很多人在公差分配上很迷惑,包括本人。
光学设计后期评价给多大公差合适,多大公差在生产中能得到实际的应用?
以下是本人去年收集整理的一些公差分配的概念和简单的原则,希望能够和大家一起分析交流。
光学设计中的公差概念
Jason Han
性能合理镜头的首选公差[1]
参数
| 公差
| 参数
| 公差
|
半径
| ±0.001mm
样板的测量精度
| 倾斜
| 0.05mm TIR
|
对样板的光焦匹配
| 3个光圈
| 偏心
| ±0.05mm
|
表面不规则度
| 1个光圈(0.3)
| 折射率
| ±0.001
|
厚度
| ±0.05mm
| 阿贝数
| ±0.8%
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空气间隔
| ±0.05mm
| 玻璃不均匀性
| ±0.0001
|
楔角/同心度
| 0.025mm TIR
|
|
|
1、radius(半径)---样板精度
实际上是指样板的检测精度,光学设计师应该与光学加工师沟通。
2、对样板的光焦匹配---fringes(光圈)
一个光圈相当于1/2波长的矢高所对应半径的变化,普通的光学加工一般控制在5个光圈,较好的精度应该控制在3个光圈以内。
关系式:?Z=(λ/2)·N
3、irregular(表面不规则度)
表面不规则度可以通过局部光圈来考察,工艺上可以做到0.3个光圈。
4、thickness(厚度/间隔)
包括光学元件的厚度和机械元件支撑的间隔。
在使用ZEMAX软件模拟公差时,公差操作数TTHI有两个参数,int1是用来被定义公差的表面编号,而int2是作为补偿的表面编号,最小值和最大值是以镜头长度单位表示的极值偏差。
举例说明,假设一个镜头,它的表面3 是BK7,表面4 是F2,表面5 是空气。名义厚度分别是3、4、和6mm。如果默认的公差法则为表面3 定义一个TTHI 操作数,则将在表面5 上放一个补偿。如果这个公差值为+.1mm,则在分析过程中,它们的厚度分别变成3.1mm、4.0mm、和5.9mm。这样,从表面6 到象面的表面的绝对位置将不受表面3 的厚变化的影响。[2]
5、楔角/同心度/倾斜
实际上,有楔角的元件 与 光轴相对于其机械轴倾斜 的元件完全相同,当旋转元件时,元件具有边缘厚度差。
如图,左侧为理想的透镜元件,而右侧为为上表面严重倾斜的透镜元件,可以看出:元件上表面倾斜即元件楔角导致透镜从左到右的厚度差。楔角就是边缘厚度差2δ除以元件直径,单位为弧度,既用弧度表示楔角等于2δ/D。
ZEMAX里用TIRX、TIRY模拟跳动(TIR)公差,如果TIR公差为0.10mm,在ZEMAX里则在镜头的最小+x 口径方向上的矢高为0.05mm,在最小-x 口径方向上的偏离为-.05mm,这表示一个值为0.10mm
的“总”的TIR。
TETX 和TETY用来模拟元件的的倾斜,也可以被用来模拟单一表面的倾斜,有时被称为“光楔”,和TSTX 和TSTY 一样。TETX 和TETY 可以作用于任意一种类型的表面,包括标准表面和非标准表面,而TSTX 和TSTY 只作用于标准表面。为了使用TETX 和TETY 来倾斜一个单一表面,只要简单地将Int1 和Int2 设成相同的表面编号。
6、decenter(偏心)
单存向上偏心
绕左侧表面曲率中心旋转
偏心包括两种,一种是简单的横向偏心(上、下),另一种是使元件始终保持与机架座接触的“滚动”。请注意,尽管最终影响很相似,但两种偏心模型实际上完全不同。在滚动的情况下,与机架座接触良好的左侧半径被良好地校准,表面倾斜只发生的右侧表面上。[1]
在ZEMAX里TSDX、TSDY用来模拟一个标准表面的偏心公差,单位为镜头长度(mm),而TEDX、TEDY是用来模拟一个元件的偏心公差,可以是标准面也可以是非标准面,int1、int2定义了一个镜头组的边界面。
参考文献:
[1]、《Optical System Design》
[2]、《ZemaxManual》
原帖由 liugz04 于 2007-8-12 19:02 发表 
不晓得楼主是做什么镜头的,我是做手机镜头的,目前偏心公差在0.004mm以内.有个别严的到了0.0015mm
我能理解,片子小了,工差要求就高。只是不知象手机镜头这样的系统,用什么工艺来保证那么高的工差要求?
楼主的可能是大型的光学系统..手机的是比较小..偏心允许0.005就已经是很好的公差,我们实际设计的时候一定要考虑这个问题,,否则即使镜头的MTF漂亮,那也是没用的!目前我们公司的手机镜头0.005的偏心公差是必须的..否则良品率很难保证...另外手机镜头的空气间隔公差也需要注意..应该要大于0.015MM..否则也很难保证良品率!!另外哪位同仁有CODE V的中文说明书,我想学习CODE V的宏语言设计...如果有兴趣大家可以交流下设计理念,我的QQ38128320 邮箱
qianghuaw@phenixgd.cn!!我师傅说:一个好的产品90%在设计,5%在模具!这应该是我们设计人员的座右铭!!
原帖由 123inter789 于 2008-7-13 09:14 发表 
楼主的可能是大型的光学系统..手机的是比较小..偏心允许0.005就已经是很好的公差,我们实际设计的时候一定要考虑这个问题,,否则即使镜头的MTF漂亮,那也是没用的!目前我们公司的手机镜头0.005的偏心公差是必须的..否则 ...
恩,我所讲的公差是针对常规的镜头,对于手机的小型镜头是不够的。