光学製造および試験

光学製造およびテストは、光学コンポーネントを製造およびテストするプロセスです。これは、幅広い製造手順と光学テスト構成にわたります。

従来の球面レンズの製造は、通常、ガラスブランクを研削して光学系の大まかな形状を作ることから始まります。 ^[1]これは、たとえばリングツールを使用して行うことができます。次に、レンズ表面を最終形状に研磨します。通常、これはラッピングによって行われます。ラッピングとは、研磨剤と液体の混合物を間に挟みながら、粗いレンズ表面を回転させて、目的の表面形状のツールにこすりつけることです。通常、レンズの表面を研磨するには、彫刻されたピッチツールを使用します。研磨剤の混合物はスラリーと呼ばれ、通常は水中のセリウムまたはジルコニウムの酸化物から作られ、ピッチツールがレンズにくっつかずに動くように潤滑剤が追加されています。スラリーの粒子サイズは、目的の形状と仕上がりを得るために調整されます。

ラッピングの種類には、プラネタリーラッピング、両面ラッピング、円筒ラッピングなどがあります。^[2]

研磨中に、レンズをテストして、目的の形状が生成されていることを確認し、最終形状が許容精度内で正しい形状になっていることを確認する場合があります。光学面の正しい形状からの偏差は、通常、光の都合の良い波長（レンズが使用される波長、または光源が利用可能な可視波長など）に対する波長の分数で表されます。安価なレンズでは、形状の偏差が数波長（λ、2λなど）も大きくなる場合があります。より一般的な工業用レンズでは、偏差は 1/4 波長（λ/4）以下です。レーザー、干渉計、ホログラフィーなどの用途で使用される精密レンズの表面の許容誤差は、10 分の 1 波長（λ/10）以下です。レンズは、表面プロファイルに加えて、表面品質（傷、穴、斑点など）と寸法精度の要件を満たす必要があります。

製造技術

ガラスブランク製造
- バッチ混合
- 鋳造技術
- 焼鈍スケジュールと装置
- 物理的特性評価技術
- 屈折率測定と溶融血統の計算
ダイヤモンド成形技術
- ダイヤモンドホイール曲線生成プロセスと装置
- ダイヤモンドエッジングのプロセスと装置
粗粒粒子の製造技術:
- 粗研削
- 微粉砕
- 研磨と仕上げ
ガラス成形技術
- 精密ガラス成形

非従来的な技術としては、シングルポイントダイヤモンド旋削（SPDT）や磁性流体仕上げ（MRF）などがある。^[3]

自由研磨研削

自由研磨研削は、研磨の前に材料の表面を削り落とす技術です。この技術では、光学部品の表面から材料の小さな破片を削り取るために、小さな粒子のグリットを使用します。この粒子は自由研磨材として知られています。粒子は、研削プレートと材料の間にある液体スラリーに追加されます。研削プレートと材料の間の滑り運動が使用されます。^[4]

研削後、粒子の大きさに応じて表面がわずかに粗くなります。また、材料の表面の下には表面下損傷（SSD）と呼ばれるわずかな亀裂が生じます。^[4]

表面粗さや表面下の損傷を減らすために、より細かい粒度で追加の研削を行うことができます。^[4]通常、2段階または3段階の研削が使用され、2段階目と3段階目では粒度が小さくなります。たとえば、典型的な粒度段階のセットは、30マイクロメートル、次に15マイクロメートル、次に9マイクロメートルです。典型的な粒度段階の別のセットは、20マイクロメートル、次に12マイクロメートル、次に5マイクロメートルです。^[4]

研磨剤の種類には、酸化アルミニウム、工業用ダイヤモンド、炭化ケイ素などがあります。ダイヤモンドは通常、非常に硬い材料や特定の結晶を研磨するためにのみ使用されます。^[5]

研磨

光学部品は、研磨粒子、流体キャリア、および任意の添加剤のスラリーで研磨されます。^[6]使用できる研磨粒子の種類には、酸化セリウム(IV)、ダイヤモンド、酸化アルミニウム、コロイド状シリカなどがあります。^[6]オプションの添加剤には、懸濁剤、潤滑剤、洗剤などがあります。^[6]

材料

光学部品に使用できる材料には、各種ガラス、溶融シリカ、シリコン、水晶など様々なものがあります。^[7] フッ化カルシウム（CaF2）は、割れやすく傷がつきやすいものの、光学材料として使用できます。^[7]

赤外線光学部品の材料としては、セレン化亜鉛（ZnSe）、硫化亜鉛（ZnS）、ガリウムヒ素（GaAs）などがある。^[7]

仕様

光学部品の仕様は、そのタイプによって異なります。

プリズムの仕様には、ピラミッド誤差、ビーム経路、ビーム変位と偏差、ベース角度、ルーフエッジチップ、波面、偏光などが含まれます。^[8]

非球面レンズの仕様には、許容誤差付きベース半径、円錐係数と多項式係数、最適球面基準、サグテーブル基準、サグ誤差許容誤差、傾斜誤差対帯域幅、指定されたテストごとの波面、傾斜、および偏心が含まれます。^[8]

光学コーティングの仕様には、開口部、反射、透過、吸収、位相シフト、接着、耐摩耗性、損傷閾値などが含まれる。^[8]

最小厚さを下回ることによる回復不可能な損失を避けるために、光学技術者は許容範囲内で最大許容厚さで光学部品の他のすべての仕様を満たすよう努めます。^[9]

表面品質

表面品質とは光学部品の表面の状態のことです。傷や穴などの欠陥の有無を示します。^[10]通常はスクラッチディグ（SD）仕様に従って評価されます。^[11]

表面品質を規定する規格には、米国軍事性能規格MIL-PRF-13830BとISO 10110がある。^[10] MIL-PRF-13830Bは、以前はMIL-O-13830aであった。他の規格には、正式には廃止されており、コーティングにのみ適用されるMIL-C-48497aとMIL-F-48616がある。^[11]これら3つの軍事規格には、二乗平均平方根粗さ、傾斜誤差、波紋などの統計的な表面パラメータの仕様がない。^[11] MIL-PRFを拡張および改良したのが、ANSI/OEOSC OP1.002規格である。^[11]

テスト技術

直接表面プロファイル測定
直接表面調査（光学機器を介さない、例えばフーコーナイフエッジテスト、ロンキーテスト、コースティックテスト）
補助光学系（ヌルコレクター、コンピューター生成ホログラムなど）
干渉測定テスト

フィゾー干渉計は光学加工に使用される標準的なタイプの干渉計である。^[12]

スティッチング干渉法は非球面レンズの検査に使用できます。これはサブアパーチャテストを実行し、それをつなぎ合わせて1枚の高解像度画像を作成するものです。^[13]

参照

注釈と参考文献

^ Shorey, Aric B.; Golini, Don; Kordonski, William (2007 年10 月)。「複雑な光学系の表面仕上げ」。光学とフォトニクスニュース。18 (10)。アメリカ光学会: 14–16。
^ ウィリアムソン、レイ (2011)。光学加工のフィールドガイド。SPIE フィールドガイド。ワシントン州ベリンガム: SPIE プレス。pp. 45–48。ISBN 978-0-8194-8676-9。
^ ウィリアムソン、レイ (2011)。光学加工のフィールドガイド。SPIE フィールドガイド。ワシントン州ベリンガム: SPIE プレス。ISBN 978-0-8194-8676-9。
^ abcd Williamson, Ray (2011).光学加工のフィールドガイド。SPIE フィールドガイド。ワシントン州ベリンガム: SPIE プレス。p. 26。ISBN 978-0-8194-8676-9。
^ ウィリアムソン、レイ (2011)。光学加工のフィールドガイド。SPIE フィールドガイド。ワシントン州ベリンガム: SPIE プレス。p. 27。ISBN 978-0-8194-8676-9。
^ abc ウィリアムソン、レイ（2011）。光学加工のフィールドガイド。SPIEフィールドガイド。ベリンガム、ワシントン：SPIEプレス。p。38。ISBN 978-0-8194-8676-9。
^ abc ウィリアムソン、レイ（2011）。光学加工のフィールドガイド。SPIEフィールドガイド。ベリンガム、ワシントン：SPIEプレス。p.8。ISBN 978-0-8194-8676-9。
^ abc ウィリアムソン、レイ（2011）。光学加工のフィールドガイド。SPIEフィールドガイド。ベリンガム、ワシントン：SPIEプレス。p.10。ISBN 978-0-8194-8676-9。
^ ウィリアムソン、レイ (2011)。光学加工のフィールドガイド。SPIEフィールドガイド。ワシントン州ベリンガム: SPIE プレス。p. 11。ISBN 978-0-8194-8676-9。
^ ab 「表面品質仕様の理解」。エドモンド・オプティクス。2023年12月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。
^ abcd Williamson, Ray (2011).光学加工のフィールドガイド。SPIE フィールドガイド。ベリンガム、ワシントン州: SPIE プレス。p. 7。ISBN 978-0-8194-8676-9。
^ ウィリアムソン、レイ (2011)。光学加工のフィールドガイド。SPIE フィールドガイド。ワシントン州ベリンガム: SPIE プレス。p. 87。ISBN 978-0-8194-8676-9。
^ ウィリアムソン、レイ (2011)。光学加工のフィールドガイド。SPIE フィールドガイド。ワシントン州ベリンガム: SPIE プレス。p. 12。ISBN 978-0-8194-8676-9。

Malacara, D.、Optical Shop Testing - 第 2 版、John Wiley and Sons、1992 年、ISBN 0-471-52232-5

外部リンク

キヤノンカメラミュージアムのバーチャルレンズ工場。フラッシュ Web インターフェイス内でのプロセスの説明ビデオ。

[OPN-1] ^ Shorey, Aric B.; Golini, Don; Kordonski, William (2007 年10 月)。「複雑な光学系の表面仕上げ」。光学とフォトニクスニュース。18 (10)。アメリカ光学会: 14–16。

[Lapping-2] ウィリアムソン、レイ (2011)。光学加工のフィールドガイド。SPIE フィールドガイド。ワシントン州ベリンガム: SPIE プレス。pp. 45–48。ISBN 978-0-8194-8676-9。

[FieldGuide-3] ウィリアムソン、レイ (2011)。光学加工のフィールドガイド。SPIE フィールドガイド。ワシントン州ベリンガム: SPIE プレス。ISBN 978-0-8194-8676-9。

[FreeAbrasiveGrinding-4] Williamson, Ray (2011).光学加工のフィールドガイド。SPIE フィールドガイド。ワシントン州ベリンガム: SPIE プレス。p. 26。ISBN 978-0-8194-8676-9。

[AbrasiveTypes-5] ウィリアムソン、レイ (2011)。光学加工のフィールドガイド。SPIE フィールドガイド。ワシントン州ベリンガム: SPIE プレス。p. 27。ISBN 978-0-8194-8676-9。

[PolishingCompounds-6] ウィリアムソン、レイ（2011）。光学加工のフィールドガイド。SPIEフィールドガイド。ベリンガム、ワシントン：SPIEプレス。p。38。ISBN 978-0-8194-8676-9。

[OpticsMaterialsTable-7] ウィリアムソン、レイ（2011）。光学加工のフィールドガイド。SPIEフィールドガイド。ベリンガム、ワシントン：SPIEプレス。p.8。ISBN 978-0-8194-8676-9。

[OpticsSpecifications-8] ウィリアムソン、レイ（2011）。光学加工のフィールドガイド。SPIEフィールドガイド。ベリンガム、ワシントン：SPIEプレス。p.10。ISBN 978-0-8194-8676-9。

[Tolerances-9] ウィリアムソン、レイ (2011)。光学加工のフィールドガイド。SPIEフィールドガイド。ワシントン州ベリンガム: SPIE プレス。p. 11。ISBN 978-0-8194-8676-9。

[EdmundSurfaceQuality-10] 「表面品質仕様の理解」。エドモンド・オプティクス。2023年12月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。

[SurfaceQuality-11] Williamson, Ray (2011).光学加工のフィールドガイド。SPIE フィールドガイド。ベリンガム、ワシントン州: SPIE プレス。p. 7。ISBN 978-0-8194-8676-9。

[Interferometry-12] ウィリアムソン、レイ (2011)。光学加工のフィールドガイド。SPIE フィールドガイド。ワシントン州ベリンガム: SPIE プレス。p. 87。ISBN 978-0-8194-8676-9。

[DesigningAspheres-13] ウィリアムソン、レイ (2011)。光学加工のフィールドガイド。SPIE フィールドガイド。ワシントン州ベリンガム: SPIE プレス。p. 12。ISBN 978-0-8194-8676-9。