Las especificaciones ópticas se utilizan en todo el diseño y la fabricación de un componente o sistema para caracterizar qué tan bien cumple con ciertos requisitos de rendimiento.Son útiles por dos razones: primero, especifican los límites aceptables de los parámetros clave que rigen el rendimiento del sistema;segundo, especifican la cantidad de recursos (es decir, tiempo y costo) que deben gastarse en la fabricación.Un sistema óptico puede sufrir de especificación insuficiente o especificación excesiva, lo que puede resultar en un gasto innecesario de recursos.Paralight Optics proporciona ópticas rentables para cumplir con sus requisitos exactos.
Para comprender mejor las especificaciones ópticas, es importante aprender lo que significan básicamente.La siguiente es una breve introducción de las especificaciones más comunes de casi todos los elementos ópticos.
Especificaciones de fabricación
Tolerancia de diámetro
La tolerancia del diámetro de un componente óptico circular proporciona el rango aceptable de valores para el diámetro.La tolerancia del diámetro no tiene ningún efecto sobre el rendimiento óptico de la óptica en sí, sin embargo, es una tolerancia mecánica muy importante a tener en cuenta si la óptica se va a montar en cualquier tipo de soporte.Por ejemplo, si el diámetro de una lente óptica se desvía de su valor nominal, es posible que el eje mecánico se desplace del eje óptico en un conjunto montado, provocando así un descentramiento.
Figura 1: Descentramiento de la luz colimada
Esta especificación de fabricación puede variar según la habilidad y las capacidades del fabricante en particular.Paralight Optics podría fabricar lentes desde un diámetro de 0,5 mm hasta 500 mm, las tolerancias pueden alcanzar los límites de +/-0,001 mm.
| Tabla 1: Tolerancias de fabricación para diámetro | |
| Tolerancias de diámetro | Grado de calidad |
| +0,00/-0,10 mm | Típico |
| +0,00/-0,050 mm | Precisión |
| +0.000/-0.010 | Alta precisión |
Tolerancia de espesor central
El grosor central de un componente óptico, principalmente las lentes, es el grosor del material del componente medido en el centro.El grosor central se mide a través del eje mecánico de la lente, definido como el eje exactamente entre sus bordes exteriores.La variación del grosor central de una lente puede afectar el rendimiento óptico porque el grosor central, junto con el radio de curvatura, determina la longitud del camino óptico de los rayos que pasan a través de la lente.
Figura 2: Diagramas para CT, ET y FL
| Tabla 2: Tolerancias de fabricación para el espesor del centro | |
| Tolerancias de espesor central | Grado de calidad |
| +/-0,10 mm | Típico |
| +/-0,050 mm | Precisión |
| +/-0,010 mm | Alta precisión |
Grosor del borde frente al grosor del centro
De los ejemplos anteriores de diagramas que muestran el grosor central, probablemente haya notado que el grosor de una lente varía desde el borde hasta el centro de la óptica.Obviamente, esto es una función del radio de curvatura y el hundimiento.Las lentes plano-convexas, biconvexas y de menisco positivo tienen mayor grosor en su centro que en el borde.Para lentes plano-cóncavas, bicóncavas y de menisco negativo, el grosor del centro siempre es más delgado que el grosor del borde.Los diseñadores ópticos generalmente especifican tanto el grosor del borde como del centro en sus dibujos, tolerando una de estas dimensiones, mientras usan la otra como una dimensión de referencia.Es importante señalar que sin una de estas dimensiones, es imposible discernir la forma final de la lente.
Figura 3: Diagramas para CE, ET, BEF y EFL
Diferencia de espesor de cuña/borde (ETD)
Wedge, a veces denominado ETD o ETV (Variación del grosor del borde), es un concepto sencillo de entender en términos de diseño y fabricación de lentes.Básicamente, esta especificación controla qué tan paralelas son las dos superficies ópticas de una lente entre sí.Cualquier variación del paralelo puede hacer que la luz transmitida se desvíe de su trayectoria, ya que el objetivo es enfocar o desviar la luz de forma controlada, por lo que la cuña introduce una desviación no deseada en la trayectoria de la luz.La cuña se puede especificar en términos de desviación angular (error de centrado) entre las dos superficies de transmisión o una tolerancia física en la variación del grosor del borde, esto representa la desalineación entre los ejes mecánico y óptico de una lente.
Figura 4: Error de centrado
Sagitta (Sagitario)
El radio de curvatura está directamente relacionado con Sagitta, más comúnmente llamado Sag en la industria óptica.En términos geométricos, Sagitta representa la distancia desde el centro exacto de un arco hasta el centro de su base.En óptica, Sag se aplica a la curvatura convexa o cóncava y representa la distancia física entre el vértice (punto más alto o más bajo) a lo largo de la curva y el punto central de una línea trazada perpendicularmente a la curva desde un borde de la óptica hasta el otro.La siguiente figura ofrece una representación visual de Sag.
Figura 5: Diagramas de Sag
El pandeo es importante porque proporciona la ubicación central para el radio de curvatura, lo que permite a los fabricantes colocar correctamente el radio en la óptica, así como establecer el grosor del centro y del borde de una óptica.Al conocer el radio de curvatura, así como el diámetro de una óptica, el Sag se puede calcular mediante la siguiente fórmula.
Dónde:
R = radio de curvatura
d = diámetro
Radio de curvatura
El aspecto más importante de una lente es el radio de curvatura, es un parámetro fundamental y funcional de las superficies ópticas esféricas, que requiere un control de calidad durante la fabricación.El radio de curvatura se define como la distancia entre el vértice de un componente óptico y el centro de curvatura.Puede ser positivo, cero o negativo dependiendo de si la superficie es convexa, plana o cóncava, respectivamente.
Conocer el valor del radio de curvatura y el grosor del centro permite determinar la longitud de la trayectoria óptica de los rayos que pasan a través de la lente o el espejo, pero también juega un papel importante en la determinación de la potencia óptica de la superficie, que es la fuerza con la que la fibra óptica el sistema converge o diverge la luz.Los diseñadores ópticos distinguen entre distancias focales largas y cortas describiendo la cantidad de potencia óptica de sus lentes.Las distancias focales cortas, aquellas que desvían la luz más rápidamente y, por lo tanto, logran enfocar a una distancia más corta desde el centro de la lente se dice que tienen mayor potencia óptica, mientras que aquellas que enfocan la luz más lentamente se describen como de menor potencia óptica.El radio de curvatura define la distancia focal de una lente, una forma simple de calcular la distancia focal para lentes delgadas es proporcionada por la Aproximación de lente delgada de la fórmula del fabricante de lentes.Tenga en cuenta que esta fórmula solo es válida para lentes cuyo grosor es pequeño en comparación con la distancia focal calculada.
Dónde:
f = distancia focal
n = índice de refracción del material de la lente
r1 = radio de curvatura de la superficie más cercana a la luz incidente
r2 = radio de curvatura de la superficie más alejada de la luz incidente
Por lo tanto, para controlar cualquier variación en la distancia focal, los ópticos deben definir la tolerancia del radio.El primer método es aplicar una tolerancia mecánica simple, por ejemplo, un radio puede definirse como 100 +/- 0,1 mm.En tal caso, el radio puede variar entre 99,9 mm y 100,1 mm.El segundo método consiste en aplicar una tolerancia de radio en términos de porcentaje.Utilizando el mismo radio de 100 mm, un óptico puede especificar que la curvatura no puede variar más del 0,5 %, lo que significa que el radio debe estar entre 99,5 mm y 100,5 mm.El tercer método consiste en definir una tolerancia en la distancia focal, generalmente en términos de porcentaje.Por ejemplo, una lente con una distancia focal de 500 mm puede tener una tolerancia de +/-1 %, lo que se traduce en 495 mm a 505 mm.Introducir estas longitudes focales en la ecuación de la lente delgada permite a los fabricantes derivar la tolerancia mecánica del radio de curvatura.
Figura 6: Tolerancia de radio en el centro de curvatura
| Tabla 3: Tolerancias de fabricación para el radio de curvatura | |
| Tolerancias de radio de curvatura | Grado de calidad |
| +/-0,5 mm | Típico |
| +/-0.1% | Precisión |
| +/-0.01% | Alta precisión |
En la práctica, los fabricantes ópticos utilizan varios tipos diferentes de instrumentos para calificar el radio de curvatura de una lente.El primero es un anillo de esferómetro unido a un indicador de medición.Al comparar la diferencia de curvatura entre un "anillo" predefinido y el radio de curvatura de la óptica, los fabricantes pueden determinar si es necesaria una corrección adicional para lograr el radio adecuado.También hay una serie de esferómetros digitales en el mercado para una mayor precisión.Otro método de alta precisión es un perfilómetro de contacto automatizado que utiliza una sonda para medir físicamente el contorno de la lente.Finalmente, el método de interferometría sin contacto se puede utilizar para crear un patrón de franjas capaz de cuantificar la distancia física entre la superficie esférica y su centro de curvatura correspondiente.
Centrado
El centrado también se conoce por centrar o descentrar.Como su nombre lo indica, el centrado controla la precisión de ubicación del radio de curvatura.Un radio perfectamente centrado alinearía con precisión el vértice (centro) de su curvatura con el diámetro exterior del sustrato.Por ejemplo, una lente plano-convexa con un diámetro de 20 mm tendría un radio perfectamente centrado si el vértice se ubicara linealmente a exactamente 10 mm de cualquier punto a lo largo del diámetro exterior.Por lo tanto, los fabricantes ópticos deben tener en cuenta los ejes X e Y al controlar el centrado, como se muestra a continuación.
Figura 7: Diagrama de Descentramiento
La cantidad de descentración en una lente es el desplazamiento físico del eje mecánico desde el eje óptico.El eje mecánico de una lente es simplemente el eje geométrico de la lente y está definido por su cilindro exterior.El eje óptico de una lente está definido por las superficies ópticas y es la línea que conecta los centros de curvatura de las superficies.
Figura 8: Diagrama de Descentramiento
| Tabla 4: Tolerancias de fabricación para Centrado | |
| Centrado | Grado de calidad |
| +/-5 minutos de arco | Típico |
| +/-3 minutos de arco | Precisión |
| +/-30 segundos de arco | Alta precisión |
Paralelismo
El paralelismo describe qué tan paralelas son dos superficies entre sí.Es útil para especificar componentes como ventanas y polarizadores donde las superficies paralelas son ideales para el rendimiento del sistema porque minimizan la distorsión que, de otro modo, podría degradar la calidad de la imagen o la luz.Las tolerancias típicas van desde 5 minutos de arco hasta unos pocos segundos de arco de la siguiente manera:
| Tabla 5: Tolerancias de fabricación para Paralelismo | |
| Tolerancias de paralelismo | Grado de calidad |
| +/-5 minutos de arco | Típico |
| +/-3 minutos de arco | Precisión |
| +/-30 segundos de arco | Alta precisión |
Tolerancia de ángulo
En componentes como prismas y divisores de haz, los ángulos entre superficies son fundamentales para el rendimiento de la óptica.Esta tolerancia angular normalmente se mide utilizando un conjunto de autocolimador, cuyo sistema de fuente de luz emite luz colimada.El autocolimador se gira sobre la superficie de la óptica hasta que la reflexión de Fresnel resultante produce una mancha en la parte superior de la superficie bajo inspección.Esto verifica que el haz colimado esté golpeando la superficie con una incidencia exactamente normal.A continuación, todo el conjunto del autocolimador se gira alrededor de la óptica hasta la siguiente superficie óptica y se repite el mismo procedimiento.La Figura 3 muestra una configuración típica de autocolimador que mide la tolerancia del ángulo.La diferencia de ángulo entre las dos posiciones medidas se utiliza para calcular la tolerancia entre las dos superficies ópticas.La tolerancia de ángulo se puede mantener en tolerancias de unos pocos minutos de arco hasta unos pocos segundos de arco.
Figura 9: Configuración del autocolimador para medir la tolerancia del ángulo
Bisel
Las esquinas del sustrato pueden ser muy frágiles, por lo que es importante protegerlas al manipular o montar un componente óptico.La forma más común de proteger estas esquinas es biselar los bordes.Los biseles sirven como chaflanes protectores y evitan que se rompan los bordes.Consulte la siguiente tabla 5 para ver las especificaciones de bisel para diferentes diámetros.
| Tabla 6: Límites de fabricación para el ancho de cara máximo del bisel | |
| Diámetro | Ancho de cara máximo de bisel |
| 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 |
Apertura clara
La apertura clara gobierna qué parte de una lente debe cumplir con todas las especificaciones descritas anteriormente.Se define como el diámetro o tamaño de un componente óptico ya sea mecánicamente o por porcentaje que debe cumplir con las especificaciones, fuera de él, los fabricantes no garantizan que la óptica se adhiera a las especificaciones establecidas.Por ejemplo, una lente puede tener un diámetro de 100 mm y una apertura clara especificada como 95 mm o 95 %.Cualquiera de los métodos es aceptable, pero es importante recordar que, como regla general, cuanto mayor es la apertura clara, más difícil es producir la óptica, ya que empuja las características de rendimiento requeridas más y más cerca del borde físico de la óptica.
Debido a las limitaciones de fabricación, es virtualmente imposible producir una apertura transparente exactamente igual al diámetro, o la longitud por la anchura, de una óptica.
Figura 10: Gráfico que indica la apertura clara y el diámetro de una lente
| Tabla 7: Tolerancias de apertura clara | |
| Diámetro | Apertura clara |
| 3,00 mm – 10,00 mm | 90% de diámetro |
| 10,01 mm - 50,00 mm | Diámetro - 1 mm |
| ≥ 50,01 mm | Diámetro - 1,5 mm |
Para obtener especificaciones más detalladas, consulte nuestro catálogo de ópticas o productos destacados.
Hora de publicación: 20-abr-2023