คุณภาพพื้นผิว
คุณภาพของพื้นผิวของพื้นผิวออปติคัลจะอธิบายถึงรูปลักษณ์ภายนอกที่สวยงาม และรวมถึงข้อบกพร่องต่างๆ เช่น รอยขีดข่วน หลุม หรือรอยขุดในกรณีส่วนใหญ่ ข้อบกพร่องที่พื้นผิวเหล่านี้เป็นเพียงส่วนเสริมเท่านั้น และไม่ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของระบบอย่างมีนัยสำคัญ อย่างไรก็ตาม ข้อบกพร่องเหล่านี้อาจทำให้ปริมาณงานของระบบสูญเสียเพียงเล็กน้อยและแสงที่กระจัดกระจายเพิ่มขึ้นเล็กน้อยอย่างไรก็ตาม พื้นผิวบางชนิดมีความไวต่อผลกระทบเหล่านี้มากกว่า เช่น: (1) พื้นผิวที่ระนาบภาพ เนื่องจากข้อบกพร่องเหล่านี้อยู่ในโฟกัส และ (2) พื้นผิวที่มองเห็นระดับพลังงานสูง เนื่องจากข้อบกพร่องเหล่านี้อาจทำให้การดูดซับพลังงานเพิ่มขึ้นและเกิดความเสียหายได้ ออปติกข้อกำหนดทั่วไปที่ใช้สำหรับคุณภาพพื้นผิวคือข้อกำหนดการขุดลอกที่อธิบายโดย MIL-PRF-13830Bการกำหนดรอยขีดข่วนถูกกำหนดโดยการเปรียบเทียบรอยขีดข่วนบนพื้นผิวกับชุดของรอยขีดข่วนมาตรฐานภายใต้สภาพแสงที่ควบคุมดังนั้น การกำหนดรอยขีดข่วนจึงไม่ได้อธิบายถึงรอยขีดข่วนที่แท้จริง แต่เป็นการเปรียบเทียบกับรอยขีดข่วนมาตรฐานตาม MIL-Specอย่างไรก็ตาม การกำหนดตำแหน่งการขุดนั้นเกี่ยวข้องโดยตรงกับการขุดหรือหลุมขนาดเล็กในพื้นผิวการระบุการขุดจะคำนวณที่เส้นผ่านศูนย์กลางของการขุดในหน่วยไมครอนหารด้วย 10 ข้อกำหนดการขุดแบบขูดที่ 80-50 โดยทั่วไปถือว่าเป็นคุณภาพมาตรฐาน คุณภาพความแม่นยำ 60-40 และคุณภาพความแม่นยำสูง 20-10
| ตารางที่ 6: ความคลาดเคลื่อนในการผลิตสำหรับคุณภาพพื้นผิว | |
| คุณภาพพื้นผิว (ขูดขีด) | เกรดคุณภาพ |
| 80-50 | ทั่วไป |
| 60-40 | ความแม่นยำ |
| 40-20 | ความแม่นยำสูง |
ความเรียบของพื้นผิว
ความเรียบของพื้นผิวเป็นข้อกำหนดความแม่นยำของพื้นผิวประเภทหนึ่งที่ใช้วัดความเบี่ยงเบนของพื้นผิวเรียบ เช่น ความเบี่ยงเบนของกระจก หน้าต่าง ปริซึม หรือเลนส์พลาโนความเบี่ยงเบนนี้สามารถวัดได้โดยใช้ออปติคัลแฟลต ซึ่งเป็นพื้นผิวอ้างอิงแบนราบคุณภาพสูงที่มีความแม่นยำสูง ซึ่งใช้ในการเปรียบเทียบความเรียบของชิ้นทดสอบเมื่อพื้นผิวเรียบของออปติกทดสอบวางชิดกับออปติกแบน ขอบจะปรากฏขึ้นซึ่งมีรูปร่างกำหนดความเรียบของพื้นผิวของออปติกภายใต้การตรวจสอบหากขอบมีระยะห่างเท่าๆ กัน เป็นเส้นตรง และขนานกัน พื้นผิวออปติกที่ทดสอบจะแบนราบเท่ากับพื้นผิวออปติกอ้างอิงเป็นอย่างน้อยหากขอบโค้ง จำนวนขอบระหว่างเส้นจินตภาพสองเส้น เส้นหนึ่งสัมผัสกับกึ่งกลางขอบและอีกเส้นผ่านปลายขอบเดียวกัน บ่งชี้ข้อผิดพลาดด้านความเรียบความเบี่ยงเบนของความเรียบมักจะวัดเป็นค่าของคลื่น (λ) ซึ่งเป็นค่าทวีคูณของความยาวคลื่นของแหล่งกำเนิดการทดสอบขอบหนึ่งตรงกับ ½ ของคลื่น กล่าวคือ 1 λ เท่ากับ 2 ขอบ
| ตารางที่ 7: ความคลาดเคลื่อนในการผลิตสำหรับความเรียบ | |
| ความเรียบ | เกรดคุณภาพ |
| 1λ | ทั่วไป |
| λ/4 | ความแม่นยำ |
| λ/10 | ความแม่นยำสูง |
พลัง
กำลังไฟเป็นข้อกำหนดความแม่นยำของพื้นผิวประเภทหนึ่ง ใช้กับพื้นผิวออปติกโค้ง หรือพื้นผิวที่มีกำลังไฟเป็นการวัดความโค้งบนพื้นผิวออปติกและแตกต่างจากรัศมีความโค้งตรงที่ใช้กับการเบี่ยงเบนระดับจุลภาคในรูปทรงกลมของเลนส์เช่น พิจารณาว่ารัศมีความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ถูกกำหนดเป็น 100 +/-0.1 มม. เมื่อสร้าง ขัดเงา และวัดรัศมีนี้แล้ว เราจะพบว่าความโค้งที่แท้จริงของมันคือ 99.95 มม. ซึ่งอยู่ภายในค่าเผื่อเชิงกลที่ระบุในกรณีนี้ เราทราบว่าทางยาวโฟกัสถูกต้องเช่นกัน เนื่องจากเราได้รูปทรงทรงกลมที่ถูกต้องแต่เพียงเพราะรัศมีและทางยาวโฟกัสถูกต้อง ไม่ได้หมายความว่าเลนส์จะทำงานตามที่ออกแบบไว้ดังนั้นจึงไม่เพียงพอที่จะกำหนดรัศมีความโค้งเพียงอย่างเดียว แต่ยังรวมถึงความสม่ำเสมอของความโค้งด้วย และนี่คือสิ่งที่กำลังออกแบบมาให้ควบคุมได้อย่างแม่นยำอีกครั้งโดยใช้รัศมี 99.95 มม. เดิมที่กล่าวถึงข้างต้น ช่างแว่นตาอาจต้องการควบคุมความแม่นยำของแสงที่หักเหเพิ่มเติมโดยจำกัดกำลังไว้ที่ ≤ 1 λซึ่งหมายความว่าตลอดเส้นผ่านศูนย์กลางทั้งหมด จะมีความคลาดเคลื่อนไม่เกิน 632.8 นาโนเมตร (1λ = 632.8 นาโนเมตร) ในความสม่ำเสมอของรูปทรงกลมการเพิ่มระดับการควบคุมที่เข้มงวดมากขึ้นในรูปแบบพื้นผิวช่วยให้มั่นใจได้ว่าลำแสงที่ด้านหนึ่งของเลนส์จะไม่หักเหแตกต่างจากอีกด้านหนึ่งเนื่องจากเป้าหมายอาจเป็นการโฟกัสที่แม่นยำของแสงที่ตกกระทบทั้งหมด ยิ่งรูปร่างมีความสม่ำเสมอมากเท่าใด แสงก็จะทำงานได้อย่างแม่นยำมากขึ้นเมื่อผ่านเลนส์
ช่างแว่นตาระบุข้อผิดพลาดของพลังงานในรูปของคลื่นหรือขอบ และวัดโดยใช้อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์มีการทดสอบในลักษณะที่คล้ายกับความเรียบ โดยนำพื้นผิวโค้งมาเปรียบเทียบกับพื้นผิวอ้างอิงที่มีรัศมีความโค้งที่สอบเทียบสูงการใช้หลักการเดียวกันของการรบกวนที่เกิดจากช่องว่างอากาศระหว่างพื้นผิวทั้งสอง รูปแบบของขอบของการรบกวนถูกใช้เพื่ออธิบายความเบี่ยงเบนของพื้นผิวทดสอบจากพื้นผิวอ้างอิง (รูปที่ 11)การเบี่ยงเบนจากชิ้นส่วนอ้างอิงจะสร้างชุดของวงแหวนที่เรียกว่า วงแหวนของนิวตันยิ่งมีวงแหวนมากเท่าไหร่ ค่าเบี่ยงเบนก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้นจำนวนของวงแหวนมืดหรือสว่าง ไม่ใช่ผลรวมของทั้งแสงและความมืด สอดคล้องกับจำนวนคลื่นของความผิดพลาดสองเท่า
รูปที่ 11: ข้อผิดพลาดของพลังงานทดสอบโดยเปรียบเทียบกับพื้นผิวอ้างอิงหรือใช้อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์
ข้อผิดพลาดด้านพลังงานเกี่ยวข้องกับข้อผิดพลาดในรัศมีความโค้งตามสมการต่อไปนี้ โดยที่ ∆R คือข้อผิดพลาดของรัศมี, D คือเส้นผ่านศูนย์กลางเลนส์, R คือรัศมีพื้นผิว และ λ คือความยาวคลื่น (โดยทั่วไปคือ 632.8 นาโนเมตร):
ข้อผิดพลาดด้านพลังงาน [คลื่นหรือ λ] = ∆R D²/8R²λ
รูปที่ 12: ข้อผิดพลาดของพลังงานเหนือ Diamater เทียบกับข้อผิดพลาดของ Radius ที่ศูนย์กลาง
ความผิดปกติ
ความไม่สม่ำเสมอจะคำนึงถึงความผันแปรของสเกลเล็กๆ บนพื้นผิวออปติกเช่นเดียวกับกำลัง วัดในรูปของคลื่นหรือขอบและระบุลักษณะโดยใช้อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ตามแนวคิดแล้ว เป็นการง่ายที่สุดที่จะคิดว่าความไม่สม่ำเสมอเป็นข้อมูลจำเพาะที่กำหนดว่าพื้นผิวออปติกต้องเรียบสม่ำเสมอเพียงใดในขณะที่ยอดและหุบเขาที่วัดได้โดยรวมบนพื้นผิวออปติกอาจมีความสม่ำเสมอมากในพื้นที่หนึ่ง ส่วนออปติกที่แตกต่างกันอาจแสดงความเบี่ยงเบนที่มากกว่ามากในกรณีเช่นนี้ แสงที่เลนส์หักเหอาจทำงานแตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับตำแหน่งที่เลนส์หักเหดังนั้น ความไม่สม่ำเสมอจึงเป็นสิ่งสำคัญที่ต้องพิจารณาในการออกแบบเลนส์รูปต่อไปนี้แสดงให้เห็นว่ารูปแบบพื้นผิวนี้เบี่ยงเบนจากทรงกลมที่สมบูรณ์สามารถระบุลักษณะได้อย่างไรโดยใช้ข้อมูลจำเพาะ PV ที่ไม่สม่ำเสมอ
รูปที่ 13: การวัดค่า PV ที่ผิดปกติ
ความไม่สม่ำเสมอเป็นข้อกำหนดความแม่นยำของพื้นผิวประเภทหนึ่งที่อธิบายว่ารูปร่างของพื้นผิวเบี่ยงเบนไปจากรูปร่างของพื้นผิวอ้างอิงอย่างไรได้รับจากการวัดเช่นเดียวกับพลังงานความสม่ำเสมอหมายถึงความเป็นทรงกลมของขอบวงกลมที่เกิดจากการเปรียบเทียบพื้นผิวทดสอบกับพื้นผิวอ้างอิงเมื่อพลังของพื้นผิวมีมากกว่า 5 ขอบ การตรวจจับสิ่งผิดปกติเล็กๆ น้อยๆ ที่น้อยกว่า 1 ขอบทำได้ยากดังนั้นจึงเป็นเรื่องปกติที่จะระบุพื้นผิวด้วยอัตราส่วนของกำลังต่อความผิดปกติประมาณ 5:1
รูปที่ 14: ความเรียบ เทียบกับ กำลัง เทียบกับความไม่สม่ำเสมอ
RMS ข้อพลัง PV และความไม่สม่ำเสมอ
เมื่อพูดถึงอำนาจและความผิดปกติ สิ่งสำคัญคือต้องแยกแยะสองวิธีที่อาจกำหนดได้ค่าแรกคือค่าสัมบูรณ์ตัวอย่างเช่น ถ้าออปติกถูกกำหนดให้มีความผิดปกติของคลื่น 1 คลื่น ความแตกต่างของคลื่นระหว่างจุดสูงสุดและต่ำสุดบนพื้นผิวออปติคัลหรือจุดพีคทูแวลเลย์ (PV) จะต้องไม่เกิน 1 คลื่นวิธีที่สองคือการระบุกำลังหรือความผิดปกติเป็น 1 คลื่น RMS (ค่าเฉลี่ยรากกำลังสอง) หรือค่าเฉลี่ยในการตีความนี้ พื้นผิวออปติกที่กำหนดเป็น 1 คลื่น RMS ไม่ปกติ ในความเป็นจริงอาจมียอดและหุบเขาที่เกิน 1 คลื่น อย่างไรก็ตาม เมื่อตรวจสอบพื้นผิวทั้งหมด ความผิดปกติเฉลี่ยโดยรวมจะต้องอยู่ภายใน 1 คลื่น
สรุปแล้ว RMS และ PV เป็นทั้งวิธีการอธิบายว่ารูปร่างของวัตถุตรงกับความโค้งที่ออกแบบได้ดีเพียงใด ซึ่งเรียกว่า "รูปพื้นผิว" และ "ความขรุขระของพื้นผิว" ตามลำดับทั้งคู่คำนวณจากข้อมูลเดียวกัน เช่น การวัดด้วยอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ แต่ความหมายต่างกันมากPV เก่งในการให้ "สถานการณ์ที่แย่ที่สุด" สำหรับพื้นผิวRMS เป็นวิธีการอธิบายค่าเบี่ยงเบนเฉลี่ยของตัวเลขพื้นผิวจากพื้นผิวที่ต้องการหรืออ้างอิงRMS นั้นดีสำหรับการอธิบายความแปรผันของพื้นผิวโดยรวมไม่มีความสัมพันธ์ที่เรียบง่ายระหว่าง PV และ RMSอย่างไรก็ตาม ตามกฎทั่วไป ค่า RMS จะอยู่ที่ประมาณ 0.2 ที่เข้มงวดพอๆ กับค่าที่ไม่ใช่ค่าเฉลี่ยเมื่อเปรียบเทียบแบบเคียงข้างกัน กล่าวคือ 0.1 คลื่น PV ที่ผิดปกติจะเทียบเท่ากับประมาณ 0.5 คลื่น RMS
เสร็จสิ้นพื้นผิว
พื้นผิวสำเร็จหรือที่เรียกว่าความหยาบของพื้นผิว วัดความผิดปกติขนาดเล็กบนพื้นผิวมักเป็นผลพลอยได้จากกระบวนการขัดเงาและประเภทวัสดุแม้ว่าออปติกจะถือว่าเรียบเป็นพิเศษโดยมีความผิดปกติเล็กน้อยบนพื้นผิว แต่จากการตรวจสอบระยะใกล้ การตรวจด้วยกล้องจุลทรรศน์จริงอาจเผยให้เห็นพื้นผิวที่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างมากการเปรียบเทียบที่ดีของสิ่งประดิษฐ์นี้คือการเปรียบเทียบความหยาบของพื้นผิวกับกระดาษทรายแม้ว่าขนาดเม็ดกรวดที่ดีที่สุดอาจให้ความรู้สึกเรียบและสม่ำเสมอเมื่อสัมผัส แต่จริงๆ แล้วพื้นผิวประกอบด้วยยอดและหุบเขาระดับจุลภาคที่กำหนดโดยขนาดทางกายภาพของเม็ดกรวดเองในกรณีของออปติค "กรวด" อาจถูกมองว่าเป็นความผิดปกติระดับจุลภาคในพื้นผิวซึ่งเกิดจากคุณภาพของยาขัดเงาพื้นผิวที่ขรุขระมักจะสึกหรอได้เร็วกว่าพื้นผิวที่เรียบ และอาจไม่เหมาะกับการใช้งานบางประเภท โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับงานที่ใช้เลเซอร์หรือความร้อนจัด เนื่องจากอาจเกิดจุดเกิดนิวเคลียสที่สามารถปรากฏในรอยแตกขนาดเล็กหรือความไม่สมบูรณ์
ไม่เหมือนกับกำลังและความไม่สม่ำเสมอซึ่งวัดเป็นคลื่นหรือเศษส่วนของคลื่น ความขรุขระของพื้นผิวเนื่องจากการโฟกัสระยะใกล้มากที่พื้นผิวจะถูกวัดในระดับอังสตรอมและเสมอในรูปของ RMSสำหรับการเปรียบเทียบ ต้องใช้ 10 อังสตรอมจึงจะเท่ากับ 1 นาโนเมตร และ 632.8 นาโนเมตรจะเท่ากับ 1 คลื่น
รูปที่ 15: การวัด RMS ความหยาบของพื้นผิว
| ตารางที่ 8: ค่าความคลาดเคลื่อนในการผลิตสำหรับ Surface Finish | |
| ความหยาบผิว (RMS) | เกรดคุณภาพ |
| 50อั | ทั่วไป |
| 20อั | ความแม่นยำ |
| 5อั | ความแม่นยำสูง |
ข้อผิดพลาด Wavefront ที่ส่ง
ข้อผิดพลาดของหน้าคลื่นที่ส่งผ่าน (TWE) ใช้เพื่อประเมินประสิทธิภาพขององค์ประกอบออปติกเมื่อแสงผ่านซึ่งแตกต่างจากการวัดรูปแบบพื้นผิว การวัดหน้าคลื่นแบบส่งจะรวมถึงข้อผิดพลาดจากพื้นผิวด้านหน้าและด้านหลัง ลิ่ม และความเป็นเนื้อเดียวกันของวัสดุการวัดประสิทธิภาพโดยรวมนี้ช่วยให้เข้าใจประสิทธิภาพในโลกแห่งความเป็นจริงของออปติกได้ดีขึ้น
ในขณะที่ส่วนประกอบออปติคัลจำนวนมากได้รับการทดสอบแยกกันสำหรับรูปแบบพื้นผิวหรือข้อกำหนดเฉพาะของ TWE ส่วนประกอบเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ในแอสเซมบลีออปติคัลที่ซับซ้อนมากขึ้นพร้อมข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของตนเองในบางแอปพลิเคชัน เป็นที่ยอมรับได้ที่จะอาศัยการวัดส่วนประกอบและค่าความคลาดเคลื่อนในการทำนายประสิทธิภาพขั้นสุดท้าย แต่สำหรับการใช้งานที่มีความต้องการมากขึ้น สิ่งสำคัญคือต้องวัดส่วนประกอบตามที่ประกอบขึ้น
การวัด TWE ใช้เพื่อยืนยันว่าระบบออปติกถูกสร้างขึ้นตามข้อมูลจำเพาะและจะทำงานตามที่คาดไว้นอกจากนี้ ยังสามารถใช้การวัด TWE เพื่อจัดตำแหน่งระบบอย่างแข็งขัน ลดเวลาการประกอบ ขณะเดียวกันก็รับประกันประสิทธิภาพที่คาดหวังไว้
Paralight Optics ประกอบด้วยเครื่องเจียรและเครื่องขัด CNC ที่ล้ำสมัย ทั้งสำหรับรูปทรงทรงกลมมาตรฐาน รวมถึงรูปทรงแอสเฟียริกและรูปทรงอิสระการใช้มาตรวิทยาขั้นสูง ได้แก่ Zygo อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์, โพรฟิโลมิเตอร์, TriOptics Opticentric, TriOptics OptiSpheric ฯลฯ สำหรับทั้งมาตรวิทยาในกระบวนการและการตรวจสอบขั้นสุดท้าย ตลอดจนประสบการณ์หลายปีของเราในด้านการผลิตและการเคลือบออปติคัลทำให้เราสามารถจัดการกับสิ่งที่ซับซ้อนที่สุดและ ออพติคที่มีประสิทธิภาพสูงเพื่อตอบสนองข้อกำหนดออปติกที่ลูกค้าต้องการ
สำหรับข้อมูลจำเพาะเชิงลึกเพิ่มเติม โปรดดูแคตตาล็อกเลนส์หรือผลิตภัณฑ์เด่นของเรา
เวลาโพสต์: เมษายน-26-2023