[已解决]关于光学表面Zernike不规则度很敏感如何降敏

Monic

     各位前辈好，小弟最近在研究同轴折反系统，目前到了公差分析环节，前面两个反射面使用了圆锥面，在进行公差分析时有很多疑问，主要如下：

（1）小弟分别使用了S+A不规则度和Zenrike不规则度进行了公差分析，结果相差悬殊，使用S+A不规则度在0.5个圈的公差要远远优于使用0.5个圈的Zenrike不规则度，这是为什么，是因为Zenrike项数没有选择对么，小弟按照论坛里的帖子使用了16项，还是说其实这两个本质上并不相同；
（2）小弟尝试将前两个表面设置成Zenrike表面，并通过多重结构设置不同的泽尼克项系数进行优化降敏，但效果并不理想，想请教各位前辈在面对这种情况是如何降低敏感度的；
（3）小弟现在有两个想法，一种是在最初优化时就把多重结构Zenrike系数加上优化，但不知道这样是否能成功优化出目标系统，事实上，小弟很怀疑这种操作的可行性，不知道各位前辈有无好的办法；另一种则是这种大口径同轴反射系统在实际制造加工时，是否应当在加工一个大口径表面后，获取其加工的实际面型系数返回到zemax中，通过优化其他参数来保持系统性能。
     问题有些多，还请各位前辈不吝赐教！

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丁丁的

2025-4-3 08:56

您可以先看看公差分析里worst case里对应面型是什么样的，而实际上加工出来的产品面型是否会出现相同的面型，就知道Zenrike不规则度这个参数是否适用于您的系统；如果因为Zenrike不规则度的引入导致出现波浪面型，个人认为那是不可取的，没见过那个产品的面型是波浪的；
您这个圆锥面是个啥？圆锥曲面？没见过图纸不加公差的，除非对面型精度没管控，否则哪个工厂敢接。
公差分析要求考虑到所有因为加工和装配误差导致的产品性能衰减，所以您加上的所有公差项都必须在零件加工图纸和装配图纸上展现，否则公差分析只是做做样子，应付差事哄自己玩。

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Monic

对了，补充一下，就是我问我师傅，他说他在加工含有圆锥面的系统时，仅在图纸上给出面型公式，而不给出偏差，这和小弟自己查阅资料所得有些不同，还请各位前辈指点一二。

丁丁的

您可以先看看公差分析里worst case里对应面型是什么样的，而实际上加工出来的产品面型是否会出现相同的面型，就知道Zenrike不规则度这个参数是否适用于您的系统；如果因为Zenrike不规则度的引入导致出现波浪面型，个人认为那是不可取的，没见过那个产品的面型是波浪的；
您这个圆锥面是个啥？圆锥曲面？没见过图纸不加公差的，除非对面型精度没管控，否则哪个工厂敢接。
公差分析要求考虑到所有因为加工和装配误差导致的产品性能衰减，所以您加上的所有公差项都必须在零件加工图纸和装配图纸上展现，否则公差分析只是做做样子，应付差事哄自己玩。

ZYZ

据我了解非球面一般用Zenrike不规则度，你用0.5个光圈是不是大了点？

Monic

丁丁的 发表于 2025-4-3 08:56
您可以先看看公差分析里worst case里对应面型是什么样的，而实际上加工出来的产品面型是否会出现相同的面型 ...

感谢您的回复，您说的很有道理，这里的圆锥面就是二次曲面，只开放了K系数优化，这里的ZENRIKE系数导致出现波浪面的情况我有些不太理解，如果要去除波浪面的情况要怎么去除呢，比如说做了1000次蒙特卡洛分析，需要人工筛选掉所有面型不太可能出现的情况，再自行计算良品率么？还请您指点一二。

Monic

ZYZ 发表于 2025-4-3 09:16
据我了解非球面一般用Zenrike不规则度，你用0.5个光圈是不是大了点？

这个主要是我看了之前论坛里有个公差等级，里面提到Q5等级的不规则度是0.5，但是对于这个单位我也并不是很确定，图片如下：


（1）这里的不规则度指的是S+A不规则度么，如果是的话单位是微米还是光圈呢。如果要想将S+A不规则度转换为对应的Zenrike不规则度，该怎么换算呢？如果您了解的话可否指点小弟一二

（2）还有一个问题，就是之前我在论坛里看到说300mm的反射镜面型加工精度λ/4已经算比较高了，对应瑞利判据，所以我换算成光圈是0.5个光圈，在这里进行公差分析，如果您了解的话，一般加工工厂对这种口径的反射镜的加工Zernike公差数值应当设置多少合适呢？

ZYZ

Monic 发表于 2025-4-3 11:09
这个主要是我看了之前论坛里有个公差等级，里面提到Q5等级的不规则度是0.5，但是对于这个单位我也并不是 ...

一般非球面加工可以做到pv1um以下，那么RMS估计在零点几到零点零几个um，对应光圈就应该在0.1或者0.2个左右，你这么大直径的没问过

丁丁的

Monic 发表于 2025-4-3 11:01
感谢您的回复，您说的很有道理，这里的圆锥面就是二次曲面，只开放了K系数优化，这里的ZENRIKE系数导致出 ...

哈，基于我有限的设计量产经验，我现在不用Zenrike不规则度或者您也可以试试改小该项的参数，直到不会出现波浪面型为止。总之波浪面型一定是偏离实际面型pv曲线的；

另外看到您关于所用面型的描述，这里肯定是要加公差的，相信自己没错！导师的话也不能全信，保有check的态度对待导师指令我觉得还是非常有必要的，无论对错都有利于自己认知提升~~

Monic

ZYZ 发表于 2025-4-3 12:20
一般非球面加工可以做到pv1um以下，那么RMS估计在零点几到零点零几个um，对应光圈就应该在0.1或者0.2个左 ...

感谢您的回复！小弟尝试以这个标准重新优化，研究一下能否将大口径反射镜的公差控制在这个量级。

Monic

丁丁的 发表于 2025-4-3 13:39
哈，基于我有限的设计量产经验，我现在不用Zenrike不规则度或者您也可以试试改小该项的参数，直到不会出 ...

感谢您的回复，您现在主要是用PV么，还是自行设计的公差参数，小弟接下来准备重新优化设计一下系统，看能否将大口径反射二次曲面的公差敏感度降低下来。