光学设计公差允许 ^D> M Dj6
一 公差分配思路 p i l*/&pB
原准备用ODP841进行公差分配计算，但该软件是用于几何传函的计算，对小象差系统计算的结果比Zemax中的MTFT好的多，这是因为没考虑衍射效应对象差的干扰。我们设计的系统鉴别率是很高的。因此用ODP841计算偏差很大。故采用Zemax计算。 Z :i"|;
首先介召公差计算的总体思路： r|H!s,
在光学设计中给所有工艺允许的总公差是： 使最差情况下的传函由于工艺因素的总下降量不大于0.15 lp/mm（下降后的传函仍有MTF=0.15，以便CCD仍能分辩它对应的空间频率），对于本系统就是在F=1.23光圈、1H，0.7H口径下允许鉴别率总下降量不大于0.15 lp/mm。 XX5(/#
公差分配的环节有： 'N5r2JL[w
半径、厚度1（透镜厚度）、厚度2（透镜气隙）、玻璃折射率、玻璃色散、中心偏1（加工偏心）、中心偏2（装配偏心）、余量 VL!kX``^F
上面的公差余量是为了在实际的工艺实施中，由于工艺原因必需放宽公差时，总公差允许量不致于超。 ZD] '$
在计算公差时，先按经验以工艺上最宽松的条件给出各结构参量的公差预定值，这样作是为了先考核最差情况对总公差的影响。当总公差不超时，也不能以此作为公差分配的最终结果，因为在工艺允许的条件下，应尽量提高成象质量，因此应减少对总公差影响大的诸结构公差，这样才能最有效的提高成象质量。 \z2hXT@D
二 公差分配 s:Ql] (/B#
1 思路 d# ?* 62
对本样例镜头，用Zemax公差计算功能时应遵循如下原则： }${ZI
（1） 因为F=2～8口径均比F=1.2口径的传函高很多，因此应以F=1.2口径传函为准考核传函变化量。 2T2#H P
（2） 在F=1.2口径的传函中，应要求0W,0.7W的传函，而0W传函比0.7W传函高很多，因此应以0.7W视场传函为准考核传函变化量所允许的半径公差。 PG~m-W+
（3） 在计算传函时，应以MTF=0.3为基准考核传函的空间频率。 fjZveH0
（4） 正态分布的蒙特卡罗数应取20以上，我们取50（此数越大，得到的公差计算结果的可信度越高，但计算量就越大）。 JU2' ~chh
（5） 用传函计算公差时，各结构变量公差预定值的给定，可参考“各结构公差计算时预定公差的给定原则”给出。 a Fc' _FrQ
（6） 为了加速公差计算，应以光学设计中有象质要求的各种情况下，传函最低的的情况，计算公差的允许值。 /a/uS3&
２ 各结构公差计算时预定公差的给定原则 S?z j&X Y3
２.1 TFRN(光圈公差)预定公差的给定 *[5#g3
这个量是给各面半径加公的允许偏差值，先统一给５道圈，计算出总偏差再调整。 Fe2 -;o
２.2 TTHI(厚度公差) 预定公差的给定 WxP4{T* <
这个量给定各面位置的绝对偏差允许值，对于变焦系统，由于有变焦曲线的严格限制，因此对各透镜面位置的绝对值应进行控制。对本系统，各面只有相对位置的要求，没必要限定绝对位置，因此只需给出：１，２;２，３; …. 的面要求就可以了。 =<W[ dV=W
现各厚度加工的允许偏差预定值统一给０.05 mm。 pS)X\Xyw
２.3 TEDX,TEDY(零件允许平行偏心公差) 预定公差的给定 1sJJ"dC.w
这是光学零件与机械零件的配合公差中的偏心（平行）允许公差，给出0.05mm偏心允许预定值。 4hr+GO@o(
２.4 TETX,TETY(零件允许倾斜偏心公差) 预定公差的给定 *Lk&@(
这是光学零件与机械零件的配合公差中的偏心（倾斜）允许公差，给出6’=0.1°偏心允许预定值。 $ bC!T
该公差实际上是限定了透镜隔圈端面垂直度的允许偏差。 C5z
2.5 TSDX，TSDY(光学零件表面允许平行偏心公差) 预定公差的给定 7a.#F]`
这是光学零件表面公差中的偏心（平行）允许公差，给出0.05mm偏心允许预定值。 d_|v=^;
2.6 TSTX,TSTY(零件允许倾斜偏心公差) 预定公差的给定 _
~$0cj<
这是光学零件表面公差中的偏心（表面倾斜）允许公差给该量公差预定值为0.05mm。 UY& W]
在Zemax公差计算输入文件中，单位确是度。 (8X8<>w~
那么就用计算式： Q=arctg(0.05/R) 将角度值求出（度为量刚）。 KUn5S&eB
注：TSDX，TSDY，TSTX，TSTY是透镜定心膜边时用以控制表面倾斜和平行偏位的。但在工序完公后确要通过零件的透过偏心来验收，两者如何统一呢？ Vm8 _
!$F
op{(mn
在上图中： l|QFNW[i
在车边工艺中，第一面是作为基准的，因此上图中第一面既无偏心，也无倾斜。第二面C21是表面偏心公差，，C22是表面倾斜公差。则同向影响总偏心C2=C21+C22，由相似三角形有： LZbHK.G=
RX|& cY>
这就是由工艺上控制公差（控制C21，C22），向产品验收公差的转换计算式。 #^ [N4uV
在推导上算式时，F－R1是在假定镜很薄时得到的，如果透镜较厚，可以在AUTOCAD中作图求出。 (%IstR|u:
我们给此类公差时，是以工艺控制公差的方式给出的，故在此不进行转换计算。 J#;m)5[ a%
2.7 TIRR（球差的一半与象散的一半表示的表面不规则度，单位是光圈单位）预定公差的给定 ?#y<^oNM
这是光圈的局部偏差的允许值，用光圈允许的局部偏差△N表示，预定值给0.5。 30v1VLR_)
2.8 TIND(d光折射率允许偏差) 预定公差的给定 [eik<1=,~?
1 有关表格 &T.P7nJ=
由“光学仪器设计手册”上册355页有表： rpI7W?hh
rca"q[,
技 术 指 标 物 镜 目 镜 分划板 棱 镜 不在光路中的零件 g/Nj|: 3
高精度 中精度 一般精度 2W>50° 2W<50° mZ&Mj.0+~
△Nd 1B 2C 3D 3C 3D 3D 3D 3D ]6 7wk
△(NF-NC) 1B 2C 3D 3C 3D 3D 3D 3D 83(P_Y:
均均性 2 3 4 4 4 4 3 5 ,
&f20o
双折射 3A 3 3 3 3 3 2 4 I8>1RXz
光吸收系数 4 4 3 3 4 4 3 5 *iN]#)3>
条纹度 1C 1C 1C 1B 1C 1C 1A 2C Mj;'vm7#'
气泡度 3C 3C 4C 2B 3C 1C 3C 8E ?S7:KnU>K
@G{DOxE*
设计的光学系统属于中等精度类，这里只计算△Nd，△(NF-NC)对传函的影响。先按低精度给，如果对传函影响过大，则给到高精度再计算对传函影响量。为了查出△Nd，△(NF-NC) 的级别与类别的具体要求，可由“光学仪器设计手册”上册409页有表： P@
