光学传递函数仪在红外光学系统装调中的应用

　　1　引　言

　　光电探测技术的发展,使得对红外光学系统的像质要求越来越高。光学设计的发展可以设计出较理想的光学系统,光学表面加工技术的发展也已可以制造出面形良好的光学元件,光学系统的装调就成了制约成像质量的重要因素。由于红外波段的人眼不可视性,因此红外光学系统的装调就必须借助于特定的仪器。光学传递函数仪在红外光学系统的检测中有着独特的优势,如果能将光学传递函数仪应用于红外系统的装调中,将是对红外系统装调技术的改进,也是对光学传递函数仪应用范围的扩展。

　　2　影响光学系统像质的误差来源

　　加工中,影响光学系统像质的误差主要有光学、机械两方面。光学方面的误差主要是由于受加工工艺水平的限制,引起半径、厚度、偏心等偏差。这些偏差在元件加工完成后就不可更改,但通过测试可以知道其确定的偏差值。机械方面的误差主要是机械零件加工同轴度、垂直度、平行度等低于设计要求,而使装配时光学元件所受应力不均匀,装配进去的光学元件面形精度降低,产生位移、偏心、倾斜等[1]。

　　光机装调中的误差可以概括为元件的轴向位移、偏心、倾斜等。它们对光学系统像质的影响是不同的。当光学元件存在轴向位移、厚度偏差时,主要影响对称性像差,如球差。当光学元件存在偏心、倾斜时,如单片透镜的中心偏差、胶合透镜胶合的偏心差、镜框偏心或镜筒变形等,则导致非对称性的像差,如彗差和像散。当光学零件存在较大的装配应力时,尤其是当主应力方向与光束通过方向垂直时,如镜筒变形、金属毛刺等引起光学零件径向卡滞或反射面受压变形等,星点像往往出现三角形、枣核形、带角带刺等特征[2]。

　　随着加工技术和检测手段的提高,一般用于装配的光学零件和机械零件的各参数都在设计允许的公差范围内。所以,装调中的误差是影响光学系统像质的主要误差来源。

　　3　光学传递函数仪辅助装调

　　图1是光学传递函数仪辅助装调的流程图。将初次装配好的光学部件或系统在光学传递函数仪上检测其传递函数。如果传递函数(MTF)值、线扩散函数(LSF)曲线符合设计要求,则表示光学部件或系统已装调好;如果MTF值或LSF曲线不符合要求,则根据光学传递函数仪的检测结果分析可能的像差来源,以指导下一步的装调。对重新装调的部件或系统再次检测其传递函数,看是否符合要求,通过几次装调逼近,即可完成部件或系统的装调[3]。

　　光学传递函数仪的测试系统被精确地调整好后,其测量结果就可以客观反映被测系统的成像质量,从线扩散函数LSF、刀口函数ESF曲线图可以定性地判断系统可能存在的影响像质的因素。