利用Zemax光學(xué)設(shè)計(jì)軟件與自編計(jì)算機(jī)輔助裝調(diào)軟件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大口徑、長(zhǎng)焦距、無(wú)中心遮攔離軸三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)。通過(guò)Zemax軟件模擬光學(xué)系統(tǒng)的失調(diào)模式，得到整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的波前像差，把波前像差代入到自編的復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助裝調(diào)軟件中，計(jì)算出光學(xué)系統(tǒng)的失調(diào)量，與引入的失調(diào)量對(duì)比，證明了其正確性。

在實(shí)際的裝調(diào)過(guò)程中，用小型球面干涉儀分別收集3個(gè)視場(chǎng)的干涉圖，得到失調(diào)光學(xué)系統(tǒng)的失調(diào)量，用 Zemax軟件驗(yàn)證失調(diào)量數(shù)據(jù)的正確性，從而指導(dǎo)裝調(diào)。按此方法，在波長(zhǎng)λ= 632.8nm時(shí)，得到離軸三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)的全視場(chǎng)波像差RMS值為0.108λ。該方法也可以運(yùn)用到其他光學(xué)系統(tǒng)中。

1 引言

近年來(lái)，無(wú)論是航天相機(jī)還是光學(xué)刻蝕系統(tǒng)，都變得越來(lái)越復(fù)雜，精度要求也非常高，因此成功的裝調(diào)已成為一個(gè)關(guān)鍵性問(wèn)題。

2 用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件Zemax和裝調(diào)優(yōu)化軟件進(jìn)行數(shù)值比較

本文利用 Zemax光學(xué)設(shè)計(jì)軟件對(duì)大口徑、長(zhǎng)焦距、無(wú)中心遮攔的離軸三反射鏡的失調(diào)進(jìn)行模擬，證明了此方法的可行性與正確性。在此基礎(chǔ)上對(duì)實(shí)際三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了裝調(diào)，裝調(diào)的結(jié)果達(dá)到了系統(tǒng)的要求。光學(xué)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1.非球面離軸三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖

首先，用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件Zemax進(jìn)行數(shù)值模擬，以證實(shí)可以用其進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)。用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件，給定某些失調(diào)量，算出波像差，用此結(jié)果來(lái)代替實(shí)際裝調(diào)過(guò)程中干涉測(cè)量的波前誤差數(shù)據(jù)。然后，再把這些波前誤差量代入到自編的軟件中，進(jìn)行驗(yàn)證。將失調(diào)量引入到離軸三反射鏡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)值中，為了使實(shí)際裝調(diào)的量不要過(guò)多，盡量地減少要調(diào)整的量。

在此實(shí)驗(yàn)中，主鏡可固定不動(dòng)，作基準(zhǔn)，只調(diào)整次鏡與三鏡的偏心、扭擺和俯仰。偏心的單位是mm，由于一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)是經(jīng)過(guò)粗裝調(diào)以后才進(jìn)行精密裝調(diào)，所以在失調(diào)量的取值上都是很小的。所用裝調(diào)工具的裝調(diào)精度滿(mǎn)足裝調(diào)的要求，角度定位精度為2″，位移定位精度為0.01mm。

通過(guò)Zemax光學(xué)設(shè)計(jì)軟件和自編的一套計(jì)算機(jī)輔助裝調(diào)軟件相結(jié)合，將引入的失調(diào)量和自編程序的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比對(duì)。

圖2.自準(zhǔn)干涉檢驗(yàn)示意圖



圖4.最終裝調(diào)的干涉圖

4 結(jié)論

計(jì)算機(jī)輔助裝調(diào)也是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，其中涉及到光學(xué)設(shè)計(jì)參數(shù)，框架支撐結(jié)構(gòu)的變形，光學(xué)鏡面受應(yīng)力變形，還有實(shí)驗(yàn)環(huán)境等諸多方面。在計(jì)算機(jī)輔助裝調(diào)中，這些方面基本都給予考慮。光學(xué)設(shè)計(jì)軟件Zemax在該系統(tǒng)的裝調(diào)中起到了重要作用，也同樣適用于同軸光學(xué)系統(tǒng)。






審核編輯：劉清