Ansys Zemax | 確保自由曲面設計的可制造性
本文專門介紹使用單點金剛石車床加工自由曲面的主要可制造性參數(shù)，解釋了可制造性參數(shù)如何與儀器參數(shù)相關(guān)聯(lián)，并展示了如何在 OpticStudio 中檢查和控制這些可制造性參數(shù)。此外，還解釋了如何處理其考察區(qū)域外的自由曲面的行為。例如，使用塑料自由曲面透鏡（Alvarez透鏡元件）等。 vq5I 2
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表面參數(shù)控制 ] @8= e'V
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鏡頭加工中需要進行控制的表面參數(shù)將取決于加工方法和設備。加工塑料光學元件最流行和最廣泛使用的方法之一是使用 三軸金剛石車床（圖 1）進行直接切割，或者更常見的是利用切割模具來加工透鏡。 Y 4714
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圖1. 三軸金剛石切割機（左） 金剛石切割刀具（右） @B^'W'&C
傾斜角度 F
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讓我們看一下儀器的局限性（圖 2）。刀具的側(cè)面傾角限制了沿任何徑向橫截面的最大可能斜切角。由于這樣的徑向橫截面與子午面重合，因此相應的斜率在 OpticStudio 中稱為“子午斜率”。相對而言，旋轉(zhuǎn)對稱表面子午斜率對于自由曲面而言，沿不同的徑向截面具有不同的分布。 _:K}DU'6
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另一個參數(shù)是 “弧矢斜率” 角度。當我們在三軸金剛石車床上加工自由曲面時，刀具在工件的每一圈都沿 Z 軸來回移動，以加工非旋轉(zhuǎn)對稱形狀的透鏡。在這種情況下，刀具的后角限制了表面沿鏡頭上每個圓圈變化的速度，這稱為弧矢斜率。更準確地說，刀具在表面上產(chǎn)生螺旋軌跡，但螺旋的步長非常小，在大多數(shù)情況下，可以將刀具軌跡視為一系列圓圈。對于旋轉(zhuǎn)對稱鏡片，弧矢斜率剛好為零。 CD tYj
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圖 2. 子午和弧矢斜率，黃線表示沿哪個方向測量斜率 ]A luk|"`U
有時，從加工的角度來看，將工件放置在平臺的旋轉(zhuǎn)軸之外而不是沿軸放置是合理的，這樣刀具在工件上的軌跡看起來幾乎是直線。在這種情況下，我們應該控制所謂的 “X斜率” 和 “Y斜率”（圖3）。 (gmB$pwS
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圖3. X 和 Y 斜率，黃線表示沿哪個方向測量斜率 Ucy9fM
讓我們看看如何在 Zemax OpticStudio 中控制這些參數(shù)。例如，我們采用一個平面對稱的自由曲面鏡頭，即所謂的 Alvarez 透鏡。進入 OpticStudio 分析 -> 表面 -> 表面斜率，可以檢查整個表面的斜率分布。此分析功能可以將表面的子午、弧矢、X 和 Y 斜率顯示為 2D 顏色、等高線圖或 3D 曲面圖。 XM 7zA^-
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圖 4. 示例 Alvarez 透鏡第一表面的子午和弧矢斜率 Bf}_
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