Overfladekvalitet
Overfladekvaliteten af en optisk overflade beskriver dens kosmetiske udseende og omfatter sådanne defekter som ridser og huller eller udgravninger.I de fleste tilfælde er disse overfladedefekter rent kosmetiske og påvirker ikke systemets ydeevne væsentligt, men de kan forårsage et lille tab i systemgennemstrømning og en lille stigning i spredt lys.Visse overflader er dog mere følsomme over for disse effekter, såsom: (1) overflader ved billedplaner, fordi disse defekter er i fokus og (2) overflader, der ser høje effektniveauer, fordi disse defekter kan forårsage øget absorption af energi og skader optikken.Den mest almindelige specifikation, der bruges til overfladekvalitet, er ridse-grav-specifikationen beskrevet af MIL-PRF-13830B.Ridsebetegnelsen bestemmes ved at sammenligne ridserne på en overflade med et sæt standardridser under kontrollerede lysforhold.Derfor beskriver ridsebetegnelsen ikke selve ridsen, men sammenligner den med en standardiseret ridse i henhold til MIL-Spec.Udgravningsbetegnelsen er dog direkte relateret til udgravningen eller lille grube i overfladen.Udgravningsbetegnelsen beregnes ved udgravningens diameter i mikron divideret med 10. Skrabegravespecifikationer på 80-50 betragtes typisk som standardkvalitet, 60-40 præcisionskvalitet og 20-10 højpræcisionskvalitet.
| Tabel 6: Fremstillingstolerancer for overfladekvalitet | |
| Overfladekvalitet (ridsegrave) | Kvalitetskarakter |
| 80-50 | Typisk |
| 60-40 | Præcision |
| 40-20 | Høj præcision |
Overfladeplanhed
Overfladeplanhed er en type overfladenøjagtighedsspecifikation, der måler afvigelsen af en flad overflade, såsom den for et spejl, et vindue, et prisme eller en planlinse.Denne afvigelse kan måles ved hjælp af en optisk flad, som er en højkvalitets, meget præcis flad referenceflade, der bruges til at sammenligne fladheden af et prøvestykke.Når prøveoptikkens flade overflade placeres mod den optiske flade, fremkommer frynser, hvis form dikterer overfladeplanheden af optikken under inspektion.Hvis frynserne er jævnt fordelt, lige og parallelle, så er den optiske overflade, der testes, mindst lige så flad som referenceoptiske flad.Hvis frynserne er buede, angiver antallet af frynser mellem to imaginære linjer, en tangent til midten af en fryns og en gennem enderne af den samme fryns, fladhedsfejlen.Afvigelserne i fladhed måles ofte i værdier af bølger (λ), som er multipla af testkildens bølgelængde.En frynser svarer til ½ af en bølge, dvs. 1 λ svarende til 2 frynser.
| Tabel 7: Fremstillingstolerancer for planhed | |
| Fladhed | Kvalitetskarakter |
| 1λ | Typisk |
| λ/4 | Præcision |
| λ/10 | Høj præcision |
Strøm
Strøm er en type overfladenøjagtighedsspecifikation, der gælder for buede optiske overflader eller overflader med strøm.Det er en måling af krumning på overfladen af en optik og adskiller sig fra krumningsradius ved, at den gælder for mikroskalaafvigelsen i den sfæriske form af en linse.overvej f.eks., at krumningstolerancen er defineret som 100 +/-0,1 mm, når denne radius er genereret, poleret og målt, finder vi dens faktiske krumning til at være 99,95 mm, hvilket falder inden for den specificerede mekaniske tolerance.I dette tilfælde ved vi, at brændvidden også er korrekt, da vi har opnået den korrekte sfæriske form.Men bare fordi radius og brændvidde er korrekt, betyder det ikke, at objektivet vil fungere som designet.Det er derfor ikke nok blot at definere krumningsradius, men også krumningens konsistens – og det er netop, hvad kraften er designet til at kontrollere.Igen ved at bruge den samme radius på 99,95 mm som nævnt ovenfor, kan en optiker måske ønske yderligere at kontrollere nøjagtigheden af brudt lys ved at begrænse effekten til ≤ 1 λ.Det betyder, at der over hele diameteren ikke kan være større afvigelse end 632,8 nm (1λ = 632,8 nm) i konsistensen af den sfæriske form.Tilføjelse af dette mere stringente niveau af kontrol til overfladeformen hjælper med at sikre, at lysstråler på den ene side af linsen ikke brydes anderledes end dem på den anden side.Da målet kan være at opnå præcis fokus på alt indfaldende lys, jo mere konsistent formen er, jo mere præcist vil lyset opføre sig, når det passerer gennem linsen.
Optikere angiver strømfejl i form af bølger eller frynser og måler det ved hjælp af et interferometer.Det er testet på en måde, der ligner fladhed, idet en buet overflade sammenlignes med en referenceflade med en højt kalibreret krumningsradius.Ved at bruge det samme princip for interferens forårsaget af luftspalterne mellem de to overflader, bruges interferensens mønster af frynser til at beskrive testoverfladens afvigelse fra referenceoverfladen (Figur 11).En afvigelse fra referencestykket vil skabe en række ringe, kendt som Newtons ringe.Jo flere ringe til stede, jo større er afvigelsen.Antallet af mørke eller lyse ringe, ikke summen af både lys og mørke, svarer til det dobbelte af antallet af fejlbølger.
Figur 11: Strømfejl testet ved at sammenligne med en referenceoverflade eller ved at bruge et interferometer
Effektfejl er relateret til fejlen i krumningsradius ved følgende ligning, hvor ∆R er radiusfejlen, D er linsediameteren, R er overfladeradius, og λ er bølgelængden (typisk 632,8 nm):
Strømfejl [bølger eller λ] = ∆R D²/8R²λ
Figur 12: Strømfejl over diameter vs radiusfejl i midten
Uregelmæssighed
Uregelmæssighed tager højde for de små skalavariationer på en optisk overflade.Ligesom effekt måles den i form af bølger eller frynser og karakteriseres ved hjælp af et interferometer.Konceptuelt er det lettest at tænke på uregelmæssighed som en specifikation, der definerer, hvor ensartet glat en optisk overflade skal være.Mens de overordnede målte toppe og dale på en optisk overflade kan være meget konsistente i et område, kan en anden sektion af optikken udvise en meget større afvigelse.I et sådant tilfælde kan lys, der brydes af linsen, opføre sig anderledes afhængigt af, hvor det brydes af optikken.Uregelmæssighed er derfor en vigtig overvejelse, når du designer linser.Den følgende figur viser, hvordan denne overfladeformsafvigelse fra den perfekt sfæriske kan karakteriseres ved hjælp af en uregelmæssig PV-specifikation.
Figur 13: Uregelmæssig PV-måling
Uregelmæssighed er en type overfladenøjagtighedsspecifikation, der beskriver, hvordan formen på en overflade afviger fra formen på en referenceflade.Det opnås fra samme måling som effekt.Regularitet refererer til sfæriciteten af de cirkulære frynser, der dannes ved sammenligningen af testoverfladen med referenceoverfladen.Når styrken af en overflade er mere end 5 frynser, er det svært at opdage små uregelmæssigheder på mindre end 1 frynser.Derfor er det almindelig praksis at specificere overflader med et forhold mellem effekt og uregelmæssighed på ca. 5:1.
Figur 14: Fladhed vs. kraft vs. uregelmæssighed
RMS Vers PV Power og uregelmæssighed
Når man diskuterer magt og uregelmæssighed, er det vigtigt at skelne mellem de to metoder, hvormed de kan defineres.Den første er en absolut værdi.For eksempel, hvis en optik er defineret som havende 1 bølgeuregelmæssighed, kan der ikke være mere end 1 bølgeforskel mellem det højeste og det laveste punkt på den optiske overflade eller peak-to-dal (PV).Den anden metode er at specificere effekten eller uregelmæssigheden som 1-bølge RMS (root mean squared) eller gennemsnit.I denne fortolkning kan en optisk overflade defineret som 1 bølge RMS uregelmæssig, faktisk have toppe og dale, der er over 1 bølge, men når man undersøger hele overfladen, skal den samlede gennemsnitlige uregelmæssighed falde inden for 1 bølge.
Alt i alt er RMS og PV begge metoder til at beskrive, hvor godt formen af et objekt matcher dens designet krumning, kaldet henholdsvis "overfladefigur" og "overfladeruhed".De er begge beregnet ud fra de samme data, såsom en interferometermåling, men betydningerne er ret forskellige.PV er god til at give et "worst-case-scenario" for overfladen;RMS er en metode til at beskrive overfladetallets gennemsnitlige afvigelse fra den ønskede overflade eller referenceflade.RMS er god til at beskrive den samlede overfladevariation.Der er ikke et simpelt forhold mellem PV og RMS.Men som en generel regel er en RMS-værdi ca. 0,2 så stringent som den ikke-gennemsnitlige værdi, når den sammenlignes side om side, dvs. 0,1 bølge uregelmæssig PV svarer til ca. 0,5 bølge RMS.
Overfladebehandling
Overfladefinish, også kendt som overfladeruhed, måler små uregelmæssigheder på en overflade.De er normalt et uheldigt biprodukt af poleringsprocessen og materialetypen.Selv hvis optikken anses for at være usædvanlig glat med lidt uregelmæssighed på tværs af overfladen, kan en egentlig mikroskopisk undersøgelse afsløre en stor variation i overfladeteksturen ved en inspektion på nært hold.En god analogi til denne artefakt er at sammenligne overfladeruhed med sandpapirskorn.Mens den fineste kornstørrelse kan føles glat og regelmæssig at røre ved, er overfladen faktisk sammensat af mikroskopiske toppe og dale bestemt af selve kornstørrelsen.I tilfælde af optik kan "kornet" opfattes som mikroskopiske uregelmæssigheder i overfladeteksturen forårsaget af polishens kvalitet.Ru overflader har en tendens til at slides hurtigere end glatte overflader og er muligvis ikke egnede til nogle applikationer, især dem med lasere eller intens varme, på grund af mulige nukleationssteder, der kan forekomme i små revner eller ufuldkommenheder.
I modsætning til kraft og uregelmæssighed, som måles i bølger eller brøkdele af en bølge, måles overfladeruhed, på grund af dens ekstreme nærbillede fokus på overfladetekstur, på skalaen af ångstrøm og altid i form af RMS.Til sammenligning tager det ti ångstrøm for at være lig med en nanometer og 632,8 nanometer for at være lig med en bølge.
Figur 15: Overfladeruhed RMS-måling
| Tabel 8: Fremstillingstolerancer for overfladefinish | |
| Overfladeruhed (RMS) | Kvalitetskarakter |
| 50Å | Typisk |
| 20Å | Præcision |
| 5Å | Høj præcision |
Transmitteret bølgefrontfejl
Transmitteret bølgefrontfejl (TWE) bruges til at kvalificere ydeevnen af optiske elementer, når lys passerer igennem.I modsætning til overfladeformmålinger inkluderer transmitterede bølgefrontmålinger fejl fra for- og bagoverfladen, kile og homogenitet af materialet.Denne metrik for overordnet ydeevne giver en bedre forståelse af en optiks ydeevne i den virkelige verden.
Mens mange optiske komponenter testes individuelt for overfladeform eller TWE-specifikationer, er disse komponenter uundgåeligt indbygget i mere komplekse optiske samlinger med deres egne præstationskrav.I nogle applikationer er det acceptabelt at stole på komponentmålinger og tolerancer for at forudsige den endelige ydeevne, men for mere krævende applikationer er det vigtigt at måle samlingen som den er bygget.
TWE-målinger bruges til at bekræfte, at et optisk system er bygget efter specifikation og vil fungere som forventet.Derudover kan TWE-målinger bruges til aktivt at justere systemer, hvilket reducerer monteringstiden, samtidig med at det sikres, at den forventede ydeevne opnås.
Paralight Optics inkorporerer state-of-the-art CNC slibemaskiner og polere, både til standard sfæriske former, såvel som asfæriske og frie konturer.Anvendelse af den avancerede metrologi, herunder Zygo interferometre, profilometre, TriOptics Opticentric, TriOptics OptiSpheric, osv. til både in-proces metrologi og slutinspektion, såvel som vores mange års erfaring med optisk fremstilling og belægning giver os mulighed for at tackle nogle af de mest komplekse og højtydende optik for at opfylde de krævede optiske specifikationer fra kunderne.
For mere dybdegående specifikationer, se venligst vores katalogoptik eller udvalgte produkter.
Indlægstid: 26-apr-2023