光学设计与光学工艺.ppt

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1、光学设计与光学工艺（第一讲）光学设计过程中需注意的问题目录引言一光学设计过程二光学设计过程中考虑问题三六倍放大镜的加工四客户提出需求系统总体装调及检验光学设计光学零件加工机械零件加工光学机械设计光学零件检验机械零件检验光学系统实现过程光学设计宗旨：满足技术要求便于制造节省成本一、引言观察目标特性(可见光,红外)或应用领域(激光)观察范围成像要求(点扩散函数传递函数透过波前分辨率)能量视场探测器口径波谱范围焦距成像质量要求大设计难度要求小探测器能量响应要求合适视场口径焦距成像要求镜头设计(LensDesign)光学系统设计(OpticalSystemDesig

2、n)二、光学设计过程客户需求设计过程像质评价像差校正与平衡样板匹配公差分析初始结构计算与选择出设计图纸123456二、光学设计过程二、光学设计过程一个不好的初始结构，再好的自动设计程序和有经验的设计者也无法使设计获得成功1、初始结构的计算和选择根据初级象差理论求解初始结构从已有的资料中选择初始结构二、光学设计过程2、象差校正和平衡用光学计算程序进行光路计算，算出全部象差及各种象差曲线;找出影响光学系统成象质量的主要象差是哪些;找出改进办法，进行象差校正;反复进行象差分析、校正及平衡，直到满足成象质量要求为止。二、光学设计过程3、象质评价光学设计者必须对各种光

3、学系统的剩余象差的允许值和象差公差有所了解，以便根据剩余象差的大小判断光学系统的成象质量。二、光学设计过程适用于小象差系统如：望远物镜、显微物镜等。实际波面与理想波面之间的最大波象差不超过1/4波长用于评价大象差系统客观、可靠、便于计算和测量，不仅能用于光学设计结果的评价，还能控制光学系统设计的过程、镜头检验、光学总体设计等各方面。象质评价的方法瑞利判断分辨率点列图光学传递函数二、光学设计过程对于球面元件，一般根据厂家样板库来进行曲率半径选择。4、样板匹配手工匹配原则：先输入曲率半径小的，再输入曲率半径大的，每输入一次要进行一次自动优化。自动匹配利用软件自带

4、的样板匹配功能进行自动匹配；手工匹配手工输入样板库中有的样板。HENGYI.TPD就是恒益公司的样板库厂家样板库Zemax>>Tools>>TestPlates>>TestPlateFitting>>选择样板库(FileName)>>选择匹配方式(MethodofFit)>>进行匹配二、光学设计过程5、公差分析公差分析的目的:给出合理的加工要求，合理的加工要求既能保证加工的可行性，同时又能降低加工难度和加工成本，因此公差分析工作至关重要。公差分析宗旨:使最差情况下的传递函数由于工艺因素的总下降量不大于0.15，以便探测器仍能分辨它对应的空间频率。二、光学设计

5、过程性能合理镜头的首选公差参数公差参数公差半径±0.001mm样板的测量精度倾斜0.05mmTIR对样板的光焦匹配3个光圈偏心±0.05mm表面不规则度1个光圈（0.3）折射率±0.001厚度±0.05mm阿贝数±0.8%空气间隔±0.05mm玻璃不均匀性±0.0001楔角/同心度0.025mmTIR二、光学设计过程包括光学元件的厚度和机械元件支撑的间隔。在使用ZEMAX软件模拟公差时，公差操作数TTHI有两个参数，int1是用来定义公差的表面编号，而int2是作为补偿的表面编号，最小值和最大值是以镜头长度单位表示的极值偏差。实际上，有楔角的元件与光轴相对

6、于其机械轴倾斜的元件完全相同，当旋转元件时，元件具有边缘厚度差。偏心包括两种，一种是简单的横向偏心（上、下），另一种是使元件始终保持与机架座接触的“滚动”。两种偏心模型实际上完全不同。在滚动的情况下，与机架座接触良好的左侧半径被良好地校准，表面倾斜只发生的右侧表面上。在ZEMAX里TSDX、TSDY用来模拟一个标准表面的偏心公差，单位为镜头长度（mm）,而TEDX、TEDY是用来模拟一个元件的偏心公差，可以是标准面也可以是非标准面，int1、int2定义了一个镜头组的边界面。Radius（半径）Fringes（光圈）Irregular（表面不规则度）Dece

7、nter（偏心）楔角/同心度/倾斜Thickness（厚度/间隔）样板的检测精度，光学设计师应该与光学加工师沟通N=λ/2，普通的光学加工一般控制在5个光圈，较好的精度应该控制在3个光圈以内。表面不规则度可以通过局部光圈（△N）来考察，工艺上可以做到0.3个光圈。二、光学设计过程性能合理镜头的首选公差6、出设计图纸设计图纸是指导加工的依据，图纸必须要规范，避免引起误解二、光学设计过程光学系统实例：二、光学设计过程注意问题标准零件图纸零件技术指标加工工艺及成本检验方案材料选择加工超差补救三、光学设计注意问题123456三、光学设计注意问题材料选择的问题1零件技

8、术指标的问题2标准零件图纸的问题3加工工艺及成本的问