一种利用补偿面的光学系统像差补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种利用补偿面的光学系统像差补偿方法，属于高精密光学系统加工 和装配中像差补偿的技术领域。
【背景技术】
[0002] 由于光学加工工艺水平的限制，光学表面的面形误差（低频分量）是不可避免的 光学加工误差之一。它会导致系统的成像性能恶化，从而远远偏离了系统设计阶段的像质 水平，尤其对于高精密成像光学系统尤为显著。另外，面形误差主要引起非对称像差如像散 等，不能像曲率半径误差、中心厚度误差以及楔形误差等其他光学加工误差，通过调整空气 间隔或元件偏心等消除或减小其对光学系统的性能影响。因此，面形误差通常成为制约系 统集成后性能的主要制造误差因素。
[0003] 为了减小面形误差对光学系统成像性能影响，一方面在提高光学面形的抛光工艺 和检测技术的同时，另一方面需要发展多样性的像差补偿技术，尽可能减小面形制造误差 对光学系统性能的影响。
[0004] 当前，基于诸多光学表面的面形误差之间相互补偿的思想而提出的面 形匹配方法，是一种经济且有效的降低其对光学系统性能影响的方法，已经得到 应用(D.M.WiIliamson, "Compensator selection in the tolerancing of a microlithographic len, "Proc.SPIE1049,178-186(1989)；T. Matsuyama, I. Tanaka et al. , "Improving lens performance through the most recent lens, "Proc. SPIE 5040, 801-810 (2003).)。同时，为了克服手动调节的盲目性和随机性，实现自动获取诸多面 形误差的最佳匹配效果，CN201410028165.X和CN201410028356.X公开了两种面形自动匹 配的优化方法。该方法弥补商业光学设计软件的不足，获取的面形最佳平衡效果，具有较强 的工程实用价值。但是，面形匹配法的补偿效果很大程度取决于实际面形的加工情况，各表 面的面形误差的相互补偿能力有限。因此，业内需要开发新型面形误差的补偿技术，进一步 提高光学系统集成性能。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明借鉴了光学设计阶段采用的表面预变形或相位校正板的补偿思 想，提出一种利用补偿面的光学系统像差补偿方法，该方法能够降低面形制造误差对系统 像质的影响。
[0006] 实现本发明的技术方案如下：
[0007] -种利用补偿面的光学系统像差补偿方法，具体步骤为：
[0008] 步骤一、在光学设计阶段，预设至少一个补偿面；
[0009] 步骤二、在系统加工阶段，对步骤一所设计的光学系统进行加工，其中补偿面不进 行精细抛光；
[0010] 步骤三、仿真分析出光学系统的波像差wSD(p，0);
[0011] 步骤四、根据所述波像差wSD(p，0)，计算补偿面的面形函数SF;
[0012]
【主权项】
1. 一种利用补偿面的光学系统像差补偿方法，其特征在于，具体步骤为： 步骤一、在光学设计阶段，预设至少一个补偿面； 步骤二、在系统加工阶段，对步骤一所设计的光学系统进行加工，其中补偿面不进行精 细抛光； 步骤三、仿真分析出光学系统的波像差WSD(P，Θ); 步骤四、根据所述波像差Wsd ( P，Θ )，计算补偿面的面形函数SF;
其中，η表不光学材料的折射率，Wwtffking表不光学系统的工作波长，Wtesting表不检测波 长； 步骤五、评估利用补偿面后光学系统的性能，在性能满足要求时，按照所述面形函数Sf 进行补偿面的面形加工，完成整个光学系统装配。
2. 根据权利要求1所述利用补偿面的光学系统像差补偿方法，其特征在于，所述步骤 三的具体过程为： 利用相位干涉仪对光学系统中除补偿面以外的每个光学表面进行全口径检测，获得各 光学表面的面形，并利用36项Zernike系数表示；然后将面形参数导入光学设计软件CODE V中，仿真出系统波像差W sd(p, Θ)。
3. 根据权利要求1所述利用补偿面的光学系统像差补偿方法，其特征在于，所述步骤 五中，将补偿面的面形函数以36项Zernike系数的形式导入光学设计软件CODE V中，对光 学系统性能的评估。
4. 根据权利要求1所述利用补偿面的光学系统像差补偿方法，其特征在于，所述补偿 面预设在光学系统的孔径光阑或中间光瞳面附近。
【专利摘要】本发明提供一种利用补偿面的光学系统像差补偿方法，具体步骤为：步骤一、在光学设计阶段，预设至少一个补偿面；步骤二、在系统加工阶段，对步骤一所设计的光学系统进行加工，其中补偿面不进行精细抛光；步骤三、仿真分析出光学系统的波像差WSD(ρ,θ)；步骤四、根据所述波像差WSD(ρ,θ)，计算补偿面的面形函数SF；步骤五、评估利用补偿面后光学系统的性能，在性能满足要求时，按照所述面形函数SF进行补偿面的面形加工，完成整个光学系统装配。本发明方法能够降低面形制造误差对系统像质的影响。
【IPC分类】G02B27-00
【公开号】CN104765148
【申请号】CN201510202472
【发明人】李艳秋, 刘晓林, 刘克
【申请人】北京理工大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月24日