Oppervlaktekwaliteit
De oppervlaktekwaliteit van een optisch oppervlak beschrijft het cosmetische uiterlijk en omvat defecten zoals krassen en putjes of putjes.In de meeste gevallen zijn deze oppervlaktedefecten puur cosmetisch en hebben ze geen significante invloed op de systeemprestaties. Ze kunnen echter een klein verlies aan systeemdoorvoer en een kleine toename van verstrooid licht veroorzaken.Bepaalde oppervlakken zijn echter gevoeliger voor deze effecten, zoals: (1) oppervlakken op beeldvlakken omdat deze defecten scherp zijn en (2) oppervlakken met hoge vermogensniveaus omdat deze defecten een verhoogde absorptie van energie en schade kunnen veroorzaken de optiek.De meest gebruikte specificatie voor oppervlaktekwaliteit is de scratch-dig-specificatie beschreven door MIL-PRF-13830B.De krasaanduiding wordt bepaald door de krassen op een oppervlak te vergelijken met een reeks standaard krassen onder gecontroleerde lichtomstandigheden.Daarom beschrijft de scratch-aanduiding niet de eigenlijke scratch zelf, maar vergelijkt deze eerder met een gestandaardiseerde scratch volgens de MIL-Spec.De opgravingsaanduiding heeft echter rechtstreeks betrekking op de opgraving of kleine kuil in het oppervlak.De graafaanduiding wordt berekend aan de hand van de diameter van de graaf in micron gedeeld door 10. Kras-graafspecificaties van 80-50 worden doorgaans beschouwd als standaardkwaliteit, 60-40 precisiekwaliteit en 20-10 hoge precisiekwaliteit.
| Tabel 6: Productietoleranties voor oppervlaktekwaliteit | |
| Oppervlaktekwaliteit (scratch-dig) | Kwaliteitsklasse |
| 80-50 | Typisch |
| 60-40 | Precisie |
| 40-20 | Hoge precisie |
Vlakheid van het oppervlak
Oppervlaktevlakheid is een type specificatie voor oppervlaktenauwkeurigheid die de afwijking meet van een plat oppervlak zoals dat van een spiegel, venster, prisma of plano-lens.Deze afwijking kan worden gemeten met behulp van een optisch vlak, een hoogwaardig, zeer nauwkeurig vlak referentieoppervlak dat wordt gebruikt om de vlakheid van een proefstuk te vergelijken.Wanneer het vlakke oppervlak van de testoptiek tegen het optische vlak wordt geplaatst, verschijnen franjes waarvan de vorm de vlakheid van het oppervlak van de te inspecteren optiek dicteert.Als de randen gelijkmatig verdeeld, recht en evenwijdig zijn, dan is het te testen optische oppervlak minstens even vlak als het optische referentievlak.Als de franjes gebogen zijn, geeft het aantal franjes tussen twee denkbeeldige lijnen, één rakend aan het midden van een pony en één door de uiteinden van diezelfde pony, de vlakheidsfout aan.De afwijkingen in vlakheid worden vaak gemeten in golfwaarden (λ), die veelvouden zijn van de golflengte van de testbron.Eén franje komt overeen met de helft van een golf, dwz 1 λ komt overeen met 2 franjes.
| Tabel 7: Productietoleranties voor vlakheid | |
| Vlakheid | Kwaliteitsklasse |
| 1λ | Typisch |
| λ/4 | Precisie |
| λ/10 | Hoge precisie |
Stroom
Vermogen is een soort oppervlaktenauwkeurigheidsspecificatie, van toepassing op gebogen optische oppervlakken of oppervlakken met vermogen.Het is een meting van de kromming op het oppervlak van een optiek en verschilt van de kromtestraal doordat het van toepassing is op de afwijking op microschaal in de bolvorm van een lens.Stel bijvoorbeeld dat de tolerantie voor de kromtestraal is gedefinieerd als 100 +/-0,1 mm. Zodra deze straal is gegenereerd, gepolijst en gemeten, vinden we dat de werkelijke kromming 99,95 mm is, wat binnen de gespecificeerde mechanische tolerantie valt.In dit geval weten we dat de brandpuntsafstand ook correct is, aangezien we de juiste bolvorm hebben bereikt.Maar alleen omdat de straal en de brandpuntsafstand correct zijn, wil nog niet zeggen dat de lens presteert zoals ontworpen.Het is daarom niet voldoende om simpelweg de kromtestraal te definiëren, maar ook de consistentie van de kromming - en dit is precies wat power moet beheersen.Opnieuw gebruikmakend van dezelfde straal van 99,95 mm die hierboven is genoemd, kan een opticien de nauwkeurigheid van gebroken licht verder willen regelen door het vermogen te beperken tot ≤ 1 λ.Dit betekent dat er over de gehele diameter geen grotere afwijking kan zijn dan 632,8 nm (1λ = 632,8 nm) in de consistentie van de bolvorm.Het toevoegen van dit strengere controleniveau aan de oppervlaktevorm helpt ervoor te zorgen dat lichtstralen aan de ene kant van de lens niet anders breken dan die aan de andere kant.Aangezien het doel kan zijn om al het invallende licht nauwkeurig te focussen, geldt: hoe consistenter de vorm, hoe nauwkeuriger het licht zich zal gedragen wanneer het door de lens gaat.
Opticiens specificeren de vermogensfout in termen van golven of randen en meten deze met behulp van een interferometer.Het wordt getest op een manier die vergelijkbaar is met vlakheid, doordat een gebogen oppervlak wordt vergeleken met een referentieoppervlak met een sterk gekalibreerde kromtestraal.Gebruikmakend van hetzelfde principe van interferentie veroorzaakt door de luchtspleten tussen de twee oppervlakken, wordt het interferentiepatroon van franjes gebruikt om de afwijking van het testoppervlak van het referentieoppervlak te beschrijven (Figuur 11).Een afwijking van het referentiestuk zal een reeks ringen creëren, bekend als de ringen van Newton.Hoe meer ringen aanwezig zijn, hoe groter de afwijking.Het aantal donkere of lichte ringen, niet de som van zowel licht als donker, komt overeen met tweemaal het aantal foutgolven.
Afbeelding 11: Stroomfout getest door vergelijking met een referentieoppervlak of met behulp van een interferometer
Vermogensfout is gerelateerd aan de fout in de kromtestraal door de volgende vergelijking waarbij ∆R de straalfout is, D de lensdiameter is, R de oppervlaktestraal is en λ de golflengte is (typisch 632,8 nm):
Vermogensfout [golven of λ] = ∆R D²/8R²λ
Afbeelding 12: Voedingsfout over Diamater versus straalfout in het midden
Onregelmatigheid
Onregelmatigheid houdt rekening met de kleinschalige variaties op een optisch oppervlak.Net als kracht wordt het gemeten in termen van golven of randen en gekarakteriseerd met behulp van een interferometer.Conceptueel is het het gemakkelijkst om onregelmatigheden te beschouwen als een specificatie die bepaalt hoe uniform glad een optisch oppervlak moet zijn.Terwijl de totaal gemeten pieken en dalen op een optisch oppervlak zeer consistent kunnen zijn in één gebied, kan een ander deel van de optiek een veel grotere afwijking vertonen.In dat geval kan licht dat door de lens wordt gebroken zich anders gedragen, afhankelijk van waar het door de optiek wordt gebroken.Onregelmatigheid is daarom een belangrijke overweging bij het ontwerpen van lenzen.De volgende afbeelding laat zien hoe deze afwijking van de oppervlaktevorm van de perfect bolvormige vorm kan worden gekarakteriseerd met behulp van een onregelmatigheid PV-specificatie.
Figuur 13: Onregelmatigheid PV-meting
Onregelmatigheid is een soort specificatie van oppervlaktenauwkeurigheid die beschrijft hoe de vorm van een oppervlak afwijkt van de vorm van een referentieoppervlak.Het wordt verkregen uit dezelfde meting als vermogen.Regelmaat verwijst naar de bolvorm van de cirkelvormige randen die worden gevormd door de vergelijking van het testoppervlak met het referentieoppervlak.Wanneer de kracht van een oppervlak meer dan 5 franjes is, is het moeilijk om kleine onregelmatigheden van minder dan 1 franje te detecteren.Daarom is het gebruikelijk om oppervlakken te specificeren met een verhouding van vermogen tot onregelmatigheid van ongeveer 5:1.
Figuur 14: Vlakheid versus kracht versus onregelmatigheid
RMS verslaat PV-vermogen en onregelmatigheid
Bij het bespreken van kracht en onregelmatigheid is het belangrijk om de twee methoden te onderscheiden waarmee ze kunnen worden gedefinieerd.De eerste is een absolute waarde.Als een optiek bijvoorbeeld wordt gedefinieerd als 1 golfonregelmatigheid, kan er niet meer dan 1 golfverschil zijn tussen het hoogste en laagste punt op het optische oppervlak of piek-tot-dal (PV).De tweede methode is om het vermogen of de onregelmatigheid te specificeren als 1 golf RMS (root mean squared) of gemiddelde.In deze interpretatie kan een optisch oppervlak gedefinieerd als 1 golf RMS onregelmatig in feite pieken en dalen hebben die groter zijn dan 1 golf, maar wanneer het volledige oppervlak wordt onderzocht, moet de algehele gemiddelde onregelmatigheid binnen 1 golf vallen.
Al met al zijn RMS en PV beide methoden om te beschrijven hoe goed de vorm van een object overeenkomt met de ontworpen kromming, respectievelijk "oppervlaktefiguur" en "oppervlakteruwheid" genoemd.Ze worden beide berekend op basis van dezelfde gegevens, zoals een interferometermeting, maar de betekenis is nogal verschillend.PV is goed in het geven van een "worst-case-scenario" voor het oppervlak;RMS is een methode om de gemiddelde afwijking van het oppervlaktefiguur van het gewenste of referentieoppervlak te beschrijven.RMS is goed voor het beschrijven van de algehele oppervlaktevariatie.Er is geen eenvoudige relatie tussen PV en RMS.Als algemene regel geldt echter dat een RMS-waarde ongeveer 0,2 zo strikt is als de niet-gemiddelde waarde wanneer ze naast elkaar worden vergeleken, dwz 0,1 golf onregelmatige PV komt overeen met ongeveer 0,5 golf RMS.
Oppervlakteafwerking
Oppervlakteafwerking, ook wel oppervlakteruwheid genoemd, meet kleine oneffenheden op een oppervlak.Ze zijn meestal een ongelukkig bijproduct van het polijstproces en de materiaalsoort.Zelfs als de optiek als uitzonderlijk glad wordt beschouwd met weinig onregelmatigheden over het oppervlak, kan bij close-up inspectie een feitelijk microscopisch onderzoek een grote variatie in de oppervlaktetextuur aan het licht brengen.Een goede analogie van dit artefact is om oppervlakteruwheid te vergelijken met schuurpapiergruis.Hoewel de fijnste korrelgrootte glad en regelmatig aanvoelt, bestaat het oppervlak eigenlijk uit microscopische pieken en dalen die worden bepaald door de fysieke grootte van de korrel zelf.In het geval van optica kan de "grit" worden gezien als microscopische onregelmatigheden in de oppervlaktetextuur die worden veroorzaakt door de kwaliteit van het poetsmiddel.Ruwe oppervlakken hebben de neiging sneller te slijten dan gladde oppervlakken en zijn mogelijk niet geschikt voor sommige toepassingen, vooral die met lasers of intense hitte, vanwege mogelijke nucleatieplaatsen die kunnen verschijnen in kleine scheuren of onvolkomenheden.
In tegenstelling tot kracht en onregelmatigheid, die worden gemeten in golven of fracties van een golf, wordt oppervlakteruwheid, vanwege de extreme close-up focus op oppervlaktetextuur, gemeten op de schaal van Angstrom en altijd in termen van RMS.Ter vergelijking: er zijn tien angström nodig om gelijk te zijn aan één nanometer en 632,8 nanometer om gelijk te zijn aan één golf.
Afbeelding 15: Oppervlakteruwheid RMS-meting
| Tabel 8: Productietoleranties voor Surface Finish | |
| Oppervlakteruwheid (RMS) | Kwaliteitsklasse |
| 50Å | Typisch |
| 20Å | Precisie |
| 5A | Hoge precisie |
Verzonden Wavefront-fout
Transmitted wavefront error (TWE) wordt gebruikt om de prestaties van optische elementen te kwalificeren als er licht doorheen gaat.In tegenstelling tot oppervlaktevormmetingen, bevatten verzonden golffrontmetingen fouten van het voor- en achteroppervlak, wiggen en homogeniteit van het materiaal.Deze maatstaf van de algehele prestatie biedt een beter inzicht in de real-world prestaties van een optiek.
Hoewel veel optische componenten afzonderlijk worden getest op oppervlaktevorm of TWE-specificaties, worden deze componenten onvermijdelijk ingebouwd in complexere optische samenstellingen met eigen prestatie-eisen.In sommige toepassingen is het acceptabel om te vertrouwen op componentmetingen en toleranties om de uiteindelijke prestaties te voorspellen, maar voor meer veeleisende toepassingen is het belangrijk om de samenstelling as-built te meten.
TWE-metingen worden gebruikt om te bevestigen dat een optisch systeem volgens specificatie is gebouwd en zal werken zoals verwacht.Bovendien kunnen TWE-metingen worden gebruikt om systemen actief uit te lijnen, waardoor de montagetijd wordt verkort en tegelijkertijd wordt gegarandeerd dat de verwachte prestaties worden behaald.
Paralight Optics bevat ultramoderne CNC-slijpmachines en polijstmachines, zowel voor standaard bolvormen als voor asferische en vrije contouren.Door gebruik te maken van de geavanceerde metrologie, waaronder Zygo interferometers, profilometers, TriOptics Opticentric, TriOptics OptiSpheric, enz. voor zowel in-proces metrologie als eindinspectie, evenals onze jarenlange ervaring in optische fabricage en coating, kunnen we enkele van de meest complexe en hoogwaardige optica om te voldoen aan de vereiste optische specificatie van de klanten.
Bekijk voor meer gedetailleerde specificaties onze catalogus optica of aanbevolen producten.
Posttijd: 26 april 2023