Le specifiche ottiche vengono utilizzate durante la progettazione e la produzione di un componente o di un sistema per caratterizzare quanto bene soddisfi determinati requisiti prestazionali.Sono utili per due ragioni: in primo luogo, specificano i limiti accettabili dei parametri chiave che regolano le prestazioni del sistema;in secondo luogo, specificano la quantità di risorse (cioè tempo e costo) che dovrebbero essere spese per la produzione.Un sistema ottico può soffrire di specifiche insufficienti o eccessive, che possono comportare un dispendio di risorse non necessario.Paralight Optics fornisce ottiche convenienti per soddisfare le vostre esigenze esatte.
Per comprendere meglio le specifiche ottiche, è importante imparare cosa significano fondamentalmente.Quanto segue è una breve introduzione delle specifiche più comuni di quasi tutti gli elementi ottici.
Specifiche di produzione
Tolleranza sul diametro
La tolleranza del diametro di un componente ottico circolare fornisce l'intervallo accettabile di valori per il diametro.La tolleranza del diametro non ha alcun effetto sulle prestazioni ottiche dell'ottica stessa, tuttavia è una tolleranza meccanica molto importante da considerare se l'ottica deve essere montata in qualsiasi tipo di supporto.Ad esempio, se il diametro di una lente ottica devia dal suo valore nominale, è possibile che l'asse meccanico possa essere spostato dall'asse ottico in un gruppo montato, causando così il decentramento.
Figura 1: Decentramento della luce collimata
Questa specifica di produzione può variare in base all'abilità e alle capacità del particolare produttore.Paralight Optics può produrre lenti da diametro 0,5 mm a 500 mm, le tolleranze possono raggiungere i limiti di +/- 0,001 mm.
| Tabella 1: Tolleranze di produzione per diametro | |
| Tolleranze sul diametro | Grado di qualità |
| +0,00/-0,10 mm | Tipico |
| +0,00/-0,05 mm | Precisione |
| +0,000/-0,010 | Alta precisione |
Tolleranza dello spessore centrale
Lo spessore centrale di un componente ottico, principalmente le lenti, è lo spessore del materiale del componente misurato al centro.Lo spessore centrale viene misurato attraverso l'asse meccanico della lente, definito come l'asse esattamente tra i suoi bordi esterni.La variazione dello spessore centrale di una lente può influire sulle prestazioni ottiche perché lo spessore centrale, insieme al raggio di curvatura, determina la lunghezza del percorso ottico dei raggi che passano attraverso la lente.
Figura 2: Diagrammi per CT, ET e FL
| Tabella 2: Tolleranze di produzione per lo spessore centrale | |
| Tolleranze dello spessore centrale | Grado di qualità |
| +/-0,10 mm | Tipico |
| +/-0,050 mm | Precisione |
| +/-0,010 mm | Alta precisione |
Spessore del bordo contro spessore del centro
Dagli esempi precedenti di diagrammi che mostrano lo spessore centrale, avrai probabilmente notato che lo spessore di una lente varia dal bordo al centro dell'ottica.Ovviamente, questa è una funzione del raggio di curvatura e dell'abbassamento.Le lenti meniscali piano-convesse, biconvesse e positive hanno uno spessore maggiore al centro rispetto al bordo.Per le lenti a menisco piano-concave, biconcave e negative, lo spessore centrale è sempre più sottile dello spessore del bordo.I progettisti ottici generalmente specificano sia lo spessore del bordo che quello centrale sui loro disegni, tollerando una di queste dimensioni, mentre utilizzano l'altra come dimensione di riferimento.È importante notare che senza una di queste dimensioni è impossibile discernere la forma finale della lente.
Figura 3: Diagrammi per CE, ET, BEF e EFL
Differenza spessore cuneo/bordo (ETD)
Wedge, a volte indicato come ETD o ETV (Edge Thickness Variation), è un concetto semplice da comprendere in termini di progettazione e fabbricazione delle lenti.Fondamentalmente, questa specifica controlla quanto sono parallele tra loro le due superfici ottiche di una lente.Qualsiasi variazione dal parallelo può far deviare la luce trasmessa dal suo percorso, poiché l'obiettivo è focalizzare o divergere la luce in modo controllato, il cuneo introduce quindi una deviazione indesiderata nel percorso della luce.Il cuneo può essere specificato in termini di deviazione angolare (errore di centratura) tra le due superfici trasmittenti o una tolleranza fisica sulla variazione dello spessore del bordo, questo rappresenta il disallineamento tra l'asse meccanico e quello ottico di una lente.
Figura 4: errore di centraggio
Sagitta (Sag)
Il raggio di curvatura è direttamente correlato a Sagitta, più comunemente chiamato Sag nell'industria ottica.In termini geometrici, Sagitta rappresenta la distanza dal centro esatto di un arco al centro della sua base.In ottica, Sag si applica alla curvatura convessa o concava e rappresenta la distanza fisica tra il punto del vertice (punto più alto o più basso) lungo la curva e il punto centrale di una linea tracciata perpendicolarmente alla curva da un bordo dell'ottica al altro.La figura seguente offre una rappresentazione visiva di Sag.
Figura 5: Diagrammi di Sag
L'abbassamento è importante perché fornisce la posizione centrale per il raggio di curvatura, consentendo così ai fabbricanti di posizionare correttamente il raggio sull'ottica, nonché di stabilire sia il centro che lo spessore del bordo di un'ottica.Conoscendo il raggio di curvatura e il diametro di un'ottica, l'abbassamento può essere calcolato con la seguente formula.
Dove:
R = raggio di curvatura
d = diametro
Raggio di curvatura
L'aspetto più importante di una lente è il raggio di curvatura, è un parametro fondamentale e funzionale delle superfici ottiche sferiche, che richiede un controllo di qualità durante la produzione.Il raggio di curvatura è definito come la distanza tra il vertice di un componente ottico e il centro di curvatura.Può essere positivo, zero o negativo a seconda che la superficie sia convessa, piana o concava, rispettivamente.
Conoscere il valore del raggio di curvatura e dello spessore centrale permette di determinare la lunghezza del percorso ottico dei raggi che passano attraverso la lente o lo specchio, ma gioca anche un ruolo importante nel determinare la potenza ottica della superficie, che è quanto fortemente l'ottica il sistema converge o diverge la luce.I progettisti ottici distinguono tra lunghezze focali lunghe e corte descrivendo la quantità di potenza ottica delle loro lenti.Si dice che le lunghezze focali corte, quelle che deviano la luce più rapidamente e quindi mettono a fuoco a una distanza minore dal centro dell'obiettivo, abbiano una maggiore potenza ottica, mentre quelle che focalizzano la luce più lentamente sono descritte come dotate di minore potenza ottica.Il raggio di curvatura definisce la lunghezza focale di una lente, un modo semplice per calcolare la lunghezza focale per lenti sottili è dato dall'approssimazione della lente sottile della formula del produttore di lenti.Si prega di notare che questa formula è valida solo per obiettivi il cui spessore è piccolo rispetto alla lunghezza focale calcolata.
Dove:
f = lunghezza focale
n = indice di rifrazione del materiale della lente
r1 = raggio di curvatura per la superficie più vicina alla luce incidente
r2 = raggio di curvatura per la superficie più lontana dalla luce incidente
Per controllare qualsiasi variazione della lunghezza focale, gli ottici devono quindi definire la tolleranza del raggio.Il primo metodo consiste nell'applicare una semplice tolleranza meccanica, ad esempio un raggio può essere definito come 100 +/-0,1 mm.In tal caso, il raggio può variare tra 99,9 mm e 100,1 mm.Il secondo metodo consiste nell'applicare una tolleranza sul raggio in termini di percentuale.Utilizzando lo stesso raggio di 100 mm, un ottico può specificare che la curvatura non può variare più dello 0,5%, il che significa che il raggio deve essere compreso tra 99,5 mm e 100,5 mm.Il terzo metodo consiste nel definire una tolleranza sulla lunghezza focale, il più delle volte in termini di percentuale.Ad esempio, un obiettivo con una lunghezza focale di 500 mm può avere una tolleranza di +/-1%, che si traduce in un intervallo compreso tra 495 mm e 505 mm.L'inserimento di queste lunghezze focali nell'equazione della lente sottile consente ai fabbricanti di derivare la tolleranza meccanica sul raggio di curvatura.
Figura 6: Tolleranza del raggio al centro della curvatura
| Tabella 3: Tolleranze di produzione per raggio di curvatura | |
| Tolleranze del raggio di curvatura | Grado di qualità |
| +/-0,5 mm | Tipico |
| +/-0,1% | Precisione |
| +/-0,01% | Alta precisione |
In pratica, i fabbricanti ottici utilizzano diversi tipi di strumenti per qualificare il raggio di curvatura su una lente.Il primo è un anello sferometro collegato a un misuratore.Confrontando la differenza di curvatura tra un "anello" predefinito e il raggio di curvatura dell'ottica, i fabbricanti possono determinare se è necessaria un'ulteriore correzione per ottenere il raggio appropriato.Esistono anche numerosi sferometri digitali sul mercato per una maggiore precisione.Un altro metodo altamente accurato è un profilometro a contatto automatizzato che utilizza una sonda per misurare fisicamente il contorno della lente.Infine, il metodo senza contatto dell'interferometria può essere utilizzato per creare un modello di frange in grado di quantificare la distanza fisica tra la superficie sferica e il suo corrispondente centro di curvatura.
Centratura
La centratura è anche nota per centratura o decentramento.Come suggerisce il nome, la centratura controlla la precisione della posizione del raggio di curvatura.Un raggio perfettamente centrato allineerebbe con precisione il vertice (centro) della sua curvatura al diametro esterno del substrato.Ad esempio, una lente piano-convessa con un diametro di 20 mm avrebbe un raggio perfettamente centrato se il vertice fosse posizionato linearmente esattamente a 10 mm da qualsiasi punto lungo il diametro esterno.Ne consegue quindi che i fabbricanti ottici devono tenere conto sia dell'asse X che dell'asse Y quando controllano la centratura come mostrato di seguito.
Figura 7: Diagramma del Decentramento
La quantità di decentramento in una lente è lo spostamento fisico dell'asse meccanico dall'asse ottico.L'asse meccanico di una lente è semplicemente l'asse geometrico della lente ed è definito dal suo cilindro esterno.L'asse ottico di una lente è definito dalle superfici ottiche ed è la linea che collega i centri di curvatura delle superfici.
Figura 8: Diagramma del Decentramento
| Tabella 4: Tolleranze di produzione per Centratura | |
| Centratura | Grado di qualità |
| +/-5 minuti d'arco | Tipico |
| +/-3 minuti d'arco | Precisione |
| +/-30 secondi d'arco | Alta precisione |
Parallelismo
Il parallelismo descrive quanto sono parallele due superfici l'una rispetto all'altra.È utile per specificare componenti come finestre e polarizzatori in cui le superfici parallele sono ideali per le prestazioni del sistema perché riducono al minimo la distorsione che può altrimenti degradare la qualità dell'immagine o della luce.Le tolleranze tipiche vanno da 5 minuti d'arco fino a pochi secondi d'arco come segue:
| Tabella 5: Tolleranze di produzione per il parallelismo | |
| Tolleranze di parallelismo | Grado di qualità |
| +/-5 minuti d'arco | Tipico |
| +/-3 minuti d'arco | Precisione |
| +/-30 secondi d'arco | Alta precisione |
Tolleranza angolare
In componenti come prismi e beamsplitter, gli angoli tra le superfici sono fondamentali per le prestazioni dell'ottica.Questa tolleranza angolare viene tipicamente misurata utilizzando un gruppo autocollimatore, il cui sistema di sorgente luminosa emette luce collimata.L'autocollimatore viene ruotato attorno alla superficie dell'ottica fino a quando il risultante riflesso di Fresnel non produce un punto sopra la superficie sotto ispezione.Ciò verifica che il raggio collimato stia colpendo la superficie con un'incidenza esattamente normale.L'intero gruppo autocollimatore viene quindi ruotato attorno all'ottica fino alla successiva superficie ottica e la stessa procedura viene ripetuta.La Figura 3 mostra una tipica configurazione dell'autocollimatore che misura la tolleranza dell'angolo.La differenza di angolo tra le due posizioni misurate viene utilizzata per calcolare la tolleranza tra le due superfici ottiche.La tolleranza angolare può essere mantenuta a tolleranze di pochi minuti d'arco fino a pochi secondi d'arco.
Figura 9: Configurazione dell'autocollimatore Misurazione della tolleranza dell'angolo
Smusso
Gli angoli del substrato possono essere molto fragili, pertanto è importante proteggerli durante la manipolazione o il montaggio di un componente ottico.Il modo più comune per proteggere questi angoli è smussare i bordi.Gli smussi fungono da smussi protettivi e prevengono le scheggiature dei bordi.Consultare la seguente tabella 5 per le specifiche del bisello per i diversi diametri.
| Tabella 6: Limiti di produzione per la larghezza frontale massima dello smusso | |
| Diametro | Larghezza faccia massima dello smusso |
| 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 chiara
L'apertura chiara regola quale parte di un obiettivo deve rispettare tutte le specifiche sopra descritte.È definito come il diametro o la dimensione di un componente ottico meccanicamente o in percentuale che deve soddisfare le specifiche, al di fuori di esso, i fabbricanti non garantiscono che l'ottica aderirà alle specifiche dichiarate.Ad esempio, un obiettivo può avere un diametro di 100 mm e un'apertura chiara specificata come 95 mm o 95%.Entrambi i metodi sono accettabili, ma è importante ricordare come regola generale che maggiore è l'apertura netta, più difficile è produrre l'ottica poiché spinge le caratteristiche prestazionali richieste sempre più vicino al bordo fisico dell'ottica.
A causa di vincoli di produzione, è praticamente impossibile produrre un'apertura netta esattamente uguale al diametro, o alla lunghezza per larghezza, di un'ottica.
Figura 10: Grafico che indica l'apertura chiara e il diametro di una lente
| Tabella 7: Tolleranze apertura trasparente | |
| Diametro | Apertura chiara |
| 3,00 mm – 10,00 mm | 90% del diametro |
| 10,01 mm - 50,00 mm | Diametro – 1 mm |
| ≥ 50,01 mm | Diametro: 1,5 mm |
Per specifiche più approfondite, consultare le ottiche del nostro catalogo o i prodotti in evidenza.
Tempo di pubblicazione: 20 aprile 2023