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.
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 величины снижения
качества
системы
(по
заданному
критерию)
вычисляются
соответствующие этому изменению величины отдельных допусков.
Как при прямом, так и при обратном анализе допусков учитывается
влияние на качество системы каждого допуска в отдельности.
Основная процедура
Для анализа допусков необходимо выполнить следующие шаги:
1) Определить соответствующий ряд допусков для схемы. 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) Выбрать подходящий критерий, такой как RMS spot size или MTF.
4) Выбрать желаемый способ анализа: прямой (Sensitivity Analysis) или
обратный (Inverse Sensitivity).
5) Изменить установленные программой допуски или добавить новые для
удовлетворения требованиям, предъявляемым к Вашей системе.
6) Выполнить процедуру анализа допусков.
7) Просмотреть данные выполненного анализа и общий бюджет допусков.
Surface tolerance
Допуски на параметры поверхностей
lnt2
Description Описание
Name Имя
lnt1
TRAD
Номер поверхности
TCUR
Номер поверхности
-
TFRN
Номер поверхности
-
TTHI
Номер поверхности
Номер компенсатора
TCON
Номер поверхности
-
TSDX
Номер поверхности
TSDY
Номер поверхности
TSTX
Номер поверхности
TSTY
Номер поверхности
TIRX
Номер поверхности
Допуск на радиус в установленных
единицах измерения
Допуск на кривизну в обратных
единицах измерения
Допуск на радиус в интерференционных полосах
Допуск на толщину или положение в
схеме в установленных единицах
измерения
Допуск на коническую постоянную
Допуск на децентровку стандартной
поверхности по оси Х в
установленных ед. измерен.
Допуск на децентровку стандартной
поверхности по оси Y в
установленных ед. измерен.
Допуск на наклон стандартной
поверхности (TIR)относительно оси Х
в градусах
Допуск на наклон стандартной
поверхности (TIR) относительно оси
Y в градусах
Допуск на наклон стандартной
поверхности (TIR) относительно оси
Х в линейных единицах измерения
Surface tolerance
Допуски на параметры поверхностей
Name Имя
lnt1
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
TPAR
Номер поверхности
Номер параметра Допуск на величину параметра
поверхности.
TEDV
Номер поверхности
Номер величины Допуск на величину дополнительных
данных.
TIND
Номер поверхности
ТАВВ
Номер поверхности
lnt2
Description
Описание
Допуск на нерегулярность поверхности,
описываемой полиномами Цернике.
Допуск на показатель преломления для dлинии (см. примечание).
-
Допуск на число Аббе (смотри
примечание).
Element tolerances
Допуски на установку элементов
Name Имя
lnt1
lnt2
TEDX
Номер первой
поверхности
Номер последней Допуск на децентровку элемента по оси Х
поверхности
в установленных единицах измерения
TEDY
Номер первой
поверхности
Номер последней Допуск на децентровку элемента по оси Y
поверхности
в установленных единицах измерения
ТЕТХ
Номер первой
поверхности
Номер последней Допуск на наклон элемента относительно
поверхности
оси Х в градусах
TETY
Номер первой
поверхности
Номер последней Допуск на наклон элемента относительно
поверхности
оси Y в градусах
TETZ
Номер первой
поверхности
Номер последней Допуск на наклон элемента относительно
поверхности
оси Z в градусах
Description
Описание
Как только все операторы допусков и компенсаторы будут определены,
можно выполнить анализ допусков. Для выполнения анализа выберите из
главного меню команды Tools и Tolerancing.
На экране появится диалоговое окно с несколькими контрольными
командами, описание которых дано ниже.
Это окно используется для установки критерия, который будет использован при
анализе допусков. Выпадающее меню содержит следующие критерии:
RMS spot radius (CK3 радиуса пятна рассеяния): это наилучший критерий для
систем, качество которых далеко от дифракционного предела (например, для
систем, аберрации которых больше одной длины волны). С этим критерием
анализ производится быстрее всего. Вычисления всегда производятся относительно "центра тяжести "пятна рассеяния!
RMS wavefront (С.К.З. волнового фронта): это наилучший критерий для
систем, качество которых близко к дифракционному пределу; например, для
систем, аберрации которых меньше одной длины волны. Вычисления всегда
производятся относительно "центра тяжести" пятна рассеяния!
Merit Function (Оценочная функция): в качестве критерия используется
оценочная функция, определенная для данной оптической схемы. Это опция
может быть использована, когда анализ допусков должен быть проведен по
критерию, установленному пользователем. При использовании определенной
пользователем оценочной функции ограничивающие условия на компенсаторы
к ней автоматически не добавляются.
MTF (geometric or diffraction) (МПФ-геометрическая или дифракционная):
Это наилучший выбор для систем, технические условия для которых определяют
требования к МПФ. Если выбрана геометрическая МПФ, ZEMAX использует
такое приближение МПФ, которое позволяет проводить быстрое вычисление и
обеспечивает достаточную точность для целей анализа допусков. Вычисляемое
значение МПФ - это среднее значение для сагиттальной и меридиональной
плоскостей. Пространственная частота, для которой производятся вычисления
МПФ, устанавливается в контрольном окне "MTF Frequency" (Частота МПФ).
Boresight error (ошибка хода осевого луча): Эта ошибка определяется как
величина углового отклонения главного осевого луча от местной механической
оси. ZEMAX моделирует эту ошибку с помощью только одного оператора RANG,
который вычисляет угол луча, стартующего на оси и проходящего через центр
зрачка. В радиально симметричной системе этот луч должен на выходе из
оптической системы идти точно вдоль оси Z в пространстве изображений.
Децентрировка или наклон любого элемента или оптической поверхности
приводят к отклонению главного луча от этого направления. Эта ошибка всегда
измеряется в радианах и для главной длины волны! Этот критерий должен
использоваться только для систем, обладающих радиальной симметрией. Эта
ошибка не характеризует качество системы; это просто величина угла отклонения
осевого луча.
Fields (Поля): Вообще говоря, задание полей, используемых для
оптимизации и анализа системы, не является адекватным для анализа
допусков. Например, для схем, обладающих вращательной симметрией,
можно определить поля 0, 7 и 10 градусов. Такое несимметричное задание
полей может при анализе допусков привести к ошибочным результатам, когда анализируются допуски на наклоны и децентрировки.
Y-Symmetric (Y-симметрия): При выборе этой опции ZEMAX сначала
вычисляет максимальную координату поля, а затем автоматически вводит
новые точки поля, равные максимальной координате, умноженной на
коэффициенты +1.0, +0.7, 0.0, -0.7 и -1.0, только в направлении оси Y. Все
значения полей в направлении оси Х устанавливаются равными нулю. При
этом подразумевается, что анализируемая схема обладает вращательной
симметрией.
XY-Svmmetric (XY-симметрия): Эта опция подобна предыдущей
(Y-Symmetric), за исключением того, что вводится уже 9 полей. В дополнение
к 5 полям, установленным для Y-симметрии добавляется еще четыре поля в
направлении оси Х с коэффициентами -1.0, -0.7, +0.7 и +1.0.
User Defined (По определению пользователя): При этой опции используются
поля, уже определенные в анализируемой оптической схеме. Эта опция
требуется, когда используются коэффициенты виньетирования; она также
очень рекомендуется, когда проводится анализ допусков для схем, не
обладающих вращательной симметрией, или для схем, у которых поля
заданы с весовыми коэффициентами.
Perform Sensitivity -Выполнение
анализа
Show Descriptions - Показать
описание
Show Compensators -Показать
компенсаторы
Hide All But Worst - Убрать все
данные, кроме наихудших
List Fields Individually - По каждому
полю отдельно
Monte Carlo - Монте-Карло
Save MC Runs - Запись файлов,
генерированных методом Монте-Карло
Configuration # - Номер конфигурации
Status -Состояние