光学元件的中心偏差(二) 表征方法

来源:光行万里 发布时间:2024-01-30 00:00:00 浏览量:1360

光学元件的中心偏差(二) 表征方法

 

1   引言

在上一篇文章中,我们对光学元件的中心偏差做了介绍,包括与中心偏差相关的术语,球面与非球面表面中心偏差的定义,与之相关的偏心差、球心差、边厚差等指标的概念,以及它们之间的相互转换关系。在本文中,我们参照ISO 10110标准中对光学图纸和元件中心偏差的规范说明,对光学元件中心偏差的表征方法做详细的阐述,从而帮助大家准确理解图纸中对该指标的具体要求。

2 ISO 10110光学元件图纸指标说明

ISO 10110,是一部制定用于光学加工与检验,光学元件及系统的技术图纸绘制及其技术要求的总的技术规范。该规范共包含13部分,对光学材料的缺陷(应力双折射、气泡与杂质、非均匀性与条纹等)、光学元件的参数指标(面形、中心偏差、表面缺陷、微观轮廓)、表面处理和镀膜、非球面、激光辐射损伤阈值等内容都做了详尽的介绍,感兴趣的朋友可以去查阅。我们现行的标准图纸,多数是以ISO 10110为依据来绘制的,在图纸中,对于一个光学透镜元件指标的表征,如下图所示:

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在上面的图中,以红线为分界线,把指标区分成了123三部分,第1部分表示对元件左侧表面的指标要求,即Surface 1面,该区域的指标,从上到下依次是该表面的曲率半径(R),在这里需要注明是凹面还是凸面(凹面用CV表示,是英文字母Concave的缩写,凸面用CX表示,是英文字母Convex的缩写),有效口径Φe,保护性倒角大小,以表示的对元件表面镀膜的要求,3/ 的内容表示对表面面形误差的要求,4/的内容表示对该表面中心偏差的要求,5/ 的内容表示对元件表面缺陷的要求,6/ 的内容表示对表面镀膜后激光损伤阈值的要求。

在指标区中间区域的第2部分,是对元件所使用的光学材料的要求,需要在这个区域说明要使用的材料是什么,并标注该材料对应的折射率n色散系数v0/ 的内容表示光学材料的应力双折射公差,1/的内容表示对材料内气泡和杂质的要求,2/的内容,表示对条纹度和材料不均匀性的要求。

在指标区右侧区域的第3部分,是对元件右表面,即Surface 2的要求,该区域内的各个指标的定义与Surface 1是一致的。

3 中心偏差的表征

在上一节中提到,4/ 表示对元件中心偏差的要求,在4/ 后面,需要标注12个公差值,来说明允许的最大中心偏差的数值,常见的格式为:

1、 4/ σ , 其中σ表示该表面可允许的最大倾角,以角分或角秒为单位;

2、 4/σ(L) , 除了倾角σ外,在后面括弧里有个字母L,参照我们前面一篇文章中的介绍,L表示元件表面顶点到基准轴的最大可允许的横向位移,单位是毫米。

3、 4/ Δτ,当出现三角形符号Δ时,说明这个表面是胶合面,而字母τ,则表示胶合层最大允许的楔角的大小。

在了解了以上的定义后,我们就以实际的图例来阐述中心偏差的具体表征方法。

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在上面的图中,是一个球面透镜元件,元件的基准轴是透镜边缘的外圆柱,左侧表面允许的最大倾角为3‘,右侧表面允许的最大倾角为2’。有的时候,在简化图纸中,会省去A基准的标注,这种情况下也是默认以透镜外圆柱做为基准。

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我们再来看一个例子,在上图的球面透镜中,只标注了右侧表面允许的最大允许倾角为1分,而左侧表面没有做中心偏差的标注,在这种情况中,是选择了左侧表面的中心顶点与其曲率中心的连线做为基准轴的,所以就没有对左表面做公差标注。

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我们来看一个非球面透镜的例子,在上图中,同样是只标注了右侧非球面的中心偏差,允许的最大倾角为10分,非球面光轴顶点与基准轴的横向距离为0.05mm,这个透镜的基准轴,是以透镜边缘外圆柱和左侧平面表面做参考的。 

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我们最后看一个双胶合透镜的例子,按照中心偏差的表征方法,我们可以知道,这个胶合透镜的中心偏差是以边缘外圆柱做为基准的,左侧表面允许的最大倾角为3分,中间胶合面允许的最大倾角为1分,右侧表面允许的最大倾角为1分。

除了ISO 10110的图纸形式外,实际应用中,还有许多单位在使用国标来对光学元件的指标做定义,常见的指标说明如下图所示:

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在这种形式下,有的时候以面倾角χ来规范中心偏差,还有的时候以球心差C来做定义,因为前面一篇文章已经对这些指标的含义做过说明,所以大家应该很容易就可以理解。




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