光學(xué)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助裝調(diào)方法
傳統(tǒng)的光學(xué)裝調(diào)主要靠裝調(diào)人員的經(jīng)驗(yàn)和較簡單的裝調(diào)工藝裝備來完成，這對(duì)于通常對(duì)像質(zhì)要求不高的光學(xué)系統(tǒng)，最終可以達(dá)到使用要求。但是，傳統(tǒng)光學(xué)裝調(diào)存在很大的盲目性，裝調(diào)周期長，精度有限，因此很高程度上限制了大型復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)的高精度裝調(diào)的發(fā)展。
近年來，對(duì)大口徑反射式光學(xué)系統(tǒng)的需求日益增大，其負(fù)載的分系統(tǒng)也逐漸增多，多光合一的反射式光學(xué)系統(tǒng)成了未來發(fā)展的重要方向。因此，復(fù)雜化后的系統(tǒng)裝調(diào)也成為新的技術(shù)要點(diǎn)。結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、先進(jìn)光學(xué)檢測技術(shù)，使得計(jì)算機(jī)輔助裝調(diào)這些大型復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)成為可能。
實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng)的波前攜帶著許多誤差，其主要來源有如下幾方面：
（一）光學(xué)設(shè)計(jì)所帶來的系統(tǒng)誤差；
（二）受光學(xué)加工工藝水平的限制，所引起的半徑、厚度、偏心等偏差。這些偏差在元件加工完成后就不可更改，通過測試可以知道其確定的偏差值；
（三）機(jī)械零件加工帶來的誤差，比如同軸度、垂直度等低于設(shè)計(jì)要求；
（四）裝調(diào)誤差，裝配時(shí)光學(xué)元件所受應(yīng)力不均勻，從而使裝配進(jìn)去的光學(xué)元件面形精度降低，產(chǎn)生位移、偏心、傾斜等。
一般來講，光學(xué)設(shè)計(jì)的結(jié)果經(jīng)過優(yōu)化后其誤差非常小，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)有影響。真正影響系統(tǒng)成像質(zhì)量的誤差主要來源于上述的后三項(xiàng)。光機(jī)加工、裝調(diào)中的誤差可以概括為元件的厚度偏差、位移、偏心、傾斜等。所有這些加工、裝調(diào)帶來的誤差對(duì)光學(xué)系統(tǒng)象質(zhì)的綜合影響表現(xiàn)為分辨率降低、畸變增大、象點(diǎn)的彌散斑增大、傳遞函數(shù)MTF降低等。
當(dāng)一個(gè)元件的裝調(diào)有偏差(間隔位移、偏心等)，且調(diào)節(jié)比較困難時(shí)，可以利用其他元件的裝調(diào)參數(shù)(間隔位移、偏心等)來補(bǔ)償，以滿足整個(gè)系統(tǒng)的象質(zhì)要求。通過計(jì)算機(jī)的模擬分析得出了光學(xué)元件之間誤差具有互補(bǔ)性。在光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)過程中可以充分利用這一特性，以計(jì)算機(jī)作為輔助手段，完成高精度要求、高成象質(zhì)量光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)。計(jì)算機(jī)輔助裝調(diào)可分為輔助安裝、輔助調(diào)試兩部分。
計(jì)算機(jī)輔助安裝的方法是：
首先，測試己安裝好的光學(xué)元件的偏心、間隔、厚度，將測試數(shù)據(jù)返回到計(jì)算機(jī)軟件中，計(jì)算系統(tǒng)象質(zhì)；
接著，將所有己裝好的元件的間隔、偏心、傾斜等，視為不可改變的參數(shù)，未安裝的元件的間隔、偏心等則作為變量，計(jì)算機(jī)優(yōu)化處理，使系統(tǒng)象質(zhì)滿足要求；
最后，從優(yōu)化的結(jié)果中選擇比較靈敏的參數(shù)，以作為安裝下一片(組)的依據(jù)。這樣即使前面己安裝好的光學(xué)元件存在偏差，在調(diào)整不方便的情況下，也可以通過后面元件的偏差進(jìn)行補(bǔ)償，最終滿足成象質(zhì)量要求。
對(duì)于安裝完成的系統(tǒng)，象質(zhì)如果沒有達(dá)到要求，則需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。在調(diào)試之前通常不知應(yīng)該調(diào)試哪些組件，操作盲目性大。采用計(jì)算機(jī)輔助調(diào)試，可以做到有的放矢。首先將系統(tǒng)的原有的設(shè)計(jì)結(jié)果輸入光學(xué)設(shè)計(jì)軟件中（CODEV或Zemax），將系統(tǒng)中的可調(diào)節(jié)參量設(shè)成變量，例如鏡片的空氣間隔、傾斜以及旋轉(zhuǎn)。然后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行干涉測量，測得一個(gè)或多個(gè)視場的干涉圖，將測試數(shù)據(jù)返回到光學(xué)設(shè)計(jì)軟件中，光學(xué)設(shè)計(jì)軟件能根據(jù)所得干涉圖的像差種類和大小對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。利用軟件自身的優(yōu)化功能，可以得到上述所設(shè)變量的值，預(yù)測調(diào)試補(bǔ)償值，最后確定調(diào)整哪些光學(xué)元件的偏心、傾斜或位移可以得到滿足成像質(zhì)量要求的系統(tǒng)。
