איכות פני השטח
איכות פני השטח של משטח אופטי מתארת את המראה הקוסמטי שלו וכוללת פגמים כמו שריטות ובורות, או חפירות.ברוב המקרים, פגמי פני השטח הללו הם קוסמטיים בלבד ואינם משפיעים באופן משמעותי על ביצועי המערכת, אם כי, הם עלולים לגרום לאובדן קטן בתפוקת המערכת ולעלייה קטנה באור המפוזר.עם זאת, משטחים מסוימים, לעומת זאת, רגישים יותר להשפעות אלו כגון: (1) משטחים במישורי תמונה מכיוון שפגמים אלו נמצאים בפוקוס ו-(2) משטחים שרואים רמות הספק גבוהות מכיוון שפגמים אלו עלולים לגרום לספיגה מוגברת של אנרגיה ולנזק. האופטיקה.המפרט הנפוץ ביותר המשמש לאיכות פני השטח הוא מפרט החפירה לשריטות המתואר על ידי MIL-PRF-13830B.ייעוד השריטות נקבע על ידי השוואת השריטות על משטח לסט של שריטות סטנדרטיות בתנאי תאורה מבוקרים.לכן ייעוד השריטה אינו מתאר את השריטה עצמה, אלא משווה אותה לשריטה סטנדרטית לפי ה-MIL-Spec.ייעוד החפירה, לעומת זאת, מתייחס ישירות לחפירה, או לבור קטן על פני השטח.ייעוד החפירה מחושב בקוטר החפירה במיקרונים חלקי 10. מפרטי חפירה של 80-50 נחשבים בדרך כלל לאיכות סטנדרטית, איכות דיוק 60-40 ואיכות דיוק גבוהה של 20-10.
| טבלה 6: סובלנות ייצור לאיכות פני השטח | |
| איכות פני השטח (חפירת שריטות) | ציון איכות |
| 80-50 | טיפוסי |
| 60-40 | דיוק |
| 40-20 | דיוק גבוה |
שטוחות פני השטח
שטוחות פני השטח היא סוג של מפרט דיוק משטח המודד את הסטייה של משטח שטוח כגון זה של מראה, חלון, פריזמה או עדשת פלנו.סטייה זו ניתנת למדוד באמצעות שטוח אופטי, שהוא משטח ייחוס שטוח באיכות גבוהה ומדויק ביותר המשמש להשוואת השטיחות של חתיכת בדיקה.כאשר המשטח השטוח של אופטיקה הבדיקה מונח כנגד השטוח האופטי, מופיעים פרנזים שצורתם מכתיבה את שטוחות פני השטח של האופטיקה הנבדקת.אם השוליים מרווחים באופן שווה, ישרים ומקבילים, אזי המשטח האופטי הנבדק הוא שטוח לפחות כמו השטוח האופטי הייחוס.אם השוליים מעוקלים, מספר השוליים בין שני קווים דמיוניים, אחד משיק למרכז שוליים ואחד דרך הקצוות של אותו שוליים, מצביעים על שגיאת השטיחות.הסטיות בשטיחות נמדדות לרוב בערכים של גלים (λ), שהם כפולות של אורך הגל של מקור הבדיקה.שוליים אחד מקבילים ל-½ של גל, כלומר 1 λ שווה ערך ל-2 שוליים.
| טבלה 7: סובלנות ייצור לשטיחות | |
| שְׁטִיחוּת | ציון איכות |
| 1λ | טיפוסי |
| λ/4 | דיוק |
| λ/10 | דיוק גבוה |
כּוֹחַ
כוח הוא סוג של מפרט דיוק משטח, חל על משטחים אופטיים מעוקלים, או משטחים עם כוח.זוהי מדידה של עקמומיות על פני השטח של אופטיקה ושונה מרדיוס העקמומיות בכך שהיא חלה על הסטייה בקנה מידה מיקרו בצורתה הכדורית של עדשה.למשל, קחו בחשבון שסובלנות העקמומיות מוגדרת כ-100 +/-0.1 מ"מ, ברגע שרדיוס זה נוצר, מלוטש ומדידה, אנו מוצאים שהעקמומיות האמיתית שלו היא 99.95 מ"מ אשר נופלת בסובלנות המכנית שצוינה.במקרה זה, אנו יודעים שגם אורך המוקד נכון מכיוון שהשגנו את הצורה הכדורית הנכונה.אבל רק בגלל שהרדיוס ואורך המוקד נכונים, לא אומר שהעדשה תפעל כפי שתוכננה.לכן לא מספיק רק להגדיר את רדיוס העקמומיות אלא גם את העקביות של העקמומיות - וזה בדיוק מה שהכוח נועד לשלוט בו.שוב תוך שימוש באותו רדיוס של 99.95 מ"מ שהוזכר לעיל, אופטיקאי עשוי לרצות לשלוט יותר על הדיוק של אור נשבר על ידי הגבלת הכוח ל- ≤ 1 λ.משמעות הדבר היא כי על פני כל הקוטר, לא יכולה להיות סטייה גדולה יותר מ-632.8 ננומטר (1λ = 632.8 ננומטר) בעקביות הצורה הכדורית.הוספת רמת שליטה מחמירה יותר זו לצורת פני השטח מסייעת לוודא שקרני האור בצד אחד של העדשה לא ישברו בצורה שונה מאלו שבצד השני.מכיוון שהמטרה עשויה להיות להשיג מיקוד מדויק של כל האור הנכנס, ככל שהצורה עקבית יותר, כך האור יתנהג בצורה מדויקת יותר בעת מעבר דרך העדשה.
אופטיקאים מציינים שגיאת הספק במונחים של גלים או שוליים ומודדים אותה באמצעות אינטרפרומטר.הוא נבדק בצורה דומה לשטיחות, בכך שמשטח מעוקל מושווה מול משטח ייחוס עם רדיוס עקמומיות מכויל מאוד.תוך שימוש באותו עיקרון של הפרעות הנגרמות על ידי פערי האוויר בין שני המשטחים, תבנית השוליים של ההפרעה משמשת לתיאור הסטייה של משטח הבדיקה ממשטח הייחוס (איור 11).סטייה מקטע ההתייחסות תיצור סדרה של טבעות, הידועות בשם הטבעות של ניוטון.ככל שיש יותר טבעות, כך הסטייה גדולה יותר.מספר הטבעות הכהות או הבהירות, לא הסכום של האור והכהה כאחד, מתאים למספר כפול של גלי השגיאה.
איור 11: שגיאת הספק נבדקה על ידי השוואה למשטח ייחוס או שימוש באינטרפרומטר
שגיאת הספק קשורה לשגיאה ברדיוס העקמומיות באמצעות המשוואה הבאה שבה ∆R הוא שגיאת הרדיוס, D הוא קוטר העדשה, R הוא רדיוס פני השטח ו-λ הוא אורך הגל (בדרך כלל 632.8nm):
שגיאת הספק [גלים או λ] = ∆R D²/8R²λ
איור 12: שגיאת חשמל על קוטר לעומת שגיאת רדיוס במרכז
חֲרִיגָה
אי סדירות לוקחת בחשבון את הווריאציות בקנה מידה קטן על משטח אופטי.כמו כוח, הוא נמדד במונחים של גלים או שוליים ומאופיין באמצעות אינטרפרומטר.מבחינה קונספטואלית, הכי קל לחשוב על אי-סדירות כמפרט שמגדיר עד כמה חלק משטח אופטי חייב להיות אחיד.בעוד שהפסגות והעמקים הנמדדים הכוללים על משטח אופטי עשויים להיות עקביים מאוד באזור אחד, קטע אחר של האופטיקה עשוי להפגין סטייה הרבה יותר גדולה.במקרה כזה, אור שנשבר על ידי העדשה עשוי להתנהג בצורה שונה בהתאם למקום שבו הוא נשבר על ידי האופטיקה.אי סדירות היא אפוא שיקול חשוב בעת עיצוב עדשות.האיור הבא מראה כיצד ניתן לאפיין את סטיית צורת פני השטח הזו מהצורה הכדורית המושלמת באמצעות מפרט PV אי-סדירות.
איור 13: מדידת PV אי סדירות
אי סדירות היא סוג של מפרט דיוק משטח המתאר כיצד צורתו של משטח סוטה מצורתו של משטח ייחוס.זה מתקבל מאותה מדידה כמו כוח.סדירות מתייחסת לכדוריות של השוליים המעגליים הנוצרים מהשוואת משטח הבדיקה למשטח הייחוס.כאשר כוחו של משטח הוא יותר מ-5 שוליים, קשה לזהות אי סדרים קטנים של פחות משוליים אחד.לכן מקובל לציין משטחים עם יחס של כוח לאי-סדירות של כ-5:1.
איור 14: שטוחות מול כוח מול אי סדירות
RMS Verses PV כוח ואי סדירות
כאשר דנים בכוח ובאי סדירות, חשוב להבחין בשתי השיטות שבהן ניתן להגדיר אותם.הראשון הוא ערך מוחלט.לדוגמה, אם אופטיקה מוגדרת כבעלת אי-סדירות של גל אחד, לא יכול להיות יותר מהפרש גל אחד בין הנקודה הגבוהה והנמוכה ביותר על פני השטח האופטי או מפסגה לעמק (PV).השיטה השנייה היא לציין את ההספק או אי הסדירות כ-1 גל RMS (ממוצע בסיס בריבוע) או ממוצע.בפרשנות זו, משטח אופטי המוגדר כ- 1 גל RMS לא סדיר עשוי, למעשה, להיות בעל פסגות ועמקים שעולים על 1 גל, אולם, כאשר בוחנים את המשטח המלא, אי הסדירות הממוצעת הכוללת חייבת ליפול בתוך גל 1.
בסך הכל, RMS ו-PV הן שתי שיטות לתיאור עד כמה צורתו של אובייקט תואמת את הקימור המעוצב שלו, המכונה "דמות פני השטח" ו"חספוס פני השטח", בהתאמה.שניהם מחושבים מאותם נתונים, כמו מדידת אינטרפרומטר, אבל המשמעויות שונות למדי.PV טוב במתן "תרחיש הגרוע ביותר" עבור פני השטח;RMS היא שיטה לתיאור הסטייה הממוצעת של נתון פני השטח מהמשטח הרצוי או הייחוס.RMS טוב לתיאור וריאציות פני השטח הכוללות.יש קשר לא פשוט בין PV ל-RMS.עם זאת, ככלל, ערך RMS הוא כ-0.2 מחמיר כמו הערך הלא ממוצע בהשוואה זה לצד זה, כלומר PV לא סדיר של 0.1 גל שווה ל- RMS של כ-0.5 גלים.
גימור פני השטח
גימור פני השטח, המכונה גם חספוס פני השטח, מודד אי סדרים בקנה מידה קטן על משטח.הם בדרך כלל תוצר לוואי מצער של תהליך הליטוש וסוג החומר.גם אם האופטיקה נחשבת חלקה במיוחד עם מעט אי-סדירות על פני פני השטח, בבדיקה מקרוב, בדיקה מיקרוסקופית ממשית עשויה לגלות שונות רבה במרקם פני השטח.אנלוגיה טובה של חפץ זה היא השוואת חספוס פני השטח לחצץ נייר זכוכית.בעוד שגודל החצץ העדין ביותר עשוי להרגיש חלק וסדיר למגע, פני השטח מורכבים למעשה מפסגות ועמקים מיקרוסקופיים שנקבעים על פי הגודל הפיזי של החצץ עצמו.במקרה של אופטיקה, ניתן להתייחס ל"גריט" כעל אי סדרים מיקרוסקופיים במרקם פני השטח הנגרמות מאיכות הפוליש.משטחים מחוספסים נוטים להישחק מהר יותר ממשטחים חלקים וייתכן שלא יתאימו ליישומים מסוימים, במיוחד אלה עם לייזרים או חום עז, עקב אתרי גרעין אפשריים שיכולים להופיע בסדקים קטנים או פגמים.
בניגוד להספק ואי-סדירות, הנמדדים בגלים או בשברים של גל, חספוס פני השטח, בשל מיקוד תקריב קיצוני שלו במרקם פני השטח, נמדד בסולם של אנגסטרמים ותמיד במונחים של RMS.לשם השוואה, נדרשים עשרה אנגסטרם כדי להשתוות לננומטר אחד ו-632.8 ננומטר כדי להשתוות לגל אחד.
איור 15: מדידת RMS של חספוס פני השטח
| טבלה 8: סובלנות ייצור עבור גימור פני השטח | |
| חספוס פני השטח (RMS) | ציון איכות |
| 50Å | טיפוסי |
| 20Å | דיוק |
| 5Å | דיוק גבוה |
שגיאת חזית גל משודרת
שגיאת חזית גל משודרת (TWE) משמשת להכשרת הביצועים של אלמנטים אופטיים כאשר האור עובר דרכם.שלא כמו מדידות צורת פני השטח, מדידות חזית הגל המשודרות כוללות שגיאות מהמשטח הקדמי והאחורי, טריז והומוגניות של החומר.מדד זה של ביצועים כלליים מציע הבנה טובה יותר של הביצועים האמיתיים של אופטיקה.
בעוד שרכיבים אופטיים רבים נבדקים בנפרד עבור צורת פני השטח או מפרטי TWE, רכיבים אלה מובנים בהכרח במכלולים אופטיים מורכבים יותר עם דרישות ביצועים משלהם.ביישומים מסוימים מקובל להסתמך על מדידות רכיבים וסובלנות כדי לחזות את הביצועים הסופיים, אך עבור יישומים תובעניים יותר חשוב למדוד את המכלול כפי שנבנה.
מדידות TWE משמשות כדי לוודא שמערכת אופטית בנויה לפי המפרט ותפעל כמצופה.בנוסף, ניתן להשתמש במדידות TWE כדי ליישר מערכות באופן אקטיבי, להפחית את זמן ההרכבה, תוך הבטחת הביצועים הצפויים.
Paralight Optics משלבת משחזות ומלטשים CNC חדישים, הן עבור צורות כדוריות סטנדרטיות, כמו גם, קווי מתאר אספריים וחופשיים.שימוש במטרולוגיה המתקדמת לרבות אינטרפרומטרים של Zygo, מדי פרופיל, TriOptics Opticentric, TriOptics OptiSpheric וכו' הן למטרולוגיה תוך כדי תהליך והן לבדיקה סופית, כמו גם שנות הניסיון שלנו בייצור וציפוי אופטי מאפשר לנו להתמודד עם כמה מהמורכבים ביותר אופטיקה בעלת ביצועים גבוהים כדי לעמוד במפרט האופטי הנדרש מהלקוחות.
למפרט מעמיק יותר, אנא עיין באופטיקה בקטלוג שלנו או במוצרים נבחרים.
זמן פרסום: 26 באפריל 2023