Pintalaatu
Optisen pinnan pinnan laatu kuvaa sen kosmeettista ulkonäköä ja sisältää sellaisia vikoja kuin naarmut ja kuopat tai kuopat.Useimmissa tapauksissa nämä pintavirheet ovat puhtaasti kosmeettisia eivätkä vaikuta merkittävästi järjestelmän suorituskykyyn, vaikka ne voivat aiheuttaa pienen järjestelmän suorituskyvyn heikkenemisen ja sironneen valon pienen lisääntymisen.Tietyt pinnat ovat kuitenkin herkempiä näille vaikutuksille, kuten: (1) pinnat kuvatasoissa, koska nämä viat ovat tarkennettuina ja (2) pinnat, jotka näkevät suuria tehotasoja, koska nämä viat voivat lisätä energian imeytymistä ja vaurioita. optiikka.Yleisin pinnan laadun määrittely on MIL-PRF-13830B:n kuvaama scratch-dig -spesifikaatio.Naarmun nimi määritetään vertaamalla pinnalla olevia naarmuja vakionaarmuihin kontrolloiduissa valaistusolosuhteissa.Siksi naarmumerkintä ei kuvaa itse naarmua, vaan vertaa sitä MIL-Specin mukaiseen standardoituun naarmuun.Kaivausnimitys liittyy kuitenkin suoraan kaivaukseen tai pieneen kuoppaan pinnassa.Kaivausmerkintä lasketaan kaivan halkaisijalla mikroneina jaettuna 10:llä. Scratch-dig -määrityksiä 80-50 pidetään tyypillisesti vakiolaaduna, 60-40 tarkkuuslaaduna ja 20-10 korkean tarkkuuden laatuna.
| Taulukko 6: Pintalaadun valmistustoleranssit | |
| Pintalaatu (raapia kaivaa) | Laatuluokka |
| 80-50 | Tyypillinen |
| 60-40 | Tarkkuus |
| 40-20 | Korkean tarkkuuden |
Pinnan tasaisuus
Pinnan tasaisuus on eräänlainen pinnan tarkkuusmääritys, joka mittaa tasaisen pinnan, kuten peilin, ikkunan, prisman tai taso-linssin, poikkeamaa.Tämä poikkeama voidaan mitata käyttämällä optista tasoa, joka on korkealaatuinen, erittäin tarkka tasainen vertailupinta, jota käytetään testikappaleen tasaisuuden vertailuun.Kun testioptiikan tasainen pinta asetetaan optista tasoa vasten, ilmaantuu hapsut, joiden muoto sanelee tarkasteltavan optiikan pinnan tasaisuuden.Jos hapsut ovat tasaisin välein, suoria ja yhdensuuntaisia, niin testattava optinen pinta on vähintään yhtä tasainen kuin referenssioptinen tasainen.Jos hapsut ovat kaarevia, kahden kuvitteellisen viivan välissä olevien hapsujen lukumäärä, joista toinen on hapsan keskustan tangentti ja toinen saman hapsan päiden läpi, osoittaa tasaisuusvirheen.Tasaisuuden poikkeamat mitataan usein aaltojen arvoina (λ), jotka ovat testauslähteen aallonpituuden kerrannaisia.Yksi reuna vastaa ½ aallosta, eli 1 λ vastaa kahta reunaa.
| Taulukko 7: Tasaisuuden valmistustoleranssit | |
| Tasaisuus | Laatuluokka |
| 1λ | Tyypillinen |
| λ/4 | Tarkkuus |
| λ/10 | Korkean tarkkuuden |
Tehoa
Teho on eräänlainen pinnan tarkkuusmääritys, joka koskee kaarevia optisia pintoja tai pintoja, joissa on tehoa.Se on kaarevuuden mittaus optiikan pinnalla ja eroaa kaarevuussäteestä siinä, että se koskee linssin pallomaisen muodon mikromittakaavapoikkeamaa.Oletetaan esimerkiksi, että kaarevuussäteen toleranssi on määritelty 100 +/-0,1 mm:ksi, kun tämä säde on luotu, kiillotettu ja mitattu, sen todellinen kaarevuus on 99,95 mm, joka on määritellyn mekaanisen toleranssin sisällä.Tässä tapauksessa tiedämme, että myös polttoväli on oikea, koska olemme saavuttaneet oikean pallomaisen muodon.Mutta se, että säde ja polttoväli ovat oikeat, ei tarkoita, että objektiivi toimii suunnitellulla tavalla.Siksi ei riitä, että määritellään vain kaarevuussäde, vaan myös kaarevuuden yhtenäisyys – ja juuri tätä tehoa on tarkoitus ohjata.Jälleen käyttämällä samaa yllä mainittua 99,95 mm:n sädettä optikko saattaa haluta edelleen kontrolloida taittuneen valon tarkkuutta rajoittamalla tehoa arvoon ≤ 1 λ.Tämä tarkoittaa, että koko halkaisijalla ei voi olla suurempia poikkeamia kuin 632,8 nm (1λ = 632,8 nm) pallomaisen muodon yhtenäisyydessä.Tämän tiukemman säätötason lisääminen pintamuotoon auttaa varmistamaan, että valonsäteet linssin toisella puolella eivät taitu eri tavalla kuin toisella puolella.Koska tavoitteena voi olla kaiken tulevan valon tarkka tarkennus, mitä yhdenmukaisempi muoto, sitä tarkemmin valo käyttäytyy kulkiessaan linssin läpi.
Optikot määrittelevät tehovirheen aalloilla tai hapsuilla ja mittaavat sen interferometrillä.Se testataan samalla tavalla kuin tasaisuus, sillä kaarevaa pintaa verrataan vertailupintaan, jonka kaarevuussäde on erittäin kalibroitu.Käyttämällä samaa kahden pinnan välisten ilmarakojen aiheuttamaa interferenssin periaatetta, interferenssin hapsukuviota käytetään kuvaamaan testipinnan poikkeamaa vertailupinnasta (kuva 11).Poikkeaminen vertailukappaleesta luo sarjan renkaita, jotka tunnetaan nimellä Newtonin sormukset.Mitä enemmän renkaita on, sitä suurempi on poikkeama.Tummien tai vaaleiden renkaiden määrä, ei valon ja pimeyden summa, vastaa kaksinkertaista virheaaltojen määrää.
Kuva 11: Tehovirhe testattu vertaamalla vertailupintaan tai käyttämällä interferometriä
Tehovirhe liittyy kaarevuussäteen virheeseen seuraavalla yhtälöllä, jossa ∆R on sädevirhe, D on linssin halkaisija, R on pinnan säde ja λ on aallonpituus (tyypillisesti 632,8 nm):
Tehovirhe [aallot tai λ] = ∆R D²/8R²λ
Kuva 12: Virtavirhe halkaisijan yli vs. sädevirhe keskellä
Epäsäännöllisyys
Epäsäännöllisyys ottaa huomioon optisen pinnan pienet vaihtelut.Kuten teho, se mitataan aalloilla tai hapsuilla ja karakterisoidaan interferometrillä.Käsitteellisesti epäsäännöllisyyttä on helpointa ajatella spesifikaationa, joka määrittelee kuinka tasaisesti tasaisen optisen pinnan tulee olla.Vaikka optisen pinnan mitatut huiput ja laaksot voivat olla hyvin yhdenmukaisia yhdellä alueella, optiikan eri osassa voi esiintyä paljon suurempi poikkeama.Tällaisessa tapauksessa linssin taittama valo voi käyttäytyä eri tavalla riippuen siitä, missä optiikka taittaa sen.Epäsäännöllisyys on siksi tärkeä näkökohta linssejä suunniteltaessa.Seuraava kuva osoittaa, kuinka tämä pintamuodon poikkeama täysin pallomaisesta voidaan karakterisoida epäsäännöllisyyden PV-spesifikaatiolla.
Kuva 13: Epäsäännöllisyyden PV-mittaus
Epäsäännöllisyys on eräänlainen pinnan tarkkuusspesifikaatio, joka kuvaa kuinka pinnan muoto poikkeaa vertailupinnan muodosta.Se saadaan samasta mittauksesta kuin teho.Säännöllisyydellä tarkoitetaan pyöreän reunan pallomaisuutta, joka muodostuu testipinnan vertailusta vertailupintaan.Kun pinnan teho on yli 5 hapsaa, on vaikea havaita pieniä, alle 1 hapsan epäsäännöllisyyksiä.Siksi on yleinen käytäntö määrittää pinnat, joiden tehon suhde epäsäännöllisyyteen on noin 5:1.
Kuva 14: Tasaisuus vs teho vs epäsäännöllisyys
RMS Verses PV teho ja epäsäännöllisyys
Kun puhutaan vallasta ja epäsäännöllisyydestä, on tärkeää erottaa kaksi tapaa, joilla ne voidaan määritellä.Ensimmäinen on absoluuttinen arvo.Esimerkiksi, jos optiikalla on 1 aallon epäsäännöllisyys, optisen pinnan tai huipusta laaksoon (PV) korkeimman ja alimman pisteen välillä ei voi olla enempää kuin 1 aaltoero.Toinen tapa on määrittää teho tai epäsäännöllisyys 1 aallon RMS:nä (root mean squared) tai keskiarvona.Tässä tulkinnassa 1 aallon RMS epäsäännölliseksi määritellyllä optisella pinnalla voi itse asiassa olla huipuja ja laaksoja, jotka ylittävät 1 aallon, mutta koko pintaa tarkasteltaessa kokonaiskeskimääräisen epäsäännöllisyyden tulee olla 1 aallon sisällä.
Kaiken kaikkiaan RMS ja PV ovat molemmat menetelmiä kuvaamaan, kuinka hyvin kohteen muoto vastaa sen suunniteltua kaarevuutta, joita kutsutaan "pintakuvioksi" ja "pinnan karheudeksi".Ne on molemmat laskettu samoista tiedoista, kuten interferometrimittauksesta, mutta merkitykset ovat melko erilaisia.PV on hyvä antamaan "pahimman mahdollisen skenaarion" pinnalle;RMS on menetelmä pintakuvion keskimääräisen poikkeaman kuvaamiseksi halutusta tai vertailupinnasta.RMS on hyvä kuvaamaan kokonaispinnan vaihtelua.PV:n ja RMS:n välillä ei ole yksinkertaista suhdetta.Yleissääntönä on kuitenkin, että RMS-arvo on noin 0,2 yhtä ankara kuin ei-keskiarvoarvo, kun sitä verrataan vierekkäin, eli 0,1 aallon epäsäännöllinen PV vastaa noin 0,5 aallon RMS-arvoa.
Pinnan viimeistely
Pinnan viimeistely, joka tunnetaan myös nimellä pinnan karheus, mittaa pinnan pieniä epätasaisuuksia.Ne ovat yleensä kiillotusprosessin ja materiaalityypin valitettava sivutuote.Vaikka optiikka katsottaisiinkin poikkeuksellisen sileäksi ja pinnalla vain vähän epäsäännöllisyyttä, varsinainen mikroskooppitutkimus voi lähikuvauksessa paljastaa paljon vaihtelua pinnan rakenteessa.Hyvä analogia tästä artefaktista on verrata pinnan karheutta hiekkapaperin karkeuteen.Vaikka hienoin karkeuskoko voi tuntua sileältä ja säännölliseltä kosketettaessa, pinta koostuu itse asiassa mikroskooppisista huipuista ja laaksoista, jotka määräytyvät itse hiekan fyysisen koon mukaan.Optiikan tapauksessa "hiekoitus" voidaan ajatella pintarakenteen mikroskooppisena epätasaisuutena, joka johtuu kiillotusaineen laadusta.Karkeat pinnat kuluvat yleensä nopeammin kuin sileät pinnat, eivätkä ne välttämättä sovellu joihinkin sovelluksiin, etenkään sellaisiin, joissa käytetään lasereita tai voimakasta lämpöä, johtuen mahdollisista ydintymiskohdista, joita voi esiintyä pienissä halkeamissa tai epätäydellisyyksiä.
Toisin kuin teho ja epäsäännöllisyys, jotka mitataan aaltoina tai aallon murto-osina, pinnan karheus mitataan sen äärimmäisen lähikuvan keskittymisestä pintatekstuuriin angströmien asteikolla ja aina RMS:nä.Vertailun vuoksi tarvitaan kymmenen angströmiä vastaamaan yhtä nanometriä ja 632,8 nanometriä vastaamaan yhtä aaltoa.
Kuva 15: Pinnan karheuden RMS-mittaus
| Taulukko 8: Pintakäsittelyn valmistustoleranssit | |
| Pinnan karheus (RMS) | Laatuluokka |
| 50Å | Tyypillinen |
| 20Å | Tarkkuus |
| 5Å | Korkean tarkkuuden |
Lähetetty aaltorintamavirhe
Transmitted wavefront error (TWE) -menetelmää käytetään optisten elementtien suorituskyvyn määrittämiseen valon kulkiessa läpi.Toisin kuin pintamuodon mittaukset, lähetetyt aaltorintamamittaukset sisältävät virheitä etu- ja takapinnasta, kiilasta ja materiaalin homogeenisuudesta.Tämä yleisen suorituskyvyn mittari tarjoaa paremman ymmärryksen optiikan todellisesta suorituskyvystä.
Vaikka monet optiset komponentit testataan yksitellen pintamuodon tai TWE-spesifikaatioiden suhteen, nämä komponentit rakennetaan väistämättä monimutkaisempiin optisiin kokoonpanoihin, joilla on omat suorituskykyvaatimukset.Joissakin sovelluksissa on hyväksyttävää luottaa komponenttien mittauksiin ja toleranssiin lopullisen suorituskyvyn ennustamiseksi, mutta vaativammissa sovelluksissa on tärkeää mitata kokoonpano sellaisenaan.
TWE-mittauksia käytetään varmistamaan, että optinen järjestelmä on rakennettu spesifikaatioiden mukaisesti ja toimii odotetulla tavalla.Lisäksi TWE-mittauksia voidaan käyttää järjestelmien aktiiviseen kohdistamiseen, mikä lyhentää kokoonpanoaikaa ja varmistaa samalla, että odotettu suorituskyky saavutetaan.
Paralight Optics sisältää huippuluokan CNC-hiomakoneet ja -kiillotuskoneet, sekä tavallisiin pallomaisiin muotoihin että asfäärisiin ja vapaamuotoisiin muotoihin.Kehittyneen metrologian, mukaan lukien Zygo-interferometrit, profilometrit, TriOptics Opticentric, TriOptics OptiSpheric jne. hyödyntäminen sekä prosessin sisäisessä metrologiassa että lopputarkastuksessa, sekä vuosien kokemuksemme optisten valmistusten ja pinnoitusten parissa antaa meille mahdollisuuden käsitellä joitakin monimutkaisimmista ja korkean suorituskyvyn optiikka täyttää asiakkaiden vaatimat optiset vaatimukset.
Tarkempia tietoja saat tutustumalla esittelyoptiikkaamme tai esiteltyihin tuotteisiin.
Postitusaika: 26.4.2023