如何利用Zemax光學設計軟件與自編計算機輔助裝調軟件

利用Zemax光學設計軟件與自編計算機輔助裝調軟件，實現了對大口徑、長焦距、無中心遮攔離軸三反射鏡光學系統的裝調。通過Zemax軟件模擬光學系統的失調模式，得到整個光學系統的波前像差，把波前像差代入到自編的復雜光學系統計算機輔助裝調軟件中，計算出光學系統的失調量，與引入的失調量對比，證明了其正確性。

在實際的裝調過程中，用小型球面干涉儀分別收集3個視場的干涉圖，得到失調光學系統的失調量，用 Zemax軟件驗證失調量數據的正確性，從而指導裝調。按此方法，在波長λ= 632.8nm時，得到離軸三反射鏡光學系統的全視場波像差RMS值為0.108λ。該方法也可以運用到其他光學系統中。

1 引言

近年來，無論是航天相機還是光學刻蝕系統，都變得越來越復雜，精度要求也非常高，因此成功的裝調已成為一個關鍵性問題。

2 用光學設計軟件Zemax和裝調優化軟件進行數值比較

本文利用 Zemax光學設計軟件對大口徑、長焦距、無中心遮攔的離軸三反射鏡的失調進行模擬，證明了此方法的可行性與正確性。在此基礎上對實際三反射鏡光學系統進行了裝調，裝調的結果達到了系統的要求。光學系統如圖1所示。

圖1.非球面離軸三反射鏡光學系統設計示意圖

首先，用光學設計軟件Zemax進行數值模擬，以證實可以用其進行光學系統的裝調。用光學設計軟件，給定某些失調量，算出波像差，用此結果來代替實際裝調過程中干涉測量的波前誤差數據。然后，再把這些波前誤差量代入到自編的軟件中，進行驗證。將失調量引入到離軸三反射鏡系統的設計值中，為了使實際裝調的量不要過多，盡量地減少要調整的量。

在此實驗中，主鏡可固定不動，作基準，只調整次鏡與三鏡的偏心、扭擺和俯仰。偏心的單位是mm，由于一個光學系統是經過粗裝調以后才進行精密裝調，所以在失調量的取值上都是很小的。所用裝調工具的裝調精度滿足裝調的要求，角度定位精度為2″，位移定位精度為0.01mm。

通過Zemax光學設計軟件和自編的一套計算機輔助裝調軟件相結合，將引入的失調量和自編程序的計算結果進行了比對。

圖2.自準干涉檢驗示意圖



圖4.最終裝調的干涉圖

4 結論

計算機輔助裝調也是一項系統工程，其中涉及到光學設計參數，框架支撐結構的變形，光學鏡面受應力變形，還有實驗環境等諸多方面。在計算機輔助裝調中，這些方面基本都給予考慮。光學設計軟件Zemax在該系統的裝調中起到了重要作用，也同樣適用于同軸光學系統。






審核編輯：劉清