第一種情況下，元件的傾斜不會(huì)累積。這是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模的簡(jiǎn)單方法，但是它不會(huì)捕獲堆疊效應(yīng)。第二種情況下，傾斜被累積，并且元件的傾斜和偏心被允許隨著堆疊的增長(zhǎng)而增加。這是一個(gè)對(duì)一起落入式系統(tǒng)(drop-together system) 更準(zhǔn)確的建模方式，但是它可能導(dǎo)致某些鏡片在特定的蒙特卡洛樣本中落到鏡筒外。為了防止這種情況發(fā)生，第三種情況對(duì)傾斜的累積進(jìn)行了建模，但同時(shí)強(qiáng)制鏡片元件始終保持與光軸對(duì)準(zhǔn)。這種方式叫做剪切。 

對(duì)于給定的系統(tǒng)幾何參數(shù)、裝配方法和公差值，鏡頭設(shè)計(jì)者必須選擇最可行的模型。如果光學(xué)系統(tǒng)是有非常小孔隙(鏡片的外徑和鏡筒內(nèi)徑之間的間隙)的一起落入式鏡組(drop-together assembly)，那么第三種傾斜模型將是很好的選擇。對(duì)于有較寬公差和低敏感度的系統(tǒng)，第一種傾斜模型可能已經(jīng)足夠了。 

一起落入式鏡組(drop-together assemblies)中要考慮的由孔縫造成的其他兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方式(two other motions)是鏡片的偏心和滾動(dòng)(圖7)�？紤]一個(gè)鏡片緊貼在隔圈上的情形，如果鏡片是凸面與隔圈接觸，孔縫將允許(元件)滾動(dòng)。滾動(dòng)是透鏡圍繞其曲率半徑頂點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)。然而，如果與隔圈接觸的是環(huán)形平面或平的光學(xué)表面，則孔縫將允許鏡片偏心。

 

圖7：鏡片的孔縫動(dòng)力學(xué)。(a)凸后表面元件的滾動(dòng)。(b)耦合的滾動(dòng)。(c)平后表面元件的偏心(c)。(d)耦合的離心。圖片由Edmund Optics提供。 

一個(gè)元件的滾動(dòng)和偏心也可能影響鏡筒中后續(xù)的元件。在滾動(dòng)的情況下，所有后續(xù)的元件將與滾動(dòng)元件耦合并隨其移動(dòng)。在偏心的情況下，與隔圈接觸的凸后表面元件才會(huì)被耦合。緊靠隔圈是環(huán)形平面或平光學(xué)表面的元件可以獨(dú)立于初始偏心元件移動(dòng)。 

在公差分析時(shí)，建模鏡片運(yùn)動(dòng)(傾斜和偏心)所需的細(xì)節(jié)程度及其對(duì)性能的影響取決于光學(xué)系統(tǒng)對(duì)傾斜和偏心的敏感度。以這種可信水平模型完成公差分析過程也可以幫助設(shè)計(jì)者重新思考裝配過程。如鏡片可能按照不同的順序裝配，可能加工多個(gè)鏡座，或者可以將某些元件組合起來(lái)形成子裝配體。 

我們輕易相信已經(jīng)找到了光學(xué)設(shè)計(jì)的成功解決方法，但是后來(lái)卻得到了需要可制造性約束需要重新設(shè)計(jì)的反饋，或者更糟的是，在沒有明確的改進(jìn)路線的情況下，觀察到比預(yù)期低得多的產(chǎn)率。在設(shè)計(jì)階段提高系統(tǒng)建模及公差統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性會(huì)花費(fèi)大量的精力，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這將最終節(jié)省大量的時(shí)間和金錢。 

關(guān)于作者 

KatieSchwertz是Edmund Optics公司位于亞利桑那州圖森市辦公室的高級(jí)光學(xué)設(shè)計(jì)師。她負(fù)責(zé)為目錄產(chǎn)品和定制應(yīng)用的光學(xué)和機(jī)械設(shè)計(jì)提供快速開發(fā)；電子郵件：kschwertz@edmundo.s.com。 

ShelbyAment是Edmund Optics公司位于新澤西州巴靈頓市辦公室的光學(xué)研究工程師。她負(fù)責(zé)開發(fā)新的光學(xué)計(jì)量和制造技術(shù)，以提高Edmund Optics公司的制造能力；電子郵件：sament@edmundo.s.com。 

參考資料

1. H.H. Karow (2004). Fabrication Methods for Precision Optics.J. Wiley & Sons, Inc. 

2. R. Bean (April 28, 2017). How Companies Say They're Using Big Data. Harvard Business Review, https://hbr.org/2017/04/how-companies-say-theyre-using-big-data. 

3. M.I. Kaufman et al. (September 19, 2014).Statistical distributions from lens manufacturing data, Proc SPIE 9195, Optical System Alignment, Tolerancing,and Verification VIII,919507, https://doi.org/10.1117/12.2064582. 

4. Zemax LLC (2018). Zemax OpticStudio 18.4 User Manual. Kirkland, Wash. 

5. Synopsys (2018). CODE V TolerancingReference Manual. Mountain View, Calif.

本文由imyu37譯文，公眾號(hào)Light2Life發(fā)布。

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