Les especificacions òptiques s'utilitzen al llarg del disseny i la fabricació d'un component o sistema per caracteritzar com compleix determinats requisits de rendiment.Són útils per dos motius: primer, especifiquen els límits acceptables dels paràmetres clau que regeixen el rendiment del sistema;segon, especifiquen la quantitat de recursos (és a dir, temps i cost) que s'hauria de gastar en la fabricació.Un sistema òptic pot patir una subespecificació o una sobreespecificació, ambdós poden provocar una despesa innecessària de recursos.Paralight Optics ofereix òptiques rendibles per satisfer els vostres requisits exactes.
Per entendre millor les especificacions òptiques, és important saber què signifiquen bàsicament.La següent és una breu introducció de les especificacions més comunes de gairebé tots els elements òptics.
Especificacions de fabricació
Tolerància al diàmetre
La tolerància del diàmetre d'un component òptic circular proporciona el rang acceptable de valors per al diàmetre.La tolerància del diàmetre no té cap efecte sobre el rendiment òptic de l'òptica en si, però és una tolerància mecànica molt important a tenir en compte si l'òptica es va a muntar en qualsevol tipus de suport.Per exemple, si el diàmetre d'una lent òptica es desvia del seu valor nominal, és possible que l'eix mecànic es pugui desplaçar de l'eix òptic en un conjunt muntat, provocant així un descentrament.
Figura 1: Descentrament de la llum col·limada
Aquesta especificació de fabricació pot variar en funció de l'habilitat i les capacitats del fabricant en particular.Paralight Optics podria fabricar lents de diàmetres de 0,5 mm a 500 mm, les toleràncies poden arribar als límits de +/-0,001 mm.
| Taula 1: Toleràncies de fabricació per al diàmetre | |
| Toleràncies de diàmetre | Grau de qualitat |
| +0,00/-0,10 mm | Típic |
| +0,00/-0,050 mm | Precisió |
| +0,000/-0,010 | Alta precisió |
Tolerància al gruix central
El gruix central d'un component òptic, principalment les lents, és el gruix del material del component mesurat al centre.El gruix central es mesura a través de l'eix mecànic de la lent, definit com l'eix exactament entre les seves vores exteriors.La variació del gruix central d'una lent pot afectar el rendiment òptic perquè el gruix central, juntament amb el radi de curvatura, determina la longitud del camí òptic dels raigs que travessen la lent.
Figura 2: Diagrames per a CT, ET i FL
| Taula 2: Toleràncies de fabricació per al gruix central | |
| Toleràncies de gruix central | Grau de qualitat |
| +/-0,10 mm | Típic |
| +/-0,050 mm | Precisió |
| +/-0,010 mm | Alta precisió |
Gruix de la vora versus gruix del centre
A partir dels exemples anteriors de diagrames que mostren el gruix central, probablement heu notat que el gruix d'una lent varia des de la vora fins al centre de l'òptica.Òbviament, això és una funció del radi de curvatura i la caiguda.Les lents planoconvexes, biconvexes i de menisc positiu tenen un gruix més gran als seus centres que a la vora.Per a lents de menisc pla-còncava, bicòncava i negatiu, el gruix central és sempre més prim que el gruix de la vora.Els dissenyadors òptics generalment especifiquen tant el gruix de la vora com del centre als seus dibuixos, tolerant una d'aquestes dimensions, mentre utilitzen l'altra com a dimensió de referència.És important tenir en compte que sense una d'aquestes dimensions, és impossible discernir la forma final de la lent.
Figura 3: Esquemes per a CE, ET, BEF i EFL
Diferència de gruix de falca / vora (ETD)
La falca, de vegades anomenada ETD o ETV (Edge Thickness Variation), és un concepte senzill d'entendre en termes de disseny i fabricació de lents.Bàsicament, aquesta especificació controla el paral·lelisme de les dues superfícies òptiques d'una lent entre si.Qualsevol variació del paral·lel pot fer que la llum transmesa es desviï del seu recorregut, ja que l'objectiu és enfocar o divergir la llum de manera controlada, per tant, la falca introdueix una desviació no desitjada en el recorregut de la llum.La falca es pot especificar en termes de desviació angular (error de centrat) entre les dues superfícies de transmissió o una tolerància física sobre la variació del gruix de la vora, això representa la desalineació entre els eixos mecànic i òptic d'una lent.
Figura 4: Error de centrat
Sagitta (Sag)
El radi de curvatura està directament relacionat amb Sagitta, més comunament anomenat Sag a la indústria òptica.En termes geomètrics, Sagitta representa la distància des del centre exacte d'un arc fins al centre de la seva base.En òptica, Sag s'aplica a la curvatura convexa o còncava i representa la distància física entre el punt del vèrtex (punt més alt o més baix) al llarg de la corba i el punt central d'una línia dibuixada perpendicularment a la corba des d'una vora de l'òptica fins a la corba. altres.La figura següent ofereix una representació visual de Sag.
Figura 5: Esquemes de Sag
Sag és important perquè proporciona la ubicació central per al radi de curvatura, permetent així als fabricants posicionar correctament el radi a l'òptica, així com establir el gruix central i de la vora d'una òptica.Coneixent el radi de curvatura, així com el diàmetre d'una òptica, el Sag es pot calcular mitjançant la fórmula següent.
On:
R = radi de curvatura
d = diàmetre
Radi de curvatura
L'aspecte més important d'una lent és el radi de curvatura, és un paràmetre fonamental i funcional de les superfícies òptiques esfèriques, que requereix un control de qualitat durant la fabricació.El radi de curvatura es defineix com la distància entre el vèrtex d'un component òptic i el centre de curvatura.Pot ser positiu, zero o negatiu segons si la superfície és convexa, plana o còncava, amb respecte.
Conèixer el valor del radi de curvatura i el gruix del centre permet determinar la longitud del camí òptic dels raigs que passen per la lent o el mirall, però també té un paper important a l'hora de determinar la potència òptica de la superfície, que és la força de l'òptica. el sistema convergeix o divergeix la llum.Els dissenyadors òptics distingeixen entre distàncies focals llargues i curtes descrivint la quantitat de potència òptica de les seves lents.Les distàncies focals curtes, les que dobleguen la llum més ràpidament i, per tant, aconsegueixen enfocar a una distància més curta des del centre de la lent es diu que tenen una potència òptica més gran, mentre que les que enfocan la llum més lentament es descriuen com a menys potència òptica.El radi de curvatura defineix la distància focal d'una lent, una manera senzilla de calcular la distància focal per a lents primes es dóna per l'aproximació de la lent fina de la fórmula del fabricant de lents.Tingueu en compte que aquesta fórmula només és vàlida per a lents el gruix de les quals és petit en comparació amb la distància focal calculada.
On:
f = distància focal
n = índex de refracció del material de la lent
r1 = radi de curvatura de la superfície més propera a la llum incident
r2 = radi de curvatura de la superfície més allunyada de la llum incident
Per tal de controlar qualsevol variació de la distància focal, els òptics han de definir la tolerància del radi.El primer mètode és aplicar una tolerància mecànica simple, per exemple, un radi es pot definir com a 100 +/-0,1 mm.En aquest cas, el radi pot variar entre 99,9 mm i 100,1 mm.El segon mètode és aplicar una tolerància de radi en termes de percentatge.Utilitzant el mateix radi de 100 mm, un òptic pot especificar que la curvatura no pot variar més del 0,5%, és a dir, el radi ha de situar-se entre 99,5 mm i 100,5 mm.El tercer mètode consisteix a definir una tolerància sobre la distància focal, més sovint en termes de percentatge.Per exemple, una lent amb una distància focal de 500 mm pot tenir una tolerància de +/-1% que es tradueix entre 495 mm i 505 mm.Connectar aquestes distàncies focals a l'equació de la lent prima permet als fabricants obtenir la tolerància mecànica del radi de curvatura.
Figura 6: Tolerància al radi al centre de la curvatura
| Taula 3: Toleràncies de fabricació per al radi de curvatura | |
| Toleràncies del radi de la curvatura | Grau de qualitat |
| +/-0,5 mm | Típic |
| +/-0,1% | Precisió |
| +/-0,01% | Alta precisió |
A la pràctica, els fabricants d'òptica utilitzen diversos tipus d'instruments diferents per qualificar el radi de curvatura d'una lent.El primer és un anell d'esferòmetre connectat a un mesurador.En comparar la diferència de curvatura entre un "anell" predefinit i el radi de curvatura de l'òptica, els fabricants poden determinar si cal una correcció addicional per aconseguir el radi adequat.També hi ha una sèrie d'esferòmetres digitals al mercat per augmentar la precisió.Un altre mètode molt precís és un perfilòmetre de contacte automatitzat que utilitza una sonda per mesurar físicament el contorn de la lent.Finalment, el mètode d'interferometria sense contacte es pot utilitzar per crear un patró de franges capaç de quantificar la distància física entre la superfície esfèrica i el seu centre de curvatura corresponent.
Centració
La centració també es coneix per centrar o descentrar.Com el seu nom indica, el centrat controla la precisió de la ubicació del radi de curvatura.Un radi perfectament centrat alinearia amb precisió el vèrtex (centre) de la seva curvatura amb el diàmetre exterior del substrat.Per exemple, una lent plana-convexa amb un diàmetre de 20 mm tindria un radi perfectament centrat si el vèrtex es col·loqui linealment exactament a 10 mm des de qualsevol punt del diàmetre exterior.Per tant, es dedueix que els fabricants d'òptica han de tenir en compte tant l'eix X com l'Y quan controlen el centrat, tal com es mostra a continuació.
Figura 7: Diagrama de descentrament
La quantitat de descentral en una lent és el desplaçament físic de l'eix mecànic respecte de l'eix òptic.L'eix mecànic d'una lent és simplement l'eix geomètric de la lent i es defineix pel seu cilindre exterior.L'eix òptic d'una lent està definit per les superfícies òptiques i és la línia que connecta els centres de curvatura de les superfícies.
Figura 8: Diagrama de descentrament
| Taula 4: Toleràncies de fabricació per a la centració | |
| Centració | Grau de qualitat |
| +/-5 minuts d'arc | Típic |
| +/-3 minuts d'arc | Precisió |
| +/-30 segons d'arc | Alta precisió |
Paral·lelisme
El paral·lelisme descriu com són paral·leles dues superfícies una respecte a l'altra.És útil per especificar components com ara finestres i polaritzadors on les superfícies paral·leles són ideals per al rendiment del sistema perquè minimitzen la distorsió que, d'altra manera, pot degradar la qualitat de la imatge o la llum.Les toleràncies típiques van des dels 5 minuts d'arc fins a uns quants segons d'arc de la següent manera:
| Taula 5: Toleràncies de fabricació per al paral·lelisme | |
| Toleràncies de paral·lelisme | Grau de qualitat |
| +/-5 minuts d'arc | Típic |
| +/-3 minuts d'arc | Precisió |
| +/-30 segons d'arc | Alta precisió |
Tolerància angular
En components com els prismes i els divisors de feix, els angles entre superfícies són crítics per al rendiment de l'òptica.Aquesta tolerància d'angle es mesura normalment mitjançant un conjunt autocolimador, el sistema de font de llum del qual emet llum col·limada.L'autocolimador es fa girar al voltant de la superfície de l'òptica fins que la reflexió de Fresnel resultant torna a produir-hi un punt a la part superior de la superfície sota inspecció.Això verifica que el feix colimat està colpejant la superfície amb una incidència exactament normal.Tot el conjunt de l'autocol·limador es gira al voltant de l'òptica fins a la següent superfície òptica i es repeteix el mateix procediment.La figura 3 mostra una configuració típica d'autocolimador que mesura la tolerància de l'angle.La diferència d'angle entre les dues posicions mesurades s'utilitza per calcular la tolerància entre les dues superfícies òptiques.La tolerància angular es pot mantenir a toleràncies d'uns quants minuts d'arc fins a uns quants segons d'arc.
Figura 9: Configuració de l'autocolimador per mesurar la tolerància de l'angle
Bisell
Les cantonades del substrat poden ser molt fràgils, per tant, és important protegir-les en manipular o muntar un component òptic.La forma més habitual de protegir aquestes cantonades és bisellant-ne les vores.Els bisells serveixen com a xamfràs protectors i eviten estelles de vora.Consulteu la següent taula 5 per a les especificacions de bisell per a diferents diàmetres.
| Taula 6: Límits de fabricació per a l'amplada màxima de la cara del bisell | |
| Diàmetre | Amplada màxima de la cara del bisell |
| 3,00 - 5,00 mm | 0,25 mm |
| 25,41 mm - 50,00 mm | 0,3 mm |
| 50,01 mm - 75,00 mm | 0,4 mm |
Abertura clara
L'obertura clara regula quina part d'una lent ha de complir totes les especificacions descrites anteriorment.Es defineix com el diàmetre o la mida d'un component òptic, ja sigui mecànicament o per percentatge que ha de complir les especificacions, fora d'ell, els fabricants no garanteixen que l'òptica s'adhereixi a les especificacions indicades.Per exemple, una lent pot tenir un diàmetre de 100 mm i una obertura clara especificada com a 95 mm o 95%.Qualsevol mètode és acceptable, però és important recordar com a regla general, com més gran sigui l'obertura clara, més difícil serà la producció de l'òptica, ja que apropa cada vegada més les característiques de rendiment requerides a la vora física de l'òptica.
A causa de les limitacions de fabricació, és pràcticament impossible produir una obertura clara exactament igual al diàmetre, o la longitud per amplada, d'una òptica.
Figura 10: Gràfic que indica l'obertura clara i el diàmetre d'una lent
| Taula 7: Toleràncies clares d'obertura | |
| Diàmetre | Abertura clara |
| 3,00 mm - 10,00 mm | 90% del diàmetre |
| 10,01 mm - 50,00 mm | Diàmetre - 1 mm |
| ≥ 50,01 mm | Diàmetre - 1,5 mm |
Per obtenir una especificació més detallada, consulteu el nostre catàleg d'òptiques o productes destacats.
Hora de publicació: 20-abril-2023