一種小視場光學系統面形誤差相互補償的自動優化方法
2023-06-02 13:06:51
一種小視場光學系統面形誤差相互補償的自動優化方法
【專利摘要】本發明小視場光學系統面形誤差相互補償的自動優化方法，具體步驟為：步驟101、獲取小視場光學系統軸上視場點下，對應各光學表面通光口徑內的面形誤差；步驟102、根據三種類型光學表面解析關係式計算出軸上視場點對應每個光學表面的面形誤差所引起的波像差；步驟103、根據所述波像差計算各光學元件面形誤差對系統波像差的影響波面；步驟104、將影響波面最大的光學元件定義為固定元件，依次旋轉除固定元件以外的光學元件一周，將當前旋轉的光學元件和固定元件的影響波面疊加後均方根最小時所對應的旋轉角度確定為最佳旋轉角度，利用最佳旋轉角度對光學系統進行裝配，實現小視場光學系統面形誤差相互補償。利用該方法可大大提高裝配效率節省裝配時間。
【專利說明】一種小視場光學系統面形誤差相互補償的自動優化方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種小視場光學系統面形誤差相互補償的自動優化方法，屬於高精密光學系統加工和裝配中的像差補償的優化設計領域。
【背景技術】
[0002]由於光學加工工藝水平的限制，光學表面的面形誤差(低頻分量)是不可避免的光學加工誤差之一，會導致系統的成像性能惡化，從而遠遠偏離了系統設計階段的像質水平，尤其對於高精密的反射或折反式光學系統尤為顯著。另外，面形誤差主要引起非對稱像差如像散等，不能像曲率半徑誤差、中心厚度誤差以及楔形誤差等其他光學加工誤差，可以通過調整空氣間隔或元件偏心等消除或減小其對光學系統的影響。因此，面形誤差通常成為導致系統集成後性能下降的主要因素。
[0003]為了減小面形誤差對光學系統成像性能影響，一方面在提高光學面形的拋光工藝和檢測技術外，另一方面通過對已加工的各個光學表面的面形誤差之間相互補償，來儘可能減小其對光學系統性能的影響，也即將光學元件繞光軸旋轉的方法來實現面形誤差的相互補償。
[0004]當前，面形誤差相互補償(匹配)的思想是一種經濟且有效的降低其對光學系統性能影響的方法，已經應用(D.M.Williamson, 「Compensator selection inthe tolerancing of a micro lithographic len,，，Proc.SPIE1049, 178-186 (1989)；T.Matsuyama,1.Tanaka et al.,「Improving lens performance through the most recentlens, 」 Proc.SPIE5040,801-810 (2003).)到超精密光刻物鏡的裝配中。但是，當前的面形誤差補償方法通常是通過手動調整光學元件，同時實時監測系統波像差，隨機地尋找到一個可以接受的裝配性能。顯然，這種手動調節方法具有較大的偶然性和隨機性，且裝配時間長，效率低。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是針對小視場光學系統提供一種面形誤差相互補償的自動優化方法，利用該方法可大大提高裝配效率，節省裝配時間。
[0006]實現本發明的技術方案如下:
[0007]—種小視場光學系統面形誤差相互補償的自動優化方法，具體步驟為:
[0008]步驟101、獲取小視場光學系統軸上視場點下，對應各光學表面通光口徑內的面形誤差Λ d和各光學元件材料的折射率η ；
[0009]步驟102、建立三種類型光學表面的面形誤差與光學系統波像差的解析關係式，根據所述解析關係式計算出軸上視場點對應每個光學表面的面形誤差Ad所引起的波像差Ws;
[0010]
【權利要求】
1.一種小視場光學系統面形誤差相互補償的自動優化方法，其特徵在於，具體步驟為: 步驟101、獲取小視場光學系統軸上視場點下，對應各光學表面通光口徑內的面形誤差Δd和各光學元件材料的折射率η ； 步驟102、建立三種類型光學表面的面形誤差與光學系統波像差的解析關係式，根據所述解析關係式計算出軸上視場點對應每個光學表面的面形誤差Ad所引起的波像差Ws ；
2.根據權利要求1所述小視場光學系統面形誤差相互補償的自動優化方法，其特徵在於，在執行完步驟104後還進一步調整部分光學元件之間的空氣間隔。
3.根據權利要求1或2所述小視場光學系統面形誤差相互補償的自動優化方法，其特徵在於，所述本發明步驟104的具體過程為: 將面形誤差對波像差影響最大的光學元件定義為固定元件A，將其餘光學元件依次定義為光學元件Bi, i = 1, 2…η, η為其餘光學元件的總數； 步驟201、設定旋轉角度步長step和計數器t = 1; 步驟202、計算初始誤差評價函數F0(θt) ；
4.根據權利要求3所述小視場光學系統面形誤差相互補償的自動優化方法，其特徵在於，所述step = 10。
【文檔編號】G02B27/00GK103792660SQ201410028755
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月21日 優先權日:2014年1月21日
【發明者】李豔秋, 劉曉林, 劉克 申請人:北京理工大學