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Zeichnungen optischer Systeme

Zeichnungen optischer Systeme. festgelegt in der Norm DIN ISO 10110 Teile -1 bis -12. Allgemeines (Ansichten, Bemaßungen, Durchmesser) Teil 1. Materialfehler; Spannungsdoppelbrechung (Code 0) Teil 2. Materialfehler; Blasen und Einschlüsse (Code 1) Teil 3.

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  1. Zeichnungen optischer Systeme festgelegt in der Norm DIN ISO 10110 Teile -1 bis -12 • Allgemeines (Ansichten, Bemaßungen, Durchmesser) Teil 1 • Materialfehler; Spannungsdoppelbrechung (Code 0) Teil 2 • Materialfehler; Blasen und Einschlüsse (Code 1) Teil 3 • Materialfehler; Inhomogenitäten und Schlieren (Code 2) Teil 4 • Passfehler (Code 3) Teil 5 • Zentriertoleranzen (Code 4) Teil 6 • Oberflächenfehler (Code 5) Teil 7 • Oberflächengüte Teil 8 • Oberflächenbehandlungen und Beschichtungen Teil 9 • Darstellung in Tabellenform Teil 10 • Allgemeintoleranzen für Werte ohne Toleranzangabe Teil 11 • Asphärische Oberflächen Teil 12 • Stichwortverzeichnis, Beispielzeichnungen Beiblätter 1,2

  2. Zeichnungen optischer Systeme (ISO 10110-1) Allgemeines: Darstellung und Bemaßung e1) a) Konturen (Seitenriss, Schraffur) e4) b) Optische Achse (Rotationssymmetrie) c) Bezugslinien d) Prüfräume e) Bemaßung d) e1) Krümmungsradien R b) e3) e2) Dicke (Durchstoßpunkte an opt. Achse) e3) Durchmesser (frei: Fe) c) e4) Kanten, Maß- und Schutzfasen e5) Längen (Prisma) e1) e6) Winkel (Prisma) e2) f) Materialspezifikation e4) g) Toleranzangabe

  3. n1 n2 Materialfehler; Spannungsdoppelbrechung(ISO 10110-2) Doppelbrechung – Ursache: Brechungsindex n ist örtlich nicht konstant; Änderung hervorgerufen durch Spannungen beim Abkühlen des Glases oder im Kunststoff Ebene Welle - Huygens‘sches Prinzip Das Licht sieht verschiedene optische Dicken, d.h. die Wellenfront wird „verbogen“ Δs …optische Weglängendifferenz (OPD) in [nm] a ... Weglänge der Probe in [cm] s …vorhandene Spannung in [N/mm2] K .. Differenz der photoelastischen Konstanten Angabe: 0 / A 0 … Codenummer für Spannungsdoppelbrechung A … max. zulässige Spannungsdoppelbrechung in nm/cm optische Weglänge Beispiel: 0 / 10 … maximal zulässige Spannungsdoppelbrechung von 10 nm/cm

  4. Materialfehler; Blasen und Einschlüsse(ISO 10110-3) (1) Blasen – Hohlräume im Material von üblicherweise kreisförmigem Querschnitt (Folge des Fertigungsprozesses) Andere Einschlüsse – Alle lokalen Defekte im Material mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt (Verschmutzungen etc.) Schädliche Auswirkung ~ proportional zur projizierten Querschnittsfläche (Streuung – Sichtbarkeit in der Nähe der Bildebene) Angabe: 1 / N x A 1 … Codenummer für Blasen und Einschlüsse N … Anzahl der Blasen und Einschlüsse mit einer maximal zulässigen Größe A … Stufenzahl in [mm] Stufenzahlen A in [mm] sind in Tabellen angegeben (geometrische Normzahl-Reihe) mit Multiplikationsfaktoren 1 - 2,5 - 6,3 - 16 Beispiele: 1 / 2 x 0,25 … zulässig sind 2 Blasen der Stufenzahl 0,25 ist gleichwertig: 1 / 5 x 0,16 bzw. 1 / 12 x 0,10 bzw. 1 / 32 x 0,063 (blaue Werte aus Tabelle)

  5. Materialfehler; Blasen und Einschlüsse(ISO 10110-3) (2) Bsp: 1 / 2 x 0,25 … zulässig sind 2 Blasen der Stufenzahl 0,25 gleichwertig: 2 x 2,5 = 5 x 0,16 bzw. 2 x 6,3  12 x 0,10 bzw. 2 x 16 = 32 x 0,063

  6. Materialfehler; Inhomogenitäten / Schlieren(ISO 10110-4) Inhomogenitäten – Änderung der Brechzahl im optischen Bauteil, definiert als Differenz zwischen maximalem und minimalem Brechwert (verursacht durch chemische Zusammensetzung) charakterisiert durch 6 Klassen (maximal zulässige Abweichung der Brechzahl): Klasse 0: ± 50.10-6 … 1 / ± 20 … 2 / ± 5 … 3 / ± 2 … 4 / ± 1 … Klasse 5: ± 0,5.10-6 Schlieren – Inhomogenität kleiner räumlicher Ausdehnung („fadenförmig“) Einteilung in 5 Klassen: Schlierendichte, die eine optische Weglängendifferenz von ≥ 30 nm ausmacht (in %) Klasse 1: ≤ 10 % … 2: ≤ 5 … 3: ≤ 2 … 4: ≤ 1 Klasse 5: extreme Schlierenfreiheit, keine Angabe Angabe: 2 / A ; B 2 … Codenummer für Inhomogenitäten und Schlieren A … Inhomogenitätsklasse B … Schlierenklasse Beispiel: 2 / 3 ; 1 … Inhomogenitätsklasse 3 (max. Brechzahlabweichung ± 2.10-6) Schlierenklasse 1 (≤ 10 % Schlierendichte mit ≥ 30 nm opt. Weglängendifferenz)

  7. Passfehler (ISO 10110-5) Interferometer : liefert Interferenzstreifen zwischen 2 Flächen Probeglas „Interferenz an dünnen Schichten“ Interferenzstreifen (ähnlich Benzin in Wasserlacke) Anzahl Interferenz-streifen bestimmt Ab-weichung von Kugel- bzw. Ebenenform

  8. Zentrierfehler (1)(ISO 10110-6) Es werden verschiedene Winkel bzw. der Versatz eines Teilsystems bzw. einer Fläche zu einer Bezugsachse angegeben:

  9. Zentrierfehler (2)(ISO 10110-6) • Kippwinkel von sphärischer / asphärischer Fläche / Element – System • Seitlicher Versatz einer asphärischen Fläche / eines Elements – Systems Angabe: 4 / s oder 4 / s (L) oder 4 / D t 4 … Codenummer für Zentrierfehler s … maximal zulässiger Kippwinkel L … maximal zulässiger seitlicher Versatz t … maximal zulässiger Kittkeilwinkel (nach Dreieckszeichen D) • Beispiel: 4 / 10‘ (0,05) (asphärische Fläche) • maximal zulässiger Kippwinkel s = 10‘ • maximal zulässiger Versatz L = 0,05 mm • Bezugsachse gebildet durch: • Gerade senkrecht zu Fläche A • Durch Mittelpunkt des Querschnitts bei B

  10. Oberflächenfehler (1)(ISO 10110-7) Oberflächenfehler: lokale Fehler innerhalb der optisch wirksamen Öffnung: Kratzer, Löcher, angeschnittene Blasen, Haarrisse, Wischer, Glockenabdrücke (Belagfehler) graue Flecken, farbige Stellen Kratzer beliebiger Länge: dünne Oberflächenfehler mit einer Länge > 2 mm Randaussprünge: lokale Fehler im Bereich der Außenkante des Elementes bei Angabe: 5 / N x A ; CN‘ x A‘ ; LN“ x A“ ; EA‘‘‘ Methode I: Verwendung einer Größenvergleichsplatte mit künstlichen Fehlern 5 … Codenummer für Oberflächenfehler N x A … Anzahl N der Oberflächenfehler mit max. zul. Größe der Stufenzahl A CN‘ x A‘ C (Belag) - Anzahl N‘ der erlaubten Fehler mit max. zul. Fläche und Stufenzahl A LN“ x A“ L (Kratzer) - Anzahl N“ der erlaubten Kratzer – A“ max. zugelassene Breite der Kratzer in [mm] EA‘‘‘ E (Randaussprünge) – max. erlaubte Ausdehnung A‘‘‘ der Aussprünge parallel vom Rand der Oberfläche in [mm]

  11. Oberflächenfehler (2)(ISO 10110-7) Stufenzahlen A in [mm] sind in Tabellen angegeben (geometrische Normzahl-Reihe) von 0,006 / 0,010 / 0,016 / 0,025 / 0,040 / 0,063 / 0,10 ( ) … bis 4,0 (mit Multiplikationsfaktoren (exakt wie bei „Blasen und Schlieren“) Multiplikationsfaktor -> Stufenzahlen A in [mm] -> Beispiele: 5 / 2 x 0,25 … 2 Oberflächenfehler der Stufenzahl 0,25 – sind gleichwertig: 5 / 5 x 0,16 bzw. 5 / 12 x 0,10 bzw. 5 / 32 x 0,063 Methode II: Sichtbarkeitsmethode mit Prüfstation Licht, das von Oberflächenfehlern gestreut wird, wird mit einer Bezugs-Hintergrundbeleuchtung verglichen; Lichtleitfasern, Lichtfallen, Strahlenteiler etc. notwendig

  12. P P2 G 5 Rq 2 Oberflächengüte(ISO 10110-8) beschreibt die Eigenschaften matt – spiegelnd (optisch glatt) – Mikrodefekte matt: Höhendifferenz des Oberflächenprofils ≈ Wellenlänge sichtbares Licht (VIS) spiegelnd: Höhendifferenz des Oberflächenprofils << Wellenlänge (VIS) Angabe: Rq (quadratischer Mittenrauwert) Mikrodefekte: kleine Unregelmäßigkeiten (< 1 µm) auf spiegelnder Oberfläche Angabe: Anzahl N der Abweichungen der Nadel eines Profilometers von der ansonsten glatten Oberfläche auf 10 mm Prüfstrecke matt (G … „ground“) spiegelnd (P … „polished“) Mikrodefekte (P2 … 16 ≤ N ≤ 80 auf 10 mm)

  13. Oberflächenbehandlungen / Beschichtungen (ISO 10110-9) sind hauptsächlich für Glaslinsen maßgeblich; es werden aber heutzutage schon Kunststoff-linsen mit Beschichtungen überzogen opt. Element r a t Man unterscheidet: r ... Reflexion von Strahlungflüssen a ... Absorption von Strahlungflüssen t ... Durchlässigkeit von Strahlungflüssen Angabe für optische Schichten: l tangential an die zu beschichtende Fläche mit Bezugslinie zu einem Rechteck mit Beschichtungsbeschreibung z.B. Bezugswellenlänge in [nm] (l = 546,1 nm wenn keine Angabe)

  14. Darstellung in Tabellenform (1) (ISO 10110-10) Die Werkzeichnung des Teils enthält oberhalb des Schriftfelds folgende Tabelle: Linke Fläche……………………….. Material……………………….. rechte Fläche

  15. Darstellung in Tabellenform (2-1) (ISO 10110-10) Beispiel: Asphäre Zeichnungsfeld

  16. Darstellung in Tabellenform (2-2) (ISO 10110-10)

  17. Allgemeintoleranzen (ISO 10110-11) Die vollständigen funktionalen Eigenschaften eines optischen Elementes, Maße und Toleranzen wie auch Materialeigenschaften sollten auf der Optikzeichnung angegeben werden. Wenn solche Eigenschaften nicht angegeben sind, gelten die zulässigen Abweichungen und Materialfehler nach in dieser Norm angegebenen Tabelle Die Abweichungen sind in Bezug auf die maximalen (diagonalen) Abmessungen des Elements gestuft [mm]: ≤ 10 / > 10 – 30 / > 30 – 100 / > 100 – 300 Bei Verwendung gröberer Toleranzen ist dies in der Zeichnung zu vermerken

  18. Asphärische Oberflächen(ISO 10110-12) Allgemein haben Linsen die Form eines Kugelabschnitts bzw. Kugelkappe (oder Kalotte); leicht zu fertigen mit Poliermaschinen -> Sphärische Linsen Asphäre – Linsen, die von der Kugelgestalt abweichen; sehr schwer aus Glas zu fertigen -> Vorteil des Spritzgussverfahrens bei Kunststofflinsen Warum Asphären ? – Sphärische Linsenfehler können ausgeschaltet werden Sphärische Aberration: Strahlen haben je nach Durchstoßhöhe unterschiedliche Schnittweiten Doppelt hyperbolische Linse: Fehlerfreie Abbildung für Objektpunkt O auf optischer Achse, abgebildet in O‘

  19. Asphärische Oberflächen(ISO 10110-12) Im y-z-Schnitt erhalten wir eine Kurve, welche bei Rotation um die z-Achse die gesuchte asphärische Fläche erzeugt. Asphärische Oberflächen werden mittels eines (mehr oder weniger komplizierten) mathematischen Zusammenhangs beschrieben: (Kreisgleichung) Allgemeine Gleichungen für Oberflächen 2.Grades: Je nachdem, welche Konstanten a, b, c gewählt werden, ergeben sich als Schnittkurven folgende Kegelschnitte: Ellipse, Kreis, Parabel, Hyperbel, Torus (allgemein)

  20. Asphärische Oberflächen(ISO 10110-12) Angaben auf der Zeichnung Mathematische Kurvenform (bitte nicht schrecken!) -> rotationssymmetrisch um z … Krümmungsradius bei z = 0 Potenzreihe

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