Якість поверхні
Якість поверхні оптичної поверхні описує її косметичний вигляд і включає такі дефекти, як подряпини та ямки або виїмки.У більшості випадків ці поверхневі дефекти є чисто косметичними та не впливають суттєво на продуктивність системи, однак вони можуть спричинити невелику втрату пропускної здатності системи та невелике збільшення розсіяного світла.Однак деякі поверхні більш чутливі до цих ефектів, наприклад: (1) поверхні в площинах зображення, оскільки ці дефекти знаходяться у фокусі, і (2) поверхні, на яких спостерігаються високі рівні потужності, оскільки ці дефекти можуть спричинити підвищене поглинання енергії та пошкодження. оптика.Найпоширенішою специфікацією, яка використовується для якості поверхні, є специфікація подряпин і копань, описана MIL-PRF-13830B.Позначення подряпини визначається шляхом порівняння подряпин на поверхні з набором стандартних подряпин в умовах контрольованого освітлення.Тому позначення подряпини не описує саму подряпину, а скоріше порівнює її зі стандартизованою подряпиною відповідно до MIL-Spec.Однак позначення копання безпосередньо стосується копання або невеликої ями на поверхні.Позначення виїмки розраховується як діаметр виїмки в мікронах, поділений на 10. Специфікації виїмки 80-50 зазвичай вважаються стандартною якістю, 60-40 – прецизійною якістю, а 20-10 – високою точністю.
| Таблиця 6: Виробничі допуски для якості поверхні | |
| Якість поверхні (подряпини-копання) | Оцінка якості |
| 80-50 | Типовий |
| 60-40 | Точність |
| 40-20 | Висока точність |
Рівність поверхні
Площинність поверхні — це тип специфікації точності поверхні, яка вимірює відхилення плоскої поверхні, такої як дзеркало, вікно, призма або плоска лінза.Це відхилення можна виміряти за допомогою оптичної площини, яка є високоякісною, високоточною плоскою еталонною поверхнею, яка використовується для порівняння площинності тестового зразка.Коли плоска поверхня тестової оптики прикладається до оптичної площини, з’являються смуги, форма яких визначає площинність поверхні оптики, що перевіряється.Якщо смуги рівномірно розташовані, прямі та паралельні, то оптична поверхня, що перевіряється, є принаймні такою ж плоскою, як еталонна оптична площина.Якщо смуги вигнуті, кількість смуг між двома уявними лініями, одна дотична до центру смуги, а друга — через кінці тієї самої смуги, вказує на помилку площинності.Відхилення рівнинності часто вимірюють у значеннях хвиль (λ), які є кратними довжині хвилі досліджуваного джерела.Одна смуга відповідає ½ хвилі, тобто 1 λ еквівалентна 2 смугам.
| Таблиця 7: Виробничі допуски на площинність | |
| площинність | Оцінка якості |
| 1λ | Типовий |
| λ/4 | Точність |
| λ/10 | Висока точність |
потужність
Потужність — це тип специфікації точності поверхні, що застосовується до вигнутих оптичних поверхонь або поверхонь із потужністю.Це вимірювання кривизни поверхні оптики, яке відрізняється від радіуса кривизни тим, що застосовується до мікромасштабного відхилення сферичної форми лінзи.наприклад, вважайте, що радіус допуску кривизни визначений як 100 +/-0,1 мм, після того, як цей радіус буде згенеровано, відшліфовано та виміряно, ми виявимо, що його фактична кривизна становить 99,95 мм, що входить у вказаний механічний допуск.У цьому випадку ми знаємо, що фокусна відстань також правильна, оскільки ми досягли правильної сферичної форми.Але те, що радіус і фокусна відстань правильні, не означає, що об’єктив працюватиме так, як було задумано.Тому недостатньо просто визначити радіус кривизни, а й постійність кривизни – і це саме те, що потужність призначена для контролю.Знову використовуючи той самий радіус 99,95 мм, згаданий вище, оптик може забажати додатково контролювати точність заломленого світла, обмеживши потужність до ≤ 1 λ.Це означає, що по всьому діаметру не може бути більшого відхилення, ніж 632,8 нм (1λ = 632,8 нм) у консистенції сферичної форми.Додавання цього суворішого рівня контролю форми поверхні допомагає переконатися, що світлові промені з одного боку лінзи не заломлюються інакше, ніж з іншого боку.Оскільки метою може бути досягнення точного фокусування всього падаючого світла, чим більш узгоджена форма, тим точніше світло поводитиметься під час проходження крізь лінзу.
Оптики визначають похибку потужності в термінах хвиль або смуг і вимірюють її за допомогою інтерферометра.Він перевіряється подібно до площинності, оскільки вигнута поверхня порівнюється з еталонною поверхнею з точно відкаліброваним радіусом кривизни.Використовуючи той самий принцип інтерференції, спричиненої повітряними проміжками між двома поверхнями, інтерференційна картина смуг використовується для опису відхилення тестової поверхні від контрольної поверхні (рис. 11).Відхилення від еталонної частини створить серію кілець, відомих як кільця Ньютона.Чим більше кілець, тим більше відхилення.Кількість темних або світлих кілець, а не сума світлих і темних кілець, відповідає подвоєній кількості хвиль помилки.
Рисунок 11: Похибка потужності, перевірена шляхом порівняння з еталонною поверхнею або за допомогою інтерферометра
Похибка ступеня пов’язана з похибкою радіуса кривизни наступним рівнянням, де ∆R – похибка радіуса, D – діаметр лінзи, R – радіус поверхні, а λ – довжина хвилі (зазвичай 632,8 нм):
Помилка потужності [хвилі або λ] = ∆R D²/8R²λ
Малюнок 12: Похибка потужності щодо діаметра проти похибки радіусу в центрі
Нерегулярність
Іррегулярність враховує дрібні варіації масштабу на оптичній поверхні.Як і потужність, вона вимірюється в термінах хвиль або смуг і характеризується за допомогою інтерферометра.Концептуально найлегше розглядати нерівність як специфікацію, яка визначає, наскільки рівномірно гладкою має бути оптична поверхня.Тоді як загальні виміряні піки та спади на оптичній поверхні можуть бути дуже послідовними в одній області, інша частина оптики може демонструвати набагато більше відхилення.У такому випадку світло, заломлене лінзою, може поводитися по-різному залежно від того, де воно заломлюється оптикою.Тому нерегулярність є важливим моментом при розробці лінз.На наступному малюнку показано, як це відхилення форми поверхні від ідеально сферичної може бути охарактеризовано за допомогою специфікації PV нерівності.
Малюнок 13: Вимірювання PV нерегулярності
Нерегулярність — це тип специфікації точності поверхні, що описує, як форма поверхні відхиляється від форми еталонної поверхні.Його вимірюють за допомогою того ж вимірювання, що й потужність.Регулярність відноситься до сферичності круглих смуг, які утворюються в результаті порівняння тестової поверхні з поверхнею порівняння.Коли потужність поверхні більше 5 смуг, важко виявити невеликі нерівності менше 1 смуги.Тому загальноприйнятою практикою є визначення поверхонь із співвідношенням потужності до нерівності приблизно 5:1.
Рисунок 14: Рівність проти потужності та нерівномірності
RMS Verses PV Power and Irregularity
При обговоренні потужності та нерегулярності важливо розрізнити два методи, якими вони можуть бути визначені.Перше – абсолютне значення.Наприклад, якщо оптику визначено як таку, що має 1 нерегулярність хвилі, між найвищою та найнижчою точками на оптичній поверхні або від вершини до западини (PV) може бути не більше 1 різниці хвиль.Другий метод полягає у вказівці потужності або нерівномірності як 1 хвилі RMS (середньоквадратичний корінь) або середнього значення.У цій інтерпретації оптична поверхня, визначена як 1-хвильова середньоквадратична нерегулярність, може фактично мати піки та спади, що перевищують 1 хвилю, однак, при дослідженні повної поверхні, загальна середня нерівність повинна бути в межах 1 хвилі.
Загалом, RMS і PV є методами для опису того, наскільки добре форма об’єкта відповідає його проектованій кривизні, що називається «фігурою поверхні» та «шорсткістю поверхні» відповідно.Обидва вони обчислюються на основі одних і тих самих даних, наприклад, вимірювання інтерферометра, але значення зовсім різні.PV добре дає «найгірший сценарій» для поверхні;RMS — це метод опису середнього відхилення фігури поверхні від бажаної або еталонної поверхні.RMS добре підходить для опису загальної варіації поверхні.Між PV і RMS не існує простого зв’язку.Однак, як правило, середньоквадратичне значення становить приблизно 0,2 таке суворе, як і несереднє значення, якщо порівнювати його паралельно, тобто 0,1 хвильовий нерегулярний PV еквівалентний приблизно 0,5 хвильовому середньоквадратичному значенню.
Оздоблення поверхні
Оздоблення поверхні, також відома як шорсткість поверхні, вимірює дрібні нерівності на поверхні.Зазвичай вони є невдалим побічним продуктом процесу полірування та типу матеріалу.Навіть якщо оптика вважається виключно гладкою з невеликими нерівностями на поверхні, при огляді крупним планом фактичне мікроскопічне дослідження може виявити значні варіації текстури поверхні.Гарною аналогією цього артефакту є порівняння шорсткості поверхні з зернистістю наждачного паперу.Хоча зернистість найдрібнішого розміру може здаватися гладкою та правильною на дотик, насправді поверхня складається з мікроскопічних піків і западин, що визначаються фізичним розміром зерна.У випадку оптики «зернистість» можна розглядати як мікроскопічні нерівності текстури поверхні, викликані якістю полірування.Шорсткі поверхні, як правило, зношуються швидше, ніж гладкі, і можуть бути непридатними для деяких застосувань, особливо для лазерів або інтенсивного нагрівання, через можливі місця зародження, які можуть з’явитися в невеликих тріщинах або недоліках.
На відміну від потужності та нерівномірності, які вимірюються у хвилях або частках хвилі, шорсткість поверхні, через її екстремальний фокус на текстурі поверхні, вимірюється за шкалою ангстремів і завжди в термінах RMS.Для порівняння, потрібно десять ангстремів, щоб дорівнювати одному нанометру, і 632,8 нанометрів, щоб дорівнювати одній хвилі.
Рисунок 15: Вимірювання середньоквадратичного значення шорсткості поверхні
| Таблиця 8: Виробничі допуски для обробки поверхні | |
| Шорсткість поверхні (RMS) | Оцінка якості |
| 50Å | Типовий |
| 20Å | Точність |
| 5Å | Висока точність |
Помилка переданого хвильового фронту
Помилка переданого хвильового фронту (TWE) використовується для оцінки характеристик оптичних елементів під час проходження світла.На відміну від вимірювань форми поверхні, вимірювання переданого хвильового фронту включають похибки передньої та задньої поверхні, клина та однорідності матеріалу.Цей показник загальної продуктивності дає змогу краще зрозуміти ефективність оптики в реальних умовах.
У той час як багато оптичних компонентів перевіряються індивідуально на форму поверхні або специфікації TWE, ці компоненти неминуче вбудовуються в складніші оптичні збірки з власними вимогами до продуктивності.У деяких застосуваннях прийнятно покладатися на вимірювання компонентів і допуски для прогнозування кінцевої продуктивності, але для більш вимогливих застосувань важливо вимірювати вузол у готовому вигляді.
Вимірювання TWE використовуються для підтвердження того, що оптична система побудована відповідно до специфікацій і буде працювати належним чином.Крім того, вимірювання TWE можна використовувати для активного вирівнювання систем, скорочуючи час складання, забезпечуючи при цьому досягнення очікуваної продуктивності.
Paralight Optics включає найсучасніші шліфувальні та полірувальні машини з ЧПК, як для стандартних сферичних форм, так і для асферичних і довільних контурів.Використання передової метрології, включаючи інтерферометри, профілометри Zygo, TriOptics Opticentric, TriOptics OptiSpheric тощо, як для внутрішньої метрології, так і для кінцевої перевірки, а також наш багаторічний досвід у оптичному виготовленні та покритті дозволяє нам вирішувати деякі з найскладніших і високоефективна оптика, що відповідає необхідним оптичним специфікаціям замовників.
Щоб отримати детальнішу специфікацію, перегляньте наш каталог оптики або рекомендованих продуктів.
Час публікації: 26 квітня 2023 р