Optiske specifikationer bruges gennem hele designet og fremstillingen af en komponent eller et system for at karakterisere, hvor godt det opfylder visse ydeevnekrav.De er nyttige af to grunde: For det første specificerer de de acceptable grænser for nøgleparametre, der styrer systemets ydeevne;for det andet specificerer de mængden af ressourcer (dvs. tid og omkostninger), der skal bruges på fremstilling.Et optisk system kan lide af enten underspecifikation eller overspecifikation, som begge kan resultere i unødvendige ressourceforbrug.Paralight Optics leverer omkostningseffektiv optik, der opfylder dine præcise krav.
For at få en bedre forståelse af optiske specifikationer er det vigtigt at lære, hvad de grundlæggende betyder.Det følgende er en kort introduktion af de mest almindelige specifikationer for næsten alle optiske elementer.
Fremstillingsspecifikationer
Diameter Tolerance
Diametertolerancen for en cirkulær optisk komponent giver det acceptable område af værdier for diameteren.Diametertolerancen har ingen indflydelse på selve optikkens optiske ydeevne, men det er en meget vigtig mekanisk tolerance, der skal tages i betragtning, hvis optikken skal monteres i en hvilken som helst type holder.For eksempel, hvis diameteren af en optisk linse afviger fra dens nominelle værdi, er det muligt, at den mekaniske akse kan forskydes fra den optiske akse i en monteret enhed, og derved forårsage decentrering.
Figur 1: Decentrering af kollimeret lys
Denne fremstillingsspecifikation kan variere baseret på den pågældende fabrikants færdigheder og evner.Paralight Optics kunne fremstille linser fra diameter 0,5 mm til 500 mm, tolerancer kan nå grænserne på +/- 0,001 mm.
| Tabel 1: Fremstillingstolerancer for diameter | |
| Diameter Tolerancer | Kvalitetskarakter |
| +0,00/-0,10 mm | Typisk |
| +0,00/-0,050 mm | Præcision |
| +0,000/-0,010 | Høj præcision |
Centertykkelsestolerance
Centertykkelsen af en optisk komponent, for det meste linserne, er materialetykkelsen af komponenten målt i midten.Centertykkelsen måles på tværs af linsens mekaniske akse, defineret som aksen nøjagtigt mellem dens ydre kanter.Variation af centertykkelsen af en linse kan påvirke den optiske ydeevne, fordi centertykkelsen sammen med krumningsradius bestemmer den optiske vejlængde af stråler, der passerer gennem linsen.
Figur 2: Diagrammer for CT, ET & FL
| Tabel 2: Fremstillingstolerancer for centertykkelse | |
| Centertykkelsestolerancer | Kvalitetskarakter |
| +/-0,10 mm | Typisk |
| +/-0,050 mm | Præcision |
| +/-0,010 mm | Høj præcision |
Kanttykkelse Vers Center Tykkelse
Fra ovenstående eksempler på diagrammer, der viser centertykkelsen, har du sikkert bemærket, at tykkelsen af en linse varierer fra kanten til midten af optikken.Dette er naturligvis en funktion af krumningsradius og nedbøjning.Plano-konvekse, bikonvekse og positive menisk linser har større tykkelse i deres centre end ved kanten.For plano-konkave, bikonkave og negative menisklinser er centertykkelsen altid tyndere end kanttykkelsen.Optiske designere angiver generelt både kant- og centertykkelsen på deres tegninger, idet de tolererer en af disse dimensioner, mens de bruger den anden som referencedimension.Det er vigtigt at bemærke, at uden en af disse dimensioner er det umuligt at skelne linsens endelige form.
Figur 3: Diagrammer for CE, ET, BEF og EFL
Kile/kanttykkelsesforskel (ETD)
Wedge, nogle gange omtalt som ETD eller ETV (Edge Thickness Variation), er et ligetil koncept at forstå med hensyn til linsedesign og fremstilling.Grundlæggende styrer denne specifikation, hvor parallelle de to optiske overflader af en linse er med hinanden.Enhver variation fra parallel kan få det transmitterede lys til at afvige fra sin vej, da målet er at fokusere eller divergere lys på en kontrolleret måde, wedge introducerer derfor uønsket afvigelse i lysbanen.Wedge kan specificeres i form af vinkelafvigelse (centreringsfejl) mellem de to transmitterende overflader eller en fysisk tolerance på kanttykkelsesvariationen, dette repræsenterer fejljusteringen mellem mellem den mekaniske og optiske akse af en linse.
Figur 4: Centreringsfejl
Sagitta (Sag)
Krumningsradius er direkte relateret til Sagitta, mere almindeligt kaldet Sag i den optiske industri.I geometriske termer repræsenterer Sagitta afstanden fra det nøjagtige centrum af en bue til midten af dens base.I optik gælder Sag for enten den konvekse eller konkave krumning og repræsenterer den fysiske afstand mellem toppunktet (højeste eller laveste punkt) langs kurven og midtpunktet af en linje tegnet vinkelret på kurven fra den ene kant af optikken til Andet.Nedenstående figur giver en visuel afbildning af Sag.
Figur 5: Diagrammer af Sag
Sag er vigtigt, fordi det giver den centrale placering for krumningsradius, hvilket gør det muligt for fabrikanter at placere radius korrekt på optikken, såvel som at etablere både centrum og kanttykkelse af en optik.Ved at kende krumningsradius, samt diameteren af en optik, kan sagen beregnes ved hjælp af følgende formel.
Hvor:
R = krumningsradius
d = diameter
Krumningsradius
Det vigtigste aspekt ved en linse er krumningsradius, det er en grundlæggende og funktionel parameter for sfæriske optiske overflader, som kræver kvalitetskontrol under fremstillingen.Krumningsradius er defineret som afstanden mellem en optisk komponents toppunkt og krumningscentrum.Det kan være positivt, nul eller negativt afhængigt af, om overfladen er konveks, plan eller konkav.
At kende værdien af krumningsradius og centertykkelse gør det muligt at bestemme den optiske vejlængde af stråler, der passerer gennem linsen eller spejlet, men det spiller også en stor rolle i bestemmelsen af overfladens optiske styrke, hvilket er hvor stærkt den optiske system konvergerer eller divergerer lys.Optiske designere skelner mellem lange og korte brændvidder ved at beskrive mængden af optisk styrke i deres linser.Korte brændvidder, dem som bøjer lyset hurtigere og derfor opnår fokus i en kortere afstand fra midten af linsen siges at have større optisk kraft, mens dem der fokuserer lyset langsommere beskrives som at have mindre optisk kraft.Krumningsradius definerer brændvidden af en linse, en enkel måde at beregne brændvidden for tynde linser er givet af den tynde linseapproximation af linsefremstillerens formel.Bemærk venligst, at denne formel kun er gyldig for linser, hvis tykkelse er lille sammenlignet med den beregnede brændvidde.
Hvor:
f = brændvidde
n = brydningsindeks for linsemateriale
r1 = krumningsradius for overflade nærmest indfaldende lys
r2 = krumningsradius for overfladen længst væk fra indfaldende lys
For at kontrollere enhver variation i brændvidden skal optikere derfor definere radiustolerancen.Den første metode er at anvende en simpel mekanisk tolerance, for eksempel kan en radius defineres som 100 +/- 0,1 mm.I et sådant tilfælde kan radius variere mellem 99,9 mm og 100,1 mm.Den anden metode er at anvende en radiustolerance i procent.Ved at bruge den samme 100 mm radius kan en optiker angive, at krumningen ikke må variere mere end 0,5 %, hvilket betyder, at radius skal falde mellem 99,5 mm og 100,5 mm.Den tredje metode er at definere en tolerance på brændvidden, oftest i procent.For eksempel kan et objektiv med en brændvidde på 500 mm have en +/-1 % tolerance, hvilket svarer til 495 mm til 505 mm.Ved at sætte disse brændvidder ind i den tynde linseligning kan fabrikanterne udlede den mekaniske tolerance på krumningsradius.
Figur 6: Radiustolerance ved krumningscentrum
| Tabel 3: Fremstillingstolerancer for krumningsradius | |
| Radius af krumningstolerancer | Kvalitetskarakter |
| +/-0,5 mm | Typisk |
| +/-0,1 % | Præcision |
| +/-0,01 % | Høj præcision |
I praksis bruger optiske fabrikanter flere forskellige typer instrumenter til at kvalificere krumningsradius på en linse.Den første er en sfærometerring fastgjort til en målemåler.Ved at sammenligne forskellen i krumning mellem en foruddefineret "ring" og optikkens krumningsradius kan fabrikanter afgøre, om yderligere korrektion er nødvendig for at opnå den passende radius.Der er også en række digitale sfærometre på markedet for øget nøjagtighed.En anden meget nøjagtig metode er et automatiseret kontaktprofilometer, som bruger en sonde til fysisk at måle linsens kontur.Endelig kan den berøringsfrie metode til interferometri bruges til at skabe et randmønster, der er i stand til at kvantificere den fysiske afstand mellem den sfæriske overflade til dens tilsvarende krumningscentrum.
Centrering
Centrering er også kendt som centrering eller decentrering.Som navnet antyder, styrer centrering placeringsnøjagtigheden af krumningsradius.En perfekt centreret radius ville præcist justere toppunktet (midten) af dets krumning til den udvendige diameter af substratet.For eksempel ville en plankonveks linse med en diameter på 20 mm have en perfekt centreret radius, hvis toppunktet var lineært placeret nøjagtigt 10 mm fra ethvert punkt langs den udvendige diameter.Det følger derfor, at optiske fabrikanter skal tage hensyn til både X- og Y-aksen, når de kontrollerer centrering som vist nedenfor.
Figur 7: Diagram over decentrering
Mængden af decenter i en linse er den fysiske forskydning af den mekaniske akse fra den optiske akse.Den mekaniske akse af en linse er simpelthen linsens geometriske akse og er defineret af dens ydre cylinder.Den optiske akse af en linse er defineret af de optiske overflader og er den linje, der forbinder overfladernes krumningscentre.
Figur 8: Diagram over decentrering
| Tabel 4: Fremstillingstolerancer for centrering | |
| Centrering | Kvalitetskarakter |
| +/-5 bueminutter | Typisk |
| +/-3 bueminutter | Præcision |
| +/-30 buesekunder | Høj præcision |
Parallelisme
Parallelisme beskriver, hvor parallelle to overflader er i forhold til hinanden.Det er nyttigt til at specificere komponenter såsom vinduer og polarisatorer, hvor parallelle overflader er ideelle til systemets ydeevne, fordi de minimerer forvrængning, der ellers kan forringe billed- eller lyskvaliteten.Typiske tolerancer spænder fra 5 bueminutter ned til nogle få buesekunder som følger:
| Tabel 5: Fremstillingstolerancer for parallelisme | |
| Parallelisme Tolerancer | Kvalitetskarakter |
| +/-5 bueminutter | Typisk |
| +/-3 bueminutter | Præcision |
| +/-30 buesekunder | Høj præcision |
Vinkeltolerance
I komponenter som prismer og strålesplittere er vinklerne mellem overflader afgørende for optikkens ydeevne.Denne vinkeltolerance måles typisk ved hjælp af en autokollimatorsamling, hvis lyskildesystem udsender kollimeret lys.Autokollimatoren roteres omkring overfladen af optikken, indtil den resulterende Fresnel-reflektion tilbage i den producerer en plet på toppen af overfladen under inspektion.Dette verificerer, at den kollimerede stråle rammer overfladen med nøjagtig normal indfald.Hele autokollimatorenheden roteres derefter rundt om optikken til den næste optiske overflade, og den samme procedure gentages.Figur 3 viser en typisk autokollimatoropsætning til måling af vinkeltolerance.Forskellen i vinkel mellem de to målte positioner bruges til at beregne tolerancen mellem de to optiske overflader.Vinkeltolerance kan holdes til tolerancer på nogle få bueminutter helt ned til nogle få buesekunder.
Figur 9: Autokollimatoropsætning Måling af vinkeltolerance
Fasning
Underlagshjørner kan være meget skrøbelige, derfor er det vigtigt at beskytte dem, når du håndterer eller monterer en optisk komponent.Den mest almindelige måde at beskytte disse hjørner på er at skrå kanterne.Faser fungerer som beskyttende affasninger og forhindrer kantafslag.Se venligst følgende tabel 5 for affasningsspecifikationer for forskellige diametre.
| Tabel 6: Fremstillingsgrænser for maksimal fladebredde af affasning | |
| Diameter | Maksimal facebredde på affasning |
| 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 |
Klar blænde
Klar blænde styrer, hvilken del af et objektiv, der skal overholde alle de specifikationer, der er beskrevet ovenfor.Det er defineret som diameteren eller størrelsen af en optisk komponent enten mekanisk eller i procent, der skal opfylde specifikationerne, uden for den garanterer fabrikanter ikke, at optikken vil overholde de angivne specifikationer.For eksempel kan et objektiv have en diameter på 100 mm og en klar blænde, der er angivet som enten 95 mm eller 95 %.Begge metoder er acceptable, men det er vigtigt at huske som en generel regel, at jo større blændeåbning er, jo sværere er optikken at producere, da den skubber de påkrævede ydeevneegenskaber tættere og tættere på den fysiske kant af optikken.
På grund af fremstillingsbegrænsninger er det praktisk talt umuligt at fremstille en klar åbning, der nøjagtigt svarer til diameteren eller længden i bredden af en optik.
Figur 10: Grafik, der angiver klar blænde og diameter på en linse
| Tabel 7: Klare blændetolerancer | |
| Diameter | Klar blænde |
| 3,00 mm – 10,00 mm | 90% af diameter |
| 10,01 mm - 50,00 mm | Diameter - 1 mm |
| ≥ 50,01 mm | Diameter - 1,5 mm |
For mere dybdegående specifikationer, se venligst vores katalogoptik eller udvalgte produkter.
Indlægstid: 20-apr-2023