TFRN: Tolerance on fringes

Introduction Введение

ZEMAX обеспечивает простое в использовании, но очень гибкое и мощное средство для расчета допусков и анализа чувствительности схемы к этим допускам. Это включает анализ вариаций таких конструктивных параметров, как кривизна поверх­ности, толщины и положение элементов, показатель преломления, число Аббе, коэффициенты асферичности и многие другие.

ZEMAX также позволяет анализировать влияние на схему децентровки отдельных поверхностей или группы элементов, наклонов отдельных поверхностей или группы элементов относительно любой заданной точки, нерегулярности формы поверхности и вариаций значений любых параметров или дополнительных внешних данных. Так как значения параметров и внешних данных могут описываться с помощью коэффициентов асферичности, коэффициентов градиента показателя преломления и других, любые из этих величин могут быть также сделаны предметом расчета и анализа допусков. Различные допуски могут быть использованы в любой комбинации для оценки влияния ошибок юстировки и изготовления на характеристики системы.

Допуски определяются с помощью простых операторов, таких как TRAD, который определяет допуск на величину радиуса. Операторы допусков автоматически записываются в файл вместе со схемой. Операторы допусков редактируются с помощью редактора Tolerance Data Editor, доступ к которому производится через команду Editors из главного меню.

Оценка величин допусков может быть произведена по нескольким критериям качества оптической системы, включая среднеквадратический размер пятна рассеяния (RMS spot size), среднеквадратическую ошибку волнового фронта (RMS wavefront error), модуляционную передаточную функцию (MTF), величину угла отклонения главного луча от механической оси (boresight error), а также определенную пользователем оценочную функцию (merit function). В дополнение к этому в схему могут быть включены компенсаторы для моделирования допустимых ошибок юстировки, допущенных при изготовлении системы. ZEMAX также позволяет ввести ограничения на изменения компенсатора.

Допуски могут быть вычислены двумя путями:

Sensitivity Analysis

Анализ чувствительности схемы к допускам: Для каждого заданного допуска

вычисляется соответствующее ему изменение качества системы (по заданному

критерию).

Inverse Sensitivity

Обратный анализ: Для заданной допустимой величине снижения качества систе­мы (по заданному критерию) вычисляются соответствующие этому изменению

величины отдельных допусков.

Глава 19: ДОПУСКИ                                                                                                           19-1

Как при прямом, так и при обратном анализе допусков учитывается влияние на качество системы каждого допуска в отдельности. Совокупное влияние на качество системы всех заданных допусков оценивается как корень квадратный из суммы квадратов рассматриваемых величин.

ZEMAX обеспечивает также альтернативный способ оценки суммарного воздействия всех допусков - методом Монте-Карло. При использовании этого метода генери­руется серия случайных схем в пределах указанных допусков. Учет всех заданных допусков одновременно позволяет получить точную оценку ожидаемого качества системы.

Метод Монте-Карло позволяет генерировать любое число схем, необходимое для использования нормальной, однородной и параболической статистик.

The basic procedure

Основная процедура ______________________________

Анализ допусков содержит следующие шаги:

1) Определяется соответствующий ряд допусков для схемы. Обычно генерация допусков с помощью ZEMAX, описанная в этой главе, хорошо подходит для начала анализа. Величины допусков устанавливаются и изменяются с помощью редактора Tolerance Data Editor, войти в который можно из главного меню через подменю Editors.

2) Добавить компенсаторы и установить для них допустимые области изменения. Заложенный в программу компенсатор - это компенсатор back focal distance (заднее фокальное расстояние), контролирующий положение плоскости изобра­жения. Другие компенсаторы, такие как image plane tilt (наклон плоскости изобра­жения), могут быть определены пользователем. Использование только одного компенсатора, контролирующего положение плоскости изображения, обеспечи­вает наибольшую скорость процесса вычисления допусков, так как в этом случае может быть использован режим "Fast Tolerance" (Быстрый расчет допусков"). Нет ограничения на число компенсаторов, которые Вы можете определить.

3) Выберите подходящий критерий, такой как RMS spot size или MTF.

4) Выберите желаемый способ анализа: прямой (Sensitivity Analysis) или обратный (Inverse Sensitivity).

5) Измените установленные программой допуски или добавьте новые для удовле­творения требованиям, предъявляемым к Вашей системе.

6) Выполните процедуру анализа допусков.

7) Просмотрите данные выполненного анализа и общий бюджет допусков. Если требуется, вернитесь к пункту 5.

Детали этой основной процедуры будут рассмотрены в последующих разделах.

19-2                                                                                                Chapter 19: TOLERANCING

Tolerance operands

Операторы допусков

Операторы допусков имеют четырехбуквенную символику, такую, например, как TRAD для допуска на величину радиуса (Tolerance Radius). Два целых числа, указан­ных в колонках lnt1 и lnt2, служат для обозначения номера поверхности или номеров нескольких поверхностей в схеме, к которым относится этот допуск. В некоторых операторах числа в колонках lnt1 и lnt2 используются для других целей.

Каждый оператор допуска имеет также свое минимальное и максимальное значения (minimum and maximum value); эти величины определяют допустимую область отклонения величины данного параметра от ее номинального значения.

Все операторы допусков перечислены в нижеследующей таблице и описаны далее.

TOLERANCE OPERANDS ОПЕРАТОРЫ ДОПУСКОВ

Surface tolerance                                          Допуски на параметры поверхностей
Name Имя	lnt1	lnt2	Description Описание
TRAD	Номер поверх­ности		Допуск на радиус в установ­ленных единицах измерения
TCUR	Номер поверх­ности	-	Допуск на кривизну в обрат­ных единицах измерения
TFRN	Номер поверх­ности	-	Допуск на радиус в интерфе­ренционных полосах
TTHI	Номер поверх­ности	Номер компенса­тора	Допуск на толщину или положение в схеме в установ­ленных единицах измерения
TCON	Номер поверх­ности	-	Допуск на коническую постоянную
TSDX	Номер поверх­ности		Допуск на децентровку стан­дартной поверхности по оси Х в установленных ед. измерен.
TSDY	Номер поверх­ности		Допуск на децентровку стан­дартной поверхности по оси Y в установленных ед. измерен.
TSTX	Номер поверх­ности		Допуск на наклон стандартной поверхности (TIR)относитель­но оси Х в градусах
TSTY	Номер поверх­ности		Допуск на наклон стандартной поверхности (TIR) относитель­но оси Y в градусах
TIRX	Номер поверх­ности		Допуск на наклон стандартной поверхности (TIR) относитель­но оси Х в линейных единицах измерения

 

Глава 19: ДОПУСКИ                                                                                                             19-3

Surface tolerance                                             Допуски на параметры поверхностей
Name Имя	lnt1	lnt2	Description Описание
TIRY	Номер поверх­ности		Допуск на наклон стандартной поверхн. (TIR) относит, оси Y в линейных единицах изм.
TIRR	Номер поверх­ности		Допуск на нерегулярность формы стандартной поверхности.
ТЕХ1	Номер поверх­ности	Степень полинома	Допуск на нерегулярность поверхности, описываемой полиномами Цернике.
TPAR	Номер поверх­ности	Номер параметра	Допуск на величину параметра поверхности.
TEDV	Номер поверх­ности	Номер величины	Допуск на величину дополнительных данных.
TIND	Номер поверх­ности		Допуск на показатель преломления для d-линии (см. примечание).
ТАВВ	Номер поверх­ности	-	Допуск на число Аббе (смотри примечание).

 

Element tolerances                                                Допуски на установку элементов
Name Имя	lnt1	lnt2	Description  Описание
TEDX	Номер первой поверхности	Номер последней поверхности	Допуск на децентровку элемента по оси Х в установ­ленных единицах измерения
TEDY	Номер первой поверхности	Номер последней поверхности	Допуск на децентровку элемента по оси Y в установ­ленных единицах измерения
ТЕТХ	Номер первой поверхности	Номер последней поверхности	Допуск на наклон элемента относительно оси Х в градусах
TETY	Номер первой поверхности	Номер последней поверхности	Допуск на наклон элемента относительно оси Y в градусах
TETZ	Номер первой поверхности	Номер последней поверхности	Допуск на наклон элемента относительно оси Z в градусах

 

User defined tolerances                                      Допуски, определяемые пользователем
Name Имя	lnt1	lnt2	Description Описание
TUDX	Номер первой поверхности	Номер последней поверхности	Допуск на установленную пользователем децентровку по оси Х

 

Chapter 19: TOLERANCING

Имя	lnt1	lnt2	Описание
TUDY	Номер первой поверхности	Номер последней поверхности	Допуск на установленную пользователем децентровку по оси Y
TUTX	Номер первой поверхности	Номер последней поверхности	Допуск на установленный пользователем наклон относительно оси Х
TUTY	Номер первой поверхности	Номер последней поверхности	Допуск на установленный пользователем наклон относительно оси у
TUTZ	Номер первой поверхности	Номер последней поверхности	Допуск на установленный пользователем наклон относительно оси Z

 

В таблице редактора допусков (Tolerance Data Editor) должны быть указаны верхние и нижние величины допусков для каждого оператора. Более детальное описание операторов допусков дано ниже.

TRAD: Tolerance on radius TRAP: Допуск на радиус

Устанавливается непосредственно на радиус кривизны. Минимальное (Min) и максимальное (Мах) значения оператора - это максимальные ошибки в установлен­ных линейных единицах измерения. Например, если номинальная величина радиуса поверхности равна 100 мм, а минимальное и максимальное значения оператора TRAD указаны -0.5 мм и +0.5 мм, то при анализе допусков будут использованы величины радиуса 99.50 и 100.50.

TCUR: Tolerance on curvature TCUR: Допуск на кривизну

Этот допуск устанавливается в единицах кривизны (обратных линейных единицах), которые непосредственно относятся к оптической силе. Min и max значения оператора это максимальные отклонения в обратных единицах измерения.

Например, если номинальный радиус поверхности равен 100 мм, то номинальная кривизна равна 0.01 обратных миллиметров (1/мм). Если min и max значения оператора установлены -0.001 и +0.001 [1/мм], то при анализе будут использованы величины радиуса 111.11 мм и 90.909 мм.

TFRN: Tolerance on fringes