光学设计与光学工艺.ppt

二、光 学 设 计 过 程
4、样板匹配
对? 于厂球家面样元板件库 ，一般根据厂HE家NG样Y板I.T库P就D来是进恒行益公曲司率的半样板库 径?选Ze择m。ax>>Tools>>Test ?自Pl动ate匹s>>配Test Pl利ate用软件自带的样板匹配功能 进行Fit自tin动g>>匹选配择；样板库 ?手(F工ile 匹Na配me)>> 手选择工匹输入样板库中有的样板。
参数 倾斜 偏心 折射率 阿贝数 玻璃不均匀性
楔角/同心度
0.025mm TIR
公差 0.05mm TIR
±0.05mm ±0.001 ±0.8% ±0.0001
二、光 学 设 计 过 程
性能合理镜头的首选公差
Radius（半径）
Fringes（光圈） Irregular（表面不规
则度） Thickness（厚度/间
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
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
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
一、引
言
光学设计宗旨：
满足技术 要求
便于制造
节省成本
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
能量
口径
?成像质量要求大 ?设计难度要求小
透过波前
?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)
配方式(Method手of 工匹配原则：
先Fit输)>>入进曲行率匹半配 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。
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 过 程
性能合理镜头的首选公差
参数 半径 对样板的光焦匹配
公差 ±0.001mm 样板的测量精度
3个光圈
表面不规则度
1个光圈（0.3）
厚度
±0.05mm
空气间隔
±0.05mm
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
绘制光学系统图与零件图
否
是否满足 工艺要求 是
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
加工超差补救 6
5 检验方案
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
1、光学设计中的材料选择
材料选择的宗旨：
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。
准面，int1、int2定义了一个镜头
组的边界面。
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
二、光 学 设 计 过 程
光学系统实例 ：
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
隔） 楔角/同心度/倾斜
Decenter（偏心）
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，加厚一工度种师和是沟机简通械单元的件横 向N支=偏撑λ心/2的，（间普上隔通、。的下光）学，加另工一一种般是控使制元 件在始5使个终用光保Z圈E持M，与A较机X好软架的件座精模接度拟触应公的该差“控时滚制， 动公表”差面。操不两作规在种数则3偏T个度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 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
使设计获得成功
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。
光学系统设计(Optical System Design)
二、光 学 设 计 过 程
像差校正与平衡 2
3 像质评价
ห้องสมุดไป่ตู้
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
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 ?
是否可能满足要求
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
瑞利判断
间的最大波象差不超过 1/4 波长
象质评价 的方法
分辨率
点列图
光学传递 函数
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。
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。
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