光学设计与光学工艺ppt课件
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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
精品课件
1
目录
一
引言
二
光学设计过程
三 光学设计过程中考虑问题
四 六倍放大镜的加工
精品课件
2
光学系统实现过程
光学设计 光学零件加工 机械零件加工
客户 提出需求
光学机械设计 光学零件检验 机械零件检验
系统总体装调及检验
精品课件
3
一、引 言
光学设计宗旨：
光学系统设计(O精品p课ti件cal System Design)
5
二、光 学 设 计 过 程
像差校正与平衡 2
3 像质评价
初始结构 计算与选择 1
设计 过程
4 样板匹配
出设计图纸 6
5 公差分析
精品课件
6
二、光 学 设 计 过 程
提出合理技术指标
开始
是
理想光学系统外形尺寸计算
重新计算
否
否
外形尺寸?
Thickness（厚度/间 隔）
楔角/同心度/倾斜
位在表Z示E的MA极X值里偏TS差D。X、TSDY用来 模实拟际一上个，标有准楔表角面的的元偏件心与公光差轴，相单 位对为于镜其头机长械度轴（倾m斜m的）元,而件T完ED全X相、 同TE，D当Y是旋用转来元模件拟时一，个元元件件具的有偏边心缘 公差，可以是厚标度准差面。也可以是非标
准面，int1、int2定义了一个镜头
Decenter（偏心）
组的边界面。
精品课件
15
二、光 学 设 计 过 程
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
精品课件
16
二、光 学 设 计 过 程
光学系统实例：
精品课件
百度文库
17
三、光 学 设 计 注 意 问 题
零件技术指标 2
3 标准零件图纸
材料选择 1
注意 问题
4 加工工艺及成本
加工超差补救 6
5 检验方案
精品课件
18
三、光 学 设 计 注 意 问 题
1
材料选择的问题
2
零件技术指标的问题
3
标准零件图纸的问题
4
加工工艺及成本的问题
5
检验方案的问题
6
加工超差补救的问题
精品课件
19
1、光学设计中的材料选择
材料选择的宗旨：
13
二、光 学 设 计 过 程
性能合理镜头的首选公差
精品课件
14
二、光 学 设 计 过 程
性能合理镜头的首选公差
Radius（半径）
样板的检测精度，光学设计 包偏师括心应光包该学括与元两光件种学的加，厚工一度种师和是沟机简通械单元的件横 向N支=偏撑λ心/的2，（间普上隔通、。的下光）学，加另工一一种般是控使制元
精品课件
12
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。
精品课件
件在始5使个终用光保Z圈E持M，与A较机X软好架件的座模精接拟度触公应的差该“时控滚，制
Fringes（光圈）
Irregular（表面不规 则度）
动公表”差面。操不两作规在种数则3偏个T度T心光H可模I圈有以型以两通实内个过际。参局上数部完，全不 同光in。t圈1在是（滚用△动来N）的定来情义考况公察下差，，的工与表艺机面上架编座号接， 触而良in可好t2以的是做左作到侧为0半补.3径偿个被的光良表圈好面。地编校号准，， 表最面小倾值斜和只最发大生值的是右以侧镜表头面长上度。单
是否可能满足要求
改变初始 结构?
是 是
初始结构设计
否 像差平衡
否
结束
像质是否达到要求 是
公差设计与工艺校核
绘制光精学品系课统件图与零件图
否
是否满足 工艺要求 是
7
二、光 学 设 计 过 程
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
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
3、象质评价
光学设计者必须对各种光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。
精品课件
10
二、光 学 设 计 过 程
瑞利判断
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
象质评价 的方法
分辨率
用于评价大象差系统
库
➢自Pl动ate匹s>>配Test利Pla用te 软件自带的样板匹配功能进 行自Fit动ting匹>>配选；择样板库
➢手(F工ile 匹Na配me)>>手选工择输匹配入样板库中有的样板。
方式(Method of手Fit)工>>匹配原则：
先进输行匹入配曲率半径小的，再输入曲率半径大的，
每输入一次要进行一次自动优化。
➢常用的光学材料：
光学玻璃（包括无色光学玻璃、有色光学玻璃和 特种光学玻璃）
微晶玻璃
点列图
光学传递 函数
精品课件
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。11
二、光 学 设 计 过 程
4、样板匹配
对 于厂球家面样元板库件，一般根据H厂EN家G样YI板.TP库D就来是进恒行益曲公率司半的样板
径 选Ze择ma。x>>Tools>>Test
既能满足设计要求，同时有利于加工，
价格合理
在绘制图纸阶段须对材料提出严格要求，材料本
身问题引发的后续问题在后续阶段很难发现。
材料性能、加工成本及加工难度相差很大，有些
大口径光学材料是很难购得的。
精品课件
20
1、光学设计中的材料选择
常用光学材料
注意
光学玻璃牌号分类
国际玻璃码的表示
精品课件
21
1、光学设计中的材料选择
使设计获得成功
精品课件
8
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。
精品课件
9
二、光 学 设 计 过 程
满足技术 要求
便于制造
节省成本
精品课件
4
二、光 学 设 计 过 程
客户 需求
观察目标特性(可见光,红外) 或应用领域(激光)
波谱范围
观察范围
视场 探测器
焦距
成像要求 (点扩散函 数传递函数 透过波前
能量
口径
➢成像质量要求大 ➢设计难度要求小 ➢探测器能量响应要求
分辨率)
合适
视场 口径 焦距 成像要求 镜头设计(Lens Design)
（第一讲） 光学设计过程中需注意的问题
精品课件
1
目录
一
引言
二
光学设计过程
三 光学设计过程中考虑问题
四 六倍放大镜的加工
精品课件
2
光学系统实现过程
光学设计 光学零件加工 机械零件加工
客户 提出需求
光学机械设计 光学零件检验 机械零件检验
系统总体装调及检验
精品课件
3
一、引 言
光学设计宗旨：
光学系统设计(O精品p课ti件cal System Design)
5
二、光 学 设 计 过 程
像差校正与平衡 2
3 像质评价
初始结构 计算与选择 1
设计 过程
4 样板匹配
出设计图纸 6
5 公差分析
精品课件
6
二、光 学 设 计 过 程
提出合理技术指标
开始
是
理想光学系统外形尺寸计算
重新计算
否
否
外形尺寸?
Thickness（厚度/间 隔）
楔角/同心度/倾斜
位在表Z示E的MA极X值里偏TS差D。X、TSDY用来 模实拟际一上个，标有准楔表角面的的元偏件心与公光差轴，相单 位对为于镜其头机长械度轴（倾m斜m的）元,而件T完ED全X相、 同TE，D当Y是旋用转来元模件拟时一，个元元件件具的有偏边心缘 公差，可以是厚标度准差面。也可以是非标
准面，int1、int2定义了一个镜头
Decenter（偏心）
组的边界面。
精品课件
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二、光 学 设 计 过 程
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
精品课件
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二、光 学 设 计 过 程
光学系统实例：
精品课件
百度文库
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三、光 学 设 计 注 意 问 题
零件技术指标 2
3 标准零件图纸
材料选择 1
注意 问题
4 加工工艺及成本
加工超差补救 6
5 检验方案
精品课件
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三、光 学 设 计 注 意 问 题
1
材料选择的问题
2
零件技术指标的问题
3
标准零件图纸的问题
4
加工工艺及成本的问题
5
检验方案的问题
6
加工超差补救的问题
精品课件
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1、光学设计中的材料选择
材料选择的宗旨：
13
二、光 学 设 计 过 程
性能合理镜头的首选公差
精品课件
14
二、光 学 设 计 过 程
性能合理镜头的首选公差
Radius（半径）
样板的检测精度，光学设计 包偏师括心应光包该学括与元两光件种学的加，厚工一度种师和是沟机简通械单元的件横 向N支=偏撑λ心/的2，（间普上隔通、。的下光）学，加另工一一种般是控使制元
精品课件
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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。
精品课件
件在始5使个终用光保Z圈E持M，与A较机X软好架件的座模精接拟度触公应的差该“时控滚，制
Fringes（光圈）
Irregular（表面不规 则度）
动公表”差面。操不两作规在种数则3偏个T度T心光H可模I圈有以型以两通实内个过际。参局上数部完，全不 同光in。t圈1在是（滚用△动来N）的定来情义考况公察下差，，的工与表艺机面上架编座号接， 触而良in可好t2以的是做左作到侧为0半补.3径偿个被的光良表圈好面。地编校号准，， 表最面小倾值斜和只最发大生值的是右以侧镜表头面长上度。单
是否可能满足要求
改变初始 结构?
是 是
初始结构设计
否 像差平衡
否
结束
像质是否达到要求 是
公差设计与工艺校核
绘制光精学品系课统件图与零件图
否
是否满足 工艺要求 是
7
二、光 学 设 计 过 程
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
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
3、象质评价
光学设计者必须对各种光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。
精品课件
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二、光 学 设 计 过 程
瑞利判断
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
象质评价 的方法
分辨率
用于评价大象差系统
库
➢自Pl动ate匹s>>配Test利Pla用te 软件自带的样板匹配功能进 行自Fit动ting匹>>配选；择样板库
➢手(F工ile 匹Na配me)>>手选工择输匹配入样板库中有的样板。
方式(Method of手Fit)工>>匹配原则：
先进输行匹入配曲率半径小的，再输入曲率半径大的，
每输入一次要进行一次自动优化。
➢常用的光学材料：
光学玻璃（包括无色光学玻璃、有色光学玻璃和 特种光学玻璃）
微晶玻璃
点列图
光学传递 函数
精品课件
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。11
二、光 学 设 计 过 程
4、样板匹配
对 于厂球家面样元板库件，一般根据H厂EN家G样YI板.TP库D就来是进恒行益曲公率司半的样板
径 选Ze择ma。x>>Tools>>Test
既能满足设计要求，同时有利于加工，
价格合理
在绘制图纸阶段须对材料提出严格要求，材料本
身问题引发的后续问题在后续阶段很难发现。
材料性能、加工成本及加工难度相差很大，有些
大口径光学材料是很难购得的。
精品课件
20
1、光学设计中的材料选择
常用光学材料
注意
光学玻璃牌号分类
国际玻璃码的表示
精品课件
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1、光学设计中的材料选择
使设计获得成功
精品课件
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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。
精品课件
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二、光 学 设 计 过 程
满足技术 要求
便于制造
节省成本
精品课件
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二、光 学 设 计 过 程
客户 需求
观察目标特性(可见光,红外) 或应用领域(激光)
波谱范围
观察范围
视场 探测器
焦距
成像要求 (点扩散函 数传递函数 透过波前
能量
口径
➢成像质量要求大 ➢设计难度要求小 ➢探测器能量响应要求
分辨率)
合适
视场 口径 焦距 成像要求 镜头设计(Lens Design)