在使用OpticStudio对镜头进行热分析时,很多人对空气厚度变化还存在一些疑惑,本文针对此情况,做一下简要的分析。 在分析之前,首先要明确OpticStudio中的两个设定:(1)每个表面的机械半口径决定了其边缘厚度。 (2)空气中心厚度的热变化,由空气边缘厚度决定。 我们用案例thermal -1a.zos来分析空气边缘厚度,结构如下图所示:通过ETVA或者Prescription Data,能够快速得到表面2的边缘厚度,此边缘厚度也就是两个透镜之间的空气边缘厚度。这个空气边缘厚度是如何得到的?空气边缘厚度是透镜最大口径(也就是机械半口径)处的水平距离,如下图红圈所示。通过下图中一组操作数,就可以计算此水平距离=表面3机械半口径处的矢高-表面2机械半口径处的矢高+空气中心厚度,最终得到的数值与ETVA得到的相同。操作数比较简单,不做详细解释。
空气厚度的热变化的一般情况,请参考KB中的文章“How does OpticStudio modelthe thermal expansion of optical mounts”,基础计算公式如下: 温度变化DT后,隔圈厚度: Spacer thickness @ spacer apertures = (Spacer thickness @ 20 degreesC)*(1 + TCE*DT) 温度变化DT后,边缘厚度: Spacer thickness @ lens apertures = Spacer thickness @ spacer apertures -(D1 - D2) 其中: D1 = Sag ofsurface 2 @ lens aperture - sag of surface 2 @ spacer aperture D2 = Sag ofsurface 3 @ lens aperture - sag of surface 3 @ spacer aperture 下面我们只分析镜片带台面的情况,温度变化DT=100度,隔圈为金属铝。 1、凸面+凹台,参考案例“thermal -2a.zos” 结构如下图所示: 
此时,温度变化DT后,边缘厚度计算公式变为: Spacer thickness @ lens apertures = Spacer thickness @ spacer apertures -D1 温度变化DT后: 隔圈厚度= 5.43016*(1 + 23.6×10-6E×100℃)= 5.44297mm 边缘厚度=5.44297-[-1.27361-(-1.26202)]=5.45456mm 与ETVA算出结果相同。 2、凹台+凸面,参考案例“thermal -2b.zos”Spacer thickness @ lens apertures = Spacer thickness @ spacer apertures +D2隔圈厚度= 5.41853*(1 + 23.6×10-6E×100℃)= 5.43132mm边缘厚度=5.43132+(1.34886-1.33608)=5.44410mm 3、凹台+凹台,参考案例“thermal -2c.zos”Spacer thickness @ lens apertures = Spacer thickness @ spacer apertures边缘厚度=隔圈厚度= 3.24394*(1 + 23.6×10-6E×100℃)= 3.251595mm 1、参考案例“thermal -2a-1.zos”Spacer thickness @ lens apertures = Spacer thickness @ spacer apertures -(Sag of surface 3@ lens aperture - Sag of surface 2 @ lens aperture)

 参考案例“thermal -3a.zos”,设置2个组态,有效口径一致,机械口径不同,分别对应有台和无台,结构图如下所示。 分别得到表面2的中心厚度分别为5.00400307mm和5.02009144mm。因此,在做热分析之前,需确定好对应的机械半口径,否则影响空气厚度变化,最终会影响热效应分析的结果。 |