Le tolérancement d`un système optique

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Le tolérancement
d’un système optique
Raison d’être du tolérancement
• Le système qui vient d’être calculé est-il
réalisable ?
Thierry Lépine - Conception optique
2
Difficultés liées au tolérancement
• Le designer doit savoir discuter avec
l’atelier d’optique, avec l’atelier mécanique,
avec le bureau d’études, et bien sûr avec le
client…
• Environnement (Vibrations, chocs,
températures, humidité…)
• Compromis coûts – délais - performances
Thierry Lépine - Conception optique
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Principe
• Prendre en compte les défauts :
– de fabrication
– et de positionnement des composants
• Prendre en compte l’environnement
• Evaluer la baisse de performances du
système optique
Thierry Lépine - Conception optique
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Paramètres à tolérancer
• Dimensions des éléments optiques
• Surfaces optiques
• Matériaux (indice, constringence,
homogénéité…)
• Supports et montage opto-mécanique
Thierry Lépine - Conception optique
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Figure de mérite
•
•
•
•
Tache image
WFE
FTM
…
Thierry Lépine - Conception optique
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Compensateur(s)
• Pour la plupart des systèmes optiques, une
refocalisation est effectuée au montage
• D’autres réglages peuvent intervenir,
permettant de relacher les tolérances
Thierry Lépine - Conception optique
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Point de départ
• Définir des tolérances « raisonnables » !
• Discuter avec ceux qui vont fabriquer :
atelier d’optique, bureau d’étude, atelier
de mécanique, éventuellement le client…
Thierry Lépine - Conception optique
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Méthode
• Pour que les performances soient
conformes au cahier des charges, il faudra
:
– Reserrer les tolérances des éléments les plus
sensibles
– Relâcher les tolérances des éléments les moins
sensibles
– En cas d’échec :
• Modifier le design
• Rajouter des compensateurs
• Re-négocier le cahier des charges
Thierry Lépine - Conception optique
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Tolérances raisonnables
Paramètre
Commercial
Précision
Haute précision
Front d’onde (WFE, wave, rms)
Front d’onde (WFE, wave, PTV)
0,25
2
0,1
0,5
< 0,07
< 0,25
Epaisseur (mm)
0,1
0,01
0,001
Rayon (%)
1
0,1
0,01
Indice
0,001
0,0001
0,00001
Constringence (%)
1
0,1
0,01
Homogénéité
0,0001
0,00001
0,000002
Décentrement (mm)
0,1
0,01
0,001
Tilt
1’
10’’
1’’
Irrégularité (Frange)
2
1
0,25
Rugosité (Å)
50
20
5
Scratch and dig
80/50
60/40
20/10
Thierry Lépine - Conception optique
D’après Handbook of optics, McGrawHill
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Le tolérancement avec Zemax
• 3 méthodes :
– Sensitivity mode
– Inverse sensitivity
– Monte Carlo
Thierry Lépine - Conception optique
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Sensitivity mode
• Les tolérances sont supposées
indépendantes et étudiées une à une.
• Le critère (ou perte de performance)
est calculé pour les valeurs extrêmes de
chaque paramètre.
Thierry Lépine - Conception optique
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Inverse sensitivity
• Les tolérances sont supposées
indépendantes et étudiées une à une.
• On fixe au départ une variation du
critère.
• Pour chaque paramètre, on détermine la
tolérance correspondante.
Thierry Lépine - Conception optique
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Monte Carlo
• Les tolérances sont prises en compte
ensembles.
• Chaque paramètre varie dans son
intervalle de tolérance avec une loi
statistique donnée.
• On évalue la perte de performance pour
N systèmes, chaque système étant
associé à un jeu de paramètres.
• On obtient directement la probabilité
pour que le système respecte les
tolérances.
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