光学素子の表面下の損傷

地下ダメージのレンダリング

2 地下損傷の測定方法

表面下の損傷は無視できないため、光学部品メーカーは効果的に管理する必要があります。これを効果的に制御するには、部品表面の表面下の損傷のサイズを正確に特定して検出する必要があります。前世紀初頭以来、人々はサイズを測定および評価するためのさまざまな方法を開発してきました。部品の表面下の損傷は、光学部品への影響の程度に応じて、破壊測定と非破壊測定（非破壊検査）の2つに分類されます。

破壊測定法とは、その名のとおり、光学素子の表面構造を変化させることで観察しにくい表面下の損傷を明らかにし、顕微鏡などを用いて観察する方法です。この測定方法は通常時間がかかりますが、測定結果は信頼性が高く正確です。部品の表面にさらなる損傷を与えない非破壊測定方法では、光、音、またはその他の電磁波を使用して表面下の損傷層を検出し、層内で発生する特性変化の量を使用して損傷のサイズを評価します。 SSD の場合、このような方法は比較的便利で迅速ですが、通常は定性的な観察になります。この分類によると、現在の地下損傷の検出方法は次の図に示されています。

地下損傷探知方法の分類と概要

これらの測定方法の簡単な説明は次のとおりです。

A. 破壊的な方法

a) 研磨方法

磁気レオロジー研磨が登場する前は、光学作業者は通常、光学部品の表面下の損傷を分析するためにテーパー研磨を使用していました。つまり、光学表面を斜めの角度に沿って切断して斜めの内面を形成し、その後、その斜めの表面を研磨していました。一般に、研磨によって元の表面下の損傷が悪化することはないと考えられています。 SSD 層の亀裂は、化学試薬による浸漬腐食によってより明白になります。浸漬後の傾斜面を光学的に観察することにより、表面下のダメージ層の深さ、長さなどを測定することができる。その後、科学者はボールディンプル法（ボールディンプル法）を発明しました。これは、研削後に球状の研磨ツールを使用して表面を研磨し、ピットを投げ出します。ピットの深さは分析を容易にするためにできるだけ深くする必要があります。ピット側面の表面の損傷情報を元の表面から取得できます。

光学素子の表面下の損傷を検出する一般的な方法

磁気レオロジー研磨 (MRF) は、磁性流体ストリップを使用して光学コンポーネントを研磨する技術であり、従来のアスファルト/ポリウレタン研磨とは異なります。従来の研磨方法では、通常、研磨ツールが光学面に大きな垂直抗力を及ぼしますが、Mr ポリッシュでは接線方向に光学面を除去するため、Mr ポリッシュでは光学面の本来の表面下損傷特性は変わりません。したがって、ミスターポリシングは光学面の溝を研磨するのに使用できます。次に、研磨領域を分析して、元の光学表面の表面下の損傷のサイズを評価します。

a) ブロック接着法

この方法は、地下の損傷をテストするためにも使用されています。実際には、同じ形状と材質の正方形のサンプルを選択し、サンプルの 2 つの表面を研磨し、接着剤を使用してサンプルの 2 つの研磨面を接着し、2 つのサンプルの側面を同時に研磨します。時間。粉砕後、化学試薬を使用して 2 つの正方形のサンプルを分離します。研削ステージによる表面下のダメージの大きさは、剥離した研磨面を顕微鏡で観察することで評価できます。この方法のプロセス概略図は次のとおりです。

ブロック接着法による地中損傷探知の模式図

この方法には一定の制限があります。粘着面があるため、粘着面の状況は研削後の材料内部の実際の表面下の損傷を完全に反映していない可能性があり、測定結果は SSD の状況をある程度しか反映できません。

a) 化学エッチング

この方法では、適切な化学薬品を使用して光学表面の損傷層を侵食します。浸食プロセスが完了した後、部品表面の表面形状と粗さ、および浸食速度の指数変化によって表面下の損傷が評価されます。一般的に使用される化学試薬は、フッ化水素酸 (HF)、フッ化水素アンモニウム (NH4HF)、およびその他の腐食剤です。

b) 断面法

サンプルを解剖し、走査型電子顕微鏡を使用して表面下の損傷の大きさを直接観察します。

c) 染料含浸法

研磨された光学素子の表層には多数の微小亀裂が含まれているため、光学基板との色のコントラスト、または基板とのコントラストを形成できる染料を材料に押し込むことができます。基材が暗い素材で構成されている場合は、蛍光染料を使用できます。表面下の損傷は光学的または電子的に簡単にチェックできます。通常、亀裂は非常に細かく材料の内部にあるため、染料の浸透深さが十分でない場合、微小亀裂の真の深さを表現できない可能性があります。亀裂の深さをできるだけ正確に取得するために、染料を含浸させるための多くの方法が提案されています。機械的プレプレスや冷間静水圧プレス、および非常に低濃度の微量の染料を検出するための電子プローブ微量分析 (EPMA) の使用です。

B、非破壊的な方法

a) 推計方法

この推定方法では、主に研磨材の粒径の大きさと部品の表面粗さの大きさに応じて、表面下の損傷の深さを推定します。研究者は、多数のテストを使用して、研磨材の粒子サイズと表面下の損傷の深さの間の対応関係、および部品の表面粗さのサイズと表面下の損傷の深さの間の対応表を確立しています。表面のダメージ。現在のコンポーネント表面の表面下の損傷は、それらの対応関係を使用して推定できます。

b) 光干渉断層撮影法 (OCT)

マイケルソン干渉を基本原理とする光コヒーレンス・トモグラフィーは、2つの光ビームの干渉信号を通じて測定情報を評価します。この技術は、生体組織を観察し、組織の表面下構造の断面断層撮影を行うために一般的に使用されます。 OCT 技術を使用して光学表面の表面下の損傷を観察する場合、実際の亀裂の深さを取得するには、測定サンプルの屈折率パラメーターを考慮する必要があります。この方法は、20μmを超える垂直解像度で500μmの深さの欠陥を検出できると報告されています。しかし、光学材料のSSD検出に使用する場合、SSD層からの反射光が比較的弱いため、干渉が生じにくい。さらに、表面散乱も測定結果に影響を与えるため、測定精度を向上させる必要があります。

c) レーザー散乱法

レーザーの散乱特性を利用して表面下の損傷の大きさを評価する、測光表面へのレーザー照射も広く研究されています。一般的なものには、全内部反射顕微鏡 (TIRM)、共焦点レーザー走査顕微鏡 (CLSM)、交差偏光共焦点顕微鏡 (CPCM) などがあります。交差偏光共焦点顕微鏡など

d) 走査型音響顕微鏡

超音波検出法である走査型音響顕微鏡 (SAM) は、内部欠陥の検出に広く使用されている非破壊検査法です。この方法は通常、表面が滑らかなサンプルを測定するために使用されます。試料の表面が非常に粗い場合、表面散乱波の影響により測定精度が低下します。

3 地表損傷の制御方法

私たちの最終目標は、光学部品の表面下の損傷を効果的に制御し、SSDS を完全に除去する部品を入手することです。通常の状況下では、表面下の損傷の深さは研磨材の粒子サイズの大きさに比例し、研磨材の粒子サイズが小さいほど表面下の損傷は浅くなります。そのため、研削の粒度を下げて、完全に研磨することによって、表面下の損傷は浅くなります。研削を行うと、表面下の損傷の程度を効果的に改善できます。段階的な地下損傷制御の処理図を次の図に示します。

地下の損傷は段階的に制御されます
研削の第 1 段階では、ブランク表面の表面下の損傷を完全に除去し、この段階で新しい表面を生成します。次に、研削の第 2 段階では、第 1 段階で生成された SSD を除去し、新しい表面下の損傷を生成する必要があります。研磨材の粒径と純度を制御し、最終的に期待通りの光学面を得ることができます。これは、光学製造が数百年にわたり続けてきた加工戦略でもあります。

さらに、研削プロセス後に部品の表面を酸洗いすることで、表面下の損傷を効果的に除去できるため、表面品質が向上し、加工効率が向上します。

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