› 首页 ›资讯 › 查看内容

ZEMAX光学设计实例（130）---一个双高斯物镜的公差分析

2021-12-20 10:18| 发布者：Davis| 查看：3470| 评论：0|原作者: 小小光08

引言：

一个双高斯物镜的公差分析。

设计流程：

（1）双高斯物镜

一个近轴的双高斯物镜的光学系统，焦距11.4mm，波长为F.d.C。

系统参数设置如下：

LDE如下图：

2D Layout，如下图：

性能组合图：

（2）公差分析

在进行公差分析之前，要先将所有变量改为固定值，但不需要改动数值。

在开始进行公差分析之前，要先定义所有可能的误差来源。

对于中高精度光学系统，修改ZEMAX默认公差表中的参数，如下图：

计算公差的起始面为第2面，最后面为第18面；T18为BFL，用于补偿统计过程中的残差。

点击OK后，ZEMAX公差会自动加载到Tolerance Data Editor中。

共160行，上图未全部显示。

运行Tolerancing，生成误差评估表。

上图显示了Worst Offenders（最严重项目），可以看出，光阑前的双胶合透镜组（序号6～8）和光阑后的双胶合透镜（序号10～12）的横向位移、光阑前后的透镜厚度及间隔公差为“最严重项目”，这和双高斯物镜设计、加工调试的经验是一致的。

上图为弥散斑RMS半径的设计值（7.76um）、改变量统计平均值（5.41um）以及加工装配后弥散斑RMS半径的估计值（13.17um）。

如果觉得以上结果可接受，则开始计算元件的加工公差。否则，要从设计及公差分析上再优化。

（3）转换为加工公差及公差修正

某些ZEMAX公差还不是加工公差，必须进行转换为加工公差。

在该光学设计中，仅以光阑前后的正双胶合透镜（第6～8面）和负双胶合透镜（第10～12面）为例说明。

1）各项公差修正

A）TSTX和透镜中心偏

常规透镜的中心偏的级别表如下：

级别	α	χ	TSTX（TSTY）
高级	30″	50″	0.014°
中级	1.0′～2.0′	1.6′～3.3′	0.027°～0.055°

TSTX=0.03°对应的角度制透镜中心偏为

对应上表，相当于中级偏紧的中心偏。

B）TEDX，透镜和镜框的配合公差δ及镜框不同心度S

Decenter X(Y)，及TEDX(Y)=0.03mm，分配给δ=0.025mm，分配给S=0.01mm，考虑到透镜外径d、镜框内径Φ和镜筒镜框不同心度S为统计叠加，三项误差单向相加（=0.035mm）的概率不大。

C）TETX和镜框端面不垂直度

由于正透镜直径d=99mm，允许镜框端面不垂直度为

以上偏紧，可以修正为

负胶合透镜的情况类似。

在Tolerance Data Editor中修改第6～8面和第10～12面的TETX和TETY为0.047，如下图：

D）TTHI和接近光阑的间隔与厚度修正

在Tolerance Data Editor中将接近光阑的间隔和透镜的厚度（T6～T11）的公差全部改为±0.01mm，如下图：

E）非严重项公差的放宽

对于非严重项的透镜，如两侧的单透镜，公差可以适当放宽，如下图：

以上5步就完成了各项公差的修正，此时可以将Tolerance Data Editor保存为“1ST CorrectedTolerances”。

2）第二次运行Tolerancing和第二次修正

再次运行Tolerancing。

上图中，RMS半径的改变量统计平均值为5.23um，弥散斑RMS半径的估计值为12.99um。

上图中，最严重项目的前8项没有变化。

此时，我们可以考虑在Tolerance DataEditor中将4片单透镜的TEDX和TEDY修改为0.045mm，如下图：

此时可以再将Tolerance Data Editor保存为“2ND Corrected Tolerances”。

3）第三次运行Tolerancing及装配修正

第三次运行Tolerancing。

上图中，RMS半径的改变量统计平均值为5.78um，弥散斑RMS半径的估计值为13.5um。

此时就修正结束了。如果对结果不满意，应当从最严重项依次作进一步修正，修正结果还必须估计加工精度的可行性。

从以上的分析来看，透镜的偏心是一项严重影响像质的误差。

传统的小像差系统，保留一个可调整偏心的元件，例如，显微物镜接近标本面的齐明弯月透镜的镜框略小一些，在装配时用“星点法”调整到最佳像质，然后加紧或胶封。

现在，由于加工机械精度的提高以及人力成本的增加，批量生产光学镜头的理念，在于设计过程中细致地进行公差修正，对透镜和镜框、镜筒提出更严的要求，确保加工装配后像质有足够高的一次直通率，系统中一般不再设置调整环节。

需要注意的是，ZEMAX公差和加工公差的定义不完全一致，在完成设计、投入加工前必须细致地计算加工公差，并按照性能要求和加工精度对公差进行反复修正。

公差过松导致像质变差，公差过严导致加工成本增大，因此，适当的公差要求和像质评估是一项关乎性价比的重要环节。经过细致、合理的公差分析后投入加工的透镜系统，像质可以达到预期。

路过

雷人

握手

鲜花

鸡蛋

收藏邀请

ZEMAX光学设计实例（130）---一个双高斯物镜的公差分析

最新评论

相关分类

图文热点

TechWiz LCD 1D应用：高延迟膜（彩虹mura仿

使用VirtualLab Fusion中分布式计算的AR波

热门推荐