一种复杂光学系统的元件公差高精度快速分析方法技术方案

本发明专利技术公开的一种复杂光学系统的元件公差高精度快速分析方法，属于光学系统公差分析技术领域。本发明专利技术针对光学系统的元件公差，利用线性光学系统中元件公差与面公差的高精度线性组合关系进行元件公差分解，将元件公差转换为构成元件各个表面的偏心公差和倾斜公差的线性组合，保障元件公差分析的精度；根据面公差分析时公差的大小与元件分解后所得面公差的大小做除法得到缩放系数；利用缩放系数对面偏心、倾斜公差分析的光线追迹结果进行缩放，对缩放后的光线追迹结果进行线性组合，得到元件公差的光线追迹结果。利用所得元件公差的光线追迹结果计算所选公差评价指标，得到公差分析结果，即实现对复杂光学系统的元件公差高精度快速分析。高精度快速分析。高精度快速分析。

【技术实现步骤摘要】
一种复杂光学系统的元件公差高精度快速分析方法


[0001]本专利技术专利涉及一种复杂光学系统的元件公差高精度快速分析方法，属于光学系统公差分析


技术介绍

[0002]当前对光学系统进公差分析时，采用的分析方法主要包括有限差分法及蒙特卡洛法。这两种分析方法均需要将公差实际加入到光学系统中，而后利用光线追迹算法获取光学系统光线数据，并由光线追迹数据计算所选的公差评价指标得到最终分析结果。
[0003]有限差分法及蒙特卡洛法由于需要将公差实际加入到光学系统中，在系统需要分析的公差类型较多的情况下，可能出现某一操作重复进行的情况，如分析某一元件的表面倾斜公差时，需要将倾斜公差加入到所要分析的表面中，若后续还需要分析该元件的整体倾斜公差，则需要再一次将倾斜公差加入到该元件的表面上。由于同一操作重复进行，公差分析过程存在光线追迹算法重复调用，光线数据重复计算的问题，最终导致分析过程耗时增加，在很大程度上影响公差分析的效率。

技术实现思路

[0004]为解决当前光学系统公差分析时存在同一操作重复进行、光线数据重复计算的问题，本专利技术主要目的是提供一种复杂光学系统的元件公差高精度快速分析方法，针对光学系统的元件公差，利用表面偏心公差和倾斜公差的已有光线追迹结果进行缩放和线性组合，计算元件公差光线追迹结果，消除当前公差分析过程中所存在的同一操作重复进行、光线数据重复计算的弊端，有效减少光线追迹的次数，提高公差分析的运行效率。本专利技术具有分析速度快、精度高、效率高的优点。所述元件公差包括元件偏心公差、元件倾斜公差、透镜组剪切公差及胶合滑动公差。
[0005]为达到以上目的，本专利技术采用以下技术方案。
[0006]本专利技术公开的一种复杂光学系统的元件公差高精度快速分析方法，针对光学系统的元件公差，利用线性光学系统中元件公差与面公差的高精度线性组合关系进行元件公差分解，将元件公差转换为构成元件各个表面的偏心公差和倾斜公差的线性组合，保障元件公差分析的精度；根据面公差分析时公差的大小与元件分解后所得面公差的大小做除法得到缩放系数；利用缩放系数对面偏心、倾斜公差分析的光线追迹结果进行缩放，对缩放后的光线追迹结果进行线性组合，得到元件公差的光线追迹结果。利用所得元件公差的光线追迹结果计算所选公差评价指标，得到公差分析结果，即实现对复杂光学系统的元件公差高精度快速分析。
[0007]本专利技术公开的一种复杂光学系统的元件公差高精度快速分析方法，包括如下步骤：
[0008]步骤一：针对光学系统的元件公差，将元件公差分类为元件偏心公差、元件倾斜公差、透镜组剪切公差和胶合滑动公差，根据所述公差类型特点及大小，利用线性光学系统中
元件公差与面公差的高精度线性组合关系对所述四种元件公差有针对性地进行分解，将元件公差转换为构成元件各个表面的偏心公差和倾斜公差的线性组合，在保障元件公差分析精度的同时实现元件公差线性分解。
[0009]将元件公差转换为构成元件各个表面的偏心公差和倾斜公差的线性组合，保障元件公差分析的精度。
[0010]利用线性光学系统中元件公差与面公差的高精度线性组合关系进行分解。
[0011]所述元件公差包括元件偏心公差、元件倾斜公差、透镜组剪切公差和胶合滑动公差。
[0012]对于元件偏心公差，将元件偏心公差转换为构成元件各个表面的偏心公差的线性组合，分解后各面的偏心公差在方向和大小上与元件的偏心公差一致。
[0013]对于元件倾斜公差，该元件由N个面构成，设第一面到第n面的距离为d
n
，则当元件含有大小为α的倾斜公差时，将元件倾斜公差转换为构成元件各个表面的偏心公差和倾斜公差的线性组合，分解后，每个面均含有大小为α的面倾斜公差，在径向方向上，第n面的偏心公差大小为：
[0014]Δr＝d
n
×
sin(α)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0015]在轴向方向上，第n面的偏心公差大小为：
[0016]Δd＝d
n
×
cos(α)
‑
d
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0017]对于透镜组剪切公差，将透镜组剪切公差转换为构成元件各个表面倾斜公差的线性组合，分解后，面的倾斜公差在方向和大小上与透镜组剪切公差一致。
[0018]对于胶合滑动公差，该元件在第n个面上发生滑动，设发生滑动的面曲率半径为R
n
，第i面到第n面的距离为d
i
，则当元件含有大小为α的胶合滑动公差时，将元件胶合滑动公差转换为构成元件各个表面的偏心公差和倾斜公差的线性组合，分解后，每个面含有的倾斜公差为：
[0019]Δt＝α/R
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0020]第i面在径向方向上的偏心公差大小为：
[0021]Δr
i
＝(R
n
‑
d
i
)
×
sin(α/R
n
)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0022]第i面在轴向方向上的偏心公差大小为：
[0023][0024]根据元件偏心公差、元件倾斜公差、透镜组剪切公差和胶合滑动公差类型特点及大小，利用线性光学系统中元件公差与面公差的高精度线性组合关系有针对性地进行分解，将元件公差转换为构成元件各个表面的偏心公差和倾斜公差的线性组合，在保障元件公差分析精度的同时实现元件公差线性分解。
[0025]步骤二：根据面公差分析时公差的大小与元件公差线性分解后所得面公差的大小做除法得到缩放系数。
[0026]在步骤一得到元件公差分解后各面的公差类型及大小之后，根据分解结果中公差的大小和对应面已有公差的大小，利用公式(6)采用等比例缩放法计算缩放系数。
[0027]cof＝b/a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0028]其中：b为步骤一分解所得面公差的大小，a为对应面已有公差的大小。
[0029]步骤三：利用步骤二得到的缩放系数对面偏心、倾斜公差分析的光线追迹结果进行缩放，对缩放后的光线追迹结果进行线性组合，得到元件公差的光线追迹结果。利用所得元件公差的光线追迹结果计算所选公差评价指标，得到公差分析结果，即实现对复杂光学系统的元件公差高精度快速分析。
[0030]在步骤二得到缩放系数后，利用式(7)对各自面偏心、倾斜公差光线追迹数据与无公差时系统的光线追迹数据的差值进行缩放并累加，最后把累加结果叠加上无公差时系统的光线追迹数据对光线追迹结果进行线性组合，得到元件公差的光线追迹结果。
[0031][0032]其中，n表示该元件公差分解后，有n种面公差；O为系统无公差时存放光线追迹结果的矩阵，矩阵的大小与光线追迹时的光线采样数有关；S
i
为系统中加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复杂光学系统的元件公差高精度快速分析方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：针对光学系统的元件公差，将元件公差分类为元件偏心公差、元件倾斜公差、透镜组剪切公差和胶合滑动公差，根据所述公差类型特点及大小，利用线性光学系统中元件公差与面公差的高精度线性组合关系对所述四种元件公差有针对性地进行分解，将元件公差转换为构成元件各个表面的偏心公差和倾斜公差的线性组合，在保障元件公差分析精度的同时实现元件公差线性分解；步骤二：根据面公差分析时公差的大小与元件公差线性分解后所得面公差的大小做除法得到缩放系数；步骤三：利用步骤二得到的缩放系数对面偏心、倾斜公差分析的光线追迹结果进行缩放，对缩放后的光线追迹结果进行线性组合，得到元件公差的光线追迹结果；利用所得元件公差的光线追迹结果计算所选公差评价指标，得到公差分析结果，即实现对复杂光学系统的元件公差高精度快速分析。2.如权利要求1所述的一种复杂光学系统的元件公差高精度快速分析方法，其特征在于：步骤一实现方法为，将元件公差转换为构成元件各个表面的偏心公差和倾斜公差的线性组合，保障元件公差分析的精度；利用线性光学系统中元件公差与面公差的高精度线性组合关系进行分解，所述元件公差包括元件偏心公差、元件倾斜公差、透镜组剪切公差和胶合滑动公差；对于元件偏心公差，将元件偏心公差转换为构成元件各个表面的偏心公差的线性组合，分解后各面的偏心公差在方向和大小上与元件的偏心公差一致；对于元件倾斜公差，该元件由N个面构成，设第一面到第n面的距离为d
n
，则当元件含有大小为α的倾斜公差时，将元件倾斜公差转换为构成元件各个表面的偏心公差和倾斜公差的线性组合，分解后，每个面均含有大小为α的面倾斜公差，在径向方向上，第n面的偏心公差大小为：Δr＝d
n
×
sin(α)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)在轴向方向上，第n面的偏心公差大小为：Δd＝d
n
×
cos(α)
‑
d
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)对于透镜组剪切公差，将透镜组剪切公差转换为构成元件各个表面倾斜公差的线性组合，分解后，面的倾斜公差在方向和大小上与透镜组剪切公差一致；对于胶合滑动公差，该元件在第n个面上发生滑动，设发生滑动的面曲率半径为R
n
，第i面到第n面的距离为d
i
，则当元件含有大小为α的胶合滑动公差时，将元件胶合滑动公差转换为构成元件各个表面的偏心公差和倾斜公差的线性组合，分解后，每个面含有的倾斜公差为：Δt＝α/R
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)第i面在径向方向上的偏心公差大小为：Δr
i
＝(R
n
‑
d
i
)
×
sin(α/R
n
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ...

【专利技术属性】
技术研发人员：常军，纪钟晔，吴郁楠，黄翼，曹佳静，李轶庭，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：