zemax中公差分析(高级课件)
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zemax中公差分析 1）概论
公差分析：系统地分析些微扰动或 色差对光学设计性能的影像。
目的：定义误差的类型及大小，并将 之引入光学系统中，分析系统性能是 否符合需求。
课件精编
1
2）公差
•选取合适的性能规格 •定义最低的性能容忍极限
•定义所有可能的误差来源（如单独的组 件、组件群、机械组装等等）
•指定每一个制造和组装可允许的公差极限
16
•第一部分描述所有的公差操作数 •参数的该变量 •标准值 •标准值该变量与微小值的关系 •焦点补偿的该变量
注意：依据每个操作数独立公差分析的结果
课件精编
17
课件精编
18
12）统计分析 下列灵敏度分析是统计上的资讯： •微小的RMS光斑半径
•基本的标准值 •估计改变量
•估算RMS光斑半径
结论：默认公差的范围太宽松
D 周围所引起的公差
材料的热胀冷缩，温度、压力、湿度对折 射率的影响，系统遭冲击或振动锁引起的 对位问题，机械应力
E 剩下的设计误差
课件精编
4
4）设置公差
•定义绩效函数：如RMS光斑大小，RMS 波前误差，MTF需求，使用者自定义的绩 效函数
•定义允许的系统性能偏离值
•规定公差起始值让制造者可轻易达到要求 •补偿群常被使用在减低公差上
6）双胶合透镜的公差分析 Samples\tutorial
folder\tutorial tolerance.zmx
课件精编
7
课件精编
8
7)制造与组装公差 Editors-tolerance data Tools-default tolerance
课件精编
9
课件精编
10
课件精编
11
8)误差描述
课件精编
19
13)反灵敏度分析
反灵敏度分析常用在限制公差参数的范 围以控制系统性能最大的降幅。
反灵敏度的方法： •反最大值的模式
•反增加量的模式
课件精编
20
14）个别分析视场角/组态 •未选取，平均所有的视场角及组态 •选取，每个视场角及组态独立计算
课件精编
21
15）限制公差范围 假设需求的RMS光斑大小不能较正常的 差150% 正常的绩效函数值：0.003542mm
一系列独立的公差估计： •半径的改变
•厚度的改变
•倾斜或离轴的改变
•每一个在操作数，补偿部分会修正标
准值至最小
课件精编
13
10)初步公差分析
公差分析模式：灵敏度法sensitivity 标准：RMS光斑半径 Comp:paraxial focus
课件精编
14
课件精编
15
11)公差分析结果
课件精编
设置的绩效函数须小于0.005313mm
课件精编
22
16）设置限制条件 ---反增加量模式 •规定公差起始值，如zemax默认公差 •选择反增加量的模式inverse increment •增加量：0.00031mm
课件精编
23
•修正公差范围
课件精编
24
课件精编
25
17）设置限制条件
---反最大值模式
•公差分析有三种分析方法：灵敏度法、
反灵敏度法、蒙地卡课件罗精编 法
5
5）公差操作数 •TRAD,TCUR,TFRN:表面焦度的误差
•TTHI：组件或空间厚度的误差
•TCON：conic常数的误差 •TSDX，TADY：表面离轴的误差（长度） •TSTX，TSTY：表面倾斜的误差（角度） •TIRR：表面不平整度的的误差 •TIND，TABB：折课件精射编 率，阿贝数的误差6
•降低某些参数的范围
课件精编
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课件精编
34
课件精编
35
课件精编
36
蒙地卡罗统计结果
课件精编
37
公差摘要
课件精编
38
•COMP：定义表面4的厚度作为补偿部分
•TWAV：默认对任何条纹误差的测试波长
•四个面的曲率半径 •四个面的面不平整度
•两个组件和一个间隙的厚度误差
•两个玻璃的折射率或阿贝数的误差
•四个面皆有的两个方向的离轴和倾斜
•两个组件皆有的两个方向上wenku.baidu.com离轴和倾斜
课件精编
12
9）灵敏度分析 ---定义各个缺陷对系统性能的影响
•规定公差起始值，如zemax默认公差
•选择反最大值模式inverse limit
•最大值：0.003855mm
课件精编
26
•修正公差范围
课件精编
27
课件精编
28
18）蒙地卡罗分析
统计分析提供有灵敏度或反灵敏度是假设 每个参数对允许的最大值有干扰，而且误 差皆是独立的。
在真实系统中，误差与公差范围有着统计 分布的关系，蒙地卡罗是将随机数引入的 方法。
课件精编
2
3）误差来源
A 制造公差
不正确的曲率半径，组件过厚或过薄，镜 片外型不正确，曲率中心偏离机构中心， 不正确的conic值或其它非球面系数
B 材料误差
折射率准确性，折射率同质性，折射率
分布，阿贝数（色散）
课件精编
3
C 组装公差（整群组件） 组件偏离机构中心，组件在z轴上的位置 误差，组件与光轴有倾斜，组件定位错误
每个参数所受的影响都是独立的：
课件精编
29
•事先定义参数的范围 •合适的统计分布 •优化对系统的干扰会整个加总 •某些误差对其它误差有补偿的作用
课件精编
30
19）蒙地卡罗统计
课件精编
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课件精编
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20）进一步分析 进一步限制参数范围以达到较高比率 的成功案例是必须的。
•降低最大标准和重新运行反灵敏度分析
公差分析：系统地分析些微扰动或 色差对光学设计性能的影像。
目的：定义误差的类型及大小，并将 之引入光学系统中，分析系统性能是 否符合需求。
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2）公差
•选取合适的性能规格 •定义最低的性能容忍极限
•定义所有可能的误差来源（如单独的组 件、组件群、机械组装等等）
•指定每一个制造和组装可允许的公差极限
16
•第一部分描述所有的公差操作数 •参数的该变量 •标准值 •标准值该变量与微小值的关系 •焦点补偿的该变量
注意：依据每个操作数独立公差分析的结果
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12）统计分析 下列灵敏度分析是统计上的资讯： •微小的RMS光斑半径
•基本的标准值 •估计改变量
•估算RMS光斑半径
结论：默认公差的范围太宽松
D 周围所引起的公差
材料的热胀冷缩，温度、压力、湿度对折 射率的影响，系统遭冲击或振动锁引起的 对位问题，机械应力
E 剩下的设计误差
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4）设置公差
•定义绩效函数：如RMS光斑大小，RMS 波前误差，MTF需求，使用者自定义的绩 效函数
•定义允许的系统性能偏离值
•规定公差起始值让制造者可轻易达到要求 •补偿群常被使用在减低公差上
6）双胶合透镜的公差分析 Samples\tutorial
folder\tutorial tolerance.zmx
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7)制造与组装公差 Editors-tolerance data Tools-default tolerance
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8)误差描述
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13)反灵敏度分析
反灵敏度分析常用在限制公差参数的范 围以控制系统性能最大的降幅。
反灵敏度的方法： •反最大值的模式
•反增加量的模式
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14）个别分析视场角/组态 •未选取，平均所有的视场角及组态 •选取，每个视场角及组态独立计算
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15）限制公差范围 假设需求的RMS光斑大小不能较正常的 差150% 正常的绩效函数值：0.003542mm
一系列独立的公差估计： •半径的改变
•厚度的改变
•倾斜或离轴的改变
•每一个在操作数，补偿部分会修正标
准值至最小
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10)初步公差分析
公差分析模式：灵敏度法sensitivity 标准：RMS光斑半径 Comp:paraxial focus
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14
课件精编
15
11)公差分析结果
课件精编
设置的绩效函数须小于0.005313mm
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16）设置限制条件 ---反增加量模式 •规定公差起始值，如zemax默认公差 •选择反增加量的模式inverse increment •增加量：0.00031mm
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23
•修正公差范围
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17）设置限制条件
---反最大值模式
•公差分析有三种分析方法：灵敏度法、
反灵敏度法、蒙地卡课件罗精编 法
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5）公差操作数 •TRAD,TCUR,TFRN:表面焦度的误差
•TTHI：组件或空间厚度的误差
•TCON：conic常数的误差 •TSDX，TADY：表面离轴的误差（长度） •TSTX，TSTY：表面倾斜的误差（角度） •TIRR：表面不平整度的的误差 •TIND，TABB：折课件精射编 率，阿贝数的误差6
•降低某些参数的范围
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蒙地卡罗统计结果
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•COMP：定义表面4的厚度作为补偿部分
•TWAV：默认对任何条纹误差的测试波长
•四个面的曲率半径 •四个面的面不平整度
•两个组件和一个间隙的厚度误差
•两个玻璃的折射率或阿贝数的误差
•四个面皆有的两个方向的离轴和倾斜
•两个组件皆有的两个方向上wenku.baidu.com离轴和倾斜
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9）灵敏度分析 ---定义各个缺陷对系统性能的影响
•规定公差起始值，如zemax默认公差
•选择反最大值模式inverse limit
•最大值：0.003855mm
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•修正公差范围
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18）蒙地卡罗分析
统计分析提供有灵敏度或反灵敏度是假设 每个参数对允许的最大值有干扰，而且误 差皆是独立的。
在真实系统中，误差与公差范围有着统计 分布的关系，蒙地卡罗是将随机数引入的 方法。
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3）误差来源
A 制造公差
不正确的曲率半径，组件过厚或过薄，镜 片外型不正确，曲率中心偏离机构中心， 不正确的conic值或其它非球面系数
B 材料误差
折射率准确性，折射率同质性，折射率
分布，阿贝数（色散）
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C 组装公差（整群组件） 组件偏离机构中心，组件在z轴上的位置 误差，组件与光轴有倾斜，组件定位错误
每个参数所受的影响都是独立的：
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•事先定义参数的范围 •合适的统计分布 •优化对系统的干扰会整个加总 •某些误差对其它误差有补偿的作用
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19）蒙地卡罗统计
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20）进一步分析 进一步限制参数范围以达到较高比率 的成功案例是必须的。
•降低最大标准和重新运行反灵敏度分析