Kvalitet površine
Kvalitet površine optičke površine opisuje njen kozmetički izgled i uključuje takve nedostatke kao što su ogrebotine i udubljenja ili udubljenja.U većini slučajeva, ovi površinski defekti su čisto kozmetički i ne utiču značajno na performanse sistema, ali mogu uzrokovati mali gubitak u propusnosti sistema i mali porast raspršene svjetlosti.Međutim, određene površine su, međutim, osjetljivije na ove efekte kao što su: (1) površine u ravninama slike jer su ovi defekti u fokusu i (2) površine koje vide visoke razine snage jer ovi defekti mogu uzrokovati povećanu apsorpciju energije i oštećenja optika.Najčešća specifikacija koja se koristi za kvalitet površine je specifikacija grebanja koju opisuje MIL-PRF-13830B.Oznaka ogrebotina se određuje upoređivanjem ogrebotina na površini sa skupom standardnih ogrebotina pod kontroliranim uvjetima osvjetljenja.Stoga oznaka ogrebotine ne opisuje samu stvarnu ogrebotinu, već je uspoređuje sa standardiziranom ogrebotinom prema MIL-Spec.Oznaka iskopa, međutim, direktno se odnosi na iskop, ili malu jamu na površini.Oznaka kopanja se izračunava prema prečniku iskopa u mikronima podijeljenom sa 10. Specifikacije za iskopavanje od 80-50 se obično smatraju standardnim kvalitetom, 60-40 kvalitetom preciznosti i 20-10 visokom preciznošću.
| Tabela 6: Tolerancije proizvodnje za kvalitet površine | |
| Kvalitet površine (grebanje-kopanje) | Kvaliteta |
| 80-50 | Tipično |
| 60-40 | Preciznost |
| 40-20 | Visoka preciznost |
Ravnost površine
Ravnost površine je vrsta specifikacije tačnosti površine koja mjeri odstupanje ravne površine kao što je ogledalo, prozor, prizma ili ravna sočiva.Ovo odstupanje se može izmjeriti pomoću optičke ravnine, koja je visokokvalitetna, visoko precizna ravna referentna površina koja se koristi za poređenje ravnosti uzorka.Kada se ravna površina ispitne optike postavi na optičku ravnu, pojavljuju se resice čiji oblik diktira ravnost površine optike koja se ispituje.Ako su resice ravnomjerno raspoređene, ravne i paralelne, tada je optička površina koja se testira barem jednako ravna kao referentna optička ravna.Ako su rubovi zakrivljeni, broj rubova između dvije zamišljene linije, jedne tangente na središte ruba i jedne kroz krajeve te iste resice, ukazuje na grešku ravnosti.Odstupanja u ravnosti se često mjere u vrijednostima talasa (λ), koji su višekratnici talasne dužine izvora ispitivanja.Jedna ivica odgovara ½ talasa, tj. 1 λ što je ekvivalentno 2 ruba.
| Tabela 7: Tolerancije proizvodnje za ravnost | |
| Ravnost | Kvaliteta |
| 1λ | Tipično |
| λ/4 | Preciznost |
| λ/10 | Visoka preciznost |
Snaga
Snaga je vrsta specifikacije površinske tačnosti, primjenjuje se na zakrivljene optičke površine ili površine sa snagom.To je mjerenje zakrivljenosti na površini optike i razlikuje se od radijusa zakrivljenosti po tome što se odnosi na odstupanje na mikro skali u sfernom obliku sočiva.npr., uzmite u obzir da je radijus tolerancije zakrivljenosti definiran kao 100 +/-0,1 mm, kada se ovaj radijus generiše, polira i izmjeri, nalazimo da je njegova stvarna zakrivljenost 99,95 mm što spada u specificiranu mehaničku toleranciju.U ovom slučaju znamo da je i žižna daljina ispravna jer smo postigli ispravan sferni oblik.Ali samo zato što su radijus i žižna daljina ispravni, ne znači da će objektiv raditi kako je dizajniran.Stoga nije dovoljno jednostavno definirati radijus zakrivljenosti, već i konzistentnost zakrivljenosti – a to je upravo ono što je snaga dizajnirana za kontrolu.Ponovo koristeći isti gore spomenuti radijus od 99,95 mm, optičar će možda željeti dodatno kontrolirati tačnost prelomljene svjetlosti ograničavanjem snage na ≤ 1 λ.To znači da po čitavom prečniku ne može biti većeg odstupanja od 632,8nm (1λ = 632,8nm) u konzistenciji sfernog oblika.Dodavanje ovog strožeg nivoa kontrole površinskom obliku pomaže da se osigura da se svetlosni zraci na jednoj strani sočiva ne prelamaju drugačije od onih na drugoj strani.Budući da cilj može biti postizanje preciznog fokusa sve upadne svjetlosti, što je oblik konzistentniji, to će se svjetlost preciznije ponašati prilikom prolaska kroz sočivo.
Optičari navode grešku u snazi u smislu valova ili rubova i mjere je pomoću interferometra.Testira se na način sličan ravnosti, po tome što se zakrivljena površina uspoređuje s referentnom površinom s visoko kalibriranim radijusom zakrivljenosti.Koristeći isti princip interferencije uzrokovane zračnim prazninama između dvije površine, interferentni uzorak rubova se koristi za opisivanje odstupanja ispitne površine od referentne površine (slika 11).Odstupanje od referentnog dijela će stvoriti niz prstenova, poznatih kao Newtonovi prstenovi.Što je više prstenova prisutno, to je veće odstupanje.Broj tamnih ili svijetlih prstenova, a ne zbir svjetlosti i tame, odgovara dvostrukom broju valova greške.
Slika 11: Greška snage testirana upoređivanjem s referentnom površinom ili korištenjem interferometra
Greška snage povezana je s greškom u radijusu zakrivljenosti sljedećom jednadžbom gdje je ∆R greška radijusa, D je prečnik sočiva, R je polumjer površine, a λ je talasna dužina (obično 632,8 nm):
Greška snage [talasi ili λ] = ∆R D²/8R²λ
Slika 12: Greška snage preko dijamatera u odnosu na grešku radijusa u centru
Nepravilnost
Nepravilnost uzima u obzir male varijacije na optičkoj površini.Kao i snaga, mjeri se u smislu valova ili rubova i karakterizira pomoću interferometra.Konceptualno, najlakše je zamisliti nepravilnost kao specifikaciju koja definira koliko jednolično glatka optička površina mora biti.Dok ukupni izmjereni vrhovi i doline na optičkoj površini mogu biti vrlo konzistentni u jednom području, drugi dio optike može pokazati mnogo veće odstupanje.U tom slučaju, svjetlost koju lomi sočivo može se ponašati različito ovisno o tome gdje je lomi optika.Nepravilnost je stoga važno razmatranje pri dizajniranju sočiva.Sljedeća slika pokazuje kako se ovo odstupanje oblika površine od savršeno sfernog može okarakterizirati korištenjem PV specifikacije nepravilnosti.
Slika 13: Nepravilnost PV mjerenja
Nepravilnost je vrsta specifikacije površinske tačnosti koja opisuje kako oblik površine odstupa od oblika referentne površine.Dobija se istim mjerenjem kao i snaga.Pravilnost se odnosi na sferičnost kružnih rubova koji se formiraju od poređenja ispitne površine sa referentnom površinom.Kada je snaga površine veća od 5 rubova, teško je otkriti male nepravilnosti manje od 1 ruba.Stoga je uobičajena praksa specificirati površine s omjerom snage i nepravilnosti od približno 5:1.
Slika 14: Ravnost naspram snage naspram nepravilnosti
RMS stihovi PV snaga i nepravilnost
Kada se raspravlja o moći i nepravilnosti, važno je razlučiti dvije metode pomoću kojih se one mogu definirati.Prva je apsolutna vrijednost.Na primjer, ako je optika definirana kao da ima 1 talasnu nepravilnost, ne može postojati više od 1 talasne razlike između najviše i najniže tačke na optičkoj površini ili od vrha do doline (PV).Drugi metod je specificirati snagu ili nepravilnost kao 1 talasni RMS (srednji kvadrat) ili prosjek.U ovom tumačenju, optička površina definisana kao 1 talas RMS nepravilna može, u stvari, imati vrhove i doline koje su veće od 1 talasa, međutim, kada se ispituje puna površina, ukupna prosečna nepravilnost mora pasti u 1 talas.
Sve u svemu, RMS i PV su obje metode za opisivanje koliko dobro oblik objekta odgovara njegovoj dizajniranoj zakrivljenosti, nazvanoj "površinska figura" i "hrapavost površine", respektivno.Oba su izračunata iz istih podataka, kao što je mjerenje interferometra, ali značenja su prilično različita.PV je dobar u davanju “najgoreg scenarija” za površinu;RMS je metoda za opisivanje prosječnog odstupanja figure površine od željene ili referentne površine.RMS je dobar za opisivanje ukupne varijacije površine.Ne postoji jednostavan odnos između PV i RMS.Međutim, kao opšte pravilo, RMS vrijednost je približno 0,2 jednako stroga kao neprosječna vrijednost kada se uporedi uporedo, tj. 0,1 talasna nepravilna PV je ekvivalentna približno 0,5 talasa RMS.
Završna obrada
Završna obrada površine, poznata i kao površinska hrapavost, mjeri male nepravilnosti na površini.Obično su nesretni nusproizvod procesa poliranja i vrste materijala.Čak i ako se smatra da je optika izuzetno glatka sa malo nepravilnosti na površini, pri pregledu izbliza, stvarni mikroskopski pregled može otkriti velike varijacije u teksturi površine.Dobra analogija ovog artefakta je poređenje hrapavosti površine sa granulacijom brusnog papira.Iako je najfinija veličina zrna glatka i pravilna na dodir, površina je zapravo sastavljena od mikroskopskih vrhova i dolina određenih fizičkom veličinom samog zrna.U slučaju optike, „zrnatost“ se može smatrati mikroskopskim nepravilnostima u teksturi površine uzrokovane kvalitetom laka.Grube površine imaju tendenciju da se troše brže od glatkih površina i možda neće biti prikladne za neke primjene, posebno one s laserima ili intenzivnom toplinom, zbog mogućih mjesta nukleacije koja se mogu pojaviti u malim pukotinama ili nesavršenostima.
Za razliku od snage i nepravilnosti, koji se mjere u valovima ili frakcijama vala, hrapavost površine, zbog svog ekstremnog fokusa na teksturu površine, mjeri se na skali angstroma i uvijek u terminima RMS.Poređenja radi, potrebno je deset angstrema da bude jednako jednom nanometru i 632,8 nanometara da bude jednako jednom talasu.
Slika 15: RMS mjerenje hrapavosti površine
| Tabela 8: Tolerancije proizvodnje za završnu obradu površine | |
| Hrapavost površine (RMS) | Kvaliteta |
| 50Å | Tipično |
| 20Å | Preciznost |
| 5Å | Visoka preciznost |
Prenesena greška talasnog fronta
Prenesena greška talasnog fronta (TWE) se koristi za kvalifikaciju performansi optičkih elemenata dok svetlost prolazi.Za razliku od mjerenja oblika površine, mjerenja prenijetog talasnog fronta uključuju greške sa prednje i stražnje površine, klin i homogenost materijala.Ova metrika ukupnih performansi nudi bolje razumijevanje performansi optike u stvarnom svijetu.
Dok se mnoge optičke komponente testiraju pojedinačno za površinski oblik ili TWE specifikacije, ove komponente se neizbežno ugrađuju u složenije optičke sklopove sa sopstvenim zahtevima za performanse.U nekim aplikacijama prihvatljivo je osloniti se na mjerenja komponenti i tolerancije za predviđanje konačnih performansi, ali za zahtjevnije primjene važno je izmjeriti sklop kako je napravljen.
TWE mjerenja se koriste kako bi se potvrdilo da je optički sistem izgrađen prema specifikaciji i da će funkcionirati kako se očekuje.Dodatno, TWE mjerenja se mogu koristiti za aktivno poravnavanje sistema, smanjujući vrijeme montaže, a istovremeno osiguravajući postizanje očekivanih performansi.
Paralight Optics uključuje najsavremenije CNC brusilice i polire, kako za standardne sferne oblike, tako i za asferične i slobodne konture.Korišćenje napredne metrologije uključujući Zygo interferometre, profilometre, TriOptics Opticentric, TriOptics OptiSpheric, itd. za metrologiju u procesu i završnu inspekciju, kao i naše dugogodišnje iskustvo u optičkoj proizvodnji i premazivanju omogućava nam da se pozabavimo nekim od najsloženijih i optika visokih performansi kako bi se zadovoljile potrebne optičke specifikacije kupaca.
Za detaljnije specifikacije, pogledajte naš katalog optike ili istaknute proizvode.
Vrijeme objave: Apr-26-2023