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ZEMAX高级应用 贴近加工实际的面型公差分析

本次是我们公差分析旗舰级模块的重大升级:Tolerance_General.dll

专用于面型不规则度(Irregularity)及斜率公差(Slope)分析,支持球面、平面、圆锥曲面、偶次非球面、柱面、自由曲面、离轴球面/非球面/自由曲面。

面型公差分析在一些高端应用,尤其是涉及到非球面、自由曲面比如HMD/HUD系统中,具有越来越重要的作用。

面型公差分布与加工工艺有关,因此选择与加工工艺配套、贴近的公差分布形式尤为重要,否则不合适的面型公差施加将极大的误导设计者,使得产品良率判断不可信,公差分析、像质与实际加工的相关性比较低。

对于球面透镜来说,传统的研磨工艺往往会产生低频的不规则度分布;而对于非球面、自由曲面,如果采用金刚石车削工艺,则会伴随一些中高频的不规则度、粗糙度分布。

ZEMAX里边支持不规则度分析有几个操作数,比如TEXI,TEZI,然而其应用起来与实际加工有很大的出入,局限性很大或者说公差分析不准,比如你实际加工可能有90%的良率,而采用TEXI,TEZI你分析的良率可能只有20%-30%,而且它不能对中、高频的斜率公差进行分析。

我们此次对公差分析模块的升级,重点的去考虑了如何更贴近加工实际,使得公差分析结果的可信度更高。面型公差分析是一个古老、复杂而又充满艺术的光学课题,时至今日,尤其是涉及到非球面、自由曲面,现有的光学软件都没有很好的解决方案,我们通过傅里叶谱域变换及zernike谱域变换的方法,提出了一种更高级、更有效并且贴近实际的面型公差分析方法,并且几乎能覆盖到所有面型。

特色如下:

1. 支持对称面型公差分布

2. 支持非对称面型公差分布

3. 支持离轴孔径(圆形、矩形或其他形状孔径类型)

4. 支持不规则度PV值,RMS值分析
5. 支持斜率公差PV值,RMS值分析
6. 支持灵敏度及蒙特卡洛分析
7. 支持比如”L型”,”N型”,”U型”,”M型”,”W型”等面型公差分布

L型分布

N型分布

U型分布

W型分布

8. 面型公差支持傅里叶谱域解析:
(注意:有些光学加工、测量巨头如ZYGO支持这种骚操作!)
比如:一幅原始面型加工误差分布

可以解析为:低频+中频+高频

9. 面型公差支持Zernike谱域解析:
(注意:有些光学加工、测量巨头如ZYGO支持这种骚操作!并且有些面型偏差可以从干涉仪上测量得到);比如:一幅测量得到的原始面型加工误差分布如下:RMS不规则度=9um

实际上上述加工图谱:可以由zernike 4(离焦项),Zernike 7(3阶慧差项)及Zernike 13(5阶像散项)按照不同权重组合而成。

Z4: 离焦项

Z7:3阶慧差项

Z13: 5阶像散项

通过傅里叶谱域解析及zernike谱域解析的形式可以对特定的加工误差形式进行表征,能比较精确的还原面型误差形貌, 与此相对应的公差分析会更精确,更贴近实际,从而大大增加良率判定的可信度。

光学性能与面型加工误差分布是多元相关关系,仅仅指定面型不规则度(Irregularity)并不够,在涉及到非球面、自由曲面的加工时,涉及到中高频,至少需要再增加一个相关的维度—斜率公差(Slope Error)