Overflatekvalitet
Overflatekvaliteten til en optisk overflate beskriver dens kosmetiske utseende og inkluderer slike defekter som riper og groper, eller graver.I de fleste tilfeller er disse overflatedefektene rent kosmetiske og påvirker ikke systemets ytelse nevneverdig, men de kan forårsake et lite tap i systemgjennomstrømning og en liten økning i spredt lys.Imidlertid er visse overflater mer følsomme for disse effektene som: (1) overflater ved bildeplan fordi disse defektene er i fokus og (2) overflater som ser høye effektnivåer fordi disse defektene kan forårsake økt absorpsjon av energi og skade optikken.Den vanligste spesifikasjonen som brukes for overflatekvalitet er skrapegravingsspesifikasjonen beskrevet av MIL-PRF-13830B.Ripebetegnelsen bestemmes ved å sammenligne ripene på en overflate med et sett med standard riper under kontrollerte lysforhold.Derfor beskriver ikke ripebetegnelsen selve ripen, men sammenligner den med en standardisert ripe i henhold til MIL-Spec.Gravbetegnelsen har imidlertid direkte sammenheng med graven, eller den lille gropen i overflaten.Gravebetegnelsen beregnes ved diameteren av graven i mikron delt på 10. Scratch-grav spesifikasjoner på 80-50 regnes vanligvis som standardkvalitet, 60-40 presisjonskvalitet og 20-10 høypresisjonskvalitet.
| Tabell 6: Produksjonstoleranser for overflatekvalitet | |
| Overflatekvalitet (skrapegraving) | Kvalitetskarakter |
| 80-50 | Typisk |
| 60-40 | Presisjon |
| 40-20 | Høy presisjon |
Flathet på overflaten
Overflateplanhet er en type overflatenøyaktighetsspesifikasjon som måler avviket til en flat overflate som for eksempel et speil, et vindu, et prisme eller en planlinse.Dette avviket kan måles ved å bruke en optisk flat, som er en høykvalitets, svært presis flat referanseflate som brukes til å sammenligne flatheten til et teststykke.Når den flate overflaten av testoptikken plasseres mot den optiske flaten, vises frynser hvis form dikterer flatheten til optikken under inspeksjon.Hvis frynsene er jevnt fordelt, rette og parallelle, er den optiske overflaten som testes minst like flat som den optiske referanseflaten.Hvis frynsene er buede, indikerer antallet frynser mellom to imaginære linjer, en som tangerer midten av en fryns og en gjennom endene av den samme frynsen, flathetsfeilen.Avvikene i flathet måles ofte i verdier av bølger (λ), som er multipler av bølgelengden til testkilden.En frynser tilsvarer ½ av en bølge, dvs. 1 λ ekvivalent med 2 frynser.
| Tabell 7: Produksjonstoleranser for flathet | |
| Flathet | Kvalitetskarakter |
| 1λ | Typisk |
| λ/4 | Presisjon |
| λ/10 | Høy presisjon |
Makt
Strøm er en type overflatenøyaktighetsspesifikasjon, gjelder for buede optiske overflater, eller overflater med strøm.Det er en måling av krumning på overflaten av en optikk og skiller seg fra krumningsradius ved at den gjelder mikroskalaavviket i den sfæriske formen til en linse.Tenk for eksempel på at krumningsradiusen er definert som 100 +/-0,1 mm, når denne radiusen er generert, polert og målt, finner vi at den faktiske krumningen er 99,95 mm som faller innenfor den spesifiserte mekaniske toleransen.I dette tilfellet vet vi at brennvidden også er riktig siden vi har oppnådd riktig sfærisk form.Men bare fordi radius og brennvidde er riktig, betyr det ikke at objektivet vil fungere som designet.Det er derfor ikke nok å bare definere krumningsradius, men også konsistensen til krumningen – og det er nettopp dette kraften er designet for å kontrollere.Igjen ved å bruke den samme radiusen på 99,95 mm som nevnt ovenfor, kan en optiker ønske å ytterligere kontrollere nøyaktigheten til refraktert lys ved å begrense kraften til ≤ 1 λ.Dette betyr at over hele diameteren kan det ikke være større avvik enn 632,8 nm (1λ = 632,8 nm) i konsistensen til den sfæriske formen.Å legge til dette strengere kontrollnivået til overflateformen hjelper til med å sikre at lysstrålene på den ene siden av linsen ikke brytes annerledes enn de på den andre siden.Siden målet kan være å oppnå nøyaktig fokus for alt innfallende lys, jo mer konsistent formen er, desto mer presist vil lyset oppføre seg når det passerer gjennom linsen.
Optikere spesifiserer strømfeil i form av bølger eller frynser og måler den ved hjelp av et interferometer.Den er testet på en måte som ligner flathet, ved at en buet overflate sammenlignes med en referanseflate med en høyt kalibrert krumningsradius.Ved å bruke samme prinsipp for interferens forårsaket av luftspaltene mellom de to overflatene, brukes interferensens mønster av frynser for å beskrive testflatens avvik fra referanseflaten (Figur 11).Et avvik fra referansestykket vil skape en serie ringer, kjent som Newtons ringer.Jo flere ringer som er tilstede, jo større er avviket.Antall mørke eller lyse ringer, ikke summen av både lys og mørke, tilsvarer dobbelt så mange feilbølger.
Figur 11: Strømfeil testet ved å sammenligne med en referanseoverflate eller bruke et interferometer
Effektfeil er relatert til feilen i krumningsradiusen ved følgende ligning der ∆R er radiusfeilen, D er linsediameteren, R er overflateradiusen og λ er bølgelengden (typisk 632,8 nm):
Strømfeil [bølger eller λ] = ∆R D²/8R²λ
Figur 12: Strømfeil over diameter vs radiusfeil i senteret
Uregelmessighet
Uregelmessighet tar hensyn til småskalavariasjoner på en optisk overflate.I likhet med kraft måles den i form av bølger eller frynser og karakteriseres ved hjelp av et interferometer.Konseptuelt er det lettest å tenke på uregelmessighet som en spesifikasjon som definerer hvor jevn jevn en optisk overflate må være.Mens de totalt målte toppene og dalene på en optisk overflate kan være veldig konsistente i ett område, kan en annen del av optikken vise et mye større avvik.I et slikt tilfelle kan lys som brytes av linsen oppføre seg annerledes avhengig av hvor det brytes av optikken.Uregelmessighet er derfor en viktig faktor når du designer linser.Følgende figur viser hvordan denne overflateformens avvik fra den perfekt sfæriske kan karakteriseres ved bruk av en uregelmessig PV-spesifikasjon.
Figur 13: Uregelmessighet PV-måling
Uregelmessighet er en type overflatenøyaktighetsspesifikasjon som beskriver hvordan formen på en overflate avviker fra formen til en referanseflate.Den er hentet fra samme måling som kraft.Regularitet refererer til sfærisiteten til de sirkulære frynsene som dannes fra sammenligningen av testflaten med referanseflaten.Når kraften til en overflate er mer enn 5 frynser, er det vanskelig å oppdage små uregelmessigheter på mindre enn 1 frynser.Derfor er det vanlig praksis å spesifisere overflater med et forhold mellom kraft og uregelmessighet på omtrent 5:1.
Figur 14: Flathet vs kraft vs uregelmessighet
RMS-vers PV Kraft og uregelmessighet
Når man diskuterer makt og uregelmessigheter, er det viktig å skille mellom de to metodene de kan defineres på.Den første er en absolutt verdi.For eksempel, hvis en optikk er definert til å ha 1 bølgeuregelmessighet, kan det ikke være mer enn 1 bølgeforskjell mellom det høyeste og laveste punktet på den optiske overflaten eller topp-til-dalen (PV).Den andre metoden er å spesifisere kraften eller uregelmessigheten som 1 bølge RMS (root mean squared) eller gjennomsnitt.I denne tolkningen kan en optisk overflate definert som 1 bølge RMS uregelmessig, faktisk ha topper og daler som er i overkant av 1 bølge, men når man undersøker hele overflaten, må den totale gjennomsnittlige uregelmessigheten falle innenfor 1 bølge.
Alt i alt er RMS og PV begge metoder for å beskrive hvor godt formen til et objekt samsvarer med dens utformede krumning, kalt henholdsvis "overflatefigur" og "overflateruhet".De er begge beregnet fra de samme dataene, for eksempel en interferometermåling, men betydningene er ganske forskjellige.PV er flinke til å gi et "worst-case-scenario" for overflaten;RMS er en metode for å beskrive gjennomsnittlig avvik til overflatetallet fra ønsket eller referanseflate.RMS er bra for å beskrive den totale overflatevariasjonen.Det er ikke et enkelt forhold mellom PV og RMS.Men som en generell regel er en RMS-verdi omtrent 0,2 like stringent som den ikke-gjennomsnittlige verdien sammenlignet side ved side, dvs. 0,1 bølge uregelmessig PV tilsvarer omtrent 0,5 bølge RMS.
Overflatefinish
Overflatefinish, også kjent som overflateruhet, måler småskala uregelmessigheter på en overflate.De er vanligvis et uheldig biprodukt av poleringsprosessen og materialtypen.Selv om optikken anses som eksepsjonelt glatt med liten uregelmessighet på tvers av overflaten, kan en faktisk mikroskopisk undersøkelse avsløre en stor variasjon i overflateteksturen ved inspeksjon på nært hold.En god analogi av denne artefakten er å sammenligne overflateruhet med sandpapirkorn.Mens den fineste kornstørrelsen kan føles jevn og jevn å ta på, er overflaten faktisk sammensatt av mikroskopiske topper og daler bestemt av den fysiske størrelsen på selve kornet.Når det gjelder optikk, kan "kornet" betraktes som mikroskopiske uregelmessigheter i overflateteksturen forårsaket av kvaliteten på poleringen.Rue overflater har en tendens til å slites raskere enn glatte overflater og er kanskje ikke egnet for enkelte bruksområder, spesielt de med lasere eller intens varme, på grunn av mulige kjernedannelsessteder som kan vises i små sprekker eller ufullkommenheter.
I motsetning til kraft og uregelmessighet, som måles i bølger eller brøkdeler av en bølge, måles overflateruhet, på grunn av dets ekstreme nærbildefokus på overflatetekstur, på skalaen av ångstrøm og alltid i form av RMS.Til sammenligning tar det ti ångstrøm for å være lik én nanometer og 632,8 nanometer for å være lik én bølge.
Figur 15: Overflateruhet RMS-måling
| Tabell 8: Produksjonstoleranser for overflatebehandling | |
| Overflateruhet (RMS) | Kvalitetskarakter |
| 50Å | Typisk |
| 20Å | Presisjon |
| 5Å | Høy presisjon |
Overført bølgefrontfeil
Transmitted wavefront error (TWE) brukes til å kvalifisere ytelsen til optiske elementer når lys passerer gjennom.I motsetning til overflateformmålinger inkluderer overførte bølgefrontmålinger feil fra front- og bakoverflaten, kile og homogenitet til materialet.Denne beregningen av total ytelse gir en bedre forståelse av en optikks virkelige ytelse.
Mens mange optiske komponenter testes individuelt for overflateform eller TWE-spesifikasjoner, er disse komponentene uunngåelig innebygd i mer komplekse optiske sammenstillinger med egne ytelseskrav.I noen applikasjoner er det akseptabelt å stole på komponentmålinger og toleranse for å forutsi endelig ytelse, men for mer krevende applikasjoner er det viktig å måle sammenstillingen som den er bygget.
TWE-målinger brukes for å bekrefte at et optisk system er bygget etter spesifikasjoner og vil fungere som forventet.I tillegg kan TWE-målinger brukes til å aktivt justere systemer, redusere monteringstiden, samtidig som man sikrer at forventet ytelse oppnås.
Paralight Optics inneholder toppmoderne CNC-slipere og polere, både for standard sfæriske former, så vel som asfæriske og frie konturer.Ved å bruke avansert metrologi, inkludert Zygo interferometre, profilometre, TriOptics Opticentric, TriOptics OptiSpheric, etc. for både in-prosess metrologi og sluttinspeksjon, så vel som vår mange års erfaring innen optisk fabrikasjon og belegg gjør at vi kan takle noen av de mest komplekse og høyytende optikk for å møte de nødvendige optiske spesifikasjonene fra kundene.
For mer detaljerte spesifikasjoner, vennligst se vår katalogoptikk eller utvalgte produkter.
Innleggstid: 26. april 2023