光子学报, 2017, 46 (11): 1122001, 网络出版: 2017-12-08   

基于线性模型的聚焦光学系统静态公差优化算法

Optimization Algorithm of Static Tolerance in Focusing System Based on Linear Model
作者单位
浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室, 杭州 310027
摘要
为了实现聚焦光学系统中元件公差的自动分配, 在实验室自主研发的OTS实际光线追迹软件平台构建公差分析模块, 并据此完成元件公差的优化.依据光学矩阵理论, 以公差的线性模型为基础, 从评价函数、元件公差分配和反馈系数三个方面研究公差优化问题, 结合蒙特卡罗方法和数值分析, 有效的为各光学元件制定了合理的加工公差.采用结合元件敏感度的公差分配方式, 根据现存的问题提出自适应优化法, 并给出了相应实现方法.搭建了多元件双通光学系统验证实际情况中公差模型的正确性.实例计算表明, 该方式使优化平均迭代次数下降了两轮, 相比Zemax分析过程, 在结果差异不大的情况下总运行时间下降了40%, 表明了算法的合理性.整个分析流程对实际的光学系统加工装配具有一定参考价值.
Abstract
In order to assign the tolerances of focusing optical systems automatically, the tolerance allocation module is developed as a component of the optical simulation software OTS, and the tolerances of optical elements are optimized by this module. Based on the optical transmission matrix and the linear model of tolerance, the merit function, tolerance allocation and feedback are explored. The reasonable tolerances are assigned by Monte Carlo method and other numerical techniques. An adaptive optimization algorithm is proposed and implemented in the software according to the sensitivity of every element, and verified by a multielement bi-pass experimental optical system. The advantage of the algorithm is shown in examples that the average number of iteration is decreased by 2 loops, and the total runtime is 40% less than Zemax with the similar results. This analysis is valuable for manufacturing and assembling optical systems.

王川川, 岑兆丰, 李晓彤, 兰顺, 杨瑶, 陈灏. 基于线性模型的聚焦光学系统静态公差优化算法[J]. 光子学报, 2017, 46(11): 1122001. WANG Chuan-chuan, CEN Zhao-feng, LI Xiao-tong, LAN Shun, YANG Yao, CHEN Hao. Optimization Algorithm of Static Tolerance in Focusing System Based on Linear Model[J]. ACTA PHOTONICA SINICA, 2017, 46(11): 1122001.

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