Optiske spesifikasjoner brukes gjennom hele design og produksjon av en komponent eller et system for å karakterisere hvor godt det oppfyller visse ytelseskrav.De er nyttige av to grunner: For det første spesifiserer de akseptable grenser for nøkkelparametere som styrer systemytelsen;for det andre spesifiserer de mengden ressurser (dvs. tid og kostnader) som skal brukes på produksjon.Et optisk system kan lide av enten underspesifikasjon eller overspesifikasjon, som begge kan resultere i unødvendige ressurser.Paralight Optics gir kostnadseffektiv optikk for å møte dine eksakte krav.
For å få en bedre forståelse av optiske spesifikasjoner er det viktig å lære seg hva de i bunn og grunn betyr.Følgende er en kort introduksjon av de vanligste spesifikasjonene for nesten alle optiske elementer.
Produksjonsspesifikasjoner
Diametertoleranse
Diametertoleransen til en sirkulær optisk komponent gir det akseptable verdiområdet for diameteren.Diametertoleransen har ingen innvirkning på den optiske ytelsen til selve optikken, men det er en svært viktig mekanisk toleranse å vurdere dersom optikken skal monteres i en hvilken som helst type holder.For eksempel, hvis diameteren til en optisk linse avviker fra dens nominelle verdi, er det mulig at den mekaniske aksen kan forskyves fra den optiske aksen i en montert sammenstilling, og dermed forårsake desenter.
Figur 1: Desentrering av kollimert lys
Denne produksjonsspesifikasjonen kan variere basert på ferdighetene og egenskapene til den aktuelle produsenten.Paralight Optics kan produsere linser fra diameter 0,5 mm til 500 mm, toleranser kan nå grensene på +/- 0,001 mm.
| Tabell 1: Produksjonstoleranser for diameter | |
| Diameter Toleranser | Kvalitetskarakter |
| +0,00/-0,10 mm | Typisk |
| +0,00/-0,050 mm | Presisjon |
| +0,000/-0,010 | Høy presisjon |
Sentrumstykkelsestoleranse
Sentrumstykkelsen til en optisk komponent, for det meste linsene, er materialtykkelsen til komponenten målt i midten.Sentrumstykkelse måles på tvers av linsens mekaniske akse, definert som aksen nøyaktig mellom ytterkantene.Variasjon av sentertykkelsen til en linse kan påvirke den optiske ytelsen fordi sentertykkelsen, sammen med krumningsradius, bestemmer den optiske banelengden til stråler som passerer gjennom linsen.
Figur 2: Diagrammer for CT, ET & FL
| Tabell 2: Produksjonstoleranser for sentertykkelse | |
| Sentrumstykkelsestoleranser | Kvalitetskarakter |
| +/-0,10 mm | Typisk |
| +/-0,050 mm | Presisjon |
| +/-0,010 mm | Høy presisjon |
Edge Thickness Verses Center Thickness
Fra eksemplene ovenfor på diagrammer som viser sentertykkelsen, har du sannsynligvis lagt merke til at tykkelsen på en linse varierer fra kanten til midten av optikken.Dette er åpenbart en funksjon av krumningsradius og nedbøyning.Plankonvekse, bikonvekse og positive menisklinser har større tykkelse i midten enn ved kanten.For plankonkave, bikonkave og negative menisklinser er sentertykkelsen alltid tynnere enn kanttykkelsen.Optiske designere spesifiserer generelt både kant- og sentertykkelse på tegningene sine, tolererer en av disse dimensjonene, mens de bruker den andre som referansedimensjon.Det er viktig å merke seg at uten en av disse dimensjonene er det umulig å skjelne den endelige formen på linsen.
Figur 3: Diagrammer for CE, ET, BEF og EFL
Kile/kanttykkelsesforskjell (ETD)
Wedge, noen ganger referert til som ETD eller ETV (Edge Thickness Variation), er et enkelt konsept å forstå når det gjelder linsedesign og fabrikasjon.I utgangspunktet styrer denne spesifikasjonen hvor parallelle de to optiske overflatene til en linse er med hverandre.Enhver variasjon fra parallell kan føre til at det transmitterte lyset avviker fra sin vei, siden målet er å fokusere eller divergere lys på en kontrollert måte, introduserer wedge derfor uønsket avvik i lysbanen.Kile kan spesifiseres i form av vinkelavvik (sentreringsfeil) mellom de to overføringsflatene eller en fysisk toleranse på kanttykkelsesvariasjonen, dette representerer feiljusteringen mellom den mekaniske og optiske aksen til en linse.
Figur 4: Sentreringsfeil
Sagitta (Sag)
Krumningsradius er direkte relatert til Sagitta, oftere kalt Sag i den optiske industrien.I geometriske termer representerer Sagitta avstanden fra det nøyaktige sentrum av en bue til midten av basen.I optikk gjelder Sag for enten den konvekse eller konkave krumningen og representerer den fysiske avstanden mellom toppunktet (høyeste eller laveste punkt) langs kurven og midtpunktet til en linje tegnet vinkelrett på kurven fra den ene kanten av optikken til annen.Figuren nedenfor gir en visuell skildring av Sag.
Figur 5: Diagrammer av Sag
Sag er viktig fordi det gir senterplasseringen for krumningsradiusen, og dermed gjør det mulig for produsentene å plassere radiusen på optikken riktig, samt etablere både senter- og kanttykkelsen til en optikk.Ved å kjenne krumningsradiusen, så vel som diameteren til en optikk, kan sagen beregnes ved hjelp av følgende formel.
Hvor:
R = krumningsradius
d = diameter
Krumningsradius
Det viktigste aspektet ved en linse er krumningsradius, det er en grunnleggende og funksjonell parameter for sfæriske optiske overflater, som krever kvalitetskontroll under produksjon.Krumningsradius er definert som avstanden mellom en optisk komponents toppunkt og krumningssenteret.Den kan være positiv, null eller negativ, avhengig av om overflaten er konveks, plan eller konkav, med respekt.
Å kjenne verdien av krumningsradius og sentertykkelse gjør det mulig å bestemme den optiske veilengden til stråler som passerer gjennom linsen eller speilet, men det spiller også en stor rolle i å bestemme den optiske kraften til overflaten, som er hvor sterkt den optiske systemet konvergerer eller divergerer lys.Optiske designere skiller mellom lange og korte brennvidder ved å beskrive mengden optisk kraft til linsene deres.Korte brennvidder, de som bøyer lyset raskere og derfor oppnår fokus i kortere avstand fra sentrum av linsen sies å ha større optisk kraft, mens de som fokuserer lyset saktere beskrives som å ha mindre optisk kraft.Krumningsradius definerer brennvidden til et objektiv, en enkel måte å beregne brennvidden for tynne linser er gitt av Thin Lens Approximation of Lens-Maker's Formula.Vær oppmerksom på at denne formelen kun er gyldig for linser hvis tykkelse er liten sammenlignet med den beregnede brennvidden.
Hvor:
f = brennvidde
n = brytningsindeksen til linsematerialet
r1 = krumningsradius for overflaten nærmest innfallende lys
r2 = krumningsradius for overflaten lengst unna innfallende lys
For å kontrollere enhver variasjon i brennvidden, må optikere derfor definere radiustoleransen.Den første metoden er å bruke en enkel mekanisk toleranse, for eksempel kan en radius defineres som 100 +/- 0,1 mm.I et slikt tilfelle kan radiusen variere mellom 99,9 mm og 100,1 mm.Den andre metoden er å bruke en radiustoleranse i prosent.Ved å bruke samme 100 mm radius kan en optiker spesifisere at krumningen ikke kan variere mer enn 0,5 %, noe som betyr at radiusen må falle mellom 99,5 mm og 100,5 mm.Den tredje metoden er å definere en toleranse på brennvidden, oftest i prosent.For eksempel kan et objektiv med en brennvidde på 500 mm ha en toleranse på +/-1 %, som tilsvarer 495 mm til 505 mm.Ved å plugge disse brennviddene inn i den tynne linseligningen, kan produsentene utlede den mekaniske toleransen på krumningsradiusen.
Figur 6: Radiustoleranse ved krumningssenter
| Tabell 3: Produksjonstoleranser for krumningsradius | |
| Radius av krumningstoleranser | Kvalitetskarakter |
| +/-0,5 mm | Typisk |
| +/-0,1 % | Presisjon |
| +/-0,01 % | Høy presisjon |
I praksis bruker optiske produsenter flere forskjellige typer instrumenter for å kvalifisere krumningsradiusen på en linse.Den første er en sfærometerring festet til en målemåler.Ved å sammenligne forskjellen i krumning mellom en forhåndsdefinert "ring" og optikkens krumningsradius, kan produsenter avgjøre om ytterligere korreksjon er nødvendig for å oppnå riktig radius.Det finnes også en rekke digitale sfærometre på markedet for økt nøyaktighet.En annen svært nøyaktig metode er et automatisert kontaktprofilometer som bruker en sonde til fysisk å måle linsens kontur.Til slutt kan den berøringsfrie metoden for interferometri brukes til å lage et frynsemønster som er i stand til å kvantifisere den fysiske avstanden mellom den sfæriske overflaten til dens tilsvarende krumningssenter.
Sentrering
Sentrering er også kjent som sentrering eller desentrering.Som navnet tilsier, kontrollerer sentrering nøyaktigheten av plassering av krumningsradius.En perfekt sentrert radius vil nøyaktig justere toppunktet (sentrum) av krumningen til den ytre diameteren til underlaget.For eksempel ville en plankonveks linse med en diameter på 20 mm ha en perfekt sentrert radius hvis toppunktet var lineært plassert nøyaktig 10 mm fra et hvilket som helst punkt langs den ytre diameteren.Det følger derfor at optiske produsenter må ta hensyn til både X- og Y-aksen når de kontrollerer sentrering som vist nedenfor.
Figur 7: Diagram over desentrering
Mengden desenter i en linse er den fysiske forskyvningen av den mekaniske aksen fra den optiske aksen.Den mekaniske aksen til en linse er ganske enkelt den geometriske aksen til linsen og er definert av dens ytre sylinder.Den optiske aksen til en linse er definert av de optiske overflatene og er linjen som forbinder krumningssentrene til overflatene.
Figur 8: Diagram over desentrering
| Tabell 4: Produksjonstoleranser for sentrering | |
| Sentrering | Kvalitetskarakter |
| +/-5 bueminutter | Typisk |
| +/-3 bueminutter | Presisjon |
| +/-30 buesekunder | Høy presisjon |
Parallellisme
Parallellisme beskriver hvor parallelle to flater er i forhold til hverandre.Det er nyttig for å spesifisere komponenter som vinduer og polarisatorer der parallelle overflater er ideelle for systemytelse fordi de minimerer forvrengning som ellers kan forringe bilde- eller lyskvaliteten.Typiske toleranser varierer fra 5 bueminutter ned til noen få buesekunder som følger:
| Tabell 5: Produksjonstoleranser for parallellisme | |
| Parallellitetstoleranser | Kvalitetskarakter |
| +/-5 bueminutter | Typisk |
| +/-3 bueminutter | Presisjon |
| +/-30 buesekunder | Høy presisjon |
Vinkeltoleranse
I komponenter som prismer og stråledelere er vinklene mellom overflatene avgjørende for ytelsen til optikken.Denne vinkeltoleransen måles vanligvis ved hjelp av en autokollimatorenhet, hvis lyskildesystem sender ut kollimert lys.Autokollimatoren roteres rundt overflaten av optikken til den resulterende Fresnel-refleksjonen tilbake i den produserer en flekk på toppen av overflaten under inspeksjon.Dette bekrefter at den kollimerte strålen treffer overflaten med nøyaktig normal innfall.Hele autokollimatorenheten roteres deretter rundt optikken til neste optiske overflate og den samme prosedyren gjentas.Figur 3 viser et typisk autokollimatoroppsett som måler vinkeltoleranse.Forskjellen i vinkel mellom de to målte posisjonene brukes til å beregne toleransen mellom de to optiske flatene.Vinkeltoleranse kan holdes til toleranser på noen få bueminutter helt ned til noen få buesekunder.
Figur 9: Autokollimatoroppsett Måling av vinkeltoleranse
Skråkant
Underlagshjørner kan være svært skjøre, derfor er det viktig å beskytte dem når du håndterer eller monterer en optisk komponent.Den vanligste måten å beskytte disse hjørnene på er å skrå kantene.Faser fungerer som beskyttende avfasninger og forhindrer kantflis.Vennligst se følgende tabell 5 for skråspesifikasjoner for forskjellige diametre.
| Tabell 6: Produksjonsgrenser for maksimal flatebredde på skråkant | |
| Diameter | Maksimal ansiktsbredde på skråkant |
| 3,00 - 5,00 mm | 0,25 mm |
| 25,41 mm - 50,00 mm | 0,3 mm |
| 50,01 mm - 75,00 mm | 0,4 mm |
Klar blenderåpning
Klar blenderåpning styrer hvilken del av et objektiv som må overholde alle spesifikasjonene beskrevet ovenfor.Det er definert som diameteren eller størrelsen på en optisk komponent enten mekanisk eller i prosent som må oppfylle spesifikasjonene, utenom den garanterer ikke produsentene at optikken vil overholde de angitte spesifikasjonene.Et objektiv kan for eksempel ha en diameter på 100 mm og en klar blenderåpning spesifisert som enten 95 mm eller 95 %.Begge metodene er akseptable, men det er viktig å huske som en generell regel, jo større blenderåpning, desto vanskeligere er optikken å produsere siden den skyver de nødvendige ytelsesegenskapene nærmere og nærmere den fysiske kanten av optikken.
På grunn av produksjonsbegrensninger er det praktisk talt umulig å produsere en klar åpning nøyaktig lik diameteren, eller lengden i bredden, til en optikk.
Figur 10: Grafikk som indikerer klar blenderåpning og diameter på et objektiv
| Tabell 7: Klare blenderåpningstoleranser | |
| Diameter | Klar blenderåpning |
| 3,00 mm – 10,00 mm | 90 % av diameter |
| 10,01 mm - 50,00 mm | Diameter - 1 mm |
| ≥ 50,01 mm | Diameter - 1,5 mm |
For mer detaljerte spesifikasjoner, vennligst se vår katalogoptikk eller utvalgte produkter.
Innleggstid: 20. april 2023