Specyfikacje optyczne są wykorzystywane podczas projektowania i produkcji komponentu lub systemu, aby określić, jak dobrze spełnia on określone wymagania dotyczące wydajności.Są przydatne z dwóch powodów: po pierwsze, określają dopuszczalne granice kluczowych parametrów rządzących wydajnością systemu;po drugie, określają ilość zasobów (tj. czasu i kosztów), które należy przeznaczyć na produkcję.System optyczny może cierpieć z powodu niedostatecznej lub nadmiernej specyfikacji, co może skutkować niepotrzebnym wydatkiem zasobów.Paralight Optics zapewnia ekonomiczną optykę, która dokładnie spełni Twoje wymagania.
Aby lepiej zrozumieć specyfikacje optyczne, ważne jest, aby dowiedzieć się, co one zasadniczo oznaczają.Poniżej znajduje się krótkie wprowadzenie do najczęściej spotykanych specyfikacji prawie wszystkich elementów optycznych.
Specyfikacje produkcyjne
Tolerancja średnicy
Tolerancja średnicy okrągłego elementu optycznego zapewnia akceptowalny zakres wartości średnicy.Tolerancja średnicy nie ma żadnego wpływu na parametry optyczne samej optyki, jednak jest to bardzo ważna tolerancja mechaniczna, którą należy wziąć pod uwagę, jeśli optyka ma być montowana w jakimkolwiek uchwycie.Na przykład, jeśli średnica soczewki optycznej odbiega od jej wartości nominalnej, możliwe jest, że oś mechaniczna może zostać przesunięta względem osi optycznej w zamontowanym zespole, powodując w ten sposób decentrację.
Rysunek 1: Decentracja skolimowanego światła
Ta specyfikacja produkcyjna może się różnić w zależności od umiejętności i możliwości konkretnego wytwórcy.Paralight Optics może produkować soczewki o średnicy od 0,5 mm do 500 mm, tolerancje mogą sięgać granic +/- 0,001 mm.
| Tabela 1: Tolerancje produkcyjne dla średnicy | |
| Tolerancje średnicy | Klasa jakości |
| +0,00/-0,10 mm | Typowy |
| +0,00/-0,050 mm | Precyzja |
| +0,000/-0,010 | Wysoka precyzja |
Tolerancja grubości środka
Środkowa grubość elementu optycznego, głównie soczewek, to grubość materiału elementu mierzona w środku.Grubość środka mierzona jest wzdłuż osi mechanicznej soczewki, zdefiniowanej jako oś dokładnie pomiędzy jej zewnętrznymi krawędziami.Zmiana grubości środka soczewki może wpływać na parametry optyczne, ponieważ grubość środka wraz z promieniem krzywizny określa długość drogi optycznej promieni przechodzących przez soczewkę.
Rysunek 2: Diagramy dla CT, ET i FL
| Tabela 2: Tolerancje produkcyjne dla grubości środka | |
| Tolerancje grubości środka | Klasa jakości |
| +/-0,10 mm | Typowy |
| +/-0,050 mm | Precyzja |
| +/-0,010 mm | Wysoka precyzja |
Grubość krawędzi Verse Grubość środka
Z powyższych przykładów diagramów przedstawiających grubość środka prawdopodobnie zauważyłeś, że grubość soczewki zmienia się od krawędzi do środka optyki.Oczywiście jest to funkcja promienia krzywizny i ugięcia.Soczewki płasko-wypukłe, dwuwypukłe i soczewki dodatnie mają większą grubość w środku niż na krawędzi.W przypadku soczewek plano-wklęsłych, dwuwklęsłych i ujemnej menisku grubość środka jest zawsze cieńsza niż grubość krawędzi.Projektanci optyki zazwyczaj określają zarówno grubość krawędzi, jak i środek na swoich rysunkach, tolerując jeden z tych wymiarów, podczas gdy drugi używa jako wymiaru odniesienia.Należy zauważyć, że bez jednego z tych wymiarów nie można określić ostatecznego kształtu soczewki.
Rysunek 3: Diagramy dla CE, ET, BEF i EFL
Różnica grubości klina / krawędzi (ETD)
Klin, czasami określany jako ETD lub ETV (Edge Thickness Variation), jest prostą koncepcją do zrozumienia w zakresie projektowania i produkcji soczewek.Zasadniczo ta specyfikacja kontroluje, jak równoległe są do siebie dwie powierzchnie optyczne soczewki.Wszelkie odchylenia od równoległości mogą spowodować, że transmitowane światło zboczy ze swojej ścieżki, ponieważ celem jest skupienie lub rozproszenie światła w kontrolowany sposób, dlatego klin wprowadza niepożądane odchylenie na drodze światła.Klin można określić jako odchylenie kątowe (błąd centrowania) między dwiema powierzchniami transmitującymi lub fizyczną tolerancję zmiany grubości krawędzi, co oznacza niewspółosiowość między osiami mechanicznymi i optycznymi soczewki.
Rysunek 4: Błąd centrowania
Strzelec (zwis)
Promień krzywizny jest bezpośrednio związany z Sagittą, częściej nazywaną Sag w przemyśle optycznym.W kategoriach geometrycznych Sagitta reprezentuje odległość od dokładnego środka łuku do środka jego podstawy.W optyce zwis odnosi się do krzywizny wypukłej lub wklęsłej i reprezentuje fizyczną odległość między wierzchołkiem (najwyższym lub najniższym punktem) punktu wzdłuż krzywej a punktem środkowym linii narysowanej prostopadle do krzywej od jednej krawędzi optyki do Inny.Poniższy rysunek przedstawia wizualne przedstawienie Sag.
Rysunek 5: Diagramy zwisu
Ugięcie jest ważne, ponieważ zapewnia centralne położenie promienia krzywizny, umożliwiając w ten sposób wytwórcom prawidłowe ustawienie promienia na optyce, a także ustalenie zarówno środka, jak i grubości krawędzi optyki.Znając promień krzywizny, a także średnicę optyki, zwis można obliczyć za pomocą następującego wzoru.
Gdzie:
R = promień krzywizny
d = średnica
Promień krzywizny
Najważniejszym aspektem soczewki jest promień krzywizny, jest to podstawowy i funkcjonalny parametr sferycznych powierzchni optycznych, który wymaga kontroli jakości podczas produkcji.Promień krzywizny definiuje się jako odległość między wierzchołkiem elementu optycznego a środkiem krzywizny.Może być dodatnia, zerowa lub ujemna, w zależności od tego, czy powierzchnia jest wypukła, płaska czy wklęsła.
Znajomość wartości promienia krzywizny i grubości środka pozwala określić długość drogi optycznej promieni przechodzących przez soczewkę lub zwierciadło, ale również odgrywa dużą rolę w określaniu mocy optycznej powierzchni, czyli tego, jak silnie optyczna układ skupia lub rozprasza światło.Projektanci optyki rozróżniają długie i krótkie ogniskowe, opisując ilość mocy optycznej swoich soczewek.Mówi się, że krótkie ogniskowe, czyli te, które szybciej zaginają światło i tym samym uzyskują ostrość w mniejszej odległości od środka soczewki, mają większą moc optyczną, podczas gdy te, które skupiają światło wolniej, mają mniejszą moc optyczną.Promień krzywizny określa ogniskową soczewki, prostym sposobem obliczenia ogniskowej dla cienkich soczewek jest przybliżenie cienkiej soczewki we wzorze Lens-Maker's Formula.Należy pamiętać, że ten wzór jest ważny tylko dla soczewek, których grubość jest mała w porównaniu z obliczoną ogniskową.
Gdzie:
f = ogniskowa
n = współczynnik załamania materiału soczewki
r1 = promień krzywizny dla powierzchni najbliższej padającemu światłu
r2 = promień krzywizny dla powierzchni najbardziej oddalonej od padającego światła
Aby kontrolować wszelkie zmiany ogniskowej, optycy muszą zatem określić tolerancję promienia.Pierwsza metoda polega na zastosowaniu prostej tolerancji mechanicznej, na przykład promień można zdefiniować jako 100 +/-0,1 mm.W takim przypadku promień może wynosić od 99,9 mm do 100,1 mm.Druga metoda polega na zastosowaniu tolerancji promienia wyrażonej w procentach.Używając tego samego promienia 100 mm, optyk może określić, że krzywizna nie może różnić się o więcej niż 0,5%, co oznacza, że promień musi mieścić się w przedziale od 99,5 mm do 100,5 mm.Trzecim sposobem jest zdefiniowanie tolerancji ogniskowej, najczęściej w procentach.Na przykład obiektyw o ogniskowej 500 mm może mieć tolerancję +/-1%, co przekłada się na zakres od 495 mm do 505 mm.Podłączenie tych ogniskowych do równania cienkiej soczewki umożliwia wytwórcom uzyskanie mechanicznej tolerancji promienia krzywizny.
Rysunek 6: Tolerancja promienia w środku krzywizny
| Tabela 3: Tolerancje produkcyjne dla promienia krzywizny | |
| Promień tolerancji krzywizny | Klasa jakości |
| +/-0,5 mm | Typowy |
| +/-0,1% | Precyzja |
| +/-0,01% | Wysoka precyzja |
W praktyce producenci optyki używają kilku różnych typów przyrządów do określania promienia krzywizny soczewki.Pierwszym z nich jest pierścień sferometryczny przymocowany do miernika.Porównując różnicę krzywizny między wstępnie zdefiniowanym „pierścieniem” a promieniem krzywizny optyki, wytwórcy mogą określić, czy konieczna jest dalsza korekcja w celu uzyskania odpowiedniego promienia.Na rynku dostępnych jest również wiele cyfrowych sferometrów zwiększających dokładność.Inną bardzo dokładną metodą jest zautomatyzowany profilometr kontaktowy, który wykorzystuje sondę do fizycznego pomiaru konturu soczewki.Wreszcie bezkontaktową metodę interferometrii można wykorzystać do stworzenia wzoru prążków umożliwiającego ilościowe określenie fizycznej odległości między powierzchnią sferyczną a odpowiadającym jej środkiem krzywizny.
Centrowanie
Centrowanie jest również znane jako centrowanie lub decentracja.Jak sama nazwa wskazuje, centrowanie kontroluje dokładność lokalizacji promienia krzywizny.Idealnie wyśrodkowany promień dokładnie wyrównałby wierzchołek (środek) jego krzywizny z zewnętrzną średnicą podłoża.Na przykład soczewka płasko-wypukła o średnicy 20 mm miałaby idealnie wyśrodkowany promień, gdyby wierzchołek znajdował się liniowo dokładnie 10 mm od dowolnego punktu wzdłuż średnicy zewnętrznej.Wynika z tego, że producenci optyki muszą brać pod uwagę zarówno osie X, jak i Y podczas kontrolowania centrowania, jak pokazano poniżej.
Rysunek 7: Schemat decentracji
Ilość decentratora w soczewce to fizyczne przesunięcie osi mechanicznej od osi optycznej.Mechaniczna oś soczewki jest po prostu osią geometryczną soczewki i jest określona przez jej zewnętrzny cylinder.Oś optyczna soczewki jest określona przez powierzchnie optyczne i jest linią łączącą środki krzywizny powierzchni.
Rysunek 8: Schemat decentracji
| Tabela 4: Tolerancje produkcyjne dla Centrowania | |
| Centrowanie | Klasa jakości |
| +/-5 minut kątowych | Typowy |
| +/-3 minuty kątowe | Precyzja |
| +/-30 sekund kątowych | Wysoka precyzja |
Równoległość
Równoległość opisuje, jak równoległe są dwie powierzchnie względem siebie.Jest to przydatne przy określaniu komponentów, takich jak okna i polaryzatory, gdzie równoległe powierzchnie są idealne dla wydajności systemu, ponieważ minimalizują zniekształcenia, które w przeciwnym razie mogłyby pogorszyć jakość obrazu lub światła.Typowe tolerancje wahają się od 5 minut kątowych do kilku sekund łukowych w następujący sposób:
| Tabela 5: Tolerancje produkcyjne dla równoległości | |
| Tolerancje równoległości | Klasa jakości |
| +/-5 minut kątowych | Typowy |
| +/-3 minuty kątowe | Precyzja |
| +/-30 sekund kątowych | Wysoka precyzja |
Tolerancja kąta
W elementach takich jak pryzmaty i rozdzielacze wiązki kąty między powierzchniami mają kluczowe znaczenie dla działania optyki.Ta tolerancja kąta jest zwykle mierzona za pomocą zespołu autokolimatora, którego układ źródła światła emituje światło skolimowane.Autokolimator jest obracany wokół powierzchni optyki, aż wynikowe odbicie Fresnela z powrotem do niej utworzy plamkę na wierzchu badanej powierzchni.Potwierdza to, że skolimowana wiązka uderza w powierzchnię z dokładnie normalnym kątem padania.Cały zespół autokolimatora jest następnie obracany wokół optyki do następnej powierzchni optycznej i ta sama procedura jest powtarzana.Rysunek 3 przedstawia typową konfigurację autokolimatora do pomiaru tolerancji kąta.Różnica kątów między dwoma zmierzonymi pozycjami jest wykorzystywana do obliczenia tolerancji między dwiema powierzchniami optycznymi.Tolerancja kąta może być utrzymywana w granicach tolerancji od kilku minut kątowych aż do kilku sekund kątowych.
Rysunek 9: Ustawienie autokolimatora podczas pomiaru tolerancji kąta
Ukos
Narożniki podłoża mogą być bardzo delikatne, dlatego ważne jest, aby je chronić podczas przenoszenia lub montażu elementu optycznego.Najczęstszym sposobem ochrony tych narożników jest fazowanie krawędzi.Ukosy służą jako fazki ochronne i zapobiegają odpryskom krawędzi.Proszę zapoznać się z poniższą tabelą 5, aby zapoznać się ze specyfikacją ukosu dla różnych średnic.
| Tabela 6: Limity produkcyjne dla maksymalnej szerokości czoła skosu | |
| Średnica | Maksymalna szerokość czoła skosu |
| 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 |
Wyczyść przysłonę
Przezroczysta przysłona określa, jaka część obiektywu musi być zgodna ze wszystkimi specyfikacjami opisanymi powyżej.Jest zdefiniowany jako średnica lub rozmiar elementu optycznego, mechanicznie lub procentowo, który musi spełniać specyfikacje, poza tym producenci nie gwarantują, że optyka będzie zgodna z podanymi specyfikacjami.Na przykład soczewka może mieć średnicę 100 mm i przejrzystą aperturę określoną jako 95 mm lub 95%.Obie metody są dopuszczalne, ale należy pamiętać o ogólnej zasadzie, że im większa przesłona, tym trudniej jest wyprodukować optykę, ponieważ zbliża ona wymaganą charakterystykę działania do fizycznej krawędzi optyki.
Ze względu na ograniczenia produkcyjne praktycznie niemożliwe jest wytworzenie wyraźnej apertury dokładnie równej średnicy lub długości na szerokość optyki.
Rysunek 10: Grafika przedstawiająca przejrzystą przysłonę i średnicę soczewki
| Tabela 7: Jasne tolerancje przysłony | |
| Średnica | Wyczyść przysłonę |
| 3,00mm – 10,00mm | 90% średnicy |
| 10,01 mm - 50,00 mm | Średnica – 1 mm |
| ≥ 50,01 mm | Średnica – 1,5 mm |
Aby uzyskać bardziej szczegółowe specyfikacje, przejrzyj nasz katalog optyki lub polecane produkty.
Czas postu: 20-04-2023