Optické specifikace se používají při návrhu a výrobě součásti nebo systému k charakterizaci toho, jak dobře splňuje určité požadavky na výkon.Jsou užitečné ze dvou důvodů: za prvé specifikují přijatelné limity klíčových parametrů, které řídí výkon systému;za druhé, specifikují množství zdrojů (tj. čas a náklady), které by měly být vynaloženy na výrobu.Optický systém může trpět buď nedostatečnou nebo nadměrnou specifikací, což může mít za následek zbytečné výdaje zdrojů.Paralight Optics poskytuje nákladově efektivní optiku, která splní vaše přesné požadavky.
Pro lepší pochopení optických specifikací je důležité naučit se, co v podstatě znamenají.Následuje stručný úvod k nejběžnějším specifikacím téměř všech optických prvků.
Výrobní specifikace
Tolerance průměru
Tolerance průměru kruhové optické součásti poskytuje přijatelný rozsah hodnot pro průměr.Tolerance průměru nemá žádný vliv na optický výkon samotné optiky, je však velmi důležitá mechanická tolerance, kterou je třeba vzít v úvahu, pokud bude optika namontována do jakéhokoli typu držáku.Například, pokud se průměr optické čočky odchyluje od své nominální hodnoty, je možné, že mechanická osa může být posunuta od optické osy v namontované sestavě, což způsobí decentralizaci.
Obrázek 1: Decentrování kolimovaného světla
Tato výrobní specifikace se může lišit v závislosti na dovednostech a schopnostech konkrétního výrobce.Paralight Optics by mohla vyrábět čočky od průměru 0,5 mm do 500 mm, tolerance mohou dosahovat limitů +/-0,001 mm.
| Tabulka 1: Výrobní tolerance pro průměr | |
| Tolerance průměru | Stupeň kvality |
| +0,00/-0,10 mm | Typický |
| +0,00/-0,050 mm | Přesnost |
| +0,000/-0,010 | Vysoká přesnost |
Tolerance tloušťky středu
Středová tloušťka optické součásti, většinou čoček, je tloušťka materiálu součásti měřená ve středu.Tloušťka středu se měří napříč mechanickou osou čočky, definovanou jako osa přesně mezi jejími vnějšími okraji.Změna tloušťky středu čočky může ovlivnit optický výkon, protože tloušťka středu spolu s poloměrem zakřivení určuje délku optické dráhy paprsků procházejících čočkou.
Obrázek 2: Diagramy pro CT, ET a FL
| Tabulka 2: Výrobní tolerance pro tloušťku středu | |
| Tolerance tloušťky středu | Stupeň kvality |
| +/-0,10 mm | Typický |
| +/-0,050 mm | Přesnost |
| +/-0,010 mm | Vysoká přesnost |
Tloušťka okraje verše Tloušťka středu
Z výše uvedených příkladů diagramů znázorňujících středovou tloušťku jste si pravděpodobně všimli, že tloušťka čočky se liší od okraje ke středu optiky.Je zřejmé, že je to funkce poloměru zakřivení a průhybu.Plankonvexní, bikonvexní a pozitivní meniskusové čočky mají větší tloušťku ve svých středech než na okraji.U planokonkávních, bikonkávních a negativních meniskových čoček je tloušťka středu vždy tenčí než tloušťka okraje.Návrháři optiky obecně určují na svých výkresech tloušťku okraje i středu, přičemž jeden z těchto rozměrů tolerují, zatímco druhý používají jako referenční rozměr.Je důležité si uvědomit, že bez jednoho z těchto rozměrů není možné rozeznat konečný tvar čočky.
Obrázek 3: Diagramy pro CE, ET, BEF a EFL
Rozdíl tloušťky klínu a okraje (ETD)
Wedge, někdy označovaný jako ETD nebo ETV (Edge Thickness Variation), je přímočarý koncept, který lze pochopit z hlediska designu a výroby čoček.V zásadě tato specifikace řídí, jak rovnoběžné jsou dva optické povrchy čočky vůči sobě.Jakákoli odchylka od rovnoběžky může způsobit, že se procházející světlo odchýlí ze své dráhy, protože cílem je kontrolovaně zaostřit nebo rozbít světlo, klín proto vnáší nežádoucí odchylku do dráhy světla.Wedge může být specifikován jako úhlová odchylka (chyba vystředění) mezi dvěma vysílacími plochami nebo fyzická tolerance změny tloušťky okraje, což představuje nesouosost mezi mechanickou a optickou osou čočky.
Obrázek 4: Chyba centrování
Sagitta (Sag)
Poloměr zakřivení přímo souvisí se Sagittou, běžněji nazývanou Sag v optickém průmyslu.V geometrických termínech Sagitta představuje vzdálenost od přesného středu oblouku ke středu jeho základny.V optice se Sag vztahuje buď na konvexní nebo konkávní zakřivení a představuje fyzickou vzdálenost mezi vrcholem (nejvyšším nebo nejnižším bodem) podél křivky a středem čáry nakreslené kolmo na křivku od jednoho okraje optiky k jiný.Obrázek níže nabízí vizuální zobrazení Sag.
Obrázek 5: Diagramy Sag
Prohnutí je důležité, protože poskytuje středové umístění pro poloměr zakřivení, což umožňuje výrobcům správně umístit poloměr na optice a také stanovit tloušťku středu a okraje optiky.Na základě znalosti poloměru zakřivení a také průměru optiky lze Sag vypočítat podle následujícího vzorce.
Kde:
R = poloměr zakřivení
d = průměr
Poloměr zakřivení
Nejdůležitějším aspektem čočky je poloměr zakřivení, je to základní a funkční parametr sférických optických povrchů, který vyžaduje kontrolu kvality při výrobě.Poloměr zakřivení je definován jako vzdálenost mezi vrcholem optické komponenty a středem zakřivení.Může být kladná, nulová nebo záporná v závislosti na tom, zda je povrch konvexní, rovinný nebo konkávní.
Znalost hodnoty poloměru zakřivení a tloušťky středu umožňuje určit délku optické dráhy paprsků procházejících čočkou nebo zrcadlem, ale také hraje velkou roli při určování optické mohutnosti povrchu, což je, jak silně je optický systém konverguje nebo diverguje světlo.Návrháři optiky rozlišují mezi dlouhou a krátkou ohniskovou vzdáleností popisem množství optické síly jejich čoček.Krátké ohniskové vzdálenosti, ty, které ohýbají světlo rychleji, a proto dosahují zaostření v kratší vzdálenosti od středu čočky, mají údajně větší optickou sílu, zatímco ty, které zaostřují světlo pomaleji, jsou popsány jako ty, které mají menší optickou sílu.Poloměr zakřivení definuje ohniskovou vzdálenost čočky, jednoduchý způsob výpočtu ohniskové vzdálenosti pro tenké čočky je dán aproximací tenké čočky vzorce Lens-Maker's.Upozorňujeme, že tento vzorec platí pouze pro čočky, jejichž tloušťka je malá ve srovnání s vypočítanou ohniskovou vzdáleností.
Kde:
f = ohnisková vzdálenost
n = index lomu materiálu čočky
r1 = poloměr zakřivení povrchu nejblíže dopadajícímu světlu
r2 = poloměr zakřivení pro povrch nejvíce vzdálený od dopadajícího světla
Aby bylo možné řídit jakékoli změny ohniskové vzdálenosti, musí optici definovat toleranci poloměru.První metodou je použití jednoduché mechanické tolerance, například poloměr může být definován jako 100 +/-0,1 mm.V takovém případě se poloměr může pohybovat mezi 99,9 mm a 100,1 mm.Druhou metodou je použití tolerance poloměru v procentech.Při použití stejného poloměru 100 mm může optik určit, že se zakřivení nesmí lišit o více než 0,5 %, což znamená, že poloměr musí ležet mezi 99,5 mm a 100,5 mm.Třetí metodou je definování tolerance na ohniskové vzdálenosti, nejčastěji v procentech.Například objektiv s ohniskovou vzdáleností 500 mm může mít toleranci +/-1 %, což znamená 495 mm až 505 mm.Zapojení těchto ohniskových vzdáleností do rovnice tenké čočky umožňuje výrobcům odvodit mechanickou toleranci na poloměru zakřivení.
Obrázek 6: Tolerance poloměru ve středu zakřivení
| Tabulka 3: Výrobní tolerance pro poloměr zakřivení | |
| Tolerance poloměru zakřivení | Stupeň kvality |
| +/-0,5 mm | Typický |
| +/-0,1 % | Přesnost |
| +/-0,01 % | Vysoká přesnost |
V praxi optičtí výrobci používají několik různých typů nástrojů ke stanovení poloměru zakřivení čočky.Prvním z nich je kroužek sférometru připojený k měřidlu.Porovnáním rozdílu v zakřivení mezi předem definovaným „kroužkem“ a poloměrem zakřivení optiky mohou výrobci určit, zda je k dosažení vhodného poloměru nutná další korekce.Pro zvýšenou přesnost je na trhu také řada digitálních sférometrů.Další vysoce přesnou metodou je automatizovaný kontaktní profilometr, který využívá sondu k fyzickému měření obrysu čočky.Konečně, bezkontaktní metoda interferometrie může být použita k vytvoření proužkového vzoru schopného kvantifikovat fyzickou vzdálenost mezi kulovým povrchem a jeho odpovídajícím středem zakřivení.
Centrování
Centrování je také známé jako centrování nebo decentrování.Jak název napovídá, centrování řídí přesnost umístění poloměru zakřivení.Dokonale vycentrovaný poloměr by přesně vyrovnal vrchol (střed) jeho zakřivení k vnějšímu průměru substrátu.Například plankonvexní čočka o průměru 20 mm by měla dokonale vycentrovaný poloměr, pokud by byl vrchol lineárně umístěn přesně 10 mm od jakéhokoli bodu podél vnějšího průměru.Z toho tedy vyplývá, že výrobci optiky musí při řízení centrování brát v úvahu jak osu X, tak osu Y, jak je uvedeno níže.
Obrázek 7: Schéma decentrování
Míra decentrace v čočce je fyzické posunutí mechanické osy od osy optické.Mechanická osa čočky je jednoduše geometrická osa čočky a je definována jejím vnějším válcem.Optická osa čočky je definována optickými povrchy a je to čára, která spojuje středy zakřivení povrchů.
Obrázek 8: Schéma decentrování
| Tabulka 4: Výrobní tolerance pro centrování | |
| Centrování | Stupeň kvality |
| +/-5 úhlových minut | Typický |
| +/-3 úhlové minuty | Přesnost |
| +/-30 úhlových sekund | Vysoká přesnost |
Rovnoběžnost
Paralelismus popisuje, jak paralelní jsou dva povrchy vzhledem k sobě navzájem.Je užitečný při specifikaci komponent, jako jsou okna a polarizátory, kde jsou paralelní povrchy ideální pro výkon systému, protože minimalizují zkreslení, které by jinak mohlo zhoršit kvalitu obrazu nebo světla.Typické tolerance se pohybují od 5 úhlových minut až po několik úhlových sekund takto:
| Tabulka 5: Výrobní tolerance pro rovnoběžnost | |
| Tolerance paralelismu | Stupeň kvality |
| +/-5 úhlových minut | Typický |
| +/-3 úhlové minuty | Přesnost |
| +/-30 úhlových sekund | Vysoká přesnost |
Úhlová tolerance
U komponent, jako jsou hranoly a děliče paprsků, jsou úhly mezi povrchy rozhodující pro výkon optiky.Tato úhlová tolerance se typicky měří pomocí sestavy autokolimátoru, jejíž systém zdroje světla vyzařuje kolimované světlo.Autokolimátor se otáčí kolem povrchu optiky, dokud výsledný Fresnelův odraz zpět do něj nevytvoří skvrnu na povrchu kontrolovaného povrchu.Tím se ověří, že kolimovaný paprsek dopadá na povrch přesně kolmo.Celá sestava autokolimátoru se poté otočí kolem optiky k dalšímu optickému povrchu a stejný postup se opakuje.Obrázek 3 ukazuje typickou toleranci úhlu měření nastavení autokolimátoru.Rozdíl v úhlu mezi dvěma měřenými polohami se používá k výpočtu tolerance mezi dvěma optickými povrchy.Úhlová tolerance může být udržována na toleranci několika úhlových minut až po několik úhlových sekund.
Obrázek 9: Nastavení Autokolimátoru Tolerance úhlu měření
Úkos
Rohy substrátu mohou být velmi křehké, proto je důležité je chránit při manipulaci nebo montáži optické součásti.Nejběžnějším způsobem ochrany těchto rohů je zkosení hran.Úkosy slouží jako ochranné zkosení a zabraňují vylamování hran.Specifikace úkosu pro různé průměry najdete v následující tabulce 5.
| Tabulka 6: Výrobní limity pro maximální šířku úkosu | |
| Průměr | Maximální šířka úkosu |
| 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 |
Jasná clona
Čistá clona určuje, jaká část objektivu musí splňovat všechny výše popsané specifikace.Je definován jako průměr nebo velikost optické součásti buď mechanicky nebo procentuálně, která musí splňovat specifikace, mimo ni výrobci nezaručují, že optika dodrží uvedené specifikace.Čočka může mít například průměr 100 mm a čistou clonu specifikovanou jako 95 mm nebo 95 %.Každá metoda je přijatelná, ale je důležité si pamatovat jako obecné pravidlo, že čím větší je čirá apertura, tím obtížnější je vyrobit optiku, protože posouvá požadované výkonové charakteristiky blíže a blíže k fyzickému okraji optiky.
Kvůli výrobním omezením je prakticky nemožné vyrobit čistý otvor přesně rovný průměru nebo délce šířky optiky.
Obrázek 10: Grafika indikující čistou clonu a průměr čočky
| Tabulka 7: Jasné tolerance clony | |
| Průměr | Jasná clona |
| 3,00 mm – 10,00 mm | 90 % průměru |
| 10,01 mm - 50,00 mm | Průměr - 1mm |
| ≥ 50,01 mm | Průměr - 1,5mm |
Pro podrobnější specifikaci si prosím prohlédněte náš katalog optiky nebo doporučené produkty.
Čas odeslání: 20. dubna 2023