光学设计公差允许 q*OKA5
一 公差分配思路 q1y4B`
原准备用ODP841进行公差分配计算,但该软件是用于几何传函的计算,对小象差系统计算的结果比Zemax中的MTFT好的多,这是因为没考虑衍射效应对象差的干扰。我们设计的系统鉴别率是很高的。因此用ODP841计算偏差很大。故采用Zemax计算。 4_<Uk
首先介召公差计算的总体思路: Eg*3**gTO
在光学设计中给所有工艺允许的总公差是: 使最差情况下的传函由于工艺因素的总下降量不大于0.15 lp/mm(下降后的传函仍有MTF=0.15,以便CCD仍能分辩它对应的空间频率),对于本系统就是在F=1.23光圈、1H,0.7H口径下允许鉴别率总下降量不大于0.15 lp/mm。 b5Pn|5AVj
公差分配的环节有: lI 1lP 1
半径、厚度1(透镜厚度)、厚度2(透镜气隙)、玻璃折射率、玻璃色散、中心偏1(加工偏心)、中心偏2(装配偏心)、余量 P `"7m-
上面的公差余量是为了在实际的工艺实施中,由于工艺原因必需放宽公差时,总公差允许量不致于超。 8; 8}Oq
在计算公差时,先按经验以工艺上最宽松的条件给出各结构参量的公差预定值,这样作是为了先考核最差情况对总公差的影响。当总公差不超时,也不能以此作为公差分配的最终结果,因为在工艺允许的条件下,应尽量提高成象质量,因此应减少对总公差影响大的诸结构公差,这样才能最有效的提高成象质量。 |BW,pT
二 公差分配 9K|lU:,
1 思路 *-_Npu6
对本样例镜头,用Zemax公差计算功能时应遵循如下原则: &}O!l'
(1) 因为F=2~8口径均比F=1.2口径的传函高很多,因此应以F=1.2口径传函为准考核传函变化量。 L|LTsRIq
(2) 在F=1.2口径的传函中,应要求0W,0.7W的传函,而0W传函比0.7W传函高很多,因此应以0.7W视场传函为准考核传函变化量所允许的半径公差。 }El_.@'T &
(3) 在计算传函时,应以MTF=0.3为基准考核传函的空间频率。 {P&^Erx
(4) 正态分布的蒙特卡罗数应取20以上,我们取50(此数越大,得到的公差计算结果的可信度越高,但计算量就越大)。 Zi)b<tM
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(5) 用传函计算公差时,各结构变量公差预定值的给定,可参考“各结构公差计算时预定公差的给定原则”给出。 N+5^h(~
(6) 为了加速公差计算,应以光学设计中有象质要求的各种情况下,传函最低的的情况,计算公差的允许值。 16|S 0 )
2 各结构公差计算时预定公差的给定原则 w>uZ$/
2.1 TFRN(光圈公差)预定公差的给定 w|C~{
这个量是给各面半径加公的允许偏差值,先统一给5道圈,计算出总偏差再调整。 #=(op?]
2.2 TTHI(厚度公差) 预定公差的给定 EcIQ20Z_-
这个量给定各面位置的绝对偏差允许值,对于变焦系统,由于有变焦曲线的严格限制,因此对各透镜面位置的绝对值应进行控制。对本系统,各面只有相对位置的要求,没必要限定绝对位置,因此只需给出:1,2;2,3; …. 的面要求就可以了。 E6:p
现各厚度加工的允许偏差预定值统一给0.05 mm。 wVDB?gy%#
2.3 TEDX,TEDY(零件允许平行偏心公差) 预定公差的给定 jm\#($gl=
这是光学零件与机械零件的配合公差中的偏心(平行)允许公差,给出0.05mm偏心允许预定值。 09Y?!,
2.4 TETX,TETY(零件允许倾斜偏心公差) 预定公差的给定 Wg^cj:&`u
这是光学零件与机械零件的配合公差中的偏心(倾斜)允许公差,给出6’=0.1°偏心允许预定值。 Ib!rf:
该公差实际上是限定了透镜隔圈端面垂直度的允许偏差。 2-aYqMmT;
2.5 TSDX,TSDY(光学零件表面允许平行偏心公差) 预定公差的给定 u9w&q^0dqG
这是光学零件表面公差中的偏心(平行)允许公差,给出0.05mm偏心允许预定值。 v\,%)Z/
2.6 TSTX,TSTY(零件允许倾斜偏心公差) 预定公差的给定 2<Bv=B
这是光学零件表面公差中的偏心(表面倾斜)允许公差给该量公差预定值为0.05mm。 r%d11[z
在Zemax公差计算输入文件中,单位确是度。 -G#k/Rz6
那么就用计算式: Q=arctg(0.05/R) 将角度值求出(度为量刚)。 I!gj; a?R
注:TSDX,TSDY,TSTX,TSTY是透镜定心膜边时用以控制表面倾斜和平行偏位的。但在工序完公后确要通过零件的透过偏心来验收,两者如何统一呢? ,<b|@1\k
-P>=WZu
在上图中: Hs=N0Sk]j
在车边工艺中,第一面是作为基准的,因此上图中第一面既无偏心,也无倾斜。第二面C21是表面偏心公差,,C22是表面倾斜公差。则同向影响总偏心C2=C21+C22,由相似三角形有: &pjV4m|j<
*]R0z|MW
这就是由工艺上控制公差(控制C21,C22),向产品验收公差的转换计算式。 Y&