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Université de Tsinghua : une nouvelle méthode pour l'erreur de forme de surface locale et l'évaluation de la qualité des éléments optiques

Le développement d'un système d'imagerie optique haute performance couvre les étapes de conception optique, de fabrication, d'inspection, d'assemblage et de réglage.La conception du système optique est le début de toute la chaîne de processus de réalisation du système optique.L'analyse de tolérance est le pont clé entre la conception et la fabrication.Une répartition raisonnable et précise des erreurs de fabrication de toutes les surfaces optiques est propice à la réalisation d'une fabrication d'éléments optiques de haute précision.L'évaluation de la qualité des éléments optiques fera une évaluation précise des résultats de fabrication, ce qui contribuera à améliorer encore la qualité de la fabrication des éléments optiques.

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Figure 1. Erreur de forme de surface locale et évaluation

La méthode d'analyse de tolérance la plus efficace envisagée depuis plus d'un demi-siècle est basée sur les statistiques de probabilité de Monte Carlo.Cette tolérance est une description unifiée de toute la forme de la surface.Il spécifie la valeur RMS maximale ou la valeur PV de l'erreur de forme de surface.Dans le même temps, la qualité des éléments optiques est également caractérisée par la valeur RMS ou la valeur PV de l'erreur de surface.Cependant, la situation réelle du système optique est extrêmement complexe.Les méthodes d'analyse de tolérance existantes basées sur Monte Carlo ne peuvent pas donner des exigences de tolérance différentes pour différentes zones de la surface.La valeur RMS ou la valeur PV de l'erreur de forme de surface ne permet pas d'évaluer avec précision la qualité des éléments optiques.

Après sept ans d'efforts, Zhu Jun, professeur agrégé au Département des instruments de précision de l'Université Tsinghua, a confirmé que différentes zones d'éléments optiques ont des exigences de tolérance différentes et a proposé un modèle de tolérance de surface locale pour les surfaces optiques.Le modèle de tolérance locale peut obtenir avec précision différentes exigences de tolérance pour différentes zones de la surface, de sorte que différentes zones de la surface peuvent être fabriquées selon différentes exigences de précision.Le modèle de tolérance locale subvertit la théorie de l'analyse de la tolérance globale basée sur la probabilité statistique de Monte Carlo depuis plus de 50 ans.L'équipe de recherche a calculé la tolérance de surface locale de trois miroirs d'un système optique à trois miroirs hors axe (Figure 1) et de deux miroirs d'un système de type Cassegrain (Figure 2), et a simulé et vérifié la tolérance.Le résultat du calcul de la tolérance montre une localisation évidente.

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Figure 2. Dans le système à triple miroir hors axe, la distribution de tolérance de surface locale des trois miroirs (a), (b) et (c) est la distribution de déviation sur la surface des trois miroirs respectivement

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Figure 3. Dans le système RC, analysez simultanément la distribution de tolérance de profil local du miroir primaire et du miroir secondaire (a), (b), (c) sont la distribution de déviation de profil du miroir primaire, et (d), (e ), et (f) sont la distribution de déviation de profil du miroir secondaire, respectivement

Dans le même temps, l'équipe de recherche a proposé une fonction d'évaluation précise RWE pour la qualité des éléments optiques qui est directement liée aux performances d'imagerie, remplaçant les valeurs RMS ou PV traditionnelles pour évaluer la qualité des éléments optiques, et a évalué la qualité d'un série d'éléments avec différentes erreurs de surface (Figure 3).Les résultats montrent que la qualité des composants avec la même valeur PV ou RMS est différente, et les composants avec une précision géométrique inférieure peuvent produire une meilleure qualité d'imagerie que ceux avec une précision géométrique plus élevée.

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Les mêmes éléments optiques de RMS peuvent également distinguer leur qualité d'image via RWE.Pour l'équipe d'inspection de fabrication, la qualité des composants après fabrication peut être évaluée indépendamment sans documents de conception.RWE aide à sélectionner rapidement les composants qui répondent aux exigences d'imagerie et offre la meilleure combinaison de correspondance entre les différents composants.Figure 4. La qualité des composants avec la même valeur PV ou RMS est différente

Le cadre de tolérance locale proposé dans cette étude fournira un nouveau support technique pour la fabrication de systèmes optiques, en particulier des systèmes optiques de haute précision et à grande ouverture tels que les systèmes de lithographie et les télescopes spatiaux, et aura un impact révolutionnaire sur la théorie, la technologie et les normes. dans le domaine de la conception et de la fabrication optiques.Le 8 septembre, les réalisations ci-dessus ont été publiées dans la revue OPTICA sous le titre "Erreur de surface locale et évaluation de la qualité des surfaces optiques".


Heure de publication : 01 novembre 2022