非球面透镜设计与生产

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1、非球面透非球面透镜设计与生产镜设计与生产 非球面透镜简介非球面透镜简介 概况 非球面基础 非球面制造 金刚石车削金刚石车削 铣磨铣磨 模具成型模具成型 抛光抛光 非球面测量 使用测量数据 什么是非球面？什么是非球面？ 非球面最简单的定义为“回转对称的不 是球面的表面”，如： 请注意非球面可以是几乎平的表面请注意非球面可以是几乎平的表面( (例如施密例如施密 特板特板) ) 为何需要非球面？为何需要非球面？ 使色差最小 有效减少光学系统中的透镜个数 降低光学系统的重量 降低总成本 专门的设计可以产生2个或更多的焦点(例 如DVD透镜) 使用非球面的好处？使用非球面的好处？ 非球面的典型应用非球

2、面的典型应用 显示 手机照像头 DVD读写头 照相机 军用夜视 导弹头锥体 高能激光光学 大多数非球面是基于一个“二次”或者“锥 面”项，基本的方程如下： 标准的基本形式为： 球面球面(k=0)(k=0) 抛物面抛物面(k=(k=- -1)1) 双曲面双曲面(k=+Ryx 圆的标准方程 相切面平行于圆锥侧面相切面平行于圆锥侧面 基本形式：基本形式：抛物面抛物面(K=-1) )0(22 22 : 22 22 = = ppyxpyx pxypxy 或 或或 抛物线标准方程 相切面平行于圆相切面平行于圆 锥轴线锥轴线 基本形式：基本形式：双曲面双曲面(K= = ba b x a y ba b y a

3、 x 或 双曲线的标准方程 相切面与圆锥轴线成某一角相切面与圆锥轴线成某一角 度度 基本形式：基本形式：椭圆椭圆(-1=+ =+ ba b x a y ba b y a x 或 椭圆的标准方程： 基本项(二次项) () 22 2 111xck cx z + = 20864 . xTxHxFxD+ 用于回转对称光学表面用于回转对称光学表面 2.非球面之回转中心 线应该是水平面垂直的. 测量方向测量方向 Form Talysurf 测量非球面测量非球面 Measurement Direction Form Talysurf 测量非球面测量非球面 2) Raw Data 得到原始数据得到原始数据 c

4、x2 +a1|x| +a2|x|2 + a3|x|3 +a20 |x|20Z(x)= 1+ 1-(K+1) c2x2 X is the Radial distance from the Aspheric Axis X为非球面轴的径向距离为非球面轴的径向距离 Z is the corresponding vertical distance Z为相应的垂直距离为相应的垂直距离 a is the indexed Polynomial Coefficient a为多项式系数为多项式系数 C is the reciprocal of the Base Radius C为基圆半径的倒数为基圆半径的倒数 K

5、 is the Conic Constant of the Surface K为二次常数为二次常数 3) Standard Equation for an Aspheric Surface 非球面的标准方程非球面的标准方程 Form Talysurf 测量非球面测量非球面 Where: Aspheric Data 非球面数据非球面数据 Radius=40.0mm K= -1 A4= 5.3188e-007 A6=5.5231e-009 A8=-1.6774e-011 A10=-6.3352e-014 4) Input Aspheric Data 输入理论设计数据输入理论设计数据 Form Ta

6、lysurf 测量非球面测量非球面 X Axis Z Axis C B A=Aspherics axis 非球面轴非球面轴 5) Aspheric Data Fit 实测数据与理论数据拟合实测数据与理论数据拟合 Form Talysurf 测量非球面测量非球面 A B=Actual profile 实际轮廓实际轮廓 C=Absolute aspheric form 绝对绝对非球面非球面形状形状 +Z 轴轴 -Z 轴轴 -X轴轴 +X 轴轴 Aspherics axis 非球面轴线非球面轴线 6) Residual Error After Form Removal 形状去除之后的形状去除之后的残

7、余误差残余误差 Form Talysurf 测量非球面测量非球面 D=B-C(Residual error after absolute aspheric form removal) 去除绝对形状后的残余误差去除绝对形状后的残余误差 7) Analysis Results 分析结果分析结果 Form Talysurf 测量非球面测量非球面 非球面参数简介非球面参数简介 非球面参数简介非球面参数简介 Figure(Fig.PV) (形狀誤差 ): Figure is the vertical distance between the least squares fit line and the

8、profile height intersected by the Aspheric axis Fig值是實際轮廓之最小二乘拟合直线与 實際轮廓被非球面轴线分割点之间的垂直 距离. 非球面参数简介非球面参数简介 Pa/Ra(轮廓算术平均偏差 ): Pa is the average absolute deviation of the residuals from the mean line . Analogous to unfiltered surface texture parameter Ra. Pa是相对于中线绝对残余偏差的平均值. 类似地,不去除表面结构参数即为Ra. dxxZ l R

9、 rl r a = 0 | )(| 1 非球面参数简介非球面参数简介 Pt/Rt(轮廓总高度 ): Pt is the maximum peak to valley height of the profile in the assessment length(ln). Analogous to unfiltered surface texture parameter Rt. Pa是指在评定长度内最大轮廓峰高与最大 轮廓的谷深间的距离.类似地,不去除表面 结构参数即为Rt. 非球面参数简介非球面参数简介 Smx( ): Smx is the maximum surface slope error

10、.This is the maximum difference in angular slope between any two adjacent data points and the best fit least squares reference line:calculated from the total profile. 非球面参数简介非球面参数简介 Smn( ): Smx is the mean surface slope error.This is the average difference in angular slope between any two adjacent d

11、ata points and the best fit least squares reference line:calculated from the total profile. 非球面参数简介非球面参数简介 Tilt( 倾斜 ): Tilt is the angle of the calculated horizontal axis of the component, relative to the traverse unit datum axis. 非球面参数简介非球面参数简介 Xp: Xp is the distance of the highest peak from the as

12、pheric axis. Xp是指非球面光轴到轮廓最高点之间的距 离。 非球面参数简介非球面参数简介 Xt: Xt is the distance of the aspheric axis from the measured data. Xt是指非球面光轴到测量起始点之间的距 离。 非球面参数简介非球面参数简介 Xv: Xv is the distance of the lowest valley from the aspheric axis . Xv是指非球面光轴到轮廓最低点之间的距 离。 非球面参数简介非球面参数简介 RMS/Rq（均方根偏差）: RMS is the Root Mean

13、Square calculation of the absolute deviation of the residuals from the mean line .Analogous to the surface texture parameter Rq RMS是指与平均值的绝对偏差的均方根粗糙 度。类似地，考虑表面结构参数为Rq。 Well known to optics user base 光学用户都非常熟知 在此区域有高的非球面在此区域有高的非球面 偏离，这非常重要！偏离，这非常重要！ Measurement ProblemMeasurement Problem 测量问题测量问题 Sty

14、lus Flanking 测头侧面接触 Stylus Flanking ! 测头侧面接触测头侧面接触! ! PGI 850 & 1250 - Measurement Method 测量方法 The part is rotated then tilted to obtain the 3 measurements required 工件旋转并倾斜以得到所需的3个测量结 果 It is necessary for this to deliver a co-linear profile, and hence a credible measurement system 三个测量轨迹必须共线，以保证可靠的

15、 测量 Very high accuracy alignment of the fixture is required to achieve this 需要高精度夹具用于对中 1. 2. 3. Level 1 (Standard for PGI 635) Basic Form Analysis基本的形状分析基本的形状分析 Radius Optimisation 半径优化半径优化 Cursors / Exclusions 光标操作光标操作 Lambda S Filter s滤波滤波 Level 2 (Standard for PGI 840 & PGI 1240) Astigmatism Ana

16、lysis 对称性分析对称性分析 SAG Table Analysis SAG表分析表分析 Level 3 (Standard for PGI 850 & PGI 1250) Derived Coefficient Analysis 得到非球面系数得到非球面系数(逆向逆向) New Aspheric Utility SoftwareNew Aspheric Utility Software 新的非球面分析软件新的非球面分析软件 Data Cursor 光标 Red cursor shows current position, both absolute and relative 红色光标显示当前位置的绝对值和相对红色光标显示当前位置的绝对值和相对 值值 Dark Cursor shows refere