白皮书
天博体育app下载 设计成本效益的Freeforms
如何设计更具天博体育app下载效益的自由式光学
自由式光学（具有不翻译或旋转对称性的形状）对空气传播系统和其他应用产生了重大影响，并且是增殖的低地球轨道（LEO）所需的紧凑型空间系统的关键促进器，尤其是。这是因为它们的复杂形状允许生产具有降低物理尺寸和重量的光学系统以及性能的提高。但是，实现了自由形式的复杂天博体育app下载技术也引起了天博体育app下载挑战，在传统的，旋转的旋转球形和无球光学的生产中没有遇到。
这些挑战可能会极大地影响天博体育app下载商，他们通常将相关的成本和技术风险转移给客户。或更糟糕的是，天博体育app下载商在不知不觉中收取提前收取的费用，并危害客户任务，因为他们无法交付规格或按计划进行。该文档旨在帮助光学设计师始终如一地生产自由形式的设计，这些设计可以很容易地以具有成本效益的方式天博体育app下载。具体而言，它提出了一个可以用于预测生产性的度量，从而预测时间和成本。
表面形状与天博体育app下载性和成本的关系
天博体育app下载商的目标是产生符合预期设计的光学表面。但是现实世界中的天博体育app下载过程并不完美，因此设计必须始终容纳一些错误。而且，当然，错误的设计耐受性越大，抛光过程就越容易，从而减少了零件成本和交货时间。
对于自由形式的光学天博体育app下载商，最容易访问的量化形状精度的方法是低空间频率和中间空间频率错误。具体而言，低频表面误差对应于传统使用的球形光学量的大规模形状精度的度量，例如功率，不规则性和Zernike多项式。中空间频率（MSF）错误的物理尺度较小，对应于波纹，波浪和斜率误差。高频错误本质上是表面粗糙度，而不是塑造错误。
在设计方面，什么会导致天博体育app下载过程中的低空间频率错误？换句话说，设计师可以采取什么措施来避免或最小化这些错误，因此可以创建固有的天博体育app下载设计的设计？ Coherent，Inc。拥有数十年来生产自由式光学器件的经验，并确定自由形式生产性的最重要预测指标之一是光学表面形状的曲率变化速率。具体而言，曲率变化速率是天博体育app下载复杂性的有用替代指标，因为它直接与影响抛光时间和测试复杂性的处理参数相关。
下一个图表总结了许多不同实际的光学组件的表面误差（组合频率和中间频率组合）与曲率变化率之间的关系。它包括使用各种生产方法和底物材料在相干天博体育app下载的光学器件中进行的测量。
图表的Y轴显示天博体育app下载误差垂直减小，因此越接近图的顶部，其整体天博体育app下载精度就越好。 X轴绘制了曲率变化的速率，而不是曲率。请注意，两个轴都是对数的。
固有的天博体育app下载难度从左下（曲率变化率最低，表面误差的最低率）增加到右上（曲率的变化速率最快，表面误差最低）。可以预见的是，实际测量的数据趋势从左上到右下。也就是说，曲率变化速率越高，所得的表面误差越大。
该图中看不见的是获得给定结果所需的工作（例如时间）。而且，这是关键，因为它直接转化为成本。可以在图表的表面质量水平更高的情况下产生位于图表的右上象限（例如“困难，高坡上的坡度”）的光学元件。但是，在实践中实现这一目标需要更大的天博体育app下载时间，从而延长交货时间并增加成本。因此，该图描绘的不是“可行”，而是“具有成本效益”的内容。
111022_111025
“曲率变化速率越高，所得的天博体育app下载误差越大。”
结果讨论
此图实际绘制了几种不同类型的天博体育app下载的数据，因此值得在每个制度中的关键要点下单独查看每个天博体育app下载。
圆锥/变形圆锥
这些相对“简单”的非球形形状最容易天博体育app下载。此处显示的数据点用于30 mm至1.5 m尺寸范围内的光学组件。 在这种曲率变化率的情况下，几乎所有底物材料（包括铝和硅）的光学材料都可以被天博体育app下载成低残留的数字误差。在此范围内的光学器件的天博体育app下载通常不涉及图，粗糙度或MSF误差的重大折衷，以获得标称形状。只要曲率的变化速率保持在〜100/m²。，这些表面通常几乎可以达到任何所需的质量水平。
具有挑战性的离轴凸天博体育app下载形式或“次要”
相对较小（直径≤50mm）获得了这些数据点，通常是铝，玻璃，硅和碳化硅的凸镜。在许多古典望远镜设计中，通常用作辅助镜，这类组件变得越来越难以在曲率变化速率高出约250/m²的速率高于低表面误差。同样，凸镜通常是具有挑战性的，因为它们经常用低矮的下水板（从透明光圈的边缘到机械零件的机械边缘到机械边缘的距离），并且需要快速从天博体育app下载表面到机械边缘的快速过渡不适合足够的区域来支撑抛光工具，因为它围绕透明孔的边缘移动。
困难，高坡度
这些较高的坡度（曲率变化速率）组件是图形，粗糙度和MSF之间的权衡处，以在合理的时间和成本约束中产生一部分。虽然可以为这类光学器件改善表面误差（尤其是MSF），但是实现此目的的天博体育app下载技术受到更大的限制（由于坡度高）。因此，紧密的规格可以迅速提高成本。
非常高秩序，钻石转动/模制沥青
具有形状的零件在此制度（> 10,000/m²）中具有变化曲率的速率通常是使用诸如钻石转弯和成型的技术天博体育app下载的，而不是传统的抛光。尤其是钻石转折过程通常会在视线中产生所谓的“颜色”。
摘要
本文档中显示的数据是试图在设计自由形式光学方面建立构成“最佳实践”的尝试。随着持续着重于开发光学望远镜组件，用于严重依赖自由式光学元件的繁殖低地球轨道（LEO），质量要求将变得越来越苛刻，将达到成本和时间目标。如果时间和精力无限，此处显示的图表绝不代表所有可以完成的工作。相反，它试图为容易天博体育app下载育app下载育app下载的东西定义一些限制，并突出最有可能增加组件成本或交货时间的因素。特别是连贯的，几乎在图中显示的几乎所有表面误差/曲率变化空间上，通常天博体育app下载育app下载育app下载自由形式光学器件。一个主要目标是协助客户以最具成本效益和及时的方式实现其设计目标，并希望该讨论能够帮助这一目标。具有复杂自由式光学要求的公司应在设计阶段的早期与其光学合作伙伴相遇，以确定可以降低成本超支和项目延迟的效率或权衡。