说到公差分析,大家可能知道具体怎么操作,但是如何将公差分析时设置的数据对应在最终图纸上呢?特别是表面不规则度,在公差分析时输入的单位是光圈,如果是非球面透镜,我们是否可以在图纸上也用光圈描述呢,今天我就来简单谈谈这个问题,下面开始正文~~

一、问题的提出

昨天有一位读者请我帮忙看看图纸,我发现这位读者虽然也做了几年光学设计,投产了几个产品,但对于图纸上的某些符号参数其实还是不太清楚。例如非球面图纸中需要标注面型参数,并且给定实际面型与标准面型的偏离(Ra和Rt,即表面偏差),但这个图纸要求是怎么确定的呢?

在加工过程中,Ra指实际面形相比理想面形矢高偏离的均方根值,Rt指实际面形相比理想面形矢高偏离的矢高值,通常单位为微米。通常情况下,Ra我们可以在图纸上给参考波长的二十分之一,PV值可以给参考波长的四分之一。

但是这样的加工要求是偏严还是偏松呢,其实可以通过公差分析确定,下面我给大家举一个案例。

二、不规则度如何分析

之前我给大家介绍过这个镜头,焦距10.8mm,投射比接近1,F数小于2,其中有一片塑料非球面(首片),一片玻璃非球面(最后一片),其余全部为玻璃球面。后截距大于20mm,为棱镜预留了一定空间,虽然在汇聚光路里放置棱镜会引入像差,但这个很容易优化出来。

以我们的这个设计结构为例,现在我们要做一下公差分析,我们先试一下半径给三个圈,其余给2丝,不规则都给0.5光圈,为S+A不规则度,点击确定。此时我们会发现在公差数据编辑器里非球面的不规则度被跳过了。

这是因为S+A不规则度是用初级球差和像散模拟表面的随机偏差,这其实与实际情况差别较大,不适用于非球面,我们此时可以用另一个工具,泽尼克不规则度。

在公差分析编辑器里,我们可以直接选中泽尼克不规则度,此时对非球面也生效,但是大家可以注意,此时公差数据编辑器里的数值并不是0.5光圈。这是因为此时参数的单位是mm,现在文件里的测试波长是0.6328um,一个光圈对应半波长,则0.6328um*0.5*0.5=1.582e-4mm。

到这里问题似乎解决了,但如果大家使用公差分析跑跑结果,会发现同样给0.5光圈,泽尼克不规则度跑出来的结果会比S+A不规则度差很多。其实这是因为S+A 不规则度模拟的是PV值,即Rt,TEZI模拟的是RMS值,其实不是一回事!

如果要用泽尼克多项式模拟非球面的PV值,我们可以手动在公差数据编辑器里面使用TEXI。这里具体的数值,以及Ra,Rt应该怎么标,其实只要换算一下单位就可以了。

至于具体的分析过程,我们可以把整个系统各种公差都加上,看看系统的下降程度,也可以单独调整其中一个非球面的参数,自己计算拟合一下RaRt变化程度对成像质量的影响(大型反射式系统常用)。这个就不多讲了。