[发明专利]一种同轴光学系统的计算机辅助装调方法

说明书

本发明公开了一种同轴光学系统的计算机辅助装调方法，包括以下步骤：S1：建立待装调光学系统的光学模型并沿光路方向分别建立光学子系统M_i，光学子系统M_i中包括光学元件1～i；i＝1～n；n表示光学元件的个数；S2：选取光学子系统M_i的像面位置并通过仿真分析得到理想波前像差；S3：对光学子系统M_i中的光学元件i引入位置偏差量得到模拟波前像差；S4：采用灵敏度矩阵公式分别求解各个光学子系统M_i对应的灵敏度矩阵；S5：利用灵敏度矩阵及实际波前像差求解光学子系统M_i中光学元件i的实际位置偏差量，并对该光学元件i进行调节，以逐次完成各光学子系统的装调；本发明可避免各个光学元件在调节过程中的位置相互补偿问题，加快装调过程中的收敛速度，提高装调精度和装调效率。

技术领域

本发明属于光学技术领域，更具体地，涉及一种基于灵敏度矩阵法的高精度同轴光学系统的计算机辅助装调方法，可应用于光学系统的精密装调和成像质量提升。

背景技术

传统的光学系统装调主要依靠装调人员的经验，借助简单的装调设备完成，存在盲目性大、装调周期长、精度低等缺点，不适合大口径或接近衍射极限光学系统的装调。随着计算机技术、光学设计和光学检测技术的不断发展，使得计算机辅助装调光学系统成为可能。随着高精度光学系统应用需求日益增加，光学系统的性能也在向更高质量、更高性能的方向发展；复杂光学系统的装调成为当今光学先进制造领域的热门，基于计算机辅助装调的光学元件面形、光波波前的干涉测量法、计算机优化等相关技术等亦应运而生。

实际的光学系统不同于理想的光学子系统，主要有如下几方面的误差:一是光学设计所带来的系统误差；二是光学元件加工后的残留误差，包括尺寸、面形等；三是装调误差；其中，光学设计误差和加工误差作为系统误差在光学元件成型后是无法消除的，为了提高光学系统的成像质量只能尽量减小装调误差；计算机辅助装调能够对由光学系统各个元件相对位置偏差产生的波前像差进行修正，目前绝大多数光学系统的计算机辅助装调方法都是采用灵敏度矩阵法：光学系统的波前像差主要是系统内的光学元件位置失调引起的，因而可用光学元件失调量表征光学系统像差（ΔF=AΔx, ΔF为系统的实际波前像差与理想波前像差的差值，多采用泽尼克Zenike系数的差值表示；Δx为系统中各光学元件的实际位置与理想位置的差值，即需要求解的失调量，A为灵敏度矩阵，可利用Zemax 等光学设计软件，分别给定各光学元件的失调量，根据泽尼克系数与元件失调量的比值求出），在求得光学系统灵敏度矩阵以及测得光学系统的像差后即可求解光学元件位置失调量；

但是现有的灵敏度矩阵法存在以下缺点：对于光学元件在轴向上的移动，前一个元件的正向位移和下一个元件的负向位移所表征的光学元件间隔是相同的，因而前后两个光学元件在不同方向上的轴向移动可产生相同的相差。由于两个或几个不同的光学元件组合同样可产生相同的相差，这就使得系统装调时光学元件在轴向上产生近似相关的现象，而现有的灵敏度矩阵法难以解决光学元件位置相互补偿造成的系统装调不收敛，导致计算机辅助效率和精度的下降。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种同轴光学子系统的计算机辅助装调方法，其目的在于解决常规的装调方法无法解决光学元件位置相互补偿造成的系统装调不收敛，导致装调精度降低、装调效率下降的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种同轴光学系统的计算机辅助装调方法，包括以下步骤：