如何利用Zemax光学设计软件与自编计算机辅助装调软件

利用Zemax光学设计软件与自编计算机辅助装调软件，实现了对大口径、长焦距、无中心遮拦离轴三反射镜光学系统的装调。通过Zemax软件模拟光学系统的失调模式，得到整个光学系统的波前像差，把波前像差代入到自编的复杂光学系统计算机辅助装调软件中，计算出光学系统的失调量，与引入的失调量对比，证明了其正确性。

在实际的装调过程中，用小型球面干涉仪分别收集3个视场的干涉图，得到失调光学系统的失调量，用 Zemax软件验证失调量数据的正确性，从而指导装调。按此方法，在波长λ= 632.8nm时，得到离轴三反射镜光学系统的全视场波像差RMS值为0.108λ。该方法也可以运用到其他光学系统中。

1 引言  

近年来，无论是航天相机还是光学刻蚀系统，都变得越来越复杂，精度要求也非常高，因此成功的装调已成为一个关键性问题。

2 用光学设计软件Zemax和装调优化软件进行数值比较

本文利用 Zemax光学设计软件对大口径、长焦距、无中心遮拦的离轴三反射镜的失调进行模拟，证明了此方法的可行性与正确性。在此基础上对实际三反射镜光学系统进行了装调，装调的结果达到了系统的要求。光学系统如图1所示。

图1.非球面离轴三反射镜光学系统设计示意图

首先，用光学设计软件Zemax进行数值模拟，以证实可以用其进行光学系统的装调。用光学设计软件，给定某些失调量，算出波像差，用此结果来代替实际装调过程中干涉测量的波前误差数据。然后，再把这些波前误差量代入到自编的软件中，进行验证。将失调量引入到离轴三反射镜系统的设计值中，为了使实际装调的量不要过多，尽量地减少要调整的量。

在此实验中，主镜可固定不动，作基准，只调整次镜与三镜的偏心、扭摆和俯仰。偏心的单位是mm，由于一个光学系统是经过粗装调以后才进行精密装调，所以在失调量的取值上都是很小的。所用装调工具的装调精度满足装调的要求，角度定位精度为2″，位移定位精度为0.01mm。

通过Zemax光学设计软件和自编的一套计算机辅助装调软件相结合，将引入的失调量和自编程序的计算结果进行了比对。

图2.自准干涉检验示意图



图4.最终装调的干涉图

4 结论

计算机辅助装调也是一项系统工程，其中涉及到光学设计参数，框架支撑结构的变形，光学镜面受应力变形，还有实验环境等诸多方面。在计算机辅助装调中，这些方面基本都给予考虑。光学设计软件Zemax在该系统的装调中起到了重要作用，也同样适用于同轴光学系统。 






审核编辑：刘清