Kvalita povrchu
Kvalita povrchu optického povrchu popisuje jeho kosmetický vzhled a zahrnuje takové vady, jako jsou škrábance a důlky nebo rýhy.Ve většině případů jsou tyto povrchové vady čistě kosmetické a významně neovlivňují výkon systému, mohou však způsobit malou ztrátu propustnosti systému a malý nárůst rozptýleného světla.Některé povrchy jsou však na tyto efekty citlivější, jako jsou: (1) povrchy v rovinách obrazu, protože tyto vady jsou zaostřené, a (2) povrchy, které vidí vysoké úrovně výkonu, protože tyto vady mohou způsobit zvýšenou absorpci energie a poškození optika.Nejběžnější specifikací používanou pro kvalitu povrchu je specifikace škrábání popsaná v MIL-PRF-13830B.Označení škrábanců je určeno porovnáním škrábanců na povrchu se sadou standardních škrábanců za kontrolovaných světelných podmínek.Proto označení škrábanců nepopisuje skutečný škrábanec samotný, ale spíše jej přirovnává ke standardizovanému škrábanci podle MIL-Spec.Označení výkop se však přímo vztahuje k výkopu nebo malé jámě v povrchu.Označení výkopu se vypočítá jako průměr výkopu v mikronech děleno 10. Specifikace výkopu 80-50 jsou obvykle považovány za standardní kvalitu, 60-40 za přesnost a 20-10 za vysokou přesnost.
| Tabulka 6: Výrobní tolerance pro kvalitu povrchu | |
| Kvalita povrchu (škrábání) | Stupeň kvality |
| 80-50 | Typický |
| 60-40 | Přesnost |
| 40-20 | Vysoká přesnost |
Rovinnost povrchu
Plochost povrchu je typ specifikace přesnosti povrchu, která měří odchylku rovného povrchu, jako je zrcadlo, okno, hranol nebo planočočka.Tato odchylka může být měřena pomocí optického plochého, což je vysoce kvalitní, vysoce přesný plochý referenční povrch používaný k porovnání rovinnosti zkušebního kusu.Když se plochý povrch zkušební optiky přiloží k optické ploše, objeví se proužky, jejichž tvar určuje rovinnost povrchu kontrolované optiky.Pokud jsou proužky rovnoměrně rozmístěné, rovné a rovnoběžné, pak je testovaný optický povrch alespoň tak plochý jako referenční optický plochý.Pokud jsou proužky zakřivené, počet proužků mezi dvěma pomyslnými čarami, jedna tečnou ke středu proužku a druhá procházející konci téhož proužku, indikuje chybu rovinnosti.Odchylky rovinnosti se často měří v hodnotách vln (λ), které jsou násobky vlnové délky testovacího zdroje.Jeden proužek odpovídá ½ vlny, tj. 1 λ ekvivalentní 2 proužkům.
| Tabulka 7: Výrobní tolerance pro rovinnost | |
| Plochost | Stupeň kvality |
| 1λ | Typický |
| λ/4 | Přesnost |
| λ/10 | Vysoká přesnost |
Napájení
Výkon je typ specifikace přesnosti povrchu, vztahuje se na zakřivené optické povrchy nebo povrchy s výkonem.Jedná se o měření zakřivení na povrchu optiky a liší se od poloměru zakřivení tím, že se vztahuje na odchylku v mikroměřítku ve sférickém tvaru čočky.např. uvažujme, že poloměr tolerance zakřivení je definován jako 100 +/-0,1 mm, jakmile je tento poloměr vygenerován, vyleštěn a změřen, zjistíme, že jeho skutečné zakřivení je 99,95 mm, což spadá do specifikované mechanické tolerance.V tomto případě víme, že ohnisková vzdálenost je také správná, protože jsme dosáhli správného kulového tvaru.Ale jen proto, že poloměr a ohnisková vzdálenost jsou správné, neznamená to, že objektiv bude fungovat tak, jak byl navržen.Nestačí tedy jednoduše definovat poloměr zakřivení, ale také konzistenci zakřivení – a to je přesně to, co má výkon ovládat.Opět s použitím stejného poloměru 99,95 mm uvedeného výše si optik může přát dále řídit přesnost lomu světla omezením výkonu na ≤ 1 λ.To znamená, že po celém průměru nemůže být větší odchylka než 632,8nm (1λ = 632,8nm) v konzistenci kulového tvaru.Přidání této přísnější úrovně kontroly do tvaru povrchu pomáhá zajistit, že se světelné paprsky na jedné straně čočky nelámou jinak než na druhé straně.Protože cílem může být přesné zaostření veškerého dopadajícího světla, čím je tvar konzistentnější, tím přesněji se bude světlo chovat při průchodu čočkou.
Optici specifikují chybu výkonu pomocí vln nebo proužků a změří ji pomocí interferometru.Testuje se podobným způsobem jako rovinnost v tom, že se zakřivený povrch porovnává s referenčním povrchem s vysoce kalibrovaným poloměrem zakřivení.Při použití stejného principu interference způsobené vzduchovými mezerami mezi dvěma povrchy se k popisu odchylky zkušebního povrchu od referenčního povrchu použije interferenční obrazec proužků (obrázek 11).Odchylka od referenčního kusu vytvoří řadu prstenů, známou jako Newtonovy prsteny.Čím více kroužků, tím větší odchylka.Počet tmavých nebo světlých prstenců, nikoli součet světlých a tmavých, odpovídá dvojnásobku počtu vln chyb.
Obrázek 11: Chyba výkonu testovaná porovnáním s referenčním povrchem nebo pomocí interferometru
Výkonová chyba souvisí s chybou v poloměru zakřivení podle následující rovnice, kde ∆R je chyba poloměru, D je průměr čočky, R je poloměr povrchu a λ je vlnová délka (obvykle 632,8 nm):
Chyba napájení [vlny nebo λ] = ∆R D²/8R²λ
Obrázek 12: Chyba napájení nad průměrem vs. radiusová chyba ve středu
Nepravidelnost
Nepravidelnost zohledňuje malé odchylky v měřítku na optickém povrchu.Stejně jako výkon se měří pomocí vln nebo proužků a charakterizuje se pomocí interferometru.Koncepčně je nejjednodušší myslet na nepravidelnost jako na specifikaci, která definuje, jak rovnoměrně hladký musí být optický povrch.Zatímco celkové naměřené vrcholy a prohlubně na optickém povrchu mohou být v jedné oblasti velmi konzistentní, jiná část optiky může vykazovat mnohem větší odchylku.V takovém případě se světlo lomené čočkou může chovat odlišně v závislosti na tom, kde se optikou láme.Nepravidelnost je proto důležitým hlediskem při navrhování čoček.Následující obrázek ukazuje, jak lze tuto odchylku tvaru povrchu od dokonale kulového charakterizovat pomocí specifikace nepravidelnosti PV.
Obrázek 13: Nepravidelné měření PV
Nepravidelnost je typ specifikace přesnosti povrchu popisující, jak se tvar povrchu liší od tvaru referenčního povrchu.Získává se ze stejného měření jako výkon.Pravidelnost se týká kulovitosti kruhových proužků, které se vytvoří porovnáním zkušebního povrchu s referenčním povrchem.Když je síla povrchu větší než 5 proužků, je obtížné detekovat malé nepravidelnosti menší než 1 proužek.Proto je běžnou praxí specifikovat povrchy s poměrem síly k nepravidelnosti přibližně 5:1.
Obrázek 14: Plochost vs výkon vs nepravidelnost
RMS verše FV výkon a nepravidelnost
Když mluvíme o síle a nepravidelnosti, je důležité rozlišit dvě metody, kterými mohou být definovány.První je absolutní hodnota.Například, pokud je optika definována jako s 1 vlnovou nepravidelností, nemůže být více než 1 vlnový rozdíl mezi nejvyšším a nejnižším bodem na optickém povrchu nebo od vrcholu k údolí (PV).Druhou metodou je specifikovat výkon nebo nepravidelnost jako 1 vlnu RMS (odmocnina na druhou) nebo průměr.V této interpretaci může optický povrch definovaný jako nepravidelná 1 vlna RMS ve skutečnosti mít vrcholy a prohlubně přesahující 1 vlnu, avšak při zkoumání celého povrchu musí celková průměrná nepravidelnost spadat do 1 vlny.
Celkově vzato, RMS a PV jsou metody pro popis toho, jak dobře tvar objektu odpovídá jeho navrženému zakřivení, nazývanému „povrchový obrazec“ a „drsnost povrchu“.Oba jsou vypočteny ze stejných dat, jako je měření interferometrem, ale významy jsou zcela odlišné.PV je dobrá v poskytování „nejhoršího scénáře“ pro povrch;RMS je metoda pro popis průměrné odchylky hodnoty povrchu od požadovaného nebo referenčního povrchu.RMS je dobrá pro popis celkové variace povrchu.Mezi PV a RMS není jednoduchý vztah.Obecně však platí, že hodnota RMS je přibližně 0,2 tak přísná jako neprůměrná hodnota při srovnání vedle sebe, tj. 0,1 vlny nepravidelné PV je ekvivalentní přibližně 0,5 vlny RMS.
Povrchová úprava
Povrchová úprava, známá také jako drsnost povrchu, měří drobné nepravidelnosti na povrchu.Obvykle jsou nešťastným vedlejším produktem procesu leštění a typu materiálu.I když je optika považována za výjimečně hladkou s malými nepravidelnostmi na povrchu, při detailním zkoumání může skutečné mikroskopické vyšetření odhalit velké rozdíly ve struktuře povrchu.Dobrou analogií tohoto artefaktu je srovnání drsnosti povrchu se zrnitostí brusného papíru.Zatímco nejjemnější velikost zrna se může zdát hladká a pravidelná na dotek, povrch se ve skutečnosti skládá z mikroskopických vrcholů a prohlubní určených fyzickou velikostí samotného zrna.V případě optiky lze „zrnitost“ chápat jako mikroskopické nepravidelnosti ve struktuře povrchu způsobené kvalitou leštění.Drsné povrchy mají tendenci se opotřebovávat rychleji než hladké povrchy a nemusí být vhodné pro některé aplikace, zejména ty s lasery nebo intenzivním teplem, kvůli možným místům nukleace, která se mohou objevit v malých prasklinách nebo nedokonalostech.
Na rozdíl od síly a nepravidelnosti, které se měří ve vlnách nebo zlomcích vlny, se drsnost povrchu díky svému extrémnímu detailnímu zaměření na texturu povrchu měří na stupnici angstromů a vždy v RMS.Pro srovnání je třeba deset angstromů, aby se rovnal jednomu nanometru a 632,8 nanometrů, aby se rovnala jedné vlně.
Obrázek 15: RMS měření drsnosti povrchu
| Tabulka 8: Výrobní tolerance pro povrchovou úpravu | |
| Drsnost povrchu (RMS) | Stupeň kvality |
| 50Å | Typický |
| 20Å | Přesnost |
| 5Å | Vysoká přesnost |
Chyba přenášené vlny
Transmitovaná chyba čela vlny (TWE) se používá ke kvalifikaci výkonu optických prvků při průchodu světla.Na rozdíl od měření tvaru povrchu zahrnují měření přenášené vlnoplochy chyby z přední a zadní plochy, klín a homogenitu materiálu.Tato metrika celkového výkonu nabízí lepší pochopení skutečného výkonu optiky.
Zatímco mnoho optických komponent je testováno individuálně na povrchovou formu nebo specifikace TWE, tyto komponenty jsou nevyhnutelně zabudovány do složitějších optických sestav s vlastními požadavky na výkon.V některých aplikacích je přijatelné spoléhat se na měření součástek a tolerancí k předpovědi konečného výkonu, ale pro náročnější aplikace je důležité měřit sestavu tak, jak byla postavena.
Měření TWE se používají k potvrzení, že optický systém je postaven podle specifikace a bude fungovat podle očekávání.Kromě toho lze měření TWE použít k aktivnímu vyrovnání systémů, což zkracuje dobu montáže a zároveň zajišťuje dosažení očekávaného výkonu.
Paralight Optics zahrnuje nejmodernější CNC brusky a leštičky, a to jak pro standardní sférické tvary, tak pro asférické a volné tvary.Využití pokročilé metrologie včetně interferometrů Zygo, profilometrů, TriOptics Opticentric, TriOptics OptiSpheric atd. pro metrologii v průběhu procesu i výstupní kontrolu, stejně jako naše letité zkušenosti s výrobou a povlakováním optiky nám umožňují řešit některé z nejsložitějších a vysoce výkonná optika, která splňuje požadované optické specifikace od zákazníků.
Pro podrobnější specifikaci si prosím prohlédněte náš katalog optiky nebo doporučené produkty.
Čas odeslání: 26. dubna 2023