製品

清華大学:光学素子の局所的な表面形状誤差と品質評価のための新しい方法

高性能光学イメージングシステムの開発は、光学設計、製造、検査、組み立て、調整のステップをカバーしています。光学系の設計は、光学系を実現するプロセスチェーン全体の始まりです。公差解析は、設計と製造の間の重要な架け橋です。すべての光学面の製造誤差の合理的かつ正確な分布は、高精度の光学素子製造の実現に役立ちます。光学素子の品質評価は、製造結果を正確に評価することで、光学素子製造のさらなる品質向上に貢献します。

要素製造1 

図 1. 局所的な表面形状の誤差と評価

半世紀以上にわたって考えられてきた最も効果的な公差分析方法は、モンテカルロ確率統計に基づいています。この公差は、表面形状全体の統一された記述です。面形状誤差の最大 RMS 値または PV 値を指定します。同時に、光学素子の品質は、面誤差の RMS 値または PV 値によっても特徴付けられます。しかし、光学系の実態は非常に複雑です。モンテカルロに基づく既存の公差分析方法では、表面の異なる領域に対して異なる公差要件を与えることはできません。面形状誤差のRMS値やPV値では、光学素子の良し悪しを正確に評価することはできません。

7 年間の努力の後、清華大学の精密機器学科の准教授である Zhu Jun は、光学要素の異なる領域には異なる公差要件があることを確認し、光学面のローカル表面公差モデルを提案しました。ローカル公差モデルは、表面のさまざまな領域のさまざまな公差要件を正確に取得できるため、さまざまな精度要件に従って表面のさまざまな領域を製造できます。ローカル許容誤差モデルは、50 年以上にわたり、モンテカルロ統計確率に基づくグローバル許容誤差分析理論を覆してきました。研究チームは、軸外3ミラー光学系の3つのミラー(図1)とカセグレン型システムの2つのミラー(図2)の局所的な表面公差を計算し、公差をシミュレートして検証しました。公差計算の結果は、明らかな局在化を示しています。

 要素製造2

図 2. 軸外トリプル ミラー システムでは、3 つのミラー (a)、(b)、および (c) の局所的な表面公差分布は、それぞれ 3 つのミラーの表面上の偏差分布です。

 要素製造3

図 3. RC システムでは、主鏡と副鏡のローカル プロファイル公差分布を同時に解析 (a)、(b)、(c) は主鏡のプロファイル偏差分布、(d)、(e) )、(f) は、それぞれ副鏡のプロファイル偏差分布です。

同時に、研究チームは、光学素子の品質を評価する従来の RMS または PV 値に代わる、結像性能に直接関係する光学素子の品質の正確な評価関数 RWE を提案し、光学素子の品質を評価しました。異なる表面誤差を持つ一連の要素 (図 3)。結果は、同じ PV または RMS 値を持つコンポーネントの品質が異なり、幾何学的精度が低いコンポーネントは、幾何学的精度が高いコンポーネントよりも優れた画像品質を生成する可能性があることを示しています。

要素製造4

RMS の同じ光学要素は、RWE によってそれらの画像品質を区別することもできます。製造検査関係者は、製造後の部品の品質を設計書なしで独自に評価できます。RWE は、イメージング要件を満たすコンポーネントを迅速に選択するのに役立ち、異なるコンポーネント間で最適な組み合わせを提供します。図 4. PV または RMS 値が同じ部品の品質は異なる

この研究で提案されたローカル公差フレームワークは、光学システム、特にリソグラフィシステムや宇宙望遠鏡などの高精度で大口径の光学システムの製造に新しい技術サポートを提供し、理論、技術、標準に革命的な影響を与えるでしょう。光学設計と製造の分野で。上記の成果は、9月8日に「光学面の局所的な面誤差と品質評価」というタイトルで雑誌OPTICAに掲載されました。


投稿時間: 2022 年 11 月 1 日