光學(xué)設(shè)計與光學(xué)工藝優(yōu)秀課件

1、1光學(xué)設(shè)計與光學(xué)工藝（第一講）（第一講）光學(xué)設(shè)計過程中需注意的問題光學(xué)設(shè)計過程中需注意的問題2目錄引引 言言一一光光 學(xué)學(xué) 設(shè)設(shè) 計計 過過 程程二二光學(xué)設(shè)計過程中考慮問題光學(xué)設(shè)計過程中考慮問題三三六倍放大鏡的加工六倍放大鏡的加工四四3客戶客戶提出需求提出需求 系統(tǒng)總體裝調(diào)及檢驗系統(tǒng)總體裝調(diào)及檢驗 光學(xué)設(shè)計光學(xué)設(shè)計光學(xué)零件加工光學(xué)零件加工機械零件加工機械零件加工光學(xué)機械設(shè)計光學(xué)機械設(shè)計光學(xué)零件檢驗光學(xué)零件檢驗機械零件檢驗機械零件檢驗光學(xué)系統(tǒng)實現(xiàn)過程光學(xué)系統(tǒng)實現(xiàn)過程4光學(xué)設(shè)計宗旨：滿足技術(shù)滿足技術(shù)要求要求便于制造便于制造節(jié)省成本節(jié)省成本一、引一、引 言言5觀察目標(biāo)特性觀察目標(biāo)特性(可見光可見光,

2、紅外紅外)或應(yīng)用領(lǐng)域或應(yīng)用領(lǐng)域(激光激光)觀察范圍觀察范圍成像要求成像要求( (點擴(kuò)散函點擴(kuò)散函數(shù)傳遞函數(shù)數(shù)傳遞函數(shù)透過波前透過波前分辨率分辨率) )能量視場探測器口徑波譜范圍焦距成像質(zhì)量要求大成像質(zhì)量要求大設(shè)計難度要求小設(shè)計難度要求小探測器能量響應(yīng)要求探測器能量響應(yīng)要求 合適合適視場視場 口徑口徑 焦距焦距 成像要求成像要求 鏡頭設(shè)計鏡頭設(shè)計(Lens Design)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(Optical System Design)二、二、光光 學(xué)學(xué) 設(shè)設(shè) 計計 過過 程程客戶客戶需求需求6設(shè)計設(shè)計過程過程像質(zhì)評價像質(zhì)評價像差校正與平衡像差校正與平衡樣板匹配樣板匹配公差分析公差分析初始結(jié)

3、構(gòu)初始結(jié)構(gòu)計算與選擇計算與選擇出設(shè)計圖紙出設(shè)計圖紙123456二、二、光光 學(xué)學(xué) 設(shè)設(shè) 計計 過過 程程7二、二、光光 學(xué)學(xué) 設(shè)設(shè) 計計 過過 程程8一個不好的初始結(jié)構(gòu)，再好的自動設(shè)計程序和有經(jīng)驗的設(shè)計者也無法使設(shè)計獲得成功1 1、初始結(jié)構(gòu)的計算和選擇、初始結(jié)構(gòu)的計算和選擇l 根據(jù)初級象差理論求解初始結(jié)構(gòu)根據(jù)初級象差理論求解初始結(jié)構(gòu) l 從已有的資料中選擇初始結(jié)構(gòu)從已有的資料中選擇初始結(jié)構(gòu)二、二、光光 學(xué)學(xué) 設(shè)設(shè) 計計 過過 程程92 2、象差校正和平衡、象差校正和平衡 用光學(xué)計算程序進(jìn)行光路計算，算出全部象差用光學(xué)計算程序進(jìn)行光路計算，算出全部象差及各種象差曲線及各種象差曲線; ; 找出影響

4、光學(xué)系統(tǒng)成象質(zhì)量的主要象差是哪些找出影響光學(xué)系統(tǒng)成象質(zhì)量的主要象差是哪些; ; 找出改進(jìn)辦法，進(jìn)行象差校正找出改進(jìn)辦法，進(jìn)行象差校正; ; 反復(fù)進(jìn)行象差分析、校正及平衡，直到滿足成反復(fù)進(jìn)行象差分析、校正及平衡，直到滿足成 象質(zhì)量要求為止。象質(zhì)量要求為止。二、二、光光 學(xué)學(xué) 設(shè)設(shè) 計計 過過 程程103 3、象質(zhì)評價、象質(zhì)評價光學(xué)設(shè)計者必須對各種光學(xué)系統(tǒng)的剩余象差的允光學(xué)設(shè)計者必須對各種光學(xué)系統(tǒng)的剩余象差的允許值和象差公差有所了解，以便根據(jù)剩余象差的許值和象差公差有所了解，以便根據(jù)剩余象差的大小判斷光學(xué)系統(tǒng)的成象質(zhì)量。大小判斷光學(xué)系統(tǒng)的成象質(zhì)量。二、二、光光 學(xué)學(xué) 設(shè)設(shè) 計計 過過 程程11適用

5、于小象差系統(tǒng)如：適用于小象差系統(tǒng)如：望遠(yuǎn)物鏡、顯微物鏡等。望遠(yuǎn)物鏡、顯微物鏡等。實際波面與理想波面之實際波面與理想波面之間的最大波象差不超過間的最大波象差不超過1/4 1/4 波長波長用于評價大象差系統(tǒng)用于評價大象差系統(tǒng)客觀、可靠、便于計算客觀、可靠、便于計算和測量，不僅能用于光和測量，不僅能用于光學(xué)設(shè)計結(jié)果的評價，還學(xué)設(shè)計結(jié)果的評價，還能控制光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的能控制光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的過程、鏡頭檢驗、光學(xué)過程、鏡頭檢驗、光學(xué)總體設(shè)計等各方面。總體設(shè)計等各方面。象質(zhì)評價象質(zhì)評價的方法的方法瑞利判斷分辨率點列圖光學(xué)傳遞函數(shù)二、二、光光 學(xué)學(xué) 設(shè)設(shè) 計計 過過 程程12對于球面元件，一般根據(jù)廠家樣板庫來進(jìn)行

6、曲率半對于球面元件，一般根據(jù)廠家樣板庫來進(jìn)行曲率半徑選擇。徑選擇。4 4、樣板匹配、樣板匹配手工匹配原則：先輸入曲率半徑小的，再輸入曲率半徑大的，每輸入一次要進(jìn)行一次自動優(yōu)化。自動匹配自動匹配 利用軟件自帶的樣板匹配功能利用軟件自帶的樣板匹配功能進(jìn)行自動匹配；進(jìn)行自動匹配；手工匹配手工匹配 手工輸入樣板庫中有的樣板。手工輸入樣板庫中有的樣板。HENGYI.TPD就是恒益公司的樣板庫l廠家樣板庫lZemaxToolsTest Plates Test Plate Fitting選擇樣板庫(File Name)選擇匹配方式(Method of Fit)進(jìn)行匹配二、二、光光 學(xué)學(xué) 設(shè)設(shè) 計計 過過 程

7、程135 5、公差分析、公差分析l 公差分析的目的公差分析的目的:給出合理的加工要求，合理的加工要求既能保證加工的可行性，同時又能降低加工難度和加工成本，因此公差分析工作至關(guān)重要。公差分析宗旨公差分析宗旨:使最差情況下的傳遞函數(shù)由于工藝因素的總下降量不大于0.15，以便探測器仍能分辨它對應(yīng)的空間頻率。二、二、光光 學(xué)學(xué) 設(shè)設(shè) 計計 過過 程程14 性能合理鏡頭的首選公差性能合理鏡頭的首選公差二、二、光光 學(xué)學(xué) 設(shè)設(shè) 計計 過過 程程15包括光學(xué)元件的厚度和機械元件包括光學(xué)元件的厚度和機械元件支撐的間隔。支撐的間隔。在使用在使用ZEMAX軟件模擬公差時，軟件模擬公差時，公差操作數(shù)公差操作數(shù)TTH

8、I有兩個參數(shù)，有兩個參數(shù)，int1是用來定義公差的表面編號，是用來定義公差的表面編號，而而int2是作為補償?shù)谋砻婢幪?，是作為補償?shù)谋砻婢幪?，最小值和最大值是以鏡頭長度單最小值和最大值是以鏡頭長度單位表示的極值偏差。位表示的極值偏差。實際上，有楔角的元件實際上，有楔角的元件 與與 光軸相光軸相對于其機械軸傾斜對于其機械軸傾斜 的元件完全相的元件完全相同，當(dāng)旋轉(zhuǎn)元件時，元件具有邊緣同，當(dāng)旋轉(zhuǎn)元件時，元件具有邊緣厚度差。厚度差。 偏心包括兩種，一種是簡單的橫偏心包括兩種，一種是簡單的橫向偏心（上、下），另一種是使元向偏心（上、下），另一種是使元件始終保持與機架座接觸的件始終保持與機架座接觸的“滾滾

9、動動”。兩種偏心模型實際上完全不。兩種偏心模型實際上完全不同。在滾動的情況下，與機架座接同。在滾動的情況下，與機架座接觸良好的左側(cè)半徑被良好地校準(zhǔn)，觸良好的左側(cè)半徑被良好地校準(zhǔn)，表面傾斜只發(fā)生的右側(cè)表面上。表面傾斜只發(fā)生的右側(cè)表面上。 在在ZEMAX里里TSDX、TSDY用來用來模擬一個標(biāo)準(zhǔn)表面的偏心公差，單模擬一個標(biāo)準(zhǔn)表面的偏心公差，單位為鏡頭長度（位為鏡頭長度（mm）,而而TEDX、TEDY是用來模擬一個元件的偏心是用來模擬一個元件的偏心公差，可以是標(biāo)準(zhǔn)面也可以是非標(biāo)公差，可以是標(biāo)準(zhǔn)面也可以是非標(biāo)準(zhǔn)面，準(zhǔn)面，int1、int2定義了一個鏡頭定義了一個鏡頭組的邊界面。組的邊界面。Radius

10、（半徑）（半徑）Fringes（光圈）（光圈）Irregular（表面不規(guī)（表面不規(guī)則度）則度）Decenter（偏心）（偏心）楔角楔角/同心度同心度/傾斜傾斜Thickness（厚度（厚度/間間隔）隔）樣板的檢測精度，光學(xué)設(shè)計樣板的檢測精度，光學(xué)設(shè)計師應(yīng)該與光學(xué)加工師溝通師應(yīng)該與光學(xué)加工師溝通N=/2，普通的光學(xué)加工一般控制，普通的光學(xué)加工一般控制在在5個光圈，較好的精度應(yīng)該控制個光圈，較好的精度應(yīng)該控制在在3個光圈以內(nèi)。個光圈以內(nèi)。表面不規(guī)則度可以通過局部表面不規(guī)則度可以通過局部光圈（光圈（N）來考察，工藝上）來考察，工藝上可以做到可以做到0.3個光圈。個光圈。二、二、光光 學(xué)學(xué) 設(shè)設(shè) 計

11、計 過過 程程 性能合理鏡頭的首選公差性能合理鏡頭的首選公差166 6、出設(shè)計圖紙、出設(shè)計圖紙設(shè)計圖紙是指導(dǎo)加工的依據(jù)，圖紙設(shè)計圖紙是指導(dǎo)加工的依據(jù)，圖紙必須要規(guī)范，避免引起誤解必須要規(guī)范，避免引起誤解二、二、光光 學(xué)學(xué) 設(shè)設(shè) 計計 過過 程程17光學(xué)系統(tǒng)實例光學(xué)系統(tǒng)實例：二、二、光光 學(xué)學(xué) 設(shè)設(shè) 計計 過過 程程18注意注意問題問題標(biāo)準(zhǔn)零件圖紙標(biāo)準(zhǔn)零件圖紙零件技術(shù)指標(biāo)零件技術(shù)指標(biāo)加工工藝及成本加工工藝及成本檢驗方案檢驗方案材料選擇材料選擇加工超差補救加工超差補救三、光三、光 學(xué)學(xué) 設(shè)設(shè) 計計 注注 意意 問問 題題12345619三、光三、光 學(xué)學(xué) 設(shè)設(shè) 計計 注注 意意 問問 題題 材料選

12、擇的問題材料選擇的問題1零件技術(shù)指標(biāo)的問題零件技術(shù)指標(biāo)的問題2標(biāo)準(zhǔn)零件圖紙的問題標(biāo)準(zhǔn)零件圖紙的問題3加工工藝及成本的問題加工工藝及成本的問題4檢驗方案的問題檢驗方案的問題5加工超差補救的問題加工超差補救的問題6201、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇材料選擇的宗旨： 既能滿足設(shè)計要求，同時有利于加工，價格合理 在繪制圖紙階段須對材料提出嚴(yán)格要求，材料本身問題引發(fā)的后續(xù)問題在后續(xù)階段很難發(fā)現(xiàn)。 材料性能、加工成本及加工難度相差很大，有些大口徑光學(xué)材料是很難購得的。21常用光學(xué)材料常用光學(xué)材料光學(xué)玻璃牌號分類光學(xué)玻璃牌號分類國際玻璃碼的表示國際玻璃碼的表示1 1、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇22

13、1、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇常用的光學(xué)材料：l 光學(xué)玻璃（包括無色光學(xué)玻璃、有色光學(xué)玻璃和特種光學(xué)玻璃）l 微晶玻璃l 光學(xué)晶體l 塑料l 金屬材料（例如：銅，鋁等，做反射鏡）23l光學(xué)玻璃的牌號分類冕牌玻璃冕牌玻璃“K K”火石玻璃火石玻璃“F F”“輕輕”“Q Q”“重重”“Z Z”鋇冕鋇冕 BaKBaK鋇火石鋇火石BaFBaF鑭冕鑭冕 LaKLaK鑭火石鑭火石LaFLaF特殊玻璃在玻璃表中不占專門的區(qū)域特殊玻璃在玻璃表中不占專門的區(qū)域TKTK和和TF.TF.1 1、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇24肖特玻璃廠的阿貝圖有一組直線和曲線肖特玻璃廠的阿貝圖有一組直線和曲線, ,將阿貝圖

14、將阿貝圖分成許多區(qū)，將光學(xué)玻璃分類。分成許多區(qū)，將光學(xué)玻璃分類。阿貝數(shù)折射率1 1、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇折射率1.6, V50:冕牌玻璃；V50:火石玻璃 折射率1.6，V55:冕牌玻璃；V55:火石玻璃25 國際玻璃碼的表示: 用九位數(shù)字表示，形式為： xxxxxx.xxx例如K10玻璃,nd=1.50137 小數(shù)點后頭三位數(shù)=501;Vd=56.41 頭三位數(shù)，不計小數(shù)點=564;密度=2.52；不計小數(shù)點=252;K10 的國際玻璃碼是501564.252折射率nd小數(shù)點后頭三位數(shù)阿貝數(shù)Vd頭三位數(shù)，不計小數(shù)點玻璃的密度，不計小數(shù)點1 1、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇、光學(xué)

15、設(shè)計中的材料選擇26條紋度條紋度折射率、色散系數(shù)折射率、色散系數(shù)允差及一致性允差及一致性氣泡度氣泡度應(yīng)力雙折射應(yīng)力雙折射光吸收系數(shù)光吸收系數(shù)光學(xué)均勻性光學(xué)均勻性光學(xué)玻璃的光學(xué)玻璃的質(zhì)量指標(biāo)質(zhì)量指標(biāo)1 1、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇abcdef27a.a.折射率、色散系數(shù)的允差及一致性折射率、色散系數(shù)的允差及一致性l n nd d光學(xué)玻璃對鈉光d譜線的折射率；l n nF F對F譜線（波長等于波長等于0.486um0.486um的藍(lán)光的藍(lán)光）的折射率；l n nC C對C譜線（波長等于波長等于0.656um0.656um的紅光的紅光）的折射率；l n nF F- - n nC C

16、中部色散；l V Vd d阿貝數(shù)：V Vd d= = （n nd d-1-1）/ /（n nF F- - n nC C）；l V Vd d值越大，色散作用愈小。1 1、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇28折射率折射率ndnd和阿貝數(shù)和阿貝數(shù)VdVd與標(biāo)準(zhǔn)值的允許偏差分為與標(biāo)準(zhǔn)值的允許偏差分為3 3級級1 1、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇29b.b.光學(xué)均勻性光學(xué)均勻性l 光學(xué)均勻性是指同一塊玻璃中，各部分折射 率變化的不均勻程度。l 光學(xué)不均勻性產(chǎn)生原因：退火溫度不均勻或 內(nèi)部殘余應(yīng)力。對于大尺寸光學(xué)零件，如果光學(xué)不均勻性存在的面對于大尺寸光學(xué)零件，如果光學(xué)不均勻性存在

17、的面積較大，將降低光學(xué)系統(tǒng)的分辨率及成像質(zhì)量。積較大，將降低光學(xué)系統(tǒng)的分辨率及成像質(zhì)量。1 1、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇30 該方法是根據(jù)放在平行光管光束中的玻璃該方法是根據(jù)放在平行光管光束中的玻璃試樣引起該裝置分辨率的變化規(guī)定的。如果試樣引起該裝置分辨率的變化規(guī)定的。如果平行光管給出具有理論分辨率平行光管給出具有理論分辨率0的像，而當(dāng)?shù)南?，而?dāng)玻璃試樣放入后，分辨率倍增至玻璃試樣放入后，分辨率倍增至，那么玻璃，那么玻璃的不均勻性可用其比值的不均勻性可用其比值/ 0來表示來表示l尺寸小于尺寸小于150mm150mm的玻璃毛坯的光學(xué)均勻性的測量方法：的玻璃毛坯的光學(xué)均勻性的測量

18、方法：根據(jù)根據(jù)GB/T7962.1-1987GB/T7962.1-1987規(guī)定測量。規(guī)定測量。l光學(xué)均勻性分為四級光學(xué)均勻性分為四級1 1、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇31c.c.應(yīng)力雙折射應(yīng)力雙折射l中部應(yīng)力 按GB/T7962.5-1987規(guī)定的方法進(jìn)行測量。l玻璃毛坯中部應(yīng)力雙折射以最長邊中部單位長度上的光程差表示。中部應(yīng)力分為5級玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)小，在熔煉降溫過程玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)小，在熔煉降溫過程中，內(nèi)部溫度總比外層溫度高，中，內(nèi)部溫度總比外層溫度高，難以均衡，故產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力。難以均衡，故產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力。1 1、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇32l邊緣應(yīng)力 按GB/

19、T7962.6-1987規(guī)定的方法進(jìn)行測量。l玻璃毛坯邊緣應(yīng)力雙折射以距邊緣5%直徑或邊長處單位厚度上的最大光程差max表示。邊緣應(yīng)力分為5級1 1、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇33d.d.光吸收系數(shù)光吸收系數(shù) 光學(xué)系統(tǒng)成像的亮度與玻璃的透光學(xué)系統(tǒng)成像的亮度與玻璃的透明度成比例關(guān)系。明度成比例關(guān)系。用球形光度計按GB/T7962.9-1987規(guī)定進(jìn)行測量。l玻璃光吸收系數(shù)等于1cm光路上被玻璃吸收的白光光通量與開始進(jìn)入該光路前入射光光通量之比。光吸收系數(shù)分為8級1 1、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇34e.e.條紋度條紋度 由于玻璃內(nèi)部的化學(xué)成分不均勻所由于玻璃內(nèi)部的

20、化學(xué)成分不均勻所產(chǎn)生的局部缺陷，缺陷處的折射率產(chǎn)生的局部缺陷，缺陷處的折射率不同于主體的折射率。不同于主體的折射率。 l用點光源和透鏡組成的條紋儀，從最容易看見條紋的方向上，與標(biāo)準(zhǔn)試樣作比較檢查。條紋度分為4級1 1、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇35f.f.氣泡氣泡 玻璃中的氣泡是玻璃在熔煉過程中，玻璃中的氣泡是玻璃在熔煉過程中，氣體來不及逸出所致。氣體來不及逸出所致。 l玻璃中允許氣泡含量等級是由玻璃中允許氣泡含量等級是由100cm100cm3 3玻璃中所含氣泡玻璃中所含氣泡 （直徑（直徑0.05mm0.05mm2mm2mm）的總截面積來確定的。）的總截面積來確定的。氣泡度分為

21、氣泡度分為7 7級級1 1、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇36光學(xué)玻璃的物理、化學(xué)特性光學(xué)玻璃的物理、化學(xué)特性相對研磨硬度相對研磨硬度顯微硬度顯微硬度 耐潮穩(wěn)定性耐潮穩(wěn)定性耐酸穩(wěn)定性耐酸穩(wěn)定性玻璃抵抗硬物壓入的能玻璃抵抗硬物壓入的能力，用克氏顯微硬度力，用克氏顯微硬度HKHK表示。表示。 采用采用pH2.9pH2.9的醋酸、的醋酸、pH4.6pH4.6的標(biāo)準(zhǔn)醋酸鹽、的標(biāo)準(zhǔn)醋酸鹽、pH6pH6的水作為測定介質(zhì)，拋光玻璃表面被介質(zhì)的水作為測定介質(zhì)，拋光玻璃表面被介質(zhì)侵蝕后，在白光燈下觀察玻璃表面出現(xiàn)紫藍(lán)干侵蝕后，在白光燈下觀察玻璃表面出現(xiàn)紫藍(lán)干涉色的時間（此時侵蝕破壞層的光學(xué)厚度為涉色

22、的時間（此時侵蝕破壞層的光學(xué)厚度為135nm135nm）或表面呈現(xiàn)雜光或脫落現(xiàn)象的時間，）或表面呈現(xiàn)雜光或脫落現(xiàn)象的時間，據(jù)此可對光學(xué)玻璃耐酸性進(jìn)行遞減式分類定級。據(jù)此可對光學(xué)玻璃耐酸性進(jìn)行遞減式分類定級。影響光學(xué)加工難度和影響光學(xué)加工難度和光學(xué)系統(tǒng)的使用壽命光學(xué)系統(tǒng)的使用壽命同等研磨條件下，被測玻璃相對同等研磨條件下，被測玻璃相對標(biāo)準(zhǔn)玻璃（標(biāo)準(zhǔn)玻璃（K9K9）的研磨硬度，用）的研磨硬度，用A A表示表示A AV V0 0/V /V ，A A越大表明玻璃越大表明玻璃硬度越大。硬度越大。雙面拋光的玻璃樣品置于雙面拋光的玻璃樣品置于707011的飽和的飽和水蒸氣條件下，七晝夜后，測定玻璃表水蒸氣條

23、件下，七晝夜后，測定玻璃表面散射率面散射率TBTB，再和標(biāo)準(zhǔn)白板時的散射率，再和標(biāo)準(zhǔn)白板時的散射率TATA相比，相比，H HTB/TATB/TA100100，H H值即表示值即表示玻璃表面玻璃表面“生霧率生霧率”。1 1、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇37國內(nèi)生產(chǎn)光學(xué)玻璃材料的廠家國內(nèi)生產(chǎn)光學(xué)玻璃材料的廠家l成都光明光電有限公司l上海新滬玻璃廠國外生產(chǎn)光學(xué)玻璃材料的廠家國外生產(chǎn)光學(xué)玻璃材料的廠家 l德國肖特l日本保谷（HOYA）l日本小原（OHARA）等1 1、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇、光學(xué)設(shè)計中的材料選擇38三、光三、光 學(xué)學(xué) 設(shè)設(shè) 計計 注注 意意 問問 題題材料選擇的問題材料選擇

24、的問題1零件技術(shù)指標(biāo)的問題零件技術(shù)指標(biāo)的問題2標(biāo)準(zhǔn)零件圖紙的問題標(biāo)準(zhǔn)零件圖紙的問題3加工工藝及成本的問題加工工藝及成本的問題4檢驗方案的問題檢驗方案的問題5加工超差補救的問題加工超差補救的問題639即通常所說的光學(xué)表面疵病，表面疵病是指麻點，擦痕，開口氣泡，破點及破邊，和表面粗糙度是完全不同的概念。2、零件技術(shù)指標(biāo)問題面形偏差面形偏差表面光潔度表面光潔度表面粗糙度表面粗糙度最基本的零件指標(biāo)光圈數(shù)N，被檢光學(xué)表面的曲率半徑相對于參考光學(xué)表面曲率半徑的偏差對應(yīng)的光圈數(shù)象散偏差1N局部偏差2N402、零件技術(shù)指標(biāo)問題平面的主要技術(shù)指標(biāo)平面的主要技術(shù)指標(biāo)光圈和局部誤差光圈和局部誤差平行度和楔度平行度和

25、楔度外形尺寸外形尺寸國家標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)GB2831-81GB2831-81l 對于高精度的平行平板，其面形對于高精度的平行平板，其面形和平行度是相關(guān)的，當(dāng)面形不好的時和平行度是相關(guān)的，當(dāng)面形不好的時候，平行度也無法達(dá)到要求。候，平行度也無法達(dá)到要求。l 畫圖標(biāo)注時應(yīng)注意區(qū)分平行平板畫圖標(biāo)注時應(yīng)注意區(qū)分平行平板與楔板。與楔板。對于反射元件外徑厚度比對于反射元件外徑厚度比最好小于最好小于1010：1 1，可以盡，可以盡量減少變形。量減少變形。41球面的主要技術(shù)指標(biāo)球面的主要技術(shù)指標(biāo)面形面形N， N中心偏差中心偏差N對應(yīng)的是球面半徑誤差。N對應(yīng)的是表面不規(guī)則程度，通常所說的PV值對應(yīng)的是N的大小。透鏡

26、外圓的幾何軸與光軸在透鏡曲率中心處的偏離程度，用C表示。國標(biāo)GB7242-87中提出新的定義：用光學(xué)表面定心頂點處的法線與基準(zhǔn)軸的夾角來度量中心偏差，夾角稱為面傾角，用表示。定心頂點：光學(xué)表面與基準(zhǔn)軸的交點?；鶞?zhǔn)軸：用來標(biāo)注、檢驗和校正中心誤差的一條確定的直線，該直線應(yīng)體現(xiàn)系統(tǒng)的光軸。2 2、零件技術(shù)指標(biāo)問題、零件技術(shù)指標(biāo)問題42中心厚度和邊緣厚度要求標(biāo)準(zhǔn)：中心厚度和邊緣厚度要求標(biāo)準(zhǔn)：GB1205-75GB1205-75本標(biāo)準(zhǔn)適用于玻璃材料的球面的雙凸透鏡、平凸透鏡、正本標(biāo)準(zhǔn)適用于玻璃材料的球面的雙凸透鏡、平凸透鏡、正彎月透鏡的邊緣最小厚度及雙凹透鏡、平凹透鏡、負(fù)彎月彎月透鏡的邊緣最小厚度及雙

27、凹透鏡、平凹透鏡、負(fù)彎月透鏡的中心最小厚度。透鏡的中心最小厚度。2 2、零件技術(shù)指標(biāo)問題、零件技術(shù)指標(biāo)問題43最小中心厚度和邊緣厚度標(biāo)準(zhǔn)：最小中心厚度和邊緣厚度標(biāo)準(zhǔn)：GB1205-75GB1205-75透鏡邊緣及中心最小厚度見下表。透鏡邊緣及中心最小厚度見下表。2 2、零件技術(shù)指標(biāo)問題、零件技術(shù)指標(biāo)問題44棱鏡的主要技術(shù)指標(biāo)棱鏡的主要技術(shù)指標(biāo)光圈和局部光圈光圈和局部光圈光學(xué)平行差（角度差、塔差）光學(xué)平行差（角度差、塔差）外形尺寸外形尺寸光線從反射棱鏡的入射面垂直入射后，在出射前對出射面法線的偏差稱做反射棱鏡的光學(xué)平行差。在實用中，反射棱鏡的光學(xué)平行差以其相互垂直的兩個分量表示：在入射光軸截面方

28、向的光學(xué)平行差分且稱做“第一光學(xué)平行差”，以1表示；在垂直于入射光軸截面方向上的光學(xué)平行差分量稱做“第二光學(xué)平行差”，以2表示。第一光學(xué)平行差是由反射按鏡在光軸截面上的角度誤差引起的，也就是棱鏡的角度差；第二光學(xué)平行差是由反射棱鏡的棱的位置誤差引起的，這些棱的 位置誤差稱做塔差。2 2、零件技術(shù)指標(biāo)問題、零件技術(shù)指標(biāo)問題45非球面的主要技術(shù)指標(biāo)非球面的主要技術(shù)指標(biāo)非球面單獨使用時非球面單獨使用時非球面作為系統(tǒng)的單個非球面作為系統(tǒng)的單個元件使用時元件使用時彌散圓彌散圓透過波前透過波前焦距焦距實際加工曲線與理想的非球?qū)嶋H加工曲線與理想的非球面曲線的偏差面曲線的偏差2 2、零件技術(shù)指標(biāo)問題、零件技術(shù)

29、指標(biāo)問題46三、光三、光 學(xué)學(xué) 設(shè)設(shè) 計計 注注 意意 問問 題題材料選擇的問題材料選擇的問題1零件技術(shù)指標(biāo)的問題零件技術(shù)指標(biāo)的問題2標(biāo)準(zhǔn)零件圖紙的問題標(biāo)準(zhǔn)零件圖紙的問題3加工工藝及成本的問題加工工藝及成本的問題4檢驗方案的問題檢驗方案的問題5加工超差補救的問題加工超差補救的問題6473、標(biāo)準(zhǔn)零件圖紙問題標(biāo)準(zhǔn)零件圖紙標(biāo)準(zhǔn)零件圖紙根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB13323-91光學(xué)制圖繪制 新老標(biāo)準(zhǔn)的對比：表面疵病（老標(biāo)準(zhǔn)用指標(biāo)P，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB 1185-89用指標(biāo)B）圖紙外形公差應(yīng)與機械件的公差配合,便于裝配厚度與外圓比標(biāo)準(zhǔn)：透過的一般大于1：10； 反射的一般大于1：8。483、標(biāo)準(zhǔn)零件圖紙問題平面元件標(biāo)平

30、面元件標(biāo)準(zhǔn)圖紙實例準(zhǔn)圖紙實例對零件的要求對材料的要求493、標(biāo)準(zhǔn)零件圖紙問題球面元件標(biāo)球面元件標(biāo)準(zhǔn)圖紙實例準(zhǔn)圖紙實例對零件的要求50非球面元件標(biāo)非球面元件標(biāo)準(zhǔn)圖紙實例準(zhǔn)圖紙實例3 3、標(biāo)準(zhǔn)零件圖紙問題、標(biāo)準(zhǔn)零件圖紙問題51三、光三、光 學(xué)學(xué) 設(shè)設(shè) 計計 注注 意意 問問 題題材料選擇的問題材料選擇的問題1零件技術(shù)指標(biāo)的問題零件技術(shù)指標(biāo)的問題2標(biāo)準(zhǔn)零件圖紙的問題標(biāo)準(zhǔn)零件圖紙的問題3加工工藝及成本的問題加工工藝及成本的問題4檢驗方案的問題檢驗方案的問題5加工超差補救的問題加工超差補救的問題652材料成本材料成本加工工藝成本加工工藝成本加工難度成本加工難度成本加工數(shù)量成本加工數(shù)量成本工裝夾具及檢工裝

31、夾具及檢 驗工具的成本驗工具的成本加工加工需考慮需考慮特殊形狀元件特殊形狀元件 的加工成本的加工成本加工精度成本加工精度成本特殊檢驗方案特殊檢驗方案 的成本的成本特殊材料加工特殊材料加工 工藝研究成本工藝研究成本尺寸成本尺寸成本4 4、加工工藝與成本問題、加工工藝與成本問題53三、光三、光 學(xué)學(xué) 設(shè)設(shè) 計計 注注 意意 問問 題題材料選擇的問題材料選擇的問題1零件技術(shù)指標(biāo)的問題零件技術(shù)指標(biāo)的問題2標(biāo)準(zhǔn)零件圖紙的問題標(biāo)準(zhǔn)零件圖紙的問題3加工工藝及成本的問題加工工藝及成本的問題4檢驗方案的問題檢驗方案的問題5加工超差補救的問題加工超差補救的問題6545、檢驗方案問題 加工過程中的檢測就像人的眼睛一樣重要，能檢測出來就能加工出來，古典高精度光學(xué)加工過程是一個緩慢逼近的過程，只要能