系统的不同视场，因此干涉检测光路中光线两次通过各光学元件。当光学系统存在失调时，双向光路检测光路和正向设计光路存在差异。