光学镜头的公差分配（1）

GGX19458132

<P>各位光学同行：</P>
<P>  （1）Zemax中关于公差分配部分牵涉内容很多，对于接触Zemax不久的人，是不易掌握的。</P>
<P>  （2）公差分配的过程应该很清楚，才能使设计者敢于使用分析结果。</P>
<P>  （3）传函是最好的评价函数，传函的公差评价标准是什么？应如何运用到公差分配中？</P>
<P>  （4）公差分配有那些环节？公差合成遵循什么原则？</P>
<P>    上述总总原因使的光学零件的公差分配成了较难掌握的环节。现在CCD的小型化过程，使得对镜头象质要求越来越高，光学镜头各元件的公差分配也变的越来越重要。当象素达到3,4百万时，公差分配成了镜头是否设计成功的决定因素。为了解决公差分配中要求过严，又没有放宽余地的环节，引出了中心偏配对校正，材料按炉号配对使用，关键公差环节配对选择进行装配。这并不是光学工作者心血来潮，而是公差分配进入了高精度后的必然结果。 掌握好公差分配，是经典光学进入高精度领域的必由之路！
    为了帮助光学同行了解公差分配这个环节，我准备从传函入手，通过光学结构参量与传函间的变量关系直观的介召公差分配的办法。 本贴以介召公差分配计算总体思路为突破口，在以后的几贴中再陆续介召公差各环节分配计算。
    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(我设计的4mm，1.2F的样例)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。
    公差分配的环节有：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。
    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。
    1 半径、厚度、材料的公差分配
    上述各光学结构参量的变动，在ODP841中都有传函变动与其相应（之所以选此软件，是因为它提供了更多有效位数的传函数值），因此按一般中等精度给公差，兼顾同类结构的传函下降量彼此较接近。对结构的传函下降量合成时，因按彼此有相消的可能性合成（尽管光学系统传函是设计在极小值状态附近，任何结构微小变化都会使传函减小，但这并不是说没有相消的可能性。这是因为传函级小值的设计是对指定视场，指定口径光线而言的，不同口径，不同视场的光线传函变化量仍有相消的可能性。例如：△R1使0.7W　1H和0.7H这两口径传函变化　- 0.012，0.028、△R２使0.7W　1H和0.7H口径传函变化0.012，－0.024。合成后，前一口经传函不变，后一口径反而增加了0.004。我设计的4mm，1.2F的样例中，在靠半径的过程里，选的六个半径都使传函变化，但替代原设计半径后，传函并未下降就是最能说明问提的一例。），即应按：</P>
<P>    δ^2=（δ1^2+δ2^2+...+δk^2) </P>
<P>    进行合成。合成后，应根据δ来重新调整公差各环节，使δ合乎要求(不大于0.15lp/mm的要求)。
                 
   2 中心偏的公差分配
    在ＤＯＰ８４１中没有中心偏与传函的直接对应关系，而在Zemax中还不了解这种对应关系。为此采用如下传换计算：
  （１） 先给中心偏分配一个传函变化量</P>
<P>  （２） 根据传函频率与弥散斑的关系，传成弥散斑的允许变化量。
  （３） 对于轴向象差可通过相对口径（１／Ｆ）转成垂轴象差。
  （４） 由象差变化量表计算垂轴象差变化量，其值不得超出其允许值（由（２）计算得到）。
  （５） 如果计算出的中心偏不合工艺要求，在δ计算后，重新分配各工艺环节的公差，再进行中心偏公差分配的调整。
（６） 由于上述的传换计算较繁索，因此应将传换算式编入到Ｍathematica中，就可快速得到计算结果。
    上述公差分配，只是个人的初步探索，希望光学同行发表高见。</P>
<P>   (由于商业保密原因，在以后各帖中只介召方法，不介召实例)</P>
<P>                                      GGX1945813</P>

[此贴子已经被作者于2004-11-3 7:15:48编辑过]

nanxin

hao! xiexie!

qhw

<P>good!</P>

华山老妖

<P>谢谢了，高老师！您是我们的榜样!!</P>

充电电池

高老师，你对理论研究是精益求精真是我们的榜样，敬佩！！！！！！！！！！！

GGX19458132

电池：

你好！你的夜视镜头设计好了吗？还准备作什么？我最近正帮人设计镜头。

糊涂虫

谢谢高老师!

在设计中确实常常有一些似是而非的东西,在任何资料(或许我没见到)也无从查找,只有通过相当的经验积累,形成一个初步的概念。再次表达对高老师的敬意！

充电电池

高老师，最近一次和你说起的那个镜头一直没有设计好，好象是无法大到领导的要求！没有办法只好搁置在一边了。现在在忙别的事情。谢谢您老的关心！您的帖子总是让我很受教益，真是很感谢！

huwu

谢谢，获益匪浅

jiang207

多谢了!

yiduomei

高老师 您好

很希望得到您的指教 希望和您取得联系！可以知道你的电话或者E-MAIL吗？

我的e -mail :stacy8692048@yahoo.com.cn

我在一个郑州的研究所工作 经常遇到光学设计难题没人请教。诚意做您的学生 把光学设计遗稿一些。

ggll

HAO