Optické špecifikácie sa využívajú pri návrhu a výrobe komponentu alebo systému, aby sa charakterizovalo, ako dobre spĺňa určité výkonnostné požiadavky.Sú užitočné z dvoch dôvodov: po prvé, špecifikujú prijateľné limity kľúčových parametrov, ktoré riadia výkon systému;po druhé, špecifikujú množstvo zdrojov (tj čas a náklady), ktoré by sa mali vynaložiť na výrobu.Optický systém môže trpieť buď nedostatočnou alebo nadmernou špecifikáciou, čo môže mať za následok zbytočné výdavky na zdroje.Paralight Optics poskytuje cenovo výhodnú optiku, ktorá spĺňa vaše presné požiadavky.
Pre lepšie pochopenie optických špecifikácií je dôležité naučiť sa, čo v podstate znamenajú.Nasleduje stručný úvod k najbežnejším špecifikáciám takmer všetkých optických prvkov.
Výrobné špecifikácie
Tolerancia priemeru
Tolerancia priemeru kruhového optického komponentu poskytuje prijateľný rozsah hodnôt pre priemer.Tolerancia priemeru nemá žiadny vplyv na optickú výkonnosť samotnej optiky, je však veľmi dôležitá mechanická tolerancia, ktorú je potrebné zvážiť, ak sa optika namontuje do akéhokoľvek typu držiaka.Napríklad, ak sa priemer optickej šošovky odchyľuje od svojej nominálnej hodnoty, je možné, že mechanická os sa môže posunúť od optickej osi v namontovanej zostave, čo spôsobí decentráciu.
Obrázok 1: Decentrácia kolimovaného svetla
Táto výrobná špecifikácia sa môže líšiť v závislosti od zručností a schopností konkrétneho výrobcu.Paralight Optics môže vyrábať šošovky od priemeru 0,5 mm do 500 mm, tolerancie môžu dosiahnuť hranice +/-0,001 mm.
| Tabuľka 1: Výrobné tolerancie pre priemer | |
| Tolerancie priemeru | Stupeň kvality |
| +0,00/-0,10 mm | Typické |
| +0,00/-0,050 mm | Presnosť |
| +0,000/-0,010 | Vysoká presnosť |
Tolerancia hrúbky stredu
Stredová hrúbka optického komponentu, väčšinou šošoviek, je hrúbka materiálu komponentu meraná v strede.Hrúbka stredu sa meria cez mechanickú os šošovky, definovanú ako os presne medzi jej vonkajšími okrajmi.Zmena hrúbky stredu šošovky môže ovplyvniť optický výkon, pretože hrúbka stredu spolu s polomerom zakrivenia určuje dĺžku optickej dráhy lúčov prechádzajúcich šošovkou.
Obrázok 2: Diagramy pre CT, ET a FL
| Tabuľka 2: Výrobné tolerancie pre hrúbku stredu | |
| Tolerancie hrúbky stredu | Stupeň kvality |
| +/-0,10 mm | Typické |
| +/-0,050 mm | Presnosť |
| +/-0,010 mm | Vysoká presnosť |
Hrúbka okraja verše hrúbka stredu
Z vyššie uvedených príkladov diagramov znázorňujúcich hrúbku stredu ste si pravdepodobne všimli, že hrúbka šošovky sa mení od okraja k stredu optiky.Je zrejmé, že je to funkcia polomeru zakrivenia a priehybu.Planokonvexné, bikonvexné a pozitívne meniskusové šošovky majú väčšiu hrúbku v strede ako na okraji.Pre plankonkávne, bikonkávne a negatívne meniskusové šošovky je hrúbka stredu vždy tenšia ako hrúbka okraja.Návrhári optiky vo všeobecnosti špecifikujú na svojich výkresoch hrúbku okraja aj stredu, pričom jeden z týchto rozmerov tolerujú, zatiaľ čo druhý používajú ako referenčný rozmer.Je dôležité poznamenať, že bez jedného z týchto rozmerov nie je možné rozoznať konečný tvar šošovky.
Obrázok 3: Diagramy pre CE, ET, BEF a EFL
Rozdiel v hrúbke klinu a hrán (ETD)
Wedge, niekedy označovaný ako ETD alebo ETV (Edge Thickness Variation), je jednoduchý koncept, ktorý treba pochopiť z hľadiska dizajnu a výroby šošoviek.Táto špecifikácia v podstate riadi, ako paralelne sú dva optické povrchy šošovky navzájom.Akákoľvek odchýlka od rovnobežky môže spôsobiť, že sa prenášané svetlo odchýli od svojej dráhy, pretože cieľom je kontrolovane zaostriť alebo rozviesť svetlo, klin preto vnáša nežiaducu odchýlku do dráhy svetla.Klin môže byť špecifikovaný z hľadiska uhlovej odchýlky (chyba centrovania) medzi dvoma prenosovými povrchmi alebo fyzikálnou toleranciou zmeny hrúbky okraja, čo predstavuje nesúosovosť medzi mechanickou a optickou osou šošovky.
Obrázok 4: Chyba centrovania
Sagitta (Sag)
Polomer zakrivenia priamo súvisí so Sagittou, ktorá sa v optickom priemysle častejšie nazýva Sag.Z geometrického hľadiska predstavuje Sagitta vzdialenosť od presného stredu oblúka k stredu jeho základne.V optike sa Sag vzťahuje na konvexné alebo konkávne zakrivenie a predstavuje fyzickú vzdialenosť medzi vrcholovým (najvyšším alebo najnižším bodom) bodom pozdĺž krivky a stredovým bodom čiary vedenej kolmo na krivku od jedného okraja optiky k iné.Obrázok nižšie ponúka vizuálne zobrazenie Sag.
Obrázok 5: Diagramy Sag
Priehyb je dôležitý, pretože poskytuje stredovú polohu pre polomer zakrivenia, čo umožňuje výrobcom správne umiestniť polomer na optike, ako aj stanoviť hrúbku stredu aj okraja optiky.Na základe znalosti polomeru zakrivenia, ako aj priemeru optiky, možno Sag vypočítať podľa nasledujúceho vzorca.
Kde:
R = polomer zakrivenia
d = priemer
Polomer zakrivenia
Najdôležitejším aspektom šošovky je polomer zakrivenia, je to základný a funkčný parameter sférických optických plôch, ktorý si vyžaduje kontrolu kvality pri výrobe.Polomer zakrivenia je definovaný ako vzdialenosť medzi vrcholom optického komponentu a stredom zakrivenia.Môže byť kladný, nulový alebo záporný v závislosti od toho, či je povrch konvexný, rovinný alebo konkávny.
Poznanie hodnoty polomeru zakrivenia a hrúbky stredu umožňuje určiť dĺžku optickej dráhy lúčov prechádzajúcich šošovkou alebo zrkadlom, ale tiež zohráva veľkú úlohu pri určovaní optickej mohutnosti povrchu, čo je to, ako silne je optický systém konverguje alebo rozbieha svetlo.Dizajnéri optiky rozlišujú medzi dlhými a krátkymi ohniskovými vzdialenosťami popisom množstva optickej sily ich šošoviek.Krátke ohniskové vzdialenosti, tie, ktoré ohýbajú svetlo rýchlejšie, a preto dosahujú zaostrenie v kratšej vzdialenosti od stredu šošovky, majú väčšiu optickú silu, zatiaľ čo tie, ktoré zaostrujú svetlo pomalšie, sú opísané ako tie, ktoré majú menšiu optickú silu.Polomer zakrivenia definuje ohniskovú vzdialenosť šošovky, jednoduchý spôsob výpočtu ohniskovej vzdialenosti pre tenké šošovky je daný aproximáciou tenkých šošoviek podľa vzorca Lens-Maker's Formula.Upozorňujeme, že tento vzorec platí len pre šošovky, ktorých hrúbka je malá v porovnaní s vypočítanou ohniskovou vzdialenosťou.
Kde:
f = ohnisková vzdialenosť
n = index lomu materiálu šošovky
r1 = polomer zakrivenia povrchu najbližšieho k dopadajúcemu svetlu
r2 = polomer zakrivenia povrchu, ktorý je najviac vzdialený od dopadajúceho svetla
Aby bolo možné kontrolovať akékoľvek zmeny v ohniskovej vzdialenosti, optici musia definovať toleranciu polomeru.Prvý spôsob je použiť jednoduchú mechanickú toleranciu, napríklad polomer môže byť definovaný ako 100 +/-0,1 mm.V takom prípade sa polomer môže meniť medzi 99,9 mm a 100,1 mm.Druhou metódou je uplatnenie tolerancie polomeru v percentách.Pri použití rovnakého polomeru 100 mm môže optik určiť, že zakrivenie sa nesmie meniť o viac ako 0,5 %, čo znamená, že polomer musí byť medzi 99,5 mm a 100,5 mm.Tretím spôsobom je definovanie tolerancie na ohniskovú vzdialenosť, najčastejšie v percentách.Napríklad šošovka s ohniskovou vzdialenosťou 500 mm môže mať toleranciu +/- 1 %, čo znamená 495 mm až 505 mm.Zapojenie týchto ohniskových vzdialeností do rovnice tenkých šošoviek umožňuje výrobcom odvodiť mechanickú toleranciu na polomere zakrivenia.
Obrázok 6: Tolerancia polomeru v strede zakrivenia
| Tabuľka 3: Výrobné tolerancie pre polomer zakrivenia | |
| Tolerancie polomeru zakrivenia | Stupeň kvality |
| +/-0,5 mm | Typické |
| +/-0,1 % | Presnosť |
| +/-0,01 % | Vysoká presnosť |
V praxi výrobcovia optických zariadení používajú niekoľko rôznych typov nástrojov na určenie polomeru zakrivenia šošovky.Prvým z nich je prstenec sférometra pripevnený k meraciemu prístroju.Porovnaním rozdielu v zakrivení medzi vopred definovaným „krúžkom“ a polomerom zakrivenia optiky môžu výrobcovia určiť, či je na dosiahnutie vhodného polomeru potrebná ďalšia korekcia.Pre zvýšenie presnosti je na trhu aj množstvo digitálnych sférometrov.Ďalšou vysoko presnou metódou je automatizovaný kontaktný profilometer, ktorý využíva sondu na fyzické meranie obrysu šošovky.Nakoniec, bezkontaktná metóda interferometrie môže byť použitá na vytvorenie okrajového vzoru schopného kvantifikovať fyzickú vzdialenosť medzi sférickým povrchom a jeho zodpovedajúcim stredom zakrivenia.
Centrovanie
Centrovanie je známe aj pod centrovaním alebo decentráciou.Ako už názov napovedá, centrovanie riadi presnosť polohy polomeru zakrivenia.Dokonale vycentrovaný polomer by presne zarovnal vrchol (stred) jeho zakrivenia s vonkajším priemerom substrátu.Napríklad plankonvexná šošovka s priemerom 20 mm by mala dokonale vycentrovaný polomer, ak by bol vrchol lineárne umiestnený presne 10 mm od akéhokoľvek bodu pozdĺž vonkajšieho priemeru.Z toho teda vyplýva, že výrobcovia optických zariadení musia pri riadení centrovania brať do úvahy os X aj Y, ako je uvedené nižšie.
Obrázok 7: Schéma decentrovania
Množstvo decentrátora v šošovke je fyzické posunutie mechanickej osi od optickej osi.Mechanická os šošovky je jednoducho geometrická os šošovky a je definovaná jej vonkajším valcom.Optická os šošovky je definovaná optickými povrchmi a je to čiara, ktorá spája stredy zakrivenia povrchov.
Obrázok 8: Schéma decentrovania
| Tabuľka 4: Výrobné tolerancie pre centrovanie | |
| Centrovanie | Stupeň kvality |
| +/-5 oblúkových minút | Typické |
| +/-3 oblúkové minúty | Presnosť |
| +/-30 oblúkových sekúnd | Vysoká presnosť |
Paralelizmus
Paralelizmus opisuje, ako sú dva povrchy navzájom paralelné.Je to užitočné pri špecifikovaní komponentov, ako sú okná a polarizátory, kde sú paralelné povrchy ideálne pre výkon systému, pretože minimalizujú skreslenie, ktoré môže inak zhoršiť kvalitu obrazu alebo svetla.Typické tolerancie sa pohybujú od 5 oblúkových minút až po niekoľko oblúkových sekúnd takto:
| Tabuľka 5: Výrobné tolerancie pre paralelizmus | |
| Tolerancie paralelizmu | Stupeň kvality |
| +/-5 oblúkových minút | Typické |
| +/-3 oblúkové minúty | Presnosť |
| +/-30 oblúkových sekúnd | Vysoká presnosť |
Uhlová tolerancia
V komponentoch, ako sú hranoly a rozdeľovače lúčov, sú uhly medzi povrchmi rozhodujúce pre výkon optiky.Táto uhlová tolerancia sa zvyčajne meria pomocou zostavy autokolimátora, ktorej systém svetelného zdroja vyžaruje kolimované svetlo.Autokolimátor sa otáča okolo povrchu optiky, kým výsledný Fresnelov odraz späť do neho nevytvorí bod na vrchu kontrolovaného povrchu.Tým sa overí, že kolimovaný lúč dopadá na povrch presne s kolmým dopadom.Celá zostava autokolimátora sa potom otočí okolo optiky k ďalšiemu optickému povrchu a rovnaký postup sa zopakuje.Obrázok 3 znázorňuje typickú toleranciu uhla merania nastavenia autokolimátora.Rozdiel v uhloch medzi dvoma nameranými polohami sa používa na výpočet tolerancie medzi dvoma optickými povrchmi.Tolerancia uhla môže byť udržiavaná na toleranciách niekoľkých oblúkových minút až po niekoľko oblúkových sekúnd.
Obrázok 9: Nastavenie Autokolimátora Tolerancia uhla merania
Skosenie
Rohy substrátu môžu byť veľmi krehké, preto je dôležité ich chrániť pri manipulácii alebo montáži optického komponentu.Najbežnejším spôsobom ochrany týchto rohov je skosenie hrán.Úkosy slúžia ako ochranné skosenie a zabraňujú odštiepeniu hrán.Špecifikáciu skosenia pre rôzne priemery nájdete v nasledujúcej tabuľke 5.
| Tabuľka 6: Výrobné limity pre maximálnu šírku skosenia plochy | |
| Priemer | Maximálna šírka skosenia tváre |
| 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 |
Clear Aperture
Čistá clona určuje, ktorá časť objektívu musí spĺňať všetky vyššie uvedené špecifikácie.Je definovaný ako priemer alebo veľkosť optického komponentu buď mechanicky alebo percentuálne, ktorý musí spĺňať špecifikácie, mimo neho výrobcovia nezaručujú, že optika bude spĺňať uvedené špecifikácie.Šošovka môže mať napríklad priemer 100 mm a svetlú apertúru špecifikovanú buď ako 95 mm, alebo 95 %.Každá metóda je prijateľná, ale je dôležité si uvedomiť, že ako všeobecné pravidlo platí, že čím väčšia je čistá apertúra, tým ťažšie je vytvoriť optiku, pretože posúva požadované výkonové charakteristiky bližšie a bližšie k fyzickému okraju optiky.
Kvôli výrobným obmedzeniam je prakticky nemožné vytvoriť číru apertúru presne rovnajúcu sa priemeru alebo dĺžke šírky optiky.
Obrázok 10: Grafika označujúca čistú clonu a priemer šošovky
| Tabuľka 7: Jasné tolerancie clony | |
| Priemer | Clear Aperture |
| 3,00 mm – 10,00 mm | 90% priemeru |
| 10,01 mm - 50,00 mm | Priemer - 1 mm |
| ≥ 50,01 mm | Priemer - 1,5 mm |
Pre podrobnejšiu špecifikáciu si pozrite náš katalóg optiky alebo odporúčaných produktov.
Čas odoslania: 20. apríla 2023