光学部品の一般的な仕様

光学仕様は、コンポーネントまたはシステムが特定の性能要件を正確に満たすことを可能にするために、コンポーネントまたはシステムの設計および製造に利用される。 光学仕様は、2つの理由で役立ちます。1つは、システムのパフォーマンスを決定する主要なパラメーターの許容可能な制限を指定できることです。次に、リソースの量を決定できます (i.e。、生産に費やすべき時間とコスト)。

大手からの光学システムのパラメータ光学部品会社指定が不足している、または過剰に指定されている場合は、パフォーマンスに影響を及ぼし、不必要なリソースの浪費が発生する可能性があります。 必要なすべてのパラメーターを正しく設定しないと、仕様不足になり、パフォーマンスが低下する可能性があります。 光学的または機械的要件の変動を考慮せずにシステムパラメータを厳密に定義しすぎると、仕様が過剰になる可能性があり、コストと製造上の問題が増加する可能性があります。 光学仕様を理解するためには、最初にそれらが何を意味するのかを理解することが重要です。そのため、最も一般的に使用される仕様を知ることで、ほとんどすべての光学製品の仕様を理解するための最も強力な基盤が得られます。

光学部品の製造仕様

1.直径公差

円形光学系の直径公差は、許容可能な直径値の範囲を提供します。 この生産仕様は、光学系を製造する特定の光学加工会社のスキルレベルと能力によって異なります。 直径公差は光学部品自体の光学性能に影響を与えませんが、光学部品をあらゆる種類の器具に取り付ける場合に考慮しなければならない非常に重要な機械的公差です。 たとえば、レンズの直径が公称値から外れると、取り付けられたアセンブリの機械軸が光軸から外れるリスクがあります。光の偏心をもたらします。 通常、直径の製造公差は、一般品質で0.00/-0.10mm、精密品質で0.00/-0.050mm、高品質で0.000/-0.010mmです。

2.中心厚さ公差光学素子 (最も典型的にはレンズ) の中心厚さは、光学素子の中心部分における材料の厚さを測定する。 中心の厚さは、レンズの外縁の間の軸として定義されるレンズの機械軸によって測定されます。 レンズの中心厚さの変化は、中心厚さおよびその曲率半径がレンズを通る光の光路の長さを決定するので、光学性能に影響を及ぼす。 通常、中心厚の製造公差は、平均品質の場合は/-0.20mm、精密品質の場合は/-0.050mm、高品質の場合は/-0.010mmです。

2.曲率の半径

曲率半径は、光学素子の頂点と曲率中心との間の距離である。 半径は、表面が凸状、平坦、または凹状であるかどうかに応じて、正、ゼロ、または負にすることができます。 曲率半径の値がわかっている場合、レンズまたはミラーを通る光線の光路の長さを決定することができ、また表面パワーを決定する上で重要な役割を果たす。 曲率半径の製造公差は通常/-0.5ですが、正確なアプリケーションでは/-0.1% 、非常に高品質が必要な場合は/-0.01% まで低くすることができます。h3> 中心レンズの中心は、求心または中心外としても知られ、ビーム偏差 δ (式1) に基づいて特定される。 ビーム偏差が与えられると、くさび角度Wは、単純な関係によって計算することができる (式2)。

レンズの遠心量は、機械軸が光軸から物理的にずれている距離です。 レンズの機械軸は、単にレンズの幾何学的軸であり、その外側の円筒面によって定義されます。 レンズの光軸は、各表面の曲率中心を結ぶ線である光学面によって画定される。 求心テストを実行するには、レンズを茶屋に置き、それに圧力をかけます。 レンズに加えられる圧力は、ティーアップの中心にある最初の表面の曲率中心に自動的に収束し、この中心も回転軸と一致します。 この回転軸に沿って入る平行光はレンズを通過し、後焦点面の焦点に到達します。 ティーアップの回転に伴ってレンズが回転すると、レンズ内の偏心が集束ビームとcrを分散させます。後焦点面で半径 Δ の円形軌道を形成します。

光学部品表面仕様

1.表面の質

光学表面の品質は、光学製品の表面特性を測定するために使用され、スクラッチやピットなどの多くの欠陥をカバーします。 これらの表面の欠陥のほとんどは純粋に表面的なものであり、システムのパフォーマンスに大きな影響はありませんが、システムのスループットがわずかに低下し、散乱光がより細かく散乱する可能性があります。 ただし、 (1) 画像平面を持つ表面は焦点を合わせる可能性があるため、 (2) 高出力レベルの表面など、一部の表面はこれらの効果に対してより敏感になります。これらの欠陥はエネルギー吸収を増加させ、光学製品を台無しにする可能性があるためです。 表面品質に最も一般的に使用される仕様は、MIL-PRF-13830Bで説明されているスクラッチとピッチングの仕様です。

スクラッチ名は、表面のスクラッチを、制御された照明条件下で提供される一連の標準的なスクラッチと比較することによって決定されます。 したがって、スクラッチ名は、実際のスクラッチを説明するのではなく、MIL仕様に基づいて標準のスクラッチと比較します。 ただし、ピット名は、表面のドットまたは小さなピットに直接関係しています。 ピット名は、ピットの直径をミクロンで10で割ることによって計算される。通常、80〜50のスクラッチピット仕様は標準品質と見なされ、60〜40は正確な品質と見なされ、20〜10は高精度品質と見なされます。

2.表面平坦度

P> 表面平坦度は、表面精度を測定するための仕様の一種であり、ミラー、窓片、プリズム、フラットミラーなどの平坦面の偏差を測定するために使用されます。 この偏差は、標本の滑らかさを比較するための高品質で高精度の参照面である光学フラットクリスタルを使用して測定できます。テストの下の光学プロダクトの平らな表面が光学平らな水晶に対して置かれるとき、筋は現れます、 その形状は、テスト中の光学製品の表面の滑らかさを示しています。 縞が等間隔で平行な直線である場合、テストされた光学面は少なくとも参照光学フラットクリスタルと同じくらい平らです。

ストライプが湾曲している場合、2つのダッシュライン間のストライプの数 (1つのダッシュラインはストライプの中点に接し、もう1つのダッシュラインは同じストライプの端点を通過します) は滑らかさのエラーを指します。 滑らかさの偏差は、通常、テストソースの複数の波長で構成されるリップル値 (λ) で測定されます。 1つのストライプは、波長の1/2に相当する。1λ の滑らかさは一般的な品質レベルを示し、 λ/4の滑らかさは正確な品質レベルを示し、 λ/20の滑らかさは高精度の品質レベルを示します。

3. Aperture番号

開口数は、表面精度を測定するための仕様の一種であり、曲面光学面またはパワーのある表面に適用できます。開口数テストは、表面が大学の曲率半径を持つ参照表面と比較されるという点で、平坦度テストに似ています。 2つの表面の間のギャップによって生成される干渉の同じ原理を使用して、ストライプの干渉パターンを使用して、参照表面からのテスト表面の偏差を示します。 参照からの逸脱は、ニュートンのリングと呼ばれる一連のリングを生成します。存在するリングが多いほど、偏差は大きくなる。暗いリングと明るいリングの両方の総数ではなく、暗いリングまたは明るいリングの数は、波長誤差の2倍に相当します。

4.不規則性

不規則性は、表面の精度を測定し、基準表面形状からの表面形状の偏差を記述するタイプの仕様です。不規則性は、開口数と同じ方法で測定されます。 不規則性は、テスト表面を参照表面と比較することによって形成される球形の円形の縞です。 表面の開口数が5ストライプを超えると、1ストライプよりも小さい小さな不規則な形状を検出することが困難になります。 したがって、表面の凹凸に対するアパーチャの数の比率を5:1程度に指定するのが一般的である。 表面粗さとしても知られる表面仕上げは、表面の小さな凹凸の一部を測定するために使用されます。 それらは通常不十分な研磨プロセスの結果です。 粗い表面は滑らかな表面よりも耐摩耗性が高い傾向があり、特にレーザーを使用したアプリケーションや過熱した環境では、一部のアプリケーションには適していない場合があります。核形成部位における小さな破壊または欠陥の可能性のために。 表面仕上げのための50Å RMSの生産公差は、20Å RMS indで平均品質を示します正確な品質を示し、5 Å RMSで高品質を示します。

光学部品の材料仕様

1.屈折率

媒体の屈折率は、真空中の光の速度と媒体中の光の速度の比である。 ガラスの屈折率は一般に1.4から4.0の範囲であり、ビジョンガラスの屈折率範囲は赤外光用に最適化されたガラスの屈折率よりもやや小さい。 たとえば、N-BK7 (汎用可視ガラス) の屈折率は1.517ですが、ゲルマニウム (汎用赤外線ガラス) 光学ガラスの屈折率は4.003であり、光学面のパワーは半径の差から得られるため、光学ガラスの屈折率は重要な特性です。 表面の曲率と表面の両側の媒体の屈折率。ガラスメーカーは、不均一性をガラスの屈折率の変化として指定しています。 不均一性は、グレードと不均一性が互いに反比例し、グレードが増加するにつれて不均一性が減少する、異なるグレードに従って指定されます。

2.分散係数

ガラスの別の材料特性は、ガラスによって提示される分散の量を定量化するために使用される分散係数である。 これは、波長f (486.1nm) 、d (587.6nm) およびc (656.3nm) における材料の屈折率である (式3)。 (4) vd = nd-1nf-ncvd = nd-1nf-ncの分散係数値の範囲は、通常25〜65である。ガラスの分散係数が55より大きい (分散が少ない) 場合、ガラスはコロナガラスと見なされますが、分散係数が50未満のガラス (分散が多い) フリントガラスとみなされます。 分散のために、ガラスの屈折率は、波長に依存して変化する。 分散の最も重要な結果は、システムの焦点距離が光の波長によってわずかに異なることです。h3> レーザーダメージしきい値レーザーダメージしきい値は、レーザーダメージの前に各エリアの表面が許容できるレーザーパワーの最大量です。

パルスレーザーと連続波 (CW) レーザーの両方に、対応するレーザー損傷しきい値があります。 レーザー損傷しきい値は、他の光学系ではなくレーザー製品と組み合わせて使用されているため、ミラーにとって非常に重要な材料仕様ですが、レーザーグレードの光学系は、しきい値を提供します。 たとえば、損傷定格しきい値が0.5 J/cm2 @ 150フェムト秒パルスおよび100kW/cm2 CWのTi: Sapphireレーザーリフレクターを考えてみましょう。 これは、リフレクターが1平方センチメートルあたり0.5Jのエネルギー密度で入ってくる高繰り返しフェムト秒パルスレーザーに耐えることができることを示します。または1平方センチメートルあたり100kWのエネルギー密度を持つ高出力CWレーザー。 レーザービームがより小さな領域に集中している場合は、全体のしきい値が指定された値を超えないように対策を検討する必要があります。

他にもさまざまな製造、表面、材料の仕様がありますが、最も一般的に使用される光学仕様が理解されれば、混乱を大幅に回避できます。 レンズ、ミラー、窓、フィルター、偏光子、プリズム、ビームスプリッター、グレーティング、光ファイバーにはさまざまな属性があります。それらが互いにどのように関連し、それらがシステム全体のパフォーマンスにどのように影響するかを理解することは、光学、イメージング、または光電子アプリケーションに統合するのに最適なコンポーネントを選択するのに役立ちます。