Les spécifications optiques sont utilisées tout au long de la conception et de la fabrication d'un composant ou d'un système pour caractériser dans quelle mesure il répond à certaines exigences de performance.Ils sont utiles pour deux raisons : premièrement, ils spécifient les limites acceptables des paramètres clés qui régissent les performances du système ;deuxièmement, ils précisent la quantité de ressources (c'est-à-dire le temps et le coût) qui devraient être consacrées à la fabrication.Un système optique peut souffrir d'une sous-spécification ou d'une sur-spécification, les deux pouvant entraîner une dépense inutile de ressources.Paralight Optics fournit des optiques économiques pour répondre à vos besoins précis.
Pour mieux comprendre les spécifications optiques, il est important d'apprendre ce qu'elles signifient fondamentalement.Ce qui suit est une brève introduction des spécifications les plus courantes de presque tous les éléments optiques.
Spécifications de fabrication
Tolérance de diamètre
La tolérance de diamètre d'un composant optique circulaire fournit la plage acceptable de valeurs pour le diamètre.La tolérance de diamètre n'a aucun effet sur les performances optiques de l'optique elle-même, mais c'est une tolérance mécanique très importante à prendre en compte si l'optique doit être montée dans n'importe quel type de support.Par exemple, si le diamètre d'une lentille optique s'écarte de sa valeur nominale, il est possible que l'axe mécanique puisse être déplacé de l'axe optique dans un ensemble monté, provoquant ainsi un décentrage.
Figure 1 : Décentrage de la lumière collimatée
Cette spécification de fabrication peut varier en fonction des compétences et des capacités du fabricant particulier.Paralight Optics peut fabriquer des lentilles de diamètre 0,5 mm à 500 mm, les tolérances peuvent atteindre les limites de +/- 0,001 mm.
| Tableau 1 : Tolérances de fabrication pour le diamètre | |
| Tolérances de diamètre | Niveau de qualité |
| +0,00/-0,10mm | Typique |
| +0,00/-0,050mm | Précision |
| +0,000/-0,010 | Haute précision |
Tolérance d'épaisseur centrale
L'épaisseur centrale d'un composant optique, principalement les lentilles, est l'épaisseur du matériau du composant mesurée au centre.L'épaisseur centrale est mesurée à travers l'axe mécanique de la lentille, défini comme l'axe exactement entre ses bords extérieurs.La variation de l'épaisseur centrale d'une lentille peut affecter les performances optiques car l'épaisseur centrale, ainsi que le rayon de courbure, déterminent la longueur du trajet optique des rayons traversant la lentille.
Figure 2 : Diagrammes pour CT, ET et FL
| Tableau 2 : Tolérances de fabrication pour l'épaisseur centrale | |
| Tolérances d'épaisseur au centre | Niveau de qualité |
| +/-0,10 millimètre | Typique |
| +/-0,050 millimètre | Précision |
| +/-0,010 millimètre | Haute précision |
Épaisseur du bord par rapport à l'épaisseur du centre
À partir des exemples ci-dessus de diagrammes montrant l'épaisseur centrale, vous avez probablement remarqué que l'épaisseur d'une lentille varie du bord au centre de l'optique.Évidemment, ceci est fonction du rayon de courbure et de l'affaissement.Les lentilles plan-convexes, biconvexes et à ménisque positif ont une plus grande épaisseur en leur centre qu'au bord.Pour les lentilles plano-concaves, biconcaves et à ménisque négatif, l'épaisseur centrale est toujours plus fine que l'épaisseur des bords.Les concepteurs optiques spécifient généralement à la fois l'épaisseur du bord et du centre sur leurs dessins, en tolérant l'une de ces dimensions, tout en utilisant l'autre comme dimension de référence.Il est important de noter que sans l'une de ces dimensions, il est impossible de discerner la forme finale de la lentille.
Figure 3 : Diagrammes pour CE, ET, BEF et EFL
Différence d'épaisseur de coin / bord (ETD)
Wedge, parfois appelé ETD ou ETV (Edge Thickness Variation), est un concept simple à comprendre en termes de conception et de fabrication de lentilles.Fondamentalement, cette spécification contrôle le degré de parallèle entre les deux surfaces optiques d'une lentille.Toute variation par rapport au parallèle peut faire dévier la lumière transmise de son chemin, puisque le but est de focaliser ou de faire diverger la lumière de manière contrôlée, le coin introduit donc une déviation indésirable dans le chemin de la lumière.Wedge peut être spécifié en termes de déviation angulaire (erreur de centrage) entre les deux surfaces de transmission ou une tolérance physique sur la variation d'épaisseur de bord, cela représente le désalignement entre les axes mécaniques et optiques d'une lentille.
Figure 4 : erreur de centrage
Sagitta (affaissement)
Le rayon de courbure est directement lié à Sagitta, plus communément appelé Sag dans l'industrie optique.En termes géométriques, Sagitta représente la distance entre le centre exact d'un arc et le centre de sa base.En optique, Sag s'applique à la courbure convexe ou concave et représente la distance physique entre le point du sommet (point le plus haut ou le plus bas) le long de la courbe et le point central d'une ligne tracée perpendiculairement à la courbe d'un bord de l'optique à la autre.La figure ci-dessous offre une représentation visuelle de l'affaissement.
Figure 5 : Diagrammes de l'affaissement
L'affaissement est important car il fournit l'emplacement central du rayon de courbure, permettant ainsi aux fabricants de positionner correctement le rayon sur l'optique, ainsi que d'établir à la fois l'épaisseur du centre et du bord d'une optique.En connaissant le rayon de courbure, ainsi que le diamètre d'une optique, le Sag peut être calculé par la formule suivante.
Où:
R = rayon de courbure
d = diamètre
Rayon de courbure
L'aspect le plus important d'une lentille est le rayon de courbure, c'est un paramètre fondamental et fonctionnel des surfaces optiques sphériques, qui nécessite un contrôle qualité lors de la fabrication.Le rayon de courbure est défini comme la distance entre le sommet d'un composant optique et le centre de courbure.Il peut être positif, nul ou négatif selon que la surface est convexe, plane ou concave, respectivement.
Connaître la valeur du rayon de courbure et de l'épaisseur au centre permet de déterminer la longueur du chemin optique des rayons traversant la lentille ou le miroir, mais cela joue également un rôle important dans la détermination de la puissance optique de la surface, c'est-à-dire la force de la puissance optique. le système fait converger ou diverger la lumière.Les concepteurs optiques font la distinction entre les focales longues et courtes en décrivant la quantité de puissance optique de leurs lentilles.Les focales courtes, celles qui courbent la lumière plus rapidement et réalisent donc la mise au point à une distance plus courte du centre de l'objectif, sont dites avoir une plus grande puissance optique, tandis que celles qui focalisent la lumière plus lentement sont décrites comme ayant une puissance optique moindre.Le rayon de courbure définit la distance focale d'une lentille, un moyen simple de calculer la distance focale pour les lentilles minces est donné par l'approximation de la lentille mince de la formule du fabricant de lentilles.Attention, cette formule n'est valable que pour les objectifs dont l'épaisseur est faible par rapport à la focale calculée.
Où:
f = distance focale
n = indice de réfraction du matériau de la lentille
r1 = rayon de courbure pour la surface la plus proche de la lumière incidente
r2 = rayon de courbure pour la surface la plus éloignée de la lumière incidente
Afin de contrôler toute variation de la distance focale, les opticiens doivent donc définir la tolérance de rayon.La première méthode consiste à appliquer une tolérance mécanique simple, par exemple, un rayon peut être défini comme 100 +/-0,1 mm.Dans un tel cas, le rayon peut varier entre 99,9 mm et 100,1 mm.La deuxième méthode consiste à appliquer une tolérance de rayon en termes de pourcentage.En utilisant le même rayon de 100 mm, un opticien peut spécifier que la courbure ne peut pas varier de plus de 0,5 %, ce qui signifie que le rayon doit être compris entre 99,5 mm et 100,5 mm.La troisième méthode consiste à définir une tolérance sur la focale, le plus souvent en pourcentage.Par exemple, un objectif avec une distance focale de 500 mm peut avoir une tolérance de +/- 1 % qui se traduit par 495 mm à 505 mm.Le branchement de ces distances focales dans l'équation de la lentille mince permet aux fabricants de dériver la tolérance mécanique sur le rayon de courbure.
Figure 6 : Tolérance de rayon au centre de courbure
| Tableau 3 : Tolérances de fabrication pour le rayon de courbure | |
| Tolérances de rayon de courbure | Niveau de qualité |
| +/-0.5mm | Typique |
| +/-0.1% | Précision |
| +/-0.01% | Haute précision |
En pratique, les fabricants d'optique utilisent plusieurs types d'instruments différents pour qualifier le rayon de courbure d'une lentille.Le premier est un anneau sphérométrique fixé à une jauge de mesure.En comparant la différence de courbure entre un « anneau » prédéfini et le rayon de courbure de l'optique, les fabricants peuvent déterminer si une correction supplémentaire est nécessaire pour obtenir le rayon approprié.Il existe également un certain nombre de sphéromètres numériques sur le marché pour une précision accrue.Une autre méthode très précise est un profilomètre de contact automatisé qui utilise une sonde pour mesurer physiquement le contour de la lentille.Enfin, la méthode d'interférométrie sans contact peut être utilisée pour créer un motif de franges capable de quantifier la distance physique entre la surface sphérique et son centre de courbure correspondant.
Centrage
Le centrage est également appelé centrage ou décentrage.Comme son nom l'indique, le centrage contrôle la précision de localisation du rayon de courbure.Un rayon parfaitement centré alignerait précisément le sommet (centre) de sa courbure sur le diamètre extérieur du substrat.Par exemple, une lentille plan-convexe d'un diamètre de 20 mm aurait un rayon parfaitement centré si le sommet était positionné linéairement à exactement 10 mm de tout point le long du diamètre extérieur.Il s'ensuit donc que les fabricants d'optique doivent tenir compte à la fois des axes X et Y lors du contrôle du centrage, comme indiqué ci-dessous.
Figure 7 : Schéma de décentrement
La quantité de décentrement dans une lentille est le déplacement physique de l'axe mécanique par rapport à l'axe optique.L'axe mécanique d'une lentille est simplement l'axe géométrique de la lentille et est défini par son cylindre extérieur.L'axe optique d'une lentille est défini par les surfaces optiques et est la ligne qui relie les centres de courbure des surfaces.
Figure 8 : Schéma de décentrement
| Tableau 4 : Tolérances de fabrication pour le centrage | |
| Centrage | Niveau de qualité |
| +/-5 minutes d'arc | Typique |
| +/-3 minutes d'arc | Précision |
| +/-30 secondes d'arc | Haute précision |
Parallélisme
Le parallélisme décrit à quel point deux surfaces sont parallèles l'une par rapport à l'autre.Il est utile pour spécifier des composants tels que des fenêtres et des polariseurs où les surfaces parallèles sont idéales pour les performances du système car elles minimisent la distorsion qui pourrait autrement dégrader la qualité de l'image ou de la lumière.Les tolérances typiques vont de 5 minutes d'arc à quelques secondes d'arc comme suit :
| Tableau 5 : Tolérances de fabrication pour le parallélisme | |
| Tolérances de parallélisme | Niveau de qualité |
| +/-5 minutes d'arc | Typique |
| +/-3 minutes d'arc | Précision |
| +/-30 secondes d'arc | Haute précision |
Tolérance angulaire
Dans les composants tels que les prismes et les séparateurs de faisceau, les angles entre les surfaces sont essentiels à la performance de l'optique.Cette tolérance d'angle est généralement mesurée à l'aide d'un ensemble autocollimateur, dont le système de source lumineuse émet une lumière collimatée.L'autocollimateur est mis en rotation autour de la surface de l'optique jusqu'à ce que la réflexion de Fresnel résultante dans celui-ci produise une tache au-dessus de la surface à inspecter.Cela vérifie que le faisceau collimaté frappe la surface à une incidence exactement normale.L'ensemble de l'autocollimateur est ensuite tourné autour de l'optique jusqu'à la surface optique suivante et la même procédure est répétée.La figure 3 montre une configuration d'autocollimateur typique mesurant la tolérance d'angle.La différence d'angle entre les deux positions mesurées est utilisée pour calculer la tolérance entre les deux surfaces optiques.La tolérance d'angle peut être maintenue à des tolérances de quelques minutes d'arc jusqu'à quelques secondes d'arc.
Figure 9 : Configuration de l'autocollimateur mesurant la tolérance d'angle
Biseau
Les coins du substrat peuvent être très fragiles, il est donc important de les protéger lors de la manipulation ou du montage d'un composant optique.La façon la plus courante de protéger ces coins est de biseauter les bords.Les biseaux servent de chanfreins de protection et empêchent les éclats de bord.Veuillez consulter le tableau 5 suivant pour les spécifications de biseau pour différents diamètres.
| Tableau 6 : Limites de fabrication pour la largeur de face maximale du biseau | |
| Diamètre | Largeur maximale de la face du biseau |
| 3,00 - 5,00 mm | 0,25 mm |
| 25.41mm - 50.00mm | 0,3 mm |
| 50.01mm - 75.00mm | 0,4 mm |
Ouverture claire
L'ouverture claire régit la partie d'un objectif qui doit respecter toutes les spécifications décrites ci-dessus.Il est défini comme le diamètre ou la taille d'un composant optique, mécaniquement ou en pourcentage, qui doit répondre aux spécifications. En dehors de cela, les fabricants ne garantissent pas que l'optique respectera les spécifications énoncées.Par exemple, un objectif peut avoir un diamètre de 100 mm et une ouverture nette spécifiée comme 95 mm ou 95 %.Les deux méthodes sont acceptables, mais il est important de se rappeler qu'en règle générale, plus l'ouverture nette est grande, plus l'optique est difficile à produire car elle rapproche de plus en plus les caractéristiques de performance requises du bord physique de l'optique.
Du fait des contraintes de fabrication, il est pratiquement impossible de réaliser une ouverture nette exactement égale au diamètre, ou à la longueur par largeur, d'une optique.
Figure 10 : Graphique indiquant l'ouverture nette et le diamètre d'une lentille
| Tableau 7 : Tolérances d'ouverture claires | |
| Diamètre | Ouverture claire |
| 3.00mm – 10.00mm | 90% du diamètre |
| 10.01mm - 50.00mm | Diamètre – 1 mm |
| ≥ 50,01 mm | Diamètre – 1,5 mm |
Pour des spécifications plus détaillées, veuillez consulter notre catalogue d'optiques ou de produits en vedette.
Heure de publication : 20 avril 2023