As especificações ópticas são utilizadas em todo o projeto e fabricação de um componente ou sistema para caracterizar o quão bem ele atende a certos requisitos de desempenho.Eles são úteis por dois motivos: primeiro, eles especificam os limites aceitáveis dos principais parâmetros que governam o desempenho do sistema;em segundo lugar, eles especificam a quantidade de recursos (ou seja, tempo e custo) que devem ser gastos na fabricação.Um sistema óptico pode sofrer de subespecificação ou superespecificação, ambas as quais podem resultar em gastos desnecessários de recursos.A Paralight Optics fornece óptica econômica para atender às suas necessidades exatas.
Para obter uma melhor compreensão das especificações ópticas, é importante aprender o que elas significam basicamente.A seguir, uma breve introdução das especificações mais comuns de quase todos os elementos ópticos.
Especificações de Fabricação
tolerância de diâmetro
A tolerância de diâmetro de um componente óptico circular fornece a faixa aceitável de valores para o diâmetro.A tolerância do diâmetro não tem nenhum efeito sobre o desempenho óptico da própria óptica, porém é uma tolerância mecânica muito importante a ser considerada se a óptica for montada em qualquer tipo de suporte.Por exemplo, se o diâmetro de uma lente óptica se desviar de seu valor nominal, é possível que o eixo mecânico possa ser deslocado do eixo óptico em uma montagem montada, causando assim o descentramento.
Figura 1: Descentralização da Luz Colimada
Esta especificação de fabricação pode variar com base na habilidade e capacidades do fabricante específico.A Paralight Optics pode fabricar lentes de diâmetro de 0,5 mm a 500 mm, as tolerâncias podem atingir os limites de +/- 0,001 mm.
| Tabela 1: Tolerâncias de Fabricação para Diâmetro | |
| tolerâncias de diâmetro | Grau de qualidade |
| +0,00/-0,10 mm | Típica |
| +0,00/-0,050 mm | Precisão |
| +0,000/-0,010 | Alta precisão |
Tolerância de espessura central
A espessura do centro de um componente óptico, principalmente as lentes, é a espessura do material do componente medida no centro.A espessura do centro é medida ao longo do eixo mecânico da lente, definido como o eixo exatamente entre suas bordas externas.A variação da espessura do centro de uma lente pode afetar o desempenho óptico porque a espessura do centro, juntamente com o raio de curvatura, determina o comprimento do caminho óptico dos raios que passam pela lente.
Figura 2: Diagramas para CT, ET e FL
| Tabela 2: Tolerâncias de Fabricação para Espessura Central | |
| Tolerâncias de espessura central | Grau de qualidade |
| +/-0,10 mm | Típica |
| +/-0,050 mm | Precisão |
| +/-0,010 mm | Alta precisão |
Espessura da borda versus espessura do centro
A partir dos exemplos acima de diagramas que mostram a espessura do centro, você provavelmente notou que a espessura de uma lente varia da borda ao centro da ótica.Obviamente, isso é uma função do raio de curvatura e da curvatura.As lentes plano-convexas, biconvexas e de menisco positivo têm maior espessura em seus centros do que nas bordas.Para lentes plano-côncavas, bicôncavas e de menisco negativo, a espessura do centro é sempre mais fina do que a espessura da borda.Os projetistas ópticos geralmente especificam a espessura da borda e do centro em seus desenhos, tolerando uma dessas dimensões, enquanto usam a outra como dimensão de referência.É importante observar que sem uma dessas dimensões é impossível discernir o formato final da lente.
Figura 3: Diagramas para CE, ET, BEF e EFL
Diferença de espessura de cunha/borda (ETD)
Wedge, às vezes referido como ETD ou ETV (Edge Thickness Variation), é um conceito simples de entender em termos de design e fabricação de lentes.Basicamente, esta especificação controla o quão paralelas as duas superfícies ópticas de uma lente são entre si.Qualquer variação do paralelo pode fazer com que a luz transmitida desvie de seu caminho, já que o objetivo é focalizar ou divergir a luz de maneira controlada, portanto, a cunha introduz um desvio indesejado no caminho da luz.A cunha pode ser especificada em termos de desvio angular (erro de centralização) entre as duas superfícies transmissoras ou uma tolerância física na variação da espessura da borda, isso representa o desalinhamento entre os eixos mecânico e óptico de uma lente.
Figura 4: Erro de Centralização
Sagitta (Sag)
O raio de curvatura está diretamente relacionado a Sagitta, mais comumente chamado de Sag na indústria óptica.Em termos geométricos, Sagitta representa a distância do centro exato de um arco ao centro de sua base.Em óptica, Sag aplica-se à curvatura convexa ou côncava e representa a distância física entre o ponto do vértice (ponto mais alto ou mais baixo) ao longo da curva e o ponto central de uma linha traçada perpendicularmente à curva de uma borda da óptica para a outro.A figura abaixo oferece uma representação visual de Sagitário.
Figura 5: Diagramas de Sag
A curvatura é importante porque fornece a localização central para o raio de curvatura, permitindo assim que os fabricantes posicionem corretamente o raio na ótica, bem como estabelecendo a espessura do centro e da borda de uma ótica.Conhecendo o raio de curvatura, bem como o diâmetro de uma ótica, o Sag pode ser calculado pela seguinte fórmula.
Onde:
R = raio de curvatura
d = diâmetro
Raio de curvatura
O aspecto mais importante de uma lente é o raio de curvatura, é um parâmetro fundamental e funcional de superfícies ópticas esféricas, que requer controle de qualidade durante a fabricação.O raio de curvatura é definido como a distância entre o vértice de um componente óptico e o centro de curvatura.Pode ser positivo, zero ou negativo, dependendo se a superfície é convexa, plana ou côncava, respectivamente.
Conhecer o valor do raio de curvatura e da espessura do centro permite determinar o comprimento do caminho óptico dos raios que passam pela lente ou espelho, mas também desempenha um papel importante na determinação da potência óptica da superfície, que é a intensidade sistema converge ou diverge luz.Os projetistas ópticos distinguem entre distâncias focais longas e curtas descrevendo a quantidade de potência óptica de suas lentes.Distâncias focais curtas, aquelas que desviam a luz mais rapidamente e, portanto, atingem o foco a uma distância menor do centro da lente, dizem ter maior potência óptica, enquanto aquelas que focalizam a luz mais lentamente são descritas como tendo menor potência óptica.O raio de curvatura define a distância focal de uma lente, uma maneira simples de calcular a distância focal para lentes finas é dada pela Aproximação de Lentes Finas da Fórmula do Fabricante de Lentes.Observe que esta fórmula é válida apenas para lentes cuja espessura é pequena quando comparada à distância focal calculada.
Onde:
f = distância focal
n = índice de refração do material da lente
r1 = raio de curvatura para a superfície mais próxima da luz incidente
r2 = raio de curvatura para a superfície mais distante da luz incidente
Para controlar qualquer variação na distância focal, os ópticos precisam, portanto, definir a tolerância do raio.O primeiro método é aplicar uma tolerância mecânica simples, por exemplo, um raio pode ser definido como 100 +/-0,1 mm.Nesse caso, o raio pode variar entre 99,9 mm e 100,1 mm.O segundo método é aplicar uma tolerância de raio em termos de porcentagem.Usando o mesmo raio de 100 mm, um oftalmologista pode especificar que a curvatura não pode variar mais de 0,5%, o que significa que o raio deve cair entre 99,5 mm e 100,5 mm.O terceiro método é definir uma tolerância na distância focal, geralmente em termos de porcentagem.Por exemplo, uma lente com distância focal de 500 mm pode ter uma tolerância de +/-1%, que se traduz em 495 mm a 505 mm.Conectar essas distâncias focais na equação da lente fina permite que os fabricantes obtenham a tolerância mecânica no raio de curvatura.
Figura 6: Tolerância de Raio no Centro de Curvatura
| Tabela 3: Tolerâncias de Fabricação para Raio de Curvatura | |
| Raio de Tolerâncias de Curvatura | Grau de qualidade |
| +/-0,5 mm | Típica |
| +/-0,1% | Precisão |
| +/-0,01% | Alta precisão |
Na prática, os fabricantes ópticos usam vários tipos diferentes de instrumentos para qualificar o raio de curvatura de uma lente.O primeiro é um anel esferômetro preso a um medidor.Comparando a diferença na curvatura entre um “anel” predefinido e o raio de curvatura da ótica, os fabricantes podem determinar se é necessária mais correção para atingir o raio apropriado.Há também vários esferômetros digitais no mercado para maior precisão.Outro método altamente preciso é um perfilômetro de contato automatizado que usa uma sonda para medir fisicamente o contorno da lente.Finalmente, o método de interferometria sem contato pode ser usado para criar um padrão de franja capaz de quantificar a distância física entre a superfície esférica e seu centro de curvatura correspondente.
Centralização
A centralização também é conhecida por centralização ou descentralização.Como o nome indica, a centralização controla a precisão da localização do raio de curvatura.Um raio perfeitamente centralizado alinharia com precisão o vértice (centro) de sua curvatura ao diâmetro externo do substrato.Por exemplo, uma lente plano-convexa com um diâmetro de 20 mm teria um raio perfeitamente centralizado se o vértice fosse posicionado linearmente a exatamente 10 mm de qualquer ponto ao longo do diâmetro externo.Segue-se, portanto, que os fabricantes ópticos devem levar em consideração os eixos X e Y ao controlar a centralização, conforme mostrado abaixo.
Figura 7: Diagrama de Descentralização
A quantidade de descentralização em uma lente é o deslocamento físico do eixo mecânico do eixo óptico.O eixo mecânico de uma lente é simplesmente o eixo geométrico da lente e é definido por seu cilindro externo.O eixo óptico de uma lente é definido pelas superfícies ópticas e é a linha que conecta os centros de curvatura das superfícies.
Figura 8: Diagrama de Descentralização
| Tabela 4: Tolerâncias de fabricação para Centralização | |
| Centralização | Grau de qualidade |
| +/- 5 minutos de arco | Típica |
| +/-3 Arcminutos | Precisão |
| +/-30 segundos de arco | Alta precisão |
Paralelismo
O paralelismo descreve o quão paralelas duas superfícies são uma em relação à outra.É útil na especificação de componentes como janelas e polarizadores, onde as superfícies paralelas são ideais para o desempenho do sistema porque minimizam a distorção que pode degradar a imagem ou a qualidade da luz.As tolerâncias típicas variam de 5 minutos de arco até alguns segundos de arco, como segue:
| Tabela 5: Tolerâncias de fabricação para paralelismo | |
| Tolerâncias de Paralelismo | Grau de qualidade |
| +/- 5 minutos de arco | Típica |
| +/-3 Arcminutos | Precisão |
| +/-30 segundos de arco | Alta precisão |
Tolerância de Ângulo
Em componentes como prismas e divisores de feixe, os ângulos entre as superfícies são críticos para o desempenho da ótica.Essa tolerância angular é normalmente medida usando um conjunto de autocolimador, cujo sistema de fonte de luz emite luz colimada.O autocolimador é girado sobre a superfície da óptica até que a reflexão de Fresnel resultante produza um ponto no topo da superfície sob inspeção.Isso verifica se o feixe colimado está atingindo a superfície com incidência exatamente normal.Todo o conjunto do autocolimador é então girado em torno da ótica para a próxima superfície ótica e o mesmo procedimento é repetido.A Figura 3 mostra uma configuração típica do autocolimador medindo a tolerância do ângulo.A diferença de ângulo entre as duas posições medidas é usada para calcular a tolerância entre as duas superfícies ópticas.A tolerância angular pode ser mantida em tolerâncias de alguns minutos de arco até alguns segundos de arco.
Figura 9: configuração do autocolimador medindo a tolerância do ângulo
Bisel
Os cantos do substrato podem ser muito frágeis, portanto, é importante protegê-los ao manusear ou montar um componente óptico.A maneira mais comum de proteger esses cantos é chanfrar as bordas.Os chanfros servem como chanfros protetores e evitam lascas nas arestas.Consulte a tabela 5 a seguir para obter as especificações de chanfro para diferentes diâmetros.
| Tabela 6: Limites de Fabricação para Largura Máxima da Face do Bisel | |
| Diâmetro | Largura máxima da face do chanfro |
| 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 |
Abertura clara
A abertura clara governa qual parte de uma lente deve aderir a todas as especificações descritas acima.É definido como o diâmetro ou tamanho de um componente ótico mecanicamente ou por porcentagem que deve atender às especificações, fora disso, os fabricantes não garantem que a ótica irá aderir às especificações declaradas.Por exemplo, uma lente pode ter um diâmetro de 100 mm e uma abertura clara especificada como 95 mm ou 95%.Qualquer um dos métodos é aceitável, mas é importante lembrar que, como regra geral, quanto maior a abertura clara, mais difícil é a ótica de produzir, uma vez que empurra as características de desempenho necessárias cada vez mais perto da borda física da ótica.
Devido a restrições de fabricação, é virtualmente impossível produzir uma abertura clara exatamente igual ao diâmetro, ou comprimento por largura, de uma ótica.
Figura 10: Gráfico que indica a abertura clara e o diâmetro de uma lente
| Tabela 7: tolerâncias claras de abertura | |
| Diâmetro | Abertura clara |
| 3,00 mm - 10,00 mm | 90% do diâmetro |
| 10,01 mm - 50,00 mm | Diâmetro - 1mm |
| ≥ 50,01 mm | Diâmetro - 1,5 mm |
Para obter especificações mais detalhadas, consulte nossa ótica de catálogo ou produtos em destaque.
Horário de postagem: 20 de abril de 2023