Felületi minőség
Az optikai felület felületi minősége leírja annak kozmetikai megjelenését, és magában foglalja az olyan hibákat, mint a karcolások, gödrök vagy ásások.A legtöbb esetben ezek a felületi hibák tisztán kozmetikai jellegűek, és nem befolyásolják jelentősen a rendszer teljesítményét, bár kismértékű veszteséget okozhatnak a rendszer teljesítményében és kis mértékben növelhetik a szórt fényt.Bizonyos felületek azonban érzékenyebbek ezekre a hatásokra, mint például: (1) a képsík felületei, mivel ezek a hibák fókuszban vannak, és (2) olyan felületek, amelyek nagy teljesítményszintet látnak, mivel ezek a hibák fokozott energiaelnyelést és sérülést okozhatnak. az optika.A felületminőségre leggyakrabban használt specifikáció a MIL-PRF-13830B által leírt scratch-dig specifikáció.A karcolás megjelölését úgy határozzák meg, hogy a felületen lévő karcolásokat összehasonlítják a szabványos karcokkal ellenőrzött fényviszonyok mellett.Ezért a karcolás megjelölése nem magát a tényleges karcot írja le, hanem összehasonlítja a MIL-Spec szerinti szabványos karcokkal.Az ásás megjelölése azonban közvetlenül vonatkozik az ásásra vagy a felszínen lévő kis gödörre.Az ásási jelölést az ásás mikronban megadott átmérőjének 10-zel való elosztása alapján számítják ki. A 80-50 közötti karcolási specifikációk általában szabványos minőségnek, 60-40 precíziós minőségnek és 20-10 nagy pontosságú minőségnek számítanak.
| 6. táblázat: A felületminőség gyártási tűrései | |
| Felületi minőség (karcolás-ásás) | Minőségi fokozat |
| 80-50 | Tipikus |
| 60-40 | Pontosság |
| 40-20 | Nagy pontosságú |
Felületi síkosság
A felület síkossága a felületi pontossági specifikáció egy fajtája, amely egy sík felület, például tükör, ablak, prizma vagy plano-lencse eltérését méri.Ez az eltérés egy optikai sík segítségével mérhető, amely egy kiváló minőségű, nagy pontosságú sík referenciafelület, amelyet a próbadarab síkságának összehasonlítására használnak.Ha a vizsgálóoptika lapos felületét az optikai síkkal szemben helyezzük el, rojtok jelennek meg, amelyek alakja meghatározza a vizsgált optika felületének síkságát.Ha a peremek egyenletesen vannak elhelyezve, egyenesek és párhuzamosak, akkor a vizsgált optikai felület legalább olyan sík, mint a referencia optikai sík.Ha a peremek íveltek, a két képzeletbeli vonal közötti rojtok száma, amelyek közül egy érinti a perem közepét, és egy ugyanannak a peremnek a végeit, jelzi a síkossági hibát.A laposság eltéréseit gyakran hullámértékekben (λ) mérik, amelyek a vizsgáló forrás hullámhosszának többszörösei.Egy rojt egy hullám ½ felének felel meg, azaz 1 λ 2 rojtnak felel meg.
| 7. táblázat: A laposság gyártási tűrései | |
| Laposság | Minőségi fokozat |
| 1λ | Tipikus |
| λ/4 | Pontosság |
| λ/10 | Nagy pontosságú |
Erő
A teljesítmény a felületi pontosság specifikációjának egy fajtája, amely ívelt optikai felületekre vagy erővel rendelkező felületekre vonatkozik.Ez egy optika felületén mért görbület, és abban különbözik a görbületi sugártól, hogy a lencse gömbalakjának mikroléptékű eltérésére vonatkozik.Például vegyük figyelembe, hogy a görbületi tűrés sugara 100 ± 0,1 mm, miután ezt a sugarat létrehoztuk, políroztuk és megmértük, a tényleges görbülete 99,95 mm, ami a megadott mechanikai tűréshatáron belül van.Ebben az esetben tudjuk, hogy a gyújtótávolság is megfelelő, mivel elértük a megfelelő gömbformát.De csak azért, mert a sugár és a gyújtótávolság megfelelő, még nem jelenti azt, hogy az objektív a tervezettnek megfelelően fog működni.Ezért nem elég egyszerűen meghatározni a görbületi sugarat, hanem a görbület konzisztenciáját is – és pontosan ezt a teljesítményt hivatott szabályozni.A fent említett 99,95 mm-es sugarat használva az optikusok tovább kívánhatják szabályozni a megtört fény pontosságát azáltal, hogy a teljesítményt ≤ 1 λ-ra korlátozzák.Ez azt jelenti, hogy a teljes átmérőben nem lehet nagyobb eltérés 632,8 nm-nél (1λ = 632,8 nm) a gömb alak konzisztenciájában.Ennek a szigorúbb szabályozási szintnek a felületi formához való hozzáadása segít abban, hogy a lencse egyik oldalán lévő fénysugarak ne törjenek másképp, mint a másik oldalon.Mivel a cél az összes beeső fény pontos fókuszálása lehet, minél konzisztensebb a forma, annál pontosabban fog a fény áthaladni a lencsén.
Az optikusok a teljesítményhibát hullámokban vagy peremekben határozzák meg, és interferométerrel mérik.A simasághoz hasonló módon tesztelik: egy ívelt felületet hasonlítanak össze egy erősen kalibrált görbületi sugarú referenciafelülettel.A két felület közötti légrés okozta interferencia elvét alkalmazva az interferencia peremmintázatát használjuk a vizsgált felületnek a referenciafelülettől való eltérésének leírására (11. ábra).A referenciadarabtól való eltérés egy gyűrűsorozatot hoz létre, amelyet Newton gyűrűinek neveznek.Minél több gyűrű van jelen, annál nagyobb az eltérés.A sötét vagy világos gyűrűk száma, nem pedig a világos és a sötét összege, a hibahullámok számának kétszeresének felel meg.
11. ábra: A teljesítményhiba referenciafelülettel való összehasonlítással vagy interferométerrel tesztelve
A teljesítményhiba a görbületi sugár hibájához kapcsolódik a következő egyenlet alapján, ahol ∆R a sugár hiba, D a lencse átmérője, R a felületi sugár és λ a hullámhossz (általában 632,8 nm):
Teljesítményhiba [hullámok vagy λ] = ∆R D²/8R²λ
12. ábra: Tápellátási hiba az átmérőnél vs. Sugárhiba a központban
Szabálytalanság
Az egyenetlenség figyelembe veszi az optikai felület kis léptékű eltéréseit.A teljesítményhez hasonlóan hullámokban vagy peremekben mérik, és interferométerrel jellemezik.Fogalmilag a legegyszerűbb az egyenetlenségre úgy gondolni, mint egy specifikációra, amely meghatározza, hogy egy optikai felületnek mennyire egyenletesen simának kell lennie.Míg az optikai felület összességében mért csúcsai és völgyei nagyon konzisztensek lehetnek egy területen, az optika egy másik része sokkal nagyobb eltérést mutathat.Ilyen esetben a lencse által megtört fény eltérően viselkedhet attól függően, hogy az optika hol töri meg.A szabálytalanság ezért fontos szempont a lencsék tervezésénél.Az alábbi ábra azt mutatja be, hogy ez a felületi forma eltérés a tökéletesen gömb alakútól hogyan jellemezhető egy szabálytalansági PV specifikáció segítségével.
13. ábra: Szabálytalanság PV mérése
Az egyenetlenség a felületi pontossági specifikáció egy fajtája, amely leírja, hogy egy felület alakja hogyan tér el a referenciafelület alakjától.Ugyanabból a mérésből származik, mint a teljesítmény.A szabályszerűség a vizsgált felület és a referenciafelület összehasonlításából keletkező körkörös peremek gömbszerűségét jelenti.Ha egy felület ereje több mint 5 rojt, akkor nehéz észlelni az 1 rojtnál kisebb egyenetlenségeket.Ezért általános gyakorlat, hogy a felületeket körülbelül 5:1 teljesítmény/egyenetlenség arányban határozzák meg.
14. ábra: Laposság vs teljesítmény vs szabálytalanság
RMS Verses PV teljesítmény és szabálytalanság
Amikor a hatalomról és a szabálytalanságról beszélünk, fontos megkülönböztetni azt a két módszert, amellyel meghatározhatók.Az első egy abszolút érték.Például, ha egy optikát úgy határoznak meg, hogy 1 hullám-egyenetlenséggel rendelkezik, akkor legfeljebb 1 hullámkülönbség lehet az optikai felület vagy a csúcstól a völgyig (PV) legmagasabb és legalacsonyabb pontja között.A második módszer az, hogy a teljesítményt vagy szabálytalanságot 1 hullám RMS-ként (root mean squared) vagy átlagként adjuk meg.Ebben az értelmezésben az 1 hullámú RMS irregulárisként definiált optikai felületnek valójában lehetnek 1 hullámot meghaladó csúcsai és völgyei, azonban a teljes felület vizsgálatakor a teljes átlagos egyenetlenségnek 1 hullámon belül kell lennie.
Összességében az RMS és a PV egyaránt módszer annak leírására, hogy egy objektum alakja mennyire illeszkedik a tervezett görbületéhez, ezeket "felületi alaknak" és "felületi érdességnek" nevezik.Mindkettőt ugyanabból az adatból számítják ki, például egy interferométeres mérésből, de a jelentések egészen eltérőek.A PV alkalmas arra, hogy „legrosszabb forgatókönyvet” adjon a felszínre;Az RMS egy módszer a felület alakzatának a kívánt vagy referenciafelülettől való átlagos eltérésének leírására.Az RMS alkalmas a teljes felületi változás leírására.Nincs egyszerű kapcsolat a PV és az RMS között.Általános szabályként azonban az RMS-érték körülbelül 0,2 olyan szigorú, mint a nem átlagos érték, ha egymás mellé hasonlítjuk, azaz a 0,1 hullámú irreguláris PV körülbelül 0,5 hullámú RMS-nek felel meg.
Felület kidolgozása
A felületkezelés, más néven felületi érdesség, a felület kis léptékű egyenetlenségeit méri.Általában a polírozási folyamat és az anyagtípus szerencsétlen melléktermékei.Még akkor is, ha az optikát rendkívül sima felületűnek tekintik, kis egyenetlenséggel a felületen, közeli vizsgálatkor a tényleges mikroszkópos vizsgálat nagy eltéréseket mutathat fel a felületi textúrában.Ennek a műterméknek jó analógiája a felületi érdesség és a csiszolópapír szemcsésségének összehasonlítása.Míg a legfinomabb szemcseméret tapintásra simának és szabályosnak tűnhet, a felület valójában mikroszkopikus csúcsokból és völgyekből áll, amelyeket magának a szemcse fizikai mérete határoz meg.Az optika esetében a „szemcse” a felületi textúra mikroszkopikus egyenetlenségeiként fogható fel, amelyeket a polírozás minősége okoz.A durva felületek általában gyorsabban kopnak, mint a sima felületek, és előfordulhat, hogy nem alkalmasak bizonyos alkalmazásokhoz, különösen a lézeres vagy erős hőhatásokhoz, mivel a gócképződési helyek kis repedésekben vagy hiányosságokban jelenhetnek meg.
Ellentétben az erővel és az egyenetlenséggel, amelyeket hullámokban vagy hullámtöredékekben mérnek, a felületi érdesség a felületi textúrára való rendkívül közeli fókusza miatt az angström skálán és mindig RMS-ben mérhető.Összehasonlításképpen: egy nanométerhez tíz angström, egy hullámhoz pedig 632,8 nanométer szükséges.
15. ábra: Felületi érdesség RMS mérése
| 8. táblázat: A felületkezelés gyártási tűrései | |
| Felületi érdesség (RMS) | Minőségi fokozat |
| 50Å | Tipikus |
| 20Å | Pontosság |
| 5Å | Nagy pontosságú |
Hullámfront hiba továbbított
Az átvitt hullámfront hiba (TWE) az optikai elemek teljesítményének minősítésére szolgál, amikor a fény áthalad.Ellentétben a felületforma mérésével, az átvitt hullámfront mérései magukban foglalják az elülső és a hátsó felület hibáit, az éket és az anyag homogenitását.Az általános teljesítmény ezen mutatója lehetővé teszi az optika valós teljesítményének jobb megértését.
Míg sok optikai alkatrészt külön-külön tesztelnek a felületforma vagy a TWE-specifikációk tekintetében, ezeket az alkatrészeket elkerülhetetlenül bonyolultabb optikai összeállításokba építik be, saját teljesítménykövetelményekkel.Egyes alkalmazásokban elfogadható az alkatrészek mérésére és a toleranciára hagyatkozni a végső teljesítmény előrejelzéséhez, de a nagyobb igénybevételt jelentő alkalmazásoknál fontos az összeállítást megépített állapotban mérni.
A TWE méréseket arra használjuk, hogy megbizonyosodjunk arról, hogy az optikai rendszer a specifikációnak megfelelően épül fel, és a várt módon fog működni.Ezen túlmenően a TWE mérések felhasználhatók a rendszerek aktív összehangolására, csökkentve az összeszerelési időt, miközben biztosítják a várt teljesítmény elérését.
A Paralight Optics a legmodernebb CNC csiszolókat és polírozókat tartalmazza, mind a szabványos gömbformákhoz, mind az aszférikus és szabad formájú kontúrokhoz.A fejlett metrológiának, beleértve a Zygo interferométereket, profilométereket, TriOptics Opticentric-et, TriOptics OptiSpheric-et stb. mind a folyamat közbeni metrológiához, mind a végső ellenőrzéshez, valamint az optikai gyártás és bevonatolás terén szerzett sokéves tapasztalatunk lehetővé teszi számunkra, hogy megbirkózzunk a legösszetettebb és nagy teljesítményű optikát, hogy megfeleljen az ügyfelektől elvárt optikai specifikációknak.
Részletesebb specifikációért kérjük, tekintse meg optikánkat vagy kiemelt termékeinket.
Feladás időpontja: 2023.04.26