Оптическое производство и тестирование

Оптическое производство и тестирование — это процесс производства и тестирования оптических компонентов. Он охватывает широкий спектр производственных процедур и конфигураций оптических испытаний.

Изготовление обычной сферической линзы обычно начинается с придания грубой формы оптике путем шлифования стеклянной заготовки. ^{[ 1 ]} Это можно сделать, например, кольцевыми инструментами. Далее поверхность линзы полируется до окончательной формы. Обычно это делается путем притирки — вращения и трения шероховатой поверхности линзы об инструмент с желаемой формой поверхности со смесью абразивов и жидкости между ними. Обычно для полировки поверхности линзы используется резной инструмент. Смесь абразива называется суспензией и обычно состоит из оксида церия или циркония в воде с добавлением смазочных материалов для облегчения перемещения инструмента без прилипания к линзе. Размер частиц в суспензии регулируется для получения желаемой формы и качества.

Типы притирки включают планетарную, двустороннюю и цилиндрическую притирку. ^{[ 2 ]}

Во время полировки линзу можно протестировать, чтобы подтвердить получение желаемой формы и убедиться, что окончательная форма имеет правильную форму с допустимой точностью. Отклонение оптической поверхности от правильной формы обычно выражается в долях длины волны для некоторой подходящей длины волны света (возможно, длины волны, на которой будет использоваться линза, или видимой длины волны, для которой доступен источник). Недорогие линзы могут иметь отклонения формы до нескольких длин волн (λ, 2λ и т. д.). Более типичные промышленные линзы имеют отклонение не более четверти длины волны (λ/4). Прецизионные линзы для использования в таких приложениях, как лазеры , интерферометры и голография, имеют поверхности с допуском в одну десятую доли длины волны (λ/10) или выше. Помимо профиля поверхности, линза должна отвечать требованиям по качеству поверхности (царапины, ямки, пятнышки и т.п.) и точности размеров.

Технологии изготовления

Изготовление стеклянных заготовок
- Пакетное смешивание
- литья Методы
- отжига Графики и оборудование
- Методы физической характеристики
- Измерение показателя преломления и расчет родословной расплава
формирования ромба Техники
- алмазного круга Процессы и оборудование для создания кривой
- для алмазной окантовки Процессы и оборудование
Технологии изготовления рыхлой крошки :
- Грубое шлифование
- Тонкое измельчение
- Полировка и фигурка
формования стекла Технологии
- Прецизионное формование стекла

Нетрадиционные методы включают одноточечную алмазную токарную обработку (SPDT) и магнитореологическую чистовую обработку (MRF). ^{[ 3 ]}

Свободноабразивное шлифование

Свободно-абразивное шлифование – это метод шлифовки поверхности материала перед полировкой. Он предполагает использование мелких частиц песка для удаления мелких частиц материала с поверхности оптической заготовки. Частицы песка известны как свободные абразивы. Частицы добавляются в жидкую суспензию, которая проходит между измельчающей пластиной и материалом. Используются скользящие движения между шлифовальной пластиной и материалом. ^{[ 4 ]}

После шлифования появляется небольшая шероховатость поверхности, которая зависит от размера зерна. Под поверхностью материала также имеется небольшое количество трещин, известное как подповерхностное повреждение (SSD). ^{[ 4 ]}

Чтобы уменьшить шероховатость поверхности и подповерхностные повреждения, можно выполнить дополнительную шлифовку зернистостью меньшего размера. ^{[ 4 ]} Обычно используют две или три стадии измельчения, причем вторая и третья стадии имеют уменьшающийся размер. Например, типичный набор ступеней зернистости составляет 30 микрометров, затем 15 микрометров, затем 9 микрометров. Альтернативный набор типичных ступеней зернистости: 20 микрометров, затем 12 микрометров, затем 5 микрометров. ^{[ 4 ]}

Типы абразивов включают оксид алюминия , технический алмаз и карбид кремния . Алмаз обычно используется только для шлифовки очень твердых материалов или некоторых кристаллов. ^{[ 5 ]}

Полировка

Оптика полируется в суспензии абразивных частиц, жидкого носителя и дополнительных добавок. ^{[ 6 ]} Типы абразивных частиц, которые можно использовать, включают оксид церия (IV) , алмаз, оксид алюминия и коллоидный диоксид кремния . ^{[ 6 ]} Необязательные добавки включают суспендирующие агенты, смазочные материалы и моющие средства. ^{[ 6 ]}

Материалы

Существуют различные материалы, которые можно использовать для изготовления оптических компонентов, включая различные типы стекла, плавленый кварц , кремний и кристаллический кварц. ^{[ 7 ]} Фторид кальция (CaF2) можно использовать в качестве оптического материала, хотя он легко ломается и царапается. ^{[ 7 ]}

Материалы для инфракрасных оптических компонентов включают селенид цинка (ZnSe), сульфид цинка (ZnS) и арсенид галлия (GaAs). ^{[ 7 ]}

Технические характеристики

Технические характеристики оптических компонентов различаются в зависимости от их типа:

Характеристики призм включают пирамидальную ошибку, траекторию луча, смещение и отклонение луча, угол основания, сколы на краях крыши, волновой фронт и поляризацию. ^{[ 8 ]}

Спецификации асферических линз включают радиус основания с допуском, конические и полиномиальные коэффициенты, ссылку на сферу наилучшего соответствия, ссылку на таблицу провисания, допуск на ошибку провисания, погрешность наклона в зависимости от полосы пропускания, волновой фронт в соответствии с указанным испытанием, наклон и децентрирование. ^{[ 8 ]}

Характеристики оптического покрытия включают апертуру, отражение, пропускание, поглощение, фазовый сдвиг, адгезию, стойкость к истиранию и порог повреждения. ^{[ 8 ]}

Чтобы избежать безвозвратных потерь из-за превышения минимальной толщины, оптики стремятся соблюдать все другие спецификации для оптического компонента при максимально допустимой толщине в пределах допуска. ^{[ 9 ]}

Качество поверхности

Качество поверхности — это состояние поверхности оптического компонента. Это указывает на наличие дефектов, таких как царапины и ямки. ^{[ 10 ]} Обычно он оценивается в соответствии со спецификациями с нуля (SD). ^{[ 11 ]}

Стандарты для определения качества поверхности включают Военную спецификацию США MIL-PRF-13830B и ISO 10110. ^{[ 10 ]} MIL-PRF-13830B ранее назывался MIL-O-13830a. Другие стандарты включают MIL-C-48497a и MIL-F-48616, которые формально неактивны и применяются только к покрытиям. ^{[ 11 ]} Во всех трех военных стандартах отсутствуют спецификации статистических параметров поверхности, таких как среднеквадратическая шероховатость, погрешность наклона и пульсация. ^{[ 11 ]} Расширением и улучшением MIL-PRF является стандарт ANSI/OEOSC OP1.002. ^{[ 11 ]}

Методы тестирования

Прямое измерение профиля поверхности
Непосредственное обследование поверхности (без промежуточной оптики, например, тест Фуко , тест Ронки , тест каустика )
Вспомогательная оптика ( корректоры нуля , компьютерные голограммы и т.д.)
Интерферометрическое тестирование

Интерферометр Физо — это стандартный тип интерферометра, который используется в оптическом производстве. ^{[ 12 ]}

Сшивочную интерферометрию можно использовать для тестирования сфер. Он включает в себя выполнение субапертурных тестов, которые объединяются в одно изображение с высоким разрешением. ^{[ 13 ]}

См. также

Примечания и ссылки

^ Шори, Арик Б.; Голини, Дон; Кордонски, Уильям (октябрь 2007 г.). «Поверхностная обработка сложной оптики». Новости оптики и фотоники . 18 (10). Оптическое общество Америки: 14–16.
^ Уильямсон, Рэй (2011). Полевое руководство по оптическому изготовлению . Полевые гиды SPIE. Беллингем, Вашингтон: SPIE Press. стр. 45–48. ISBN 978-0-8194-8676-9 .
^ Уильямсон, Рэй (2011). Полевое руководство по оптическому изготовлению . Полевые гиды SPIE. Беллингем, Вашингтон: SPIE Press. ISBN 978-0-8194-8676-9 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Уильямсон, Рэй (2011). Полевое руководство по оптическому изготовлению . Полевые гиды SPIE. Беллингем, Вашингтон: SPIE Press. п. 26. ISBN 978-0-8194-8676-9 .
^ Уильямсон, Рэй (2011). Полевое руководство по оптическому изготовлению . Полевые гиды SPIE. Беллингем, Вашингтон: SPIE Press. п. 27. ISBN 978-0-8194-8676-9 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Уильямсон, Рэй (2011). Полевое руководство по оптическому изготовлению . Полевые гиды SPIE. Беллингем, Вашингтон: SPIE Press. п. 38. ISBN 978-0-8194-8676-9 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Уильямсон, Рэй (2011). Полевое руководство по оптическому изготовлению . Полевые гиды SPIE. Беллингем, Вашингтон: SPIE Press. п. 8. ISBN 978-0-8194-8676-9 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Уильямсон, Рэй (2011). Полевое руководство по оптическому изготовлению . Полевые гиды SPIE. Беллингем, Вашингтон: SPIE Press. п. 10. ISBN 978-0-8194-8676-9 .
^ Уильямсон, Рэй (2011). Полевое руководство по оптическому изготовлению . Полевые гиды SPIE. Беллингем, Вашингтон: SPIE Press. п. 11. ISBN 978-0-8194-8676-9 .
^ Jump up to: ^а ^б «Понимание характеристик качества поверхности» . Эдмунд Оптикс . Архивировано из оригинала 16 декабря 2023 года.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Уильямсон, Рэй (2011). Полевое руководство по оптическому изготовлению . Полевые гиды SPIE. Беллингем, Вашингтон: SPIE Press. п. 7. ISBN 978-0-8194-8676-9 .
^ Уильямсон, Рэй (2011). Полевое руководство по оптическому изготовлению . Полевые гиды SPIE. Беллингем, Вашингтон: SPIE Press. п. 87. ИСБН 978-0-8194-8676-9 .
^ Уильямсон, Рэй (2011). Полевое руководство по оптическому изготовлению . Полевые гиды SPIE. Беллингем, Вашингтон: SPIE Press. п. 12. ISBN 978-0-8194-8676-9 .

Малакара, Д., Тестирование в оптических цехах – 2-е издание , John Wiley and Sons, 1992 г., ISBN 0-471-52232-5

Внешние ссылки

Виртуальный завод линз, Музей фотоаппаратов Canon . Обучающие видеоролики процессов в флэш-веб-интерфейсе.

[OPN-1] Шори, Арик Б.; Голини, Дон; Кордонски, Уильям (октябрь 2007 г.). «Поверхностная обработка сложной оптики». Новости оптики и фотоники . 18 (10). Оптическое общество Америки: 14–16.

[Lapping-2] Уильямсон, Рэй (2011). Полевое руководство по оптическому изготовлению . Полевые гиды SPIE. Беллингем, Вашингтон: SPIE Press. стр. 45–48. ISBN 978-0-8194-8676-9 .

[FieldGuide-3] Уильямсон, Рэй (2011). Полевое руководство по оптическому изготовлению . Полевые гиды SPIE. Беллингем, Вашингтон: SPIE Press. ISBN 978-0-8194-8676-9 .

[FreeAbrasiveGrinding-4] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Уильямсон, Рэй (2011). Полевое руководство по оптическому изготовлению . Полевые гиды SPIE. Беллингем, Вашингтон: SPIE Press. п. 26. ISBN 978-0-8194-8676-9 .

[AbrasiveTypes-5] Уильямсон, Рэй (2011). Полевое руководство по оптическому изготовлению . Полевые гиды SPIE. Беллингем, Вашингтон: SPIE Press. п. 27. ISBN 978-0-8194-8676-9 .

[PolishingCompounds-6] Jump up to: ^а ^б ^с Уильямсон, Рэй (2011). Полевое руководство по оптическому изготовлению . Полевые гиды SPIE. Беллингем, Вашингтон: SPIE Press. п. 38. ISBN 978-0-8194-8676-9 .

[OpticsMaterialsTable-7] Jump up to: ^а ^б ^с Уильямсон, Рэй (2011). Полевое руководство по оптическому изготовлению . Полевые гиды SPIE. Беллингем, Вашингтон: SPIE Press. п. 8. ISBN 978-0-8194-8676-9 .

[OpticsSpecifications-8] Jump up to: ^а ^б ^с Уильямсон, Рэй (2011). Полевое руководство по оптическому изготовлению . Полевые гиды SPIE. Беллингем, Вашингтон: SPIE Press. п. 10. ISBN 978-0-8194-8676-9 .

[Tolerances-9] Уильямсон, Рэй (2011). Полевое руководство по оптическому изготовлению . Полевые гиды SPIE. Беллингем, Вашингтон: SPIE Press. п. 11. ISBN 978-0-8194-8676-9 .

[EdmundSurfaceQuality-10] Jump up to: ^а ^б «Понимание характеристик качества поверхности» . Эдмунд Оптикс . Архивировано из оригинала 16 декабря 2023 года.

[SurfaceQuality-11] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Уильямсон, Рэй (2011). Полевое руководство по оптическому изготовлению . Полевые гиды SPIE. Беллингем, Вашингтон: SPIE Press. п. 7. ISBN 978-0-8194-8676-9 .

[Interferometry-12] Уильямсон, Рэй (2011). Полевое руководство по оптическому изготовлению . Полевые гиды SPIE. Беллингем, Вашингтон: SPIE Press. п. 87. ИСБН 978-0-8194-8676-9 .

[DesigningAspheres-13] Уильямсон, Рэй (2011). Полевое руководство по оптическому изготовлению . Полевые гиды SPIE. Беллингем, Вашингтон: SPIE Press. п. 12. ISBN 978-0-8194-8676-9 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]