Optische specificaties worden gebruikt tijdens het ontwerp en de fabricage van een component of systeem om te karakteriseren hoe goed het voldoet aan bepaalde prestatie-eisen.Ze zijn om twee redenen nuttig: ten eerste specificeren ze de acceptabele limieten van de belangrijkste parameters die de systeemprestaties bepalen;ten tweede specificeren ze de hoeveelheid middelen (dwz tijd en kosten) die aan productie moeten worden besteed.Een optisch systeem kan last hebben van onderspecificatie of overspecificatie, die beide kunnen leiden tot onnodige besteding van middelen.Paralight Optics biedt kosteneffectieve optica die exact aan uw eisen voldoen.
Om optische specificaties beter te begrijpen, is het belangrijk om te leren wat ze in wezen betekenen.Het volgende is een korte introductie van de meest voorkomende specificaties van bijna alle optische elementen.
Fabricagespecificaties
Diameter Tolerantie
De diametertolerantie van een cirkelvormige optische component biedt het acceptabele waardenbereik voor de diameter.De diametertolerantie heeft geen enkel effect op de optische prestaties van de optiek zelf, maar het is een zeer belangrijke mechanische tolerantie waarmee rekening moet worden gehouden als de optiek in eender welk type houder wordt gemonteerd.Als bijvoorbeeld de diameter van een optische lens afwijkt van de nominale waarde, is het mogelijk dat de mechanische as van de optische as kan worden verplaatst in een gemonteerd samenstel, waardoor decenter ontstaat.
Figuur 1: decentrering van gecollimeerd licht
Deze productiespecificatie kan variëren op basis van de vaardigheden en capaciteiten van de betreffende fabrikant.Paralight Optics kon lenzen maken met een diameter van 0,5 mm tot 500 mm, toleranties kunnen de limieten bereiken van +/- 0,001 mm.
| Tabel 1: Productietoleranties voor diameter | |
| Diameter Toleranties | Kwaliteitsklasse |
| +0,00/-0,10 mm | Typisch |
| +0.00/-0.050mm | Precisie |
| +0.000/-0.010 | Hoge precisie |
Centrum Dikte Tolerantie
De middendikte van een optische component, meestal de lenzen, is de materiaaldikte van de component gemeten in het midden.De middendikte wordt gemeten over de mechanische as van de lens, gedefinieerd als de as precies tussen de buitenranden.Variatie van de middendikte van een lens kan de optische prestatie beïnvloeden, omdat de middendikte, samen met de kromtestraal, de optische weglengte bepaalt van stralen die door de lens gaan.
Figuur 2: diagrammen voor CT, ET & FL
| Tabel 2: Productietoleranties voor middendikte | |
| Toleranties in de middendikte | Kwaliteitsklasse |
| +/- 0,10 mm | Typisch |
| +/- 0,050 mm | Precisie |
| +/- 0,010 mm | Hoge precisie |
Randdikte versus middendikte
Uit de bovenstaande voorbeelden van diagrammen die de middendikte laten zien, is het u waarschijnlijk opgevallen dat de dikte van een lens varieert van de rand tot het midden van de optiek.Uiteraard is dit een functie van de kromtestraal en doorbuiging.Plano-convexe, biconvexe en positieve meniscuslenzen hebben een grotere dikte in het midden dan aan de rand.Voor plano-concave, biconcave en negatieve meniscuslenzen is de middendikte altijd dunner dan de randdikte.Optische ontwerpers specificeren over het algemeen zowel de rand- als de middendikte op hun tekeningen, waarbij ze een van deze dimensies tolereren, terwijl ze de andere als referentiedimensie gebruiken.Het is belangrijk op te merken dat het zonder een van deze afmetingen onmogelijk is om de uiteindelijke vorm van de lens te onderscheiden.
Figuur 3: Schema's voor CE, ET, BEF en EFL
Dikteverschil wig / rand (ETD)
Wedge, ook wel ETD of ETV (Edge Thickness Variation) genoemd, is een eenvoudig concept om te begrijpen in termen van lensontwerp en fabricage.Kortom, deze specificatie bepaalt hoe parallel de twee optische oppervlakken van een lens aan elkaar zijn.Elke afwijking van parallel kan ervoor zorgen dat het doorgelaten licht van zijn pad afwijkt, aangezien het doel is om licht op een gecontroleerde manier te focussen of te divergeren, wig introduceert daarom een ongewenste afwijking in het lichtpad.Wedge kan worden gespecificeerd in termen van hoekafwijking (centreringsfout) tussen de twee verzendende oppervlakken of een fysieke tolerantie op de randdiktevariatie, dit vertegenwoordigt de verkeerde uitlijning tussen de mechanische en optische assen van een lens.
Figuur 4: Centreerfout
Sagitta (verzakking)
De kromtestraal is direct gerelateerd aan Sagitta, beter bekend als Sag in de optische industrie.In geometrische termen vertegenwoordigt Sagitta de afstand van het exacte middelpunt van een boog tot het middelpunt van de basis.In optica is Sag van toepassing op de convexe of concave kromming en vertegenwoordigt de fysieke afstand tussen het hoekpunt (hoogste of laagste punt) langs de curve en het middelpunt van een loodrecht op de curve getrokken lijn van een rand van de optiek naar de ander.Onderstaande afbeelding biedt een visuele weergave van Sag.
Figuur 5: Schema's van Sag
Sag is belangrijk omdat het de centrale locatie voor de kromtestraal biedt, waardoor fabrikanten de straal op de optiek correct kunnen positioneren en zowel de midden- als randdikte van een optiek kunnen vaststellen.Door zowel de kromtestraal als de diameter van een optiek te kennen, kan de Sag worden berekend met de volgende formule.
Waar:
R = kromtestraal
d = diameter
Krommingsstraal
Het belangrijkste aspect van een lens is de kromtestraal, het is een fundamentele en functionele parameter van sferische optische oppervlakken, die tijdens de productie kwaliteitscontrole vereist.De kromtestraal wordt gedefinieerd als de afstand tussen de top van een optische component en het krommingsmiddelpunt.Het kan positief, nul of negatief zijn, afhankelijk van of het oppervlak convex, plano of concaaf is.
Door de waarde van de kromtestraal en de dikte van het midden te kennen, kan men de optische weglengte bepalen van stralen die door de lens of spiegel gaan, maar het speelt ook een grote rol bij het bepalen van de optische kracht van het oppervlak, namelijk hoe sterk de optische systeem convergeert of divergeert licht.Optische ontwerpers maken onderscheid tussen lange en korte brandpuntsafstanden door de hoeveelheid optische kracht van hun lenzen te beschrijven.Van korte brandpuntsafstanden, die het licht sneller afbuigen en daardoor focus bereiken op een kortere afstand van het midden van de lens, wordt gezegd dat ze een grotere optische kracht hebben, terwijl van degenen die het licht langzamer focussen, wordt beschreven dat ze minder optische kracht hebben.De kromtestraal bepaalt de brandpuntsafstand van een lens, een eenvoudige manier om de brandpuntsafstand voor dunne lenzen te berekenen wordt gegeven door de Thin Lens Approximation of the Lens-Maker's Formula.Let op, deze formule is alleen geldig voor lenzen waarvan de dikte klein is in vergelijking met de berekende brandpuntsafstand.
Waar:
f = brandpuntsafstand
n = brekingsindex van lensmateriaal
r1 = kromtestraal voor oppervlak dat zich het dichtst bij invallend licht bevindt
r2 = kromtestraal voor het oppervlak dat het verst verwijderd is van invallend licht
Om variaties in de brandpuntsafstand te beheersen, moeten opticiens daarom de radiustolerantie definiëren.De eerste methode is het toepassen van een eenvoudige mechanische tolerantie, een straal kan bijvoorbeeld worden gedefinieerd als 100 +/-0,1 mm.In dat geval kan de radius variëren tussen 99,9 mm en 100,1 mm.De tweede methode is het toepassen van een radiustolerantie in procenten.Bij dezelfde straal van 100 mm kan een opticien specificeren dat de kromming niet meer dan 0,5% mag variëren, wat betekent dat de straal tussen 99,5 mm en 100,5 mm moet liggen.De derde methode is het definiëren van een tolerantie op de brandpuntsafstand, meestal in procenten.Een lens met een brandpuntsafstand van 500 mm kan bijvoorbeeld een tolerantie van +/- 1% hebben, wat zich vertaalt naar 495 mm tot 505 mm.Door deze brandpuntsafstanden in de dunne lensvergelijking te stoppen, kunnen fabrikanten de mechanische tolerantie op de kromtestraal afleiden.
Figuur 6: Radiustolerantie in het centrum van de kromming
| Tabel 3: Productietoleranties voor kromtestraal | |
| Radius van Kromming Toleranties | Kwaliteitsklasse |
| +/- 0,5 mm | Typisch |
| +/-0,1% | Precisie |
| +/-0,01% | Hoge precisie |
In de praktijk gebruiken optische fabrikanten verschillende soorten instrumenten om de kromtestraal van een lens te bepalen.De eerste is een sferometerring die aan een meetinstrument is bevestigd.Door het verschil in kromming tussen een vooraf gedefinieerde "ring" en de kromtestraal van de optiek te vergelijken, kunnen fabrikanten bepalen of verdere correctie nodig is om de juiste straal te bereiken.Er zijn ook een aantal digitale sferometers op de markt voor grotere nauwkeurigheid.Een andere zeer nauwkeurige methode is een geautomatiseerde contactprofielmeter die een sonde gebruikt om de contouren van de lens fysiek te meten.Ten slotte kan de contactloze methode van interferometrie worden gebruikt om een randpatroon te creëren dat in staat is om de fysieke afstand tussen het bolvormige oppervlak en het corresponderende krommingsmiddelpunt te kwantificeren.
centreren
Centreren wordt ook wel centreren of decenteren genoemd.Zoals de naam al aangeeft, bepaalt centrering de locatienauwkeurigheid van de kromtestraal.Een perfect gecentreerde straal zou het hoekpunt (midden) van zijn kromming nauwkeurig uitlijnen met de buitendiameter van het substraat.Een plano-convexe lens met een diameter van 20 mm zou bijvoorbeeld een perfect gecentreerde straal hebben als het hoekpunt lineair precies 10 mm zou zijn gepositioneerd vanaf elk punt langs de buitendiameter.Hieruit volgt dat optische fabrikanten rekening moeten houden met zowel de X- als de Y-as bij het regelen van de centrering, zoals hieronder weergegeven.
Figuur 7: Schema van decentering
De hoeveelheid decenter in een lens is de fysieke verplaatsing van de mechanische as van de optische as.De mechanische as van een lens is gewoon de geometrische as van de lens en wordt bepaald door de buitenste cilinder.De optische as van een lens wordt bepaald door de optische oppervlakken en is de lijn die de krommingsmiddelpunten van de oppervlakken verbindt.
Figuur 8: Schema van decentering
| Tabel 4: Productietoleranties voor centreren | |
| centreren | Kwaliteitsklasse |
| +/-5 Boogminuten | Typisch |
| +/-3 Boogminuten | Precisie |
| +/-30 Boogseconden | Hoge precisie |
parallelliteit
Parallellisme beschrijft hoe parallel twee oppervlakken ten opzichte van elkaar zijn.Het is handig bij het specificeren van componenten zoals vensters en polarisatoren waar parallelle oppervlakken ideaal zijn voor systeemprestaties omdat ze vervorming minimaliseren die anders de beeld- of lichtkwaliteit zou kunnen aantasten.Typische toleranties variëren van 5 boogminuten tot enkele boogseconden als volgt:
| Tabel 5: Productietoleranties voor parallellisme | |
| Parallelle toleranties | Kwaliteitsklasse |
| +/-5 Boogminuten | Typisch |
| +/-3 boogminuten | Precisie |
| +/-30 Boogseconden | Hoge precisie |
Hoek Tolerantie
In componenten zoals prisma's en beamsplitters zijn de hoeken tussen oppervlakken cruciaal voor de prestaties van de optiek.Deze hoektolerantie wordt typisch gemeten met behulp van een autocollimator-samenstel, waarvan het lichtbronsysteem gecollimeerd licht uitzendt.De autocollimator wordt rond het oppervlak van de optiek geroteerd totdat de resulterende Fresnel-reflectie erin een vlek produceert bovenop het te inspecteren oppervlak.Dit verifieert dat de gecollimeerde straal het oppervlak precies met een normale inval raakt.Het gehele autocollimatorsamenstel wordt vervolgens rond de optiek naar het volgende optische oppervlak geroteerd en dezelfde procedure wordt herhaald.Afbeelding 3 toont een typische opstelling van een autocollimator die de hoektolerantie meet.Het verschil in hoek tussen de twee gemeten posities wordt gebruikt om de tolerantie tussen de twee optische oppervlakken te berekenen.Hoektolerantie kan worden gehouden tot toleranties van enkele boogminuten tot enkele boogseconden.
Figuur 9: Autocollimator instellen Hoektolerantie meten
Schuin
Substraathoeken kunnen erg kwetsbaar zijn, daarom is het belangrijk om ze te beschermen bij het hanteren of monteren van een optisch onderdeel.De meest gebruikelijke manier om deze hoeken te beschermen, is door de randen af te schuinen.Afschuiningen dienen als beschermende afschuiningen en voorkomen randspaanders.Zie de volgende tabel 5 voor de afschuiningsspecificaties voor verschillende diameters.
| Tabel 6: Productielimieten voor maximale aanzichtbreedte van afschuining | |
| Diameter | Maximale gezichtsbreedte van afschuining |
| 3.00 - 5.00mm | 0,25 mm |
| 25,41 mm - 50,00 mm | 0,3 mm |
| 50,01 mm - 75,00 mm | 0,4 mm |
Helder diafragma
Duidelijk diafragma bepaalt welk deel van een lens moet voldoen aan alle hierboven beschreven specificaties.Het wordt gedefinieerd als de diameter of grootte van een optische component, mechanisch of procentueel, die aan de specificaties moet voldoen, daarbuiten kunnen fabrikanten niet garanderen dat de optiek aan de vermelde specificaties zal voldoen.Een lens kan bijvoorbeeld een diameter hebben van 100 mm en een duidelijk diafragma gespecificeerd als 95 mm of 95%.Beide methoden zijn acceptabel, maar het is belangrijk om als algemene regel te onthouden dat hoe groter de vrije opening, hoe moeilijker de optiek is om te produceren, omdat de vereiste prestatiekenmerken steeds dichter bij de fysieke rand van de optiek komen.
Vanwege fabricagebeperkingen is het vrijwel onmogelijk om een vrije opening te produceren die exact gelijk is aan de diameter of de lengte bij breedte van een optiek.
Afbeelding 10: Grafische weergave van duidelijk diafragma en diameter van een lens
| Tabel 7: duidelijke diafragmatoleranties | |
| Diameter | Helder diafragma |
| 3.00mm – 10.00mm | 90% van de diameter |
| 10,01 mm - 50,00 mm | Diameter - 1 mm |
| ≥ 50,01 mm | Diameter - 1,5 mm |
Bekijk voor meer gedetailleerde specificaties onze catalogus optica of aanbevolen producten.
Posttijd: 20 april 2023