首页 -> 登录 -> 注册 -> 回复主题 -> 发表主题
光行天下 -> SYNOPSYS -> SYNOPSYS 光学设计软件课程九：复消色差接物镜的公差计算 [点此返回论坛查看本帖完整版本] [打印本页]

optics1210 2018-08-22 15:24

SYNOPSYS 光学设计软件课程九：复消色差接物镜的公差计算

-PS#Z0>  
PI`jExL  
在上一课中，我们设计了复消色差物镜。在本课中，我们将计算该透镜的公差。 A j2OkD  
在将透镜元件的图纸发送到车间之前，您必须知道透镜的公差多大以确保透镜能被加工。我们使用上一课中的透镜L8L2作为例子。 qEpi]=|  
轴上图像对于这种物镜来说是最重要的，它通常用于行星观测，并且有一些场曲和像散。 Z00+!Tnd  
首先，我们尝试简单的BTOL评估。 BTOL有很多选项，我们只使用其中几个。 我们为这个案例提供了一个菜单：MSB，Menu，Simple BTOL。 在命令窗口中输入MSB，然后按如下方式填写:(大部分已经为您填写;但我们选择了TOLERANCE和WAVE单选按钮（而不是DEGRADE SPOT），然后单击Prepare MC框以选择该选项。其他所有内容都可以保留原样。单击GO按钮。

B x (uRj  
计算完成后，从命令窗口向上查看，你会看到
M#~Cc~oT  
这表示轴上图像将获得0.05的方差，这是一个相当大的数值。向上滚动显示，直到看到公差结果：
Td G!&:>  
    BUDGET TOLERANCE ANALYSIS                -----B----- z)9wXo#~  
        EL. SURF    RADIUS    RADIUS    TOLERANCE    THICKNESS    THICKNESS TOL wi4=OU1L)a  
        (RADIUS)    (FRINGES) 3'^k$;^  
O2BW6Wc  
            1     1    -167.68076    0.83952    4.82574    0.58188    0.00500 Gi "941zVl  
            1     2    -7.06479    0.00091    2.95710    0.36076    0.00157 o>7ts&rk  
            2     3    -6.55387    7.70586E-04    2.72673    0.26355    0.00487 ~-PjW#J%  
            2     4    5.31383    2.93873E-04    1.62247    0.03937    4.25845E-04 (;q\}u  
            3     5    5.40837    2.91628E-04    1.57357    0.53301    0.00496 L+CyQq  
            3     6    -19.41777    0.01032    4.32489    39.42904    0.00000 d1U\ft:gV  
                 7    -11.19311    0.00000    0.00000    0.00000    0.00000 J41G&$j(  
( YQWbOk  
        ELE SURF    GLASS NAME    BASE INDEX    INDEX TOL    V-NUMBER    V-NUMBER TOL Nkp)Ax&  
!zPa_`P  
            1    1    N-BAK2    1.53996d    4.28482E-04    59.70771d    0.15534 zxf"87se  
            2    3    N-KZFS4    1.61336d    1.68964E-04    44.49298d    0.05359 ;$a@J&  
            3    5    N-BAF10    1.67003d    1.92822E-04    47.11137d    0.06830 DqX{'jj  
#{=;NuP  
        Note: The symbol "d" indicates that the quantity is estimated at 0.58756 uM. The symbol "F" indicates that the quantity is taken at the primary color. oiX+l5`pz  
cOPB2\,  
        ELE        SURF        WEDGE    TOLERANCE        IRREG. TOL        ROLLED EDGE TOL tUgEeh6  
                    (ARC MIN)       (TIR)   (FRINGES)       (FRINGES) BQ @huns3  
         1          1        0.00000        0.00000            0.37554             0.23097 wlEdt1G  
         1          2        0.44053        0.00051            0.37277             0.22647 ~M\I;8ne  
         2          3        0.00000        0.00000            0.34602             0.20629 t 0-(U\  
         2          4        0.23321        0.00027            0.34291             0.20100 8HRmQ  
         3          5        0.00000        0.00000            0.32721             0.19092 D<V~f B  
         3          6        0.51677        0.00060            0.33277             0.19873 (ZY@$''  
                  7        16.69273    0.00339            0.00000             0.00000 ?c7*_<W5  
        ELE    SURF   ELEMENT TILT    TOLERANCE      Y-DECENT   TOL    X-DECENT   TOL XK: 9r{r{  
                    (ARC MIN)           (TIR) Z7RiPSdxp  
        1     1        0.53402            0.00062                0.00066           0.00000 HW7; {QMg  
        1     2        0.00000            0.00000                0.00000           0.00000 5cEcTJL[C  
        2     3        0.30597            0.00035                0.00024           0.00000 MW PvR|Q  
        2     4        0.00000            0.00000                0.00000           0.00000 lhtZaU~V  
        3     5        0.24585            0.00028                0.00027           0.00000 +e-G,%>9  
        3     6        0.00000            0.00000                0.00000           0.00000 ZeEWp3vW  
             7        0.00000            0.00000                0.00000           0.00000
ND5`Q"k   
%s&ChM?8F  
太糟糕了，透镜在镜片1和2之间具有0.0016的空气间隔公差，在2和3之间具有0.0004的空气间隔公差.中间镜片的V-number 公差为0.054，您需要该镜片上的偏心保持在0.00024以内。 没有人能加工出这样一个透镜。 H6&J;yT}  
我们必须放松这些公差。 如何操作呢？公差太紧的一个原因是，各个镜片的像差很大。 虽然三阶像差对于透镜设计师来说不再像以前那样有用，但实际上它们在放松公差上有用处。 输入命令THIRD SENS。
:OW ;?{ ~j  
    SYNOPSYS AI>THIRD SENS kWNV%RlSx  
XXh6^@H=  
    ID F10 APO # hlCs  
2hee./F`  
    NORMALIZED 3RD-ORDER ANALYSIS OF        TOLERANCE SENSITIVITY IN,(y aC  
Wy ZL9K{?  
    SS OF SA3 BY SURFACE (SAT) =        8.363047 ;L,mBQB?0b  
    SS OF CO3 BY SURFACE (COT) =        0.018283 IXb}AxB f  
    SS OF CO3/YDC BY SURFACE (ACD) =        0.132904 @fa@s-wb  
    SS OF CO3/TILT BY SURFACE (ACT)    =    4.158202 8Th` ]tI  
    SS OF CO3/YDC BY ELEMENT (ECD)    =    0.038108 !H2QjW  
    SS OF CO3/TILT BY ELEMENT (ECT)    =    1.184945 {O+Kw<d  
    SS OF SA3 BY ELEMENT (ESA) =        0.042947  y2+p1  
    SS OF CO3 BY ELEMENT (ECO) =        0.000094
@]![o %  
5r?m&28X  
该列表显示了各表面与各像差贡献的平方和。 我们的思路是，如果某个面的像差很大，即使受到其他表面像差的补偿，如果该面发生变化，那么整体的像差也会发生很大的变化，所以这个时候系统也无法在进行补偿。球差贡献SAT的值为8.363。让我们修改评价函数来降低这个总和。这是新的MACro：
Q7g>4GZC  
    PANT .S%0   
    VLIST RAD 1 2 3 4 5 7 ;/0 Q1-  
    VLIST TH 2 4 YG8>czC  
    END iR\Hv'|  
    AANT sg8/#_S1i  
    AEC oX4q`rt  
    ACC /l{ &iLz[  
    M 4 1 A SAT '*Almv{  
    GSO 0 1 5 M 0 0 PC qZNBN  
    GNO 0 .2 4 M .75 0 7c;9$j  
    GNO 0 .1 4 M 1.0 0 ^+ wD43  
    END /5#rADOS  
    SNAP iA,kX\nK  
    SYNO 30
jn: NYJv  
&bhq`>  
在这里，我们要求SAT的值为4，并且还要求更精细的光线网格。运行后，透镜稍微改变，如要求的那样，SAT现在的值为4。（L9L1.RLE） ^{\<N()R  
现在我们再次运行BTOL，将波前差公差更改为0.1，并指定厚度6的调整。（第一次BTOL运行使用了6的近轴厚度求解，但是如果让程序略微偏离，有时公差会更宽松。 调整将解决这个问题.NOP指令删除所有的近轴解决方案。）我们还指定三个镜片的折射率和阿贝数，这将它们从公差中删除。 在像这样繁琐的系统中，人们总是要求玻璃供应商提供熔点数据，这样可以得到测量的指数，然后用这些值调整设计。 因此，这些值中的误差不再是公差的一部分。
2>\v*adG  
    CHG dV Q-k  
    NOP ~h"/Tce  
    END !bC+TYsU  
    BTOL 2 zSE<"(a  
    EXACT INDEX 1 3 5 @A+RVg*=  
    EXACT VNO 1 3 5 KE1ao9H8wR  
Y $u9%0q|?  
    TPR ALL St<mDTi  
    TOL WAVE 0.1 87WBM;$&s  
    ADJUST 6 TH 100 100 J|3E-p\o  
up2+ s#  
    PREPARE MC [|~2X>  
@ a4/ELx  
    GO kqb0>rYa   
    STORE 4
Lw'9  
2Sq_Tw3^  
我们运行这个命令，公差有点宽松。
j&UMjI9[  
    BUDGET TOLERANCE ANALYSIS                                        -----B----- f""`cdqAOh  
        EL.    SURF    RADIUS           RADIUS TOLERANCE     THICKNESS THICKNESS TOL zyg:nKQW  
                                (RADIUS)    (FRINGES) A!vCb 8(TX  
        1    1        -59.38005     0.10772       4.93291        0.58188        0.00500 {T'GQz+R"  
        1    2        -6.51230     0.00118       4.49176        0.23997        0.00305 m'-|{c  
        2    3        -6.10170     0.00105       4.39207        0.26355        0.00498 vfB2XVc  
        2    4        6.63058         0.00107       3.91104        0.03937        0.00148 {"vkji>  
        3    5        6.66960         0.00105       3.81273        0.53301        0.00498 t |W)   
        3    6        -16.08586     0.00781       4.90457        39.98704    0.00000 ^VT1vu %03  
            7        -13.17213     0.00000       0.00000        0.00000        0.00000 SI_iI71  
n}mR~YqD  
    ELE    SURF        GLASS NAME        BASE INDEX    INDEX TOL    V-NUMBER    V-NUMBER TOL <} jPXEB"  
    Note: The symbol "d" indicates that the quantity is estimated at 0.58756 uM. The symbol "F" indicates that the quantity is taken at the primary color. Eh| .  
L'i-fM[#  
        ELE    SURF        WEDGE    TOLERANCE        IRREG. TOL        ROLLED EDGE TOL J4=_w  
                    (ARC MIN)          (TIR)     (FRINGES)          (FRINGES) iU+nqY'  
        1    1            0.00000            0.00000        0.99505            0.26670 L&-hXGx=7  
        1    2            0.72714            0.00085        0.98343            0.26160 ?4CNkk=v  
        2    3            0.00000            0.00000        0.90848            0.24078 _28<m JfG  
        2    4            0.50988            0.00059        0.89873            0.23704 Og%U  
        3    5            0.00000            0.00000        0.85303            0.22519 =N);v\ Q$!  
        3    6            0.85761            0.00100        0.87086            0.23246 `d2,*KR  
            7            23.61909        0.00480        0.00000            0.00000 |KYEK|  
Zs2-u^3&  
        ELE    SURF        ELEMENT TILT    TOLERANCE    Y-DECENT TOL     X-DECENT TOL K={qU[_O  
                        (ARC MIN)           (TIR) <P%}|@  
        1    1            0.86414            0.00101        0.00104            0.00000 >%Ee#m  
        1    2            0.00000            0.00000        0.00000            0.00000 QFPfIb/  
        2    3            0.99650            0.00114        0.00050            0.00000 B`$L'  
        2    4            0.00000            0.00000        0.00000            0.00000 OndhLLz  
        3    5            0.57610            0.00067        0.00065            0.00000 ~Cc.cce5  
        3    6            0.00000            0.00000        0.00000            0.00000 A\Txb_x  
            7            0.00000            0.00000        0.00000            0.00000
nsb4S {  
*FR$vLGn  
现在，透镜在视场的任何地方都会出现0.1的变化，处于two-sigma水平。 这太大了吗？ 为了找到答案，让我们运行蒙特卡洛程序，看看制作的透镜是什么样的。 起始透镜现在位于库中的位置4，我们将最坏的示例放到库中的位置5。 -V % gVI[  
输入CW：:
z5Qs @dG  
    MC 50 4 QUIET –1 ALL 5.
'j%F]CK  
RE3Z%;'  
这将运行50次，根据上面的公差设定，运行公差，然后保存最坏情况的例子。 如果您不知道命令的参数，只需输入字母MC，然后查看托盘。 将显示该命令的格式，如果您需要更多信息，只需在命令位于托盘中按F2键以打开该主题的帮助文件，或输入HELP MC。 （你必须在MC工作之前运行BTOL，因为它使用BTOL的公差。）
r C[6lIP  
MC运行50个案例并显示统计数据。 运行结束后您可以通过输入MC PLOT查看结果的直方图。 现在，轴上图像在two-sigma 以内，方差在0.1以下。 8 iC:xcN3  
我们需要研究最坏情况的例子。切换到ACON 2（输入ACON 2或单击按钮）并输入GET 5。这是MC放置该示例的位置。 现在看看PAD显示。
uk`8X`'  
在这里，我们为底部显示选择了OPD Fan Plots选项，我们发现透镜在轴上，图像上的像差超过四分之一波长。这个透镜的公差仍然很敏感，中心的偏心公差小于一微米。 rAQF9O[  
制造调整 W&"|}Pi/  
显然，我们需要一些制造调整。 在这种情况下，一个人制作一个元件，测量它，然后再次重新优化透镜，改变其他元件。 然后另一个人制作另一个元件，再次测量和调整，继续这样做直到一切都完成。 在装配时，然后调整偏心和倾斜以获得最佳图像。 t j Vh^  
输入HELP FAMC。 （FAMC是Fab Adjust MC。）这是我们的MACro
]7AX%EG3  
    FAMC 50 4 QUIET -1 ALL 5 P5QQpY{<I  
    PASSES 20 O(H1P[  
^] p  
    FAORDER 5 3 1 3b[jwCt  
~<qt%W?  
    PHASE 1 PANT sTHq&(hLUG  
    VLIST RAD 1 2 3 4 5 6 RBGlzk  
    VLIST TH 2 4 6 END Ix DWJ#k  
%1McD{  
    AANT fn{S "33"  
    GSO 0 1 5 M 0 PHM:W%g:  
    GNO 0 1 5 M 1 END L$v^afP?  
    SNAP EVAL Q}2[hB  
JbQZ!+  
    PHASE 2 PANT mjnUs-`W|  
    VY 3 YDC 2 100 -100 6er(%4!  
    VY 3 XDC 2 100 -100 cm>E[SHr  
    VY 5 YDC 2 100 -100 7_KhV  
    VY 5 XDC 2 100 -100 M"^K 0 .  
    VY 6 TH END AANT 0WxCSL$#I  
    GNO 0 1 4 M 0 0 0 F z xZtz  
    GNO 0 1 4 M 1 0 0 F END r;cV&T/?  
    SNAP SYNO 30 `kBnSio~  
iT )WR90  
    PHASE 3
5a8>g [2U  
vrl[BPI  
这个MACro在做什么： Sg*0[a3z  
1.请求FAMC，其参数与上面运行的MC程序相同。 =F%RLpNU4  
2.在阶段1中，程序将按照FAORDER行中给出的顺序更改透镜，在BTOL公差内随机更改参数。 这模拟了最难平衡的元件，依此类推。 它将使用PHASE 1部分中列出的变量和评价函数优化透镜，因为每个元件都会被制造，删除那些适用于已经完成的元件的变量。 v1[_}N9f>H  
3.当镜片全部制成时，它根据倾斜和偏心公差模拟它们在工厂中的安装。 然后它再次优化，根据PHASE 2参数改变X和Y中元件2和3的偏心（在两个方向上模拟误差，补偿也是如此）。 我们再次变化厚度6，因为大的中心变化也产生小的离焦。 评价函数还校正光瞳左右的光线（GNO线中的“F”），因为一旦模拟了误差，就不再存在双边对称性。 %I4zQiJ%  
我们运行这个MACro并再次查看最坏的情况。
f!GHEhQ9  
这个透镜在轴上的波前差仍超过四分之一波长 - 但请记住这是最糟糕的情况。 这50次运行的结果中的大部分都非常好。 输入MC PLOT，并在图的左下方查看描述轴上图像的部分：
4,eQW[;kk  
最糟糕的例子是底部末尾的直方图，它比其他结果差得多。毕竟，这是一个正态统计的结果。如果根据这个相当紧的公差建造，透镜很可能会正常工作。（如果您自己运行这些案例，您的统计信息会有所不同，因为MC会根据预算引入随机错误。） !)OB@F%U  
请注意，当我们决定使用FAMC时，公差本身不会被更改或重新计算。 我们所做的是采用效果不佳的公差而使其更好地运作。另外一点，我们不必再担心偏心公差 – 因为这些偏心很难保持 -在装配时我们可以调整元件的偏心。那么事情变得容易多了。 .5tg4%l  
但是需要付出代价：在交付玻璃时必须获得熔点数据，使用这些数据调整设计，工厂必须按照给定的顺序制作元件，仔细测量它们，然后将这些数据发送回设计师，他将重新进行优化。 并且必须在测试台上调整元件2和3的偏心，然后在调整图像后将所有元件锁定。 但这就是精密光学的全部意义所在。
查看本帖完整版本: [-- SYNOPSYS 光学设计软件课程九：复消色差接物镜的公差计算 --] [-- top --]

Copyright © 2005-2025 光行天下 蜀ICP备06003254号-1 网站统计