編者 第九章 公差與容忍度分析

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1、光學系統設計實作篇第九章公差與容忍度分析(2001年第一版;僅供教學與研究參考，請勿作商業用途。)編者:許阿娟、何承舫、張國輝、陳志隆第九章公差與容忍度分析公差或容忍度(tolerance)關係到光學系統的製作花費，是一個相當重要的課題。在國際上，有一個公差規範(亦即ISO10110)，其中對各個透鏡或光學元件均有基本規範。在分析時，我們可以針對部分元件乃至全部元件，就這一些可能的公差範圍進行參數變動，看對整個系統效能的影響為何，以便更進一步作調整。另外也可以做整個系統效能需求，倒回估算各個元件公差或容忍度的下限為何。這

2、些都是很實際的課題。在這一章裡我們用一個雙分透鏡及雙高斯透鏡組為例，示範公差容忍度分析。其中雙高斯透鏡組是源自中華衛星二號「紅色精靈」計劃的CCD影像儀。9-1雙透鏡(DoubletLens)延續第八章，我們先考慮一個f/2雙透鏡組(圖樣見圖9-1)。為了單純起見我們先假定空氣間隔是最重要的因子。這個假定其實也很合理，因為這個間隔控制光束高度。我們可以使用OSLOUSER-defined容忍度程式調整面2的容忍度，來對其影響作個評估。整個步驟如下：1、先對lasrbd2.len複製，使用複製的檔案執行，再對鏡組容忍度分析

3、。面數據試算表除了像面的厚度，將所有的變數（variable）改為直接指定（directspecification），因為像面厚度被將被當作在容忍度分析期間的補償器，所以不改為直接指定，參見圖9-2。2、點選「Update>>ToleranceData>>SurfaceTolerance」開啟容忍度數據試算表（tolerancedataspreadsheet）。目前最感興趣的只有在第二鏡面厚度的容忍度，這一個厚度在ISO10110的內定值是0.2mm，但此值在目前的系統是非常不精確的。所以將容忍度改成0.05mm並關上試

4、算表，參見圖9-3。9-1PDFcreatedwithFinePrintpdfFactorytrialversionhttp://www.fineprint.com光學系統設計實作篇第九章公差與容忍度分析(2001年第一版;僅供教學與研究參考，請勿作商業用途。)編者:許阿娟、何承舫、張國輝、陳志隆圖9-1f/2雙透鏡組圖9-2面數據試算表容忍度更改為圖9-3面容忍度設定9-2PDFcreatedwithFinePrintpdfFactorytrialversionhttp://www.fineprint.com光學系統設

5、計實作篇第九章公差與容忍度分析(2001年第一版;僅供教學與研究參考，請勿作商業用途。)編者:許阿娟、何承舫、張國輝、陳志隆3、點選「Optimize>>SCPOperandsSetup>>Tolerance」，則「*opsettol」星指令將被執行，且運算元試算表會打開。輸入「OCM2」為容忍度運算元（toleranceoperand），並輸入名稱「pkvalopd」，如圖9-4所示：峰對谷運算元圖9-4運算元試算表4、欲計算在峰對谷光裎差的0.05mm容忍度之效應，請點選「Tolerance>>User-Define

6、dTolerancing>>Sensitivity」，則會出現一個選擇清單（Optionlist），如圖9-5所示，選擇「AirSpace」，並按「OK」。經過一段時間後，文字視窗將有如圖9-6之分析數據顯示。9-3PDFcreatedwithFinePrintpdfFactorytrialversionhttp://www.fineprint.com光學系統設計實作篇第九章公差與容忍度分析(2001年第一版;僅供教學與研究參考，請勿作商業用途。)編者:許阿娟、何承舫、張國輝、陳志隆Sensitivity按下出現圖9-5

7、「Tolerance>>User-DefinedTolerancing>>Sensitivity」之選單9-4PDFcreatedwithFinePrintpdfFactorytrialversionhttp://www.fineprint.com光學系統設計實作篇第九章公差與容忍度分析(2001年第一版;僅供教學與研究參考，請勿作商業用途。)編者:許阿娟、何承舫、張國輝、陳志隆圖9-6公差分析數據5、上面的分析數據顯示在優值函數（meritfunction）上0.05mm容忍度的效應，而優值函數即代表峰到谷光程差（pe

8、ak-to-valleyopd）。你也可以製造一個給定的容忍度「0.15mm」，此容忍度可使系統接近繞射極限，步驟為點選「Tolerance>>User-DefinedTolerancing>>InverseSensitivity」，然後選擇「AirSpace」，接下來再輸入0.15(參見圖9-7)，則文字視窗(參見