Virsmas kvalitāte
Optiskās virsmas virsmas kvalitāte raksturo tās kosmētisko izskatu un ietver tādus defektus kā skrāpējumi un bedres vai izrakumi.Vairumā gadījumu šie virsmas defekti ir tikai kosmētiski un būtiski neietekmē sistēmas veiktspēju, lai gan tie var izraisīt nelielu sistēmas caurlaidības zudumu un nelielu izkliedētās gaismas pieaugumu.Tomēr noteiktas virsmas ir jutīgākas pret šiem efektiem, piemēram: (1) virsmas attēla plaknēs, jo šie defekti ir fokusā, un (2) virsmas, kurām ir liels jaudas līmenis, jo šie defekti var izraisīt pastiprinātu enerģijas absorbciju un bojājumus. optika.Visizplatītākā virsmas kvalitātei izmantotā specifikācija ir MIL-PRF-13830B aprakstītā skrāpēšanas specifikācija.Skrāpējumu apzīmējums tiek noteikts, salīdzinot skrāpējumus uz virsmas ar standarta skrāpējumiem kontrolētā apgaismojumā.Tāpēc skrāpējuma apzīmējums neapraksta pašu faktisko skrāpējumu, bet gan salīdzina to ar standartizētu skrāpējumu saskaņā ar MIL-Spec.Tomēr rakšanas apzīmējums ir tieši saistīts ar izrakumu vai nelielu bedri virspusē.Rakšanas apzīmējums tiek aprēķināts, izrakšanas diametru mikronos dala ar 10. Scratch-dig specifikācijas 80–50 parasti tiek uzskatītas par standarta kvalitāti, 60–40 precizitātes kvalitāti un 20–10 augstas precizitātes kvalitāti.
| 6. tabula. Virsmas kvalitātes ražošanas pielaides | |
| Virsmas kvalitāte (skrāpē-rakt) | Kvalitātes pakāpe |
| 80-50 | Tipiski |
| 60-40 | Precizitāte |
| 40-20 | Augsta precizitāte |
Virsmas līdzenums
Virsmas līdzenums ir virsmas precizitātes specifikācijas veids, kas mēra plakanas virsmas, piemēram, spoguļa, loga, prizmas vai planoobjektīva, novirzi.Šo novirzi var izmērīt, izmantojot optisko plakanu, kas ir augstas kvalitātes, ļoti precīza plakana atskaites virsma, ko izmanto, lai salīdzinātu testa parauga plakanumu.Kad testa optikas plakanā virsma ir novietota pret optisko plakanu, parādās bārkstis, kuru forma nosaka pārbaudāmās optikas virsmas līdzenumu.Ja bārkstis ir vienmērīgi izvietotas, taisnas un paralēlas, tad pārbaudāmā optiskā virsma ir vismaz tikpat plakana kā atskaites optiskā plakana.Ja bārkstis ir izliektas, bārkstiņu skaits starp divām iedomātām līnijām, viena pieskare bārkstis centram un viena caur tās pašas bārkstis galiem, norāda uz līdzenuma kļūdu.Plakanuma novirzes bieži mēra viļņu vērtībās (λ), kas ir testēšanas avota viļņa garuma daudzkārtņi.Viena bārkstis atbilst ½ viļņa, ti, 1 λ atbilst 2 bārkstīm.
| 7. tabula. Ražošanas līdzenuma pielaides | |
| Plakanums | Kvalitātes pakāpe |
| 1λ | Tipiski |
| λ/4 | Precizitāte |
| λ/10 | Augsta precizitāte |
Jauda
Jauda ir virsmas precizitātes specifikācijas veids, kas attiecas uz izliektām optiskām virsmām vai virsmām ar jaudu.Tas ir izliekuma mērījums uz optikas virsmas un atšķiras no izliekuma rādiusa ar to, ka tas attiecas uz lēcas sfēriskās formas mikromēroga novirzi.Piemēram, ņemiet vērā, ka izliekuma pielaides rādiuss ir definēts kā 100 +/-0,1 mm, kad šis rādiuss ir ģenerēts, pulēts un izmērīts, tā faktiskais izliekums ir 99,95 mm, kas ietilpst norādītajā mehāniskajā pielaidē.Šajā gadījumā mēs zinām, ka arī fokusa attālums ir pareizs, jo esam sasnieguši pareizo sfērisko formu.Bet tas, ka rādiuss un fokusa attālums ir pareizi, nenozīmē, ka objektīvs darbosies tā, kā paredzēts.Tāpēc nepietiek tikai ar izliekuma rādiusa definēšanu, bet arī izliekuma konsekvenci – un tieši tā jauda ir paredzēta, lai kontrolētu.Atkal izmantojot to pašu 99,95 mm rādiusu, kas minēts iepriekš, optiķis var vēlēties vēl vairāk kontrolēt refrakcijas gaismas precizitāti, ierobežojot jaudu līdz ≤ 1 λ.Tas nozīmē, ka visā diametrā sfēriskās formas konsistencē nevar būt lielāka novirze par 632,8 nm (1λ = 632,8 nm).Šī stingrāka kontroles līmeņa pievienošana virsmas formai palīdz nodrošināt, ka gaismas stari vienā objektīva pusē nelaužas savādāk nekā tie, kas atrodas otrā pusē.Tā kā mērķis var būt visas krītošās gaismas precīza fokusēšana, jo konsekventāka ir forma, jo precīzāk gaisma izturēsies, izejot cauri objektīvam.
Optiķi nosaka jaudas kļūdu viļņu vai bārkstiņu izteiksmē un mēra to, izmantojot interferometru.Tas tiek pārbaudīts līdzīgi plakanumam, proti, izliektu virsmu salīdzina ar atsauces virsmu ar ļoti kalibrētu izliekuma rādiusu.Izmantojot to pašu interferences principu, ko izraisa gaisa spraugas starp abām virsmām, interferences šķautņu modeli izmanto, lai aprakstītu testa virsmas novirzi no atskaites virsmas (11. attēls).Atkāpjoties no atsauces elementa, tiks izveidota gredzenu sērija, kas pazīstama kā Ņūtona gredzeni.Jo vairāk gredzenu ir, jo lielāka ir novirze.Tumšo vai gaišo gredzenu skaits, nevis gan gaišā, gan tumšā summa, atbilst divreiz lielākam kļūdas viļņu skaitam.
11. attēls. Jaudas kļūda pārbaudīta, salīdzinot ar atsauces virsmu vai izmantojot interferometru
Jaudas kļūda ir saistīta ar kļūdu izliekuma rādiusā ar šādu vienādojumu, kur ∆R ir rādiusa kļūda, D ir lēcas diametrs, R ir virsmas rādiuss un λ ir viļņa garums (parasti 632,8 nm):
Jaudas kļūda [viļņi vai λ] = ∆R D²/8R²λ
12. attēls. Strāvas kļūda pār diametru pret rādiusu centrā
Nelikumība
Nevienmērīgums ņem vērā nelielas optiskās virsmas atšķirības.Tāpat kā jaudu, to mēra viļņu vai bārkstiņu izteiksmē un raksturo, izmantojot interferometru.Konceptuāli visvieglāk ir domāt par nelīdzenumu kā specifikāciju, kas nosaka, cik vienmērīgi gludai jābūt optiskajai virsmai.Tā kā kopējie izmērītie pīķi un ielejas uz optiskās virsmas var būt ļoti konsekventi vienā apgabalā, citā optikas daļā var būt daudz lielāka novirze.Šādā gadījumā objektīva lauztā gaisma var izturēties atšķirīgi atkarībā no tā, kur to lauž optika.Tāpēc, izstrādājot lēcas, svarīgs apsvērums ir neregulāras problēmas.Nākamajā attēlā parādīts, kā šīs virsmas formas novirzi no perfekti sfēriskās var raksturot, izmantojot neregularitātes PV specifikāciju.
13. attēls. Neregularitātes PV mērījums
Neregularitāte ir virsmas precizitātes specifikācijas veids, kas apraksta, kā virsmas forma atšķiras no atsauces virsmas formas.To iegūst no tā paša mērījuma kā jauda.Regularitāte attiecas uz apļveida bārkstiņu sfēriskumu, kas veidojas, salīdzinot testa virsmu ar atsauces virsmu.Ja virsmas jauda ir lielāka par 5 bārkstīm, ir grūti noteikt nelielus nelīdzenumus, kas mazāki par 1 bārkstīm.Tāpēc ir ierasta prakse norādīt virsmas ar jaudas attiecību pret nelīdzenumiem aptuveni 5:1.
14. attēls. Plakanums pret spēku pret neregularitāti
RMS Verses PV jauda un neregularitāte
Apspriežot varu un neregularitāti, ir svarīgi izšķirt divas metodes, ar kurām tos var definēt.Pirmā ir absolūtā vērtība.Piemēram, ja optika ir definēta kā tāda, kurai ir 1 viļņa nevienmērība, starp augstāko un zemāko punktu uz optiskās virsmas vai no maksimuma līdz ielejai (PV) var būt ne vairāk kā 1 viļņa atšķirība.Otrā metode ir norādīt jaudu vai neregularitāti kā 1 viļņa RMS (root mean squared) vai vidējo.Šajā interpretācijā optiskajai virsmai, kas definēta kā 1 viļņa RMS neregulāra, faktiski var būt virsotnes un ielejas, kas pārsniedz 1 vilni, tomēr, pārbaudot visu virsmu, kopējam vidējam nelīdzenumam ir jāiekrīt 1 viļņa robežās.
Kopumā gan RMS, gan PV ir metodes, lai aprakstītu, cik labi objekta forma atbilst tā projektētajam izliekumam, ko attiecīgi sauc par "virsmas figūru" un "virsmas raupjumu".Tie abi ir aprēķināti no vieniem un tiem pašiem datiem, piemēram, interferometra mērījuma, taču nozīmes ir diezgan atšķirīgas.PV labi spēj sniegt “sliktāko scenāriju” virsmai;RMS ir metode, lai aprakstītu virsmas skaitļa vidējo novirzi no vēlamās vai atsauces virsmas.RMS ir labs, lai aprakstītu kopējo virsmas variāciju.Starp PV un RMS nav vienkāršas attiecības.Tomēr parasti RMS vērtība ir aptuveni 0,2 tikpat stingra kā nevidējā vērtība, ja to salīdzina blakus, ti, 0,1 viļņa neregulāra PV ir līdzvērtīga aptuveni 0,5 viļņa RMS.
Virsmas apdare
Virsmas apdare, kas pazīstama arī kā virsmas raupjums, mēra nelielus virsmas nelīdzenumus.Parasti tie ir neveiksmīgs pulēšanas procesa un materiāla veida blakusprodukts.Pat ja optika tiek uzskatīta par īpaši gludu ar nelielu nelīdzenumu visā virsmā, tuvplānā pārbaudot, faktiskā mikroskopiskā pārbaude var atklāt lielas virsmas tekstūras atšķirības.Laba šī artefakta līdzība ir virsmas raupjuma salīdzināšana ar smilšpapīra smiltīm.Lai gan vissmalkākais smilšu izmērs var justies gluds un vienmērīgs pieskaroties, virsmu patiesībā veido mikroskopiskas virsotnes un ielejas, ko nosaka pašu smilšu fiziskais izmērs.Optikas gadījumā "smiltis" var uzskatīt par mikroskopiskiem virsmas faktūras nelīdzenumiem, ko izraisa pulēšanas kvalitāte.Nelīdzenām virsmām ir tendence nolietoties ātrāk nekā gludām virsmām, un tās var nebūt piemērotas dažiem lietojumiem, īpaši lāzeriem vai intensīvu karstumu, jo iespējamas kodolu veidošanās vietas, kas var parādīties nelielās plaisās vai nepilnībās.
Atšķirībā no jaudas un nelīdzenuma, ko mēra viļņos vai viļņu daļās, virsmas raupjums, pateicoties tā galējam tuvplāna fokusam uz virsmas tekstūru, tiek mērīts angstrēmu skalā un vienmēr RMS izteiksmē.Salīdzinājumam ir nepieciešami desmit angstromi, lai vienāds ar vienu nanometru un 632,8 nanometri, lai vienāds ar vienu vilni.
15. attēls. Virsmas raupjuma RMS mērījums
| 8. tabula. Virsmas apdares ražošanas pielaides | |
| Virsmas raupjums (RMS) | Kvalitātes pakāpe |
| 50Å | Tipiski |
| 20Å | Precizitāte |
| 5Å | Augsta precizitāte |
Pārsūtītā viļņu frontes kļūda
Pārraidītā viļņu frontes kļūda (TWE) tiek izmantota, lai kvalificētu optisko elementu veiktspēju, gaismai ejot cauri.Atšķirībā no virsmas formas mērījumiem, pārraidītā viļņu frontes mērījumi ietver kļūdas no priekšējās un aizmugurējās virsmas, ķīļa un materiāla viendabīgumu.Šis vispārējās veiktspējas rādītājs ļauj labāk izprast optikas veiktspēju reālajā pasaulē.
Lai gan daudzi optiskie komponenti tiek pārbaudīti atsevišķi attiecībā uz virsmas formu vai TWE specifikācijām, šie komponenti neizbēgami tiek iebūvēti sarežģītākos optiskos mezglos ar savām veiktspējas prasībām.Dažos lietojumos ir pieņemami paļauties uz komponentu mērījumiem un toleranci, lai prognozētu galīgo veiktspēju, bet prasīgākiem lietojumiem ir svarīgi izmērīt montāžu tā, kā tā ir uzbūvēta.
TWE mērījumi tiek izmantoti, lai apstiprinātu, ka optiskā sistēma ir izveidota atbilstoši specifikācijām un darbosies, kā paredzēts.Turklāt TWE mērījumus var izmantot, lai aktīvi izlīdzinātu sistēmas, samazinot montāžas laiku, vienlaikus nodrošinot gaidīto veiktspēju.
Paralight Optics ietver vismodernākās CNC slīpmašīnas un pulēšanas ierīces gan standarta sfēriskām formām, gan asfēriskām un brīvas formas kontūrām.Izmantojot progresīvu metroloģiju, tostarp Zygo interferometrus, profilometrus, TriOptics Opticentric, TriOptics OptiSpheric utt. gan procesa metroloģijā, gan galīgajā pārbaudē, kā arī mūsu gadu ilgā pieredze optisko materiālu ražošanā un pārklāšanā ļauj mums risināt dažus no sarežģītākajiem un augstas veiktspējas optika, lai atbilstu klientu pieprasītajām optiskajām specifikācijām.
Lai iegūtu padziļinātu specifikāciju, lūdzu, skatiet mūsu kataloga optiku vai piedāvātos produktus.
Publicēšanas laiks: 26.04.2023