Ytkvalitet
Ytkvaliteten på en optisk yta beskriver dess kosmetiska utseende och inkluderar sådana defekter som repor och gropar eller grävningar.I de flesta fall är dessa ytdefekter rent kosmetiska och påverkar inte systemets prestanda nämnvärt, men de kan orsaka en liten förlust i systemets genomströmning och en liten ökning av spritt ljus.Vissa ytor är dock mer känsliga för dessa effekter såsom: (1) ytor på bildplan eftersom dessa defekter är i fokus och (2) ytor som ser höga effektnivåer eftersom dessa defekter kan orsaka ökad absorption av energi och skada optiken.Den vanligaste specifikationen som används för ytkvalitet är skrap-gräv-specifikationen som beskrivs av MIL-PRF-13830B.Repbeteckningen bestäms genom att jämföra reporna på en yta med en uppsättning standardrepor under kontrollerade ljusförhållanden.Därför beskriver repbeteckningen inte själva repan utan jämför den med en standardiserad repa enligt MIL-Spec.Grävbeteckningen har dock direkt samband med grävningen, eller den lilla grop i ytan.Grävbeteckningen beräknas vid grävningens diameter i mikron dividerat med 10. Skrapgrävningsspecifikationer på 80-50 anses vanligtvis vara standardkvalitet, 60-40 precisionskvalitet och 20-10 högprecisionskvalitet.
| Tabell 6: Tillverkningstoleranser för ytkvalitet | |
| Ytkvalitet (scratch-gräv) | Kvalitetsbetyg |
| 80-50 | Typisk |
| 60-40 | Precision |
| 40-20 | Hög precision |
Ytans planhet
Ytplanhet är en typ av ytnoggrannhetsspecifikation som mäter avvikelsen för en plan yta, såsom den hos en spegel, ett fönster, ett prisma eller en planlins.Denna avvikelse kan mätas med en optisk plan, som är en högkvalitativ, mycket exakt plan referensyta som används för att jämföra planheten hos ett teststycke.När den plana ytan av testoptiken placeras mot den optiska planen, uppstår fransar vars form dikterar ytplanheten hos den optiska optiken under inspektion.Om fransarna är jämnt fördelade, raka och parallella, är den optiska ytan som testas minst lika platt som referens optiska plan.Om fransarna är böjda, indikerar antalet fransar mellan två imaginära linjer, en som tangerar mitten av en frans och en genom ändarna av samma frans, flathetsfelet.Avvikelserna i planhet mäts ofta i värden för vågor (λ), som är multiplar av testkällans våglängd.En frans motsvarar ½ av en våg, dvs 1 λ ekvivalent med 2 fransar.
| Tabell 7: Tillverkningstoleranser för planhet | |
| Flathet | Kvalitetsbetyg |
| 1λ | Typisk |
| λ/4 | Precision |
| λ/10 | Hög precision |
Kraft
Effekt är en typ av ytnoggrannhetsspecifikation som gäller krökta optiska ytor eller ytor med effekt.Det är ett mått på krökningen på ytan av en optik och skiljer sig från krökningsradien genom att den gäller mikroskalig avvikelse i den sfäriska formen av en lins.Tänk t.ex. att krökningstoleransen definieras som 100 +/-0,1 mm, när denna radie har genererats, polerats och mätts, finner vi att dess faktiska krökning är 99,95 mm, vilket faller inom den specificerade mekaniska toleransen.I det här fallet vet vi att brännvidden också är korrekt eftersom vi har uppnått rätt sfärisk form.Men bara för att radien och brännvidden är korrekt betyder det inte att objektivet kommer att fungera som designat.Det räcker därför inte att bara definiera krökningsradien utan också krökningens konsistens – och det är precis vad kraften är utformad för att kontrollera.Återigen genom att använda samma 99,95 mm radie som nämnts ovan, kan en optiker vilja ytterligare kontrollera noggrannheten hos brytt ljus genom att begränsa effekten till ≤ 1 λ.Detta innebär att över hela diametern kan det inte finnas någon större avvikelse än 632,8 nm (1λ = 632,8 nm) i konsistensen av den sfäriska formen.Att lägga till denna strängare kontrollnivå till ytformen hjälper till att se till att ljusstrålar på ena sidan av linsen inte bryts annorlunda än de på andra sidan.Eftersom målet kan vara att uppnå exakt fokus för allt infallande ljus, ju mer konsekvent formen är, desto mer exakt kommer ljuset att bete sig när det passerar genom linsen.
Optiker specificerar effektfel i termer av vågor eller fransar och mäter det med en interferometer.Den testas på ett sätt som liknar planhet, genom att en krökt yta jämförs med en referensyta med en mycket kalibrerad krökningsradie.Med samma princip för interferens som orsakas av luftspalterna mellan de två ytorna, används interferensens mönster av fransar för att beskriva testytans avvikelse från referensytan (Figur 11).En avvikelse från referensstycket kommer att skapa en serie ringar, kända som Newtons ringar.Ju fler ringar som finns, desto större avvikelse.Antalet mörka eller ljusa ringar, inte summan av både ljust och mörkt, motsvarar dubbelt så många felvågor.
Figur 11: Effektfel testats genom att jämföra med en referensyta eller använda en interferometer
Effektfel är relaterat till felet i krökningsradien genom följande ekvation där ∆R är radiefelet, D är linsdiametern, R är ytradien och λ är våglängden (vanligtvis 632,8 nm):
Effektfel [vågor eller λ] = ∆R D²/8R²λ
Figur 12: Strömfel över diameter vs radiefel i mitten
Oegentlighet
Oregelbundenhet tar hänsyn till småskaliga variationer på en optisk yta.Liksom kraft mäts den i termer av vågor eller fransar och karakteriseras med hjälp av en interferometer.Konceptuellt är det lättast att tänka på oregelbundenheter som en specifikation som definierar hur jämnt slät en optisk yta måste vara.Medan de övergripande uppmätta topparna och dalarna på en optisk yta kan vara mycket konsekventa i ett område, kan en annan sektion av optiken uppvisa en mycket större avvikelse.I ett sådant fall kan ljus som bryts av linsen bete sig annorlunda beroende på var det bryts av optiken.Oregelbundenhet är därför ett viktigt övervägande när man designar linser.Följande figur visar hur denna ytformsavvikelse från den perfekt sfäriska kan karakteriseras med hjälp av en oregelbunden PV-specifikation.
Figur 13: Oregelbundenhet PV-mätning
Oregelbundenhet är en typ av ytnoggrannhetsspecifikation som beskriver hur formen på en yta avviker från formen på en referensyta.Den erhålls från samma mätning som effekt.Regelbundenhet avser sfäriciteten hos de cirkulära fransar som bildas från jämförelsen av testytan med referensytan.När kraften hos en yta är mer än 5 fransar är det svårt att upptäcka små ojämnheter på mindre än 1 frans.Därför är det vanligt att specificera ytor med ett förhållande mellan effekt och oregelbundenhet på ungefär 5:1.
Figur 14: Planhet vs kraft vs oregelbundenhet
RMS Verses PV Power and Irregularity
När man diskuterar makt och oegentligheter är det viktigt att urskilja de två metoder som de kan definieras med.Det första är ett absolut värde.Till exempel, om en optik definieras som att den har 1 vågoregelbundenhet, kan det inte finnas mer än 1 vågskillnad mellan den högsta och lägsta punkten på den optiska ytan eller topp-till-dal (PV).Den andra metoden är att specificera effekten eller oregelbundenheten som 1 våg RMS (root mean squared) eller medelvärde.I denna tolkning kan en optisk yta definierad som 1 våg RMS oregelbunden i själva verket ha toppar och dalar som är över 1 våg, men när man undersöker hela ytan måste den totala genomsnittliga oregelbundenheten falla inom 1 våg.
Sammantaget är RMS och PV båda metoder för att beskriva hur väl formen på ett föremål matchar dess designade krökning, som kallas "ytfigur" respektive "ytråhet".De är båda beräknade från samma data, till exempel en interferometermätning, men innebörden är helt olika.PV är bra på att ge ett "worst-case-scenario" för ytan;RMS är en metod för att beskriva den genomsnittliga avvikelsen för yttalet från den önskade eller referensytan.RMS är bra för att beskriva den övergripande ytvariationen.Det finns inget enkelt samband mellan PV och RMS.Men som en allmän regel är ett RMS-värde ungefär 0,2 lika stringent som det icke-genomsnittliga värdet vid jämförelse sida vid sida, dvs 0,1 våg oregelbunden PV motsvarar ungefär 0,5 våg RMS.
Ytfinish
Ytfinish, även känd som ytjämnhet, mäter småskaliga ojämnheter på en yta.De är vanligtvis en olycklig biprodukt av poleringsprocessen och materialtypen.Även om optiken bedöms vara exceptionellt slät med små ojämnheter över ytan, kan en verklig mikroskopisk undersökning avslöja en stor variation i ytstrukturen vid en närbildsinspektion.En bra analogi med denna artefakt är att jämföra ytjämnhet med sandpapperskorn.Även om den finaste kornstorleken kan kännas jämn och regelbunden vid beröring, är ytan faktiskt sammansatt av mikroskopiska toppar och dalar som bestäms av själva kornstorleken.När det gäller optik kan "gris" ses som mikroskopiska ojämnheter i ytstrukturen som orsakas av polishens kvalitet.Grova ytor tenderar att slitas snabbare än släta ytor och kanske inte är lämpliga för vissa applikationer, särskilt de med laser eller intensiv värme, på grund av möjliga kärnbildningsställen som kan uppträda i små sprickor eller defekter.
Till skillnad från kraft och oregelbundenhet, som mäts i vågor eller bråkdelar av en våg, mäts ytjämnhet, på grund av dess extrema närbildsfokus på ytstruktur, på skalan av ångström och alltid i termer av RMS.Som jämförelse tar det tio ångström för att vara lika med en nanometer och 632,8 nanometer för att vara lika med en våg.
Figur 15: Ytjämnhet RMS-mätning
| Tabell 8: Tillverkningstoleranser för ytfinish | |
| Ytjämnhet (RMS) | Kvalitetsbetyg |
| 50Å | Typisk |
| 20Å | Precision |
| 5Å | Hög precision |
Överfört vågfrontsfel
Transmitted wavefront error (TWE) används för att kvalificera prestanda hos optiska element när ljus passerar igenom.Till skillnad från ytformmätningar inkluderar transmitterade vågfrontsmätningar fel från den främre och bakre ytan, kil och homogenitet hos materialet.Detta mått på övergripande prestanda ger en bättre förståelse för en optiks verkliga prestanda.
Även om många optiska komponenter testas individuellt för ytform eller TWE-specifikationer, är dessa komponenter oundvikligen inbyggda i mer komplexa optiska sammansättningar med egna prestandakrav.I vissa applikationer är det acceptabelt att förlita sig på komponentmått och tolerans för att förutsäga slutprestanda, men för mer krävande applikationer är det viktigt att mäta monteringen som den är byggd.
TWE-mätningar används för att bekräfta att ett optiskt system är byggt enligt specifikation och kommer att fungera som förväntat.Dessutom kan TWE-mätningar användas för att aktivt justera system, minska monteringstiden, samtidigt som man säkerställer att förväntad prestanda uppnås.
Paralight Optics innehåller toppmoderna CNC-slipmaskiner och polermaskiner, både för standard sfäriska former, såväl som asfäriska och fria konturer.Genom att använda den avancerade mättekniken inklusive Zygo-interferometrar, profilometrar, TriOptics Opticentric, TriOptics OptiSpheric, etc. för både under-processmätning och slutinspektion, såväl som vår mångåriga erfarenhet av optisk tillverkning och beläggning gör det möjligt för oss att ta itu med några av de mest komplexa och högpresterande optik för att möta de optiska specifikationer som krävs från kunderna.
För mer djupgående specifikationer, se vår katalogoptik eller utvalda produkter.
Posttid: 2023-apr-26