摘要:文章对光学系统加工装调中影响象质的各种误差来源进行了分析，并对误差互补的可行性进行计算机模拟。从模拟的结果看，光学元件之间误差具有互补性，它使得计算机辅助装调成为可能。计算机辅助装调的方法步骤在文中作了详细的描述。
引言
如果光学系统精度、象质要求不太高，只要光机设计合理、加工满足设计要求，装调方案方法合理，要达到象质要求是较容易的。而超高精度要求、接近衍射极限成象质量光学系统(如光刻物镜)的光机设计、加工、装调难度都大，整机要达到理想的成象质量受各方面因素的影响。而最主要的是光机的加工受加工工艺水平的限制，达不到设计提出的要求，不仅给装调带来困难，而且影响整个系统的质量。如能用计算机辅助解决加工、装调的矛盾，在降低装调难度的同时还可预测系统最后的象质情况。光学系统元件误差的互补性，即一个元件的位移、偏心等对系统象质的影响，通过其他元件的位移或倾斜给以补偿，这一特性使得光系统计算机辅助装调成为可能。
1误差来源分析及对光学系统象质的影响
影响光学系统象质的误差主要来自光学、机械两方面。光学方面的误差主要是由于受加工工艺水平的限制，引起的半径;厚度、偏心等偏差。这些偏差在元件加工完成后就不可更改，通过测试可以知道其确定的偏差值。机械方面的误差主要是机械零件加工同轴度、垂直度等低于设计要求，装配时光学元件所受应力不均匀，而使装配进去的光学元件面形精度降低，产生位移、偏心、倾斜等。
光机加工、装调中的误差可以概括为元件的厚度偏差、位移、偏心、倾斜等。它们对光学系统象质的影响作用是不相同的。当光学元件存在位移、厚度偏差时，主要影响对称性象差，使象点的弥散增大。系统存在偏心、倾斜则导致非对称性的象差，对于轴上点而言，有中心慧差和中心垂轴色差，使得象点的衍射环失去对称性，而且带有非对称性颜色。
在偏心较严重的情况下，还会在视场的中心看到两条分开的焦线，即中心象散。同时，轴外象点出现象散和非对称性的畸变。所有这些加工、装调带来的误差对光学系统象质的综合影响表现为分辨率降低、畸变增大、象点的弥散斑增大、传递函数MTF降低等。
2光学元件之间误差的互补性研究
采用航测相机镜头进行计算机模拟分析，此镜头具有接近衍射极限成象质量，其结构如图1所示。对空气间隔试给以一定量的位移△试，光学元件给以偏心△c，。这些偏差对系统象质的影响尝试用其他元件(一片或多片)的空气间隔弓的位移△弓或偏心△cj进行补偿，以保证系统成象质量要求。通过计算机模拟，选用模拟结果的两组数据如表1所示。通过模拟可以看出，光学元件的误差是可以相互补偿的，即当一个元件的装调有偏差(间隔位移、偏心等)，且调节比较困难时，可以利用其他元件的装调参数(间隔位移、偏心等)来补偿，以满足整个系统的象质要求。
3光学系统计算机辅助装调
通过计算机的模拟分析得出了光学元件之间误差具有互补性。在光学系统的装调过程中可以充分利用这一特性，以计算机作为辅助手段，完成高精度要求、高成象质量光学系统的装调。计算机辅助装调可分为辅助安装、辅助调试两部分。
3.1计算机辅助安装
计算机辅助安装的方法是:首先测试己安装好的光学元件(组)的偏心、间隔、厚度，将测试数据返回到计算机软件中，计算系统象质。接着将所有己装好的元件的间隔、偏心、倾斜等，视为不可改变的参数，未安装的元件的间隔、偏心等则作为变量，计算机优化处理，使系统象质满足要求。最后从优化的结果中选择比较灵敏的参数，以作为安装下一片(组)的依据。这样即使前面己安装好的光学元件存在偏差，在调整不方便的情况下，也可以通过后面元件的偏差进行补偿，最终满足成象质量要求.
3.2计算机辅助调试
对于安装完成的系统，象质如果没有达到要求，则需要对整个系统进行调试。在调试之前通常不知调哪些组件，盲目性大。采用计算机辅助调试，可以做到有的放矢。计算机辅助调试步骤如图2所示。首先测试一个或多个视场的干涉图，将测试数据返回到CODEV中，CODEV通过AU功能选择合适的样板(主要用于大批量生产)、调试参数，结果在LDM中输出。通过此步复算可以预测调试补偿值，最后确定调整哪些光学元件(组)的偏心、倾斜或位移。
结束语
高精度、高成象质量光学系统用计算机辅助装调，不但可以缩短装调周期，而且系统的象质在很大程度上得到保证。计算机辅助装调的实现对机械设计有特殊要求，主要是满足调试要求，这些都需要在机械设计时加以考虑。在批量生产中，计算机辅助装调的优势更加明显。总之，计算机辅助装调的应用前景是十分广泛的。
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基金项目:中国科学院光电技术研究所所长基金资助项目。
作者简介:林妩媚(1974一)，女(汉族)，四川威远人，研究实习员，从事光学设计研究.
