Optiska specifikationer används genom hela konstruktionen och tillverkningen av en komponent eller ett system för att karakterisera hur väl den uppfyller vissa prestandakrav.De är användbara av två skäl: för det första specificerar de de acceptabla gränserna för nyckelparametrar som styr systemets prestanda;för det andra anger de mängden resurser (dvs. tid och kostnad) som ska läggas på tillverkning.Ett optiskt system kan lida av antingen underspecifikation eller överspecifikation, vilket båda kan resultera i onödiga resursutgifter.Paralight Optics tillhandahåller kostnadseffektiv optik för att uppfylla dina exakta krav.
För att få en bättre förståelse för optiska specifikationer är det viktigt att lära sig vad de i grunden betyder.Följande är en kort introduktion av de vanligaste specifikationerna för nästan alla optiska element.
Tillverkningsspecifikationer
Diametertolerans
Diametertoleransen för en cirkulär optisk komponent ger det acceptabla värdeintervallet för diametern.Diametertoleransen har ingen effekt på själva optikens optiska prestanda, men det är en mycket viktig mekanisk tolerans att beakta om optiken ska monteras i någon typ av hållare.Till exempel, om diametern på en optisk lins avviker från dess nominella värde, är det möjligt att den mekaniska axeln kan förskjutas från den optiska axeln i en monterad enhet, vilket sålunda orsakar decentrering.
Figur 1: Decentrering av kollimerat ljus
Denna tillverkningsspecifikation kan variera beroende på den specifika tillverkarens skicklighet och kapacitet.Paralight Optics kunde tillverka linser från diameter 0,5 mm till 500 mm, toleranser kan nå gränserna på +/- 0,001 mm.
| Tabell 1: Tillverkningstoleranser för diameter | |
| Diametertoleranser | Kvalitetsbetyg |
| +0,00/-0,10 mm | Typisk |
| +0,00/-0,050 mm | Precision |
| +0,000/-0,010 | Hög precision |
Centrumtjocklekstolerans
Centrumtjockleken för en optisk komponent, mestadels linserna, är materialtjockleken för komponenten mätt i mitten.Centrumtjockleken mäts över linsens mekaniska axel, definierad som axeln exakt mellan dess yttre kanter.Variation av centrumtjockleken på en lins kan påverka den optiska prestandan eftersom centrumtjockleken, tillsammans med krökningsradien, bestämmer den optiska väglängden för strålar som passerar genom linsen.
Figur 2: Diagram för CT, ET & FL
| Tabell 2: Tillverkningstoleranser för centrumtjocklek | |
| Centrumtjocklekstoleranser | Kvalitetsbetyg |
| +/-0,10 mm | Typisk |
| +/-0,050 mm | Precision |
| +/-0,010 mm | Hög precision |
Kanttjocklek verser Mitttjocklek
Från exemplen ovan på diagram som visar centrumtjockleken har du förmodligen märkt att tjockleken på en lins varierar från kanten till optikens mitt.Uppenbarligen är detta en funktion av krökningsradien och sänkningen.Plano-konvexa, bikonvexa och positiva menisklinser har större tjocklek i mitten än vid kanten.För plankonkava, bikonkava och negativa menisklinser är centrumtjockleken alltid tunnare än kanttjockleken.Optiska designers anger i allmänhet både kant- och centrumtjocklek på sina ritningar och tolererar en av dessa dimensioner, medan de använder den andra som referensmått.Det är viktigt att notera att utan en av dessa dimensioner är det omöjligt att urskilja linsens slutliga form.
Figur 3: Diagram för CE, ET, BEF och EFL
Kil-/kanttjockleksskillnad (ETD)
Wedge, ibland kallad ETD eller ETV (Edge Thickness Variation), är ett enkelt koncept att förstå när det gäller linsdesign och tillverkning.I grund och botten styr denna specifikation hur parallella de två optiska ytorna på en lins är med varandra.Varje variation från parallell kan göra att det transmitterade ljuset avviker från sin väg, eftersom målet är att fokusera eller divergera ljus på ett kontrollerat sätt, introducerar wedge därför oönskad avvikelse i ljusvägen.Wedge kan specificeras i termer av vinkelavvikelse (centreringsfel) mellan de två sändande ytorna eller en fysisk tolerans på kanttjockleksvariationen, detta representerar felinriktningen mellan en lins mekaniska och optiska axlar.
Bild 4: Centreringsfel
Sagitta (Sag)
Krökningsradie är direkt relaterad till Sagitta, mer allmänt kallad Sag inom den optiska industrin.I geometriska termer representerar Sagitta avståndet från den exakta mitten av en båge till mitten av dess bas.Inom optiken tillämpas Sag på antingen den konvexa eller konkava krökningen och representerar det fysiska avståndet mellan vertexpunkten (högsta eller lägsta punkten) längs kurvan och mittpunkten av en linje ritad vinkelrätt mot kurvan från en kant av optiken till Övrig.Bilden nedan ger en visuell skildring av Sag.
Figur 5: Diagram av Sag
Böjning är viktigt eftersom det tillhandahåller mittläget för krökningsradien, vilket gör det möjligt för tillverkarna att korrekt placera radien på optiken, såväl som att fastställa både centrum- och kanttjockleken på en optik.Genom att känna till krökningsradien, såväl som diametern på en optik, kan sagningen beräknas med följande formel.
Var:
R = krökningsradie
d = diameter
Krökningsradie
Den viktigaste aspekten av en lins är krökningsradien, det är en grundläggande och funktionell parameter för sfäriska optiska ytor, som kräver kvalitetskontroll under tillverkningen.Krökningsradien definieras som avståndet mellan en optisk komponents vertex och krökningscentrum.Det kan vara positivt, noll eller negativt beroende på om ytan är konvex, plan eller konkav, respektfullt.
Att känna till värdet på krökningsradien och centrumtjockleken gör att man kan bestämma den optiska väglängden för strålar som passerar genom linsen eller spegeln, men det spelar också en stor roll för att bestämma ytans optiska kraft, vilket är hur starkt den optiska systemet konvergerar eller divergerar ljus.Optiska designers skiljer mellan långa och korta brännvidder genom att beskriva mängden optisk kraft hos sina linser.Korta brännvidder, de som böjer ljuset snabbare och därför uppnår fokus på kortare avstånd från linsens centrum sägs ha större optisk kraft, medan de som fokuserar ljuset långsammare beskrivs ha mindre optisk kraft.Krökningsradien definierar brännvidden för en lins, ett enkelt sätt att beräkna brännvidden för tunna linser ges av den tunna linsapproximationen av Lens-Maker's Formula.Observera att denna formel endast är giltig för linser vars tjocklek är liten jämfört med den beräknade brännvidden.
Var:
f = brännvidd
n = brytningsindex för linsmaterialet
r1 = krökningsradie för ytan närmast infallande ljus
r2 = krökningsradie för ytan längst bort från infallande ljus
För att kontrollera eventuell variation i brännvidden måste optiker därför definiera radietoleransen.Den första metoden är att tillämpa en enkel mekanisk tolerans, till exempel kan en radie definieras som 100 +/-0,1 mm.I ett sådant fall kan radien variera mellan 99,9 mm och 100,1 mm.Den andra metoden är att tillämpa en radietolerans uttryckt i procent.Med samma 100 mm radie kan en optiker specificera att krökningen inte får variera mer än 0,5 %, vilket innebär att radien måste falla mellan 99,5 mm och 100,5 mm.Den tredje metoden är att definiera en tolerans på brännvidden, oftast i procent.Till exempel kan ett objektiv med en brännvidd på 500 mm ha en tolerans på +/-1 %, vilket översätts till 495 mm till 505 mm.Genom att plugga in dessa brännvidder i ekvationen för tunna linser kan tillverkarna härleda den mekaniska toleransen på krökningsradien.
Figur 6: Radistolerans vid krökningscentrum
| Tabell 3: Tillverkningstoleranser för krökningsradie | |
| Radie av krökningstoleranser | Kvalitetsbetyg |
| +/-0,5 mm | Typisk |
| +/-0,1 % | Precision |
| +/-0,01 % | Hög precision |
I praktiken använder optiska tillverkare flera olika typer av instrument för att kvalificera krökningsradien på en lins.Den första är en sfärometerring fäst vid en mätare.Genom att jämföra skillnaden i krökning mellan en fördefinierad "ring" och optikens krökningsradie kan tillverkare avgöra om ytterligare korrigering är nödvändig för att uppnå rätt radie.Det finns även ett antal digitala sfärometrar på marknaden för ökad noggrannhet.En annan mycket exakt metod är en automatisk kontaktprofilometer som använder en sond för att fysiskt mäta linsens kontur.Slutligen kan den beröringsfria metoden för interferometri användas för att skapa ett fransmönster som kan kvantifiera det fysiska avståndet mellan den sfäriska ytan till dess motsvarande krökningscentrum.
Centrering
Centrering är också känd som centrering eller decentrering.Som namnet antyder, styr centrering lokaliseringsnoggrannheten för krökningsradien.En perfekt centrerad radie skulle exakt rikta in spetsen (centrum) av dess krökning till substratets ytterdiameter.Till exempel skulle en plankonvex lins med en diameter på 20 mm ha en perfekt centrerad radie om vertexen var linjärt placerad exakt 10 mm från vilken punkt som helst längs ytterdiametern.Det följer därför att optiska tillverkare måste ta hänsyn till både X- och Y-axeln när de styr centreringen enligt nedan.
Figur 7: Diagram över decentrering
Mängden decenter i en lins är den fysiska förskjutningen av den mekaniska axeln från den optiska axeln.Den mekaniska axeln för en lins är helt enkelt linsens geometriska axel och definieras av dess yttre cylinder.En lins optiska axel definieras av de optiska ytorna och är den linje som förbinder ytornas krökningscentrum.
Figur 8: Diagram över decentrering
| Tabell 4: Tillverkningstoleranser för Centration | |
| Centrering | Kvalitetsbetyg |
| +/-5 Arcminutes | Typisk |
| +/-3 Arcminutes | Precision |
| +/-30 bågsekunder | Hög precision |
Parallellism
Parallellism beskriver hur parallella två ytor är i förhållande till varandra.Det är användbart för att specificera komponenter som fönster och polarisatorer där parallella ytor är idealiska för systemprestanda eftersom de minimerar distorsion som annars kan försämra bild- eller ljuskvaliteten.Typiska toleranser sträcker sig från 5 bågminuter ner till några bågsekunder enligt följande:
| Tabell 5: Tillverkningstoleranser för parallellism | |
| Parallellism Toleranser | Kvalitetsbetyg |
| +/-5 Arcminutes | Typisk |
| +/-3 Arcminutes | Precision |
| +/-30 bågsekunder | Hög precision |
Vinkeltolerans
I komponenter som prismor och stråldelare är vinklarna mellan ytorna avgörande för optikens prestanda.Denna vinkeltolerans mäts vanligtvis med hjälp av en autokollimatorenhet, vars ljuskällassystem avger kollimerat ljus.Autokollimatorn roteras runt optikens yta tills den resulterande Fresnel-reflektionen tillbaka in i den producerar en fläck ovanpå ytan under inspektion.Detta verifierar att den kollimerade strålen träffar ytan med exakt normal infallsvinkel.Hela autokollimatorenheten roteras sedan runt optiken till nästa optiska yta och samma procedur upprepas.Figur 3 visar en typisk autokollimatoruppställning för mätning av vinkeltolerans.Skillnaden i vinkel mellan de två uppmätta positionerna används för att beräkna toleransen mellan de två optiska ytorna.Vinkeltolerans kan hållas till toleranser på några bågminuter ända ner till några bågsekunder.
Figur 9: Autokollimatorinställning Mätning av vinkeltolerans
Fasa
Underlagshörn kan vara mycket ömtåliga, därför är det viktigt att skydda dem när du hanterar eller monterar en optisk komponent.Det vanligaste sättet att skydda dessa hörn är att fasa kanterna.Fasningar fungerar som skyddande avfasningar och förhindrar kantspån.Se följande tabell 5 för fasspecifikation för olika diametrar.
| Tabell 6: Tillverkningsgränser för maximal fasbredd | |
| Diameter | Maximal ansiktsbredd på fasning |
| 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 |
Rensa bländare
Klar bländare styr vilken del av ett objektiv som måste följa alla specifikationer som beskrivs ovan.Det definieras som diametern eller storleken på en optisk komponent, antingen mekaniskt eller i procent som måste uppfylla specifikationerna, utanför den garanterar inte tillverkarna att optiken kommer att följa de angivna specifikationerna.Till exempel kan ett objektiv ha en diameter på 100 mm och en klar bländare specificerad som antingen 95 mm eller 95 %.Båda metoderna är acceptabla men det är viktigt att komma ihåg som en allmän regel, ju större bländare är, desto svårare är optiken att producera eftersom den för de erforderliga prestandaegenskaperna närmare och närmare den fysiska kanten av optiken.
På grund av tillverkningsrestriktioner är det praktiskt taget omöjligt att producera en fri öppning exakt lika med diametern eller längden i bredd på en optik.
Figur 10: Grafik som indikerar tydlig bländare och diameter för en lins
| Tabell 7: Rensa bländartoleranser | |
| Diameter | Rensa bländare |
| 3,00 mm – 10,00 mm | 90 % av diametern |
| 10,01 mm - 50,00 mm | Diameter – 1 mm |
| ≥ 50,01 mm | Diameter – 1,5 mm |
För mer djupgående specifikationer, se vår katalogoptik eller utvalda produkter.
Posttid: 2023-apr-20