OPTICS应用案例系列
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24+86 (0755) 2967 5435 • 爱特蒙特光学 (深圳) 有限公司在元件或系统的设计和生产过程中利用光学参数规格可使该元件或系统精确达到特定的性能要求。光学参数规格非常有用,原因有以下两点: 首先,它们可以指定决定系统性能的可接受的关键参数限值;其次,它们能够确定应花在生产上的资源的数量(即时间和成本)。光学系统的参数规格过低或过高都会影响其性能,从而造成不必要的资源浪费。如果未正确设定所有必要的参数,则会导致规格过低,从而使性能降低。 如果过于严格地定义系统参数而不考虑光学或机械要求中的任 何变化,则会导致规格过高,从而使成本和生产难度增加。为了了解光学规格,首先弄清楚它们的含义是非常重要的。为了简化日益繁多的数字,请考虑为透镜、反射镜和窗口片使用最常用的生产规格、表面规格和材料规格。滤光片、偏振片、棱镜、分光镜、光栅和光纤也具有许多这类光学规格,因此了解最常用的规格将为您了解几乎所有光学产品的规格提供最坚实的基础。生产规格直径公差 圆形光学元件的直径公差提供了一个可接受的直径值范围。此生产规格会因制作光学产品的某些光学加工公司的技术水平和能力而有所不同。虽然直径公差不会对光学产品本身的光学性能产生任何影响,但如果要在任何一种固定器上安装光学产品,则它是您必须考虑的一种非常重要的机械公差。例如,如果透镜的直径与其标称值存有偏差,则有可能使已安装的组件中的机械轴偏离光学轴,从而导致光的偏心(图1)。通常,直径的生产公差为:+0.00/-0.10 mm表示一般质量,+0.00/-0.050 mm表示精密质量,+0.000/-0.010 mm则为高质量.中心厚度公差光学元件(最典型的是透镜)的中心厚度,测量的是光学元件中心部分的材料厚度。中心厚度是通过透镜的机械轴来测量的,该机械轴是作为透镜外部边缘之间的轴来定义的。 透镜中心厚度的变化会影响光学性 能,这是因为中心厚度及其曲率半径会决定光线穿过透镜的光学路径长度。通常,中心厚度的生产公差为: +/-0.20 mm表示一般质量,+/-0.050 mm表示精密质量,+/-0.010 mm则为高质量.曲率半径曲率半径是指光学元件的顶点与曲率中心之间的距离。该半径可以为正值、零或负值,具体要取决于该表面是凸面、平面还是凹面。如果知道曲率半径值,则可以确定光线穿过透镜或反射镜的光学路径长度,同时还对表面功率起着重要的决定作用。 曲率半径的生产容差通常为+/-0.5,但在精确应用中也可低至+/-0.1%,或在需要极高的质量情况下为+/-0.01%。中心透镜的中心也称为向心性或离心性,是根据光束偏差δ(方程式1)而指定的。一旦给定了光束偏差,则可以通过一种简单的关系来计算楔角W(方程式2)。透镜的离心量是机械轴与光学轴物理偏离的距离。透镜的机械轴仅为透镜的几何轴,是由其外部的柱面来定义的。透镜的光学轴是由光学表面来定义的,它是连接各表面曲率中心的线。要进行向心性测试,请将透镜置于茶杯中,对其施压。对透镜施加的压力会自动聚集在茶杯中心第一个表面的曲率中心,并且该中心还会与旋转轴对齐(图2)。沿着此旋转轴射入的平行光将会穿过透镜,到达后焦平面的焦点处。当透镜随着茶杯的旋转而旋转时,透镜中的任何离心性都会使聚焦光束分散,并在后焦平面形成一个半径为 Δ 的圆轨迹(图1)。其中W表示楔角,通常报告为弧分,n表示折射率。平行度平行度描述的是两个平行表面之间的相互关系。它在指定窗口片和偏振片等元件时很有用,其中平行表面是提高系统性能的理想平面,这是因为它们可以最大限度地减少畸变,否则该畸变会降低图像或光的质量。通常,该容差范围从5弧分直至几弧秒。角度公差在棱镜和分光镜等元件中,各表面之间所产生的角度对光学产品的性能具有重要的影响。角度公差通常使用准直望远镜组件进行测量,其光源系统会发射平行光。准直望远镜将围绕光学产品的表面进行旋转,直至所产生的菲涅尔反射回到该表面,在检测的表面顶部产生一个光点。这就验证了平行光束正好垂直入射到该表面。然后,整个准直望远镜组件会绕着光学产品旋转至下一个光学表面,并且会重复此过程。图3显示了用于测量角度公差的通用准直望远镜设置。可以使用两个测量位置之间的角度差来计算两个光学表面的公差。 角度公差的范围可以从几弧分降至几弧秒。倒角玻璃角非常易碎,因此,在处理或安装元件时保护好它们非常重要。保护这些玻璃角的最常用方法是将这些边缘斜切成倒角。倒角可作为保护槽来防止边缘出现缺口。它们由其表面的宽度和角度来定义(图4)。倒角的最常见切割角度为45°,并且该表面宽度是由光学产品的直径来确定的。其直径小于3.00mm的光学产品(如微透镜或微棱镜)通常不需要切成倒角,这是因为很可能会在切削的过程中产生边缘缺口。值得注意的是,对于很小的曲率半径,例如,当透镜的直径大于等于0.85x曲率半径时,无需切成倒角,这是因为透镜表面和边缘之间会形成很大的角度。对于所有其他直径,表1提供了最大的表面宽度。CollimatedLightTilted SurfaceReectionSourceLight ConeSensor or EyepieceObjective Lens System图1:平行光的偏心图3:用于测量角度公差的自准直仪图2: 中心度测量>1mm Face0.8mm Face WidthNominally at 45°图4:光学透镜上的倒角了解光学参数规格(1)(2)δ =ΔfW =δ(n - 1)

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