共轴光学系统是许多高端光机的核心部件,目前,航空航天和光刻技术对共轴光学系统的成像质量要求越发严苛。加工和装配过程引入的光轴一致性误差会破坏系统多光轴的一致性状态,必须通过装配调整进行控制。传统装调方法装调精度低,装调周期长,现已逐渐被计算机辅助装调(CAA)所取代。然而,共轴光学系统光学元件数目多,装配关系复杂,受零部件结合面误差影响较大,适用于简单离轴光学系统装调的CAA技术无法准确求解共轴光学系统失调量。所以研究共轴光学系统装调方法对于提高系统成像性能,缩短装调周期有重要意义。本文主要以光轴一致性误差为主导,通过分析和控制典型共轴光学系统的装配精度对装调过程进行优化。首先,针对由镜组部件组成的典型共轴光学系统结构,提出以定中心基准轴传递路径作为分析结合面误差对光轴倾斜误差影响的载体,并提出光轴倾斜误差全局补偿优化的装调思路。其次分析了零件表面误差的描述方法,提出以最小二乘拟合平面作为实际装配平面,并研究了相关测算方法;根据齐次坐标变换法,建立描述单个零件加工误差和相邻零件装配误差的位姿变换矩阵,进而建立了光轴偏角与相对装入角度关系的计算模型。然后根据传递路径类型,建立以光轴偏角最小为目标函数的优化模型,提出遗传算法等优化方法;采用了 MTF作为系统像质综合评价标准,利用灵敏度分析法寻找高敏光轴倾斜误差项,由此分解得到若干子传递路径,设计光轴偏角优化顺序,得到一组合适的相对装入角度及其误差范围。最后总结提出了共轴光学系统光轴一致性装调方法的具体操作步骤,并利用Zemax和MATLAB对一个投影物镜进行了装调仿真优化分析和验证,证明了本文提出的利用零部件加工误差的全局优化方法可有效补偿光轴倾斜误差,也验证了计算模型和装调方法的可行性和实用性。