光学系统计算机辅助装调(CAA)机理的研究

　　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。