DIN德国工业标准光学元件公差.docx

1、DIN德国工业标准光学元件公差光学元件公差光学元件公差本文所有提及的光学公差都涉及到DIN 3140标准，DIN 3140是历经15年的调查研究，并于1958年10月发表的一项德国标准。这些绘图标准主要有以下用途：a) 在绘图前期可降低产品的拒收。b) 消除光学图像中不必要的近似公差。c) 消除检测中的主观判断。d) 若产品说明界定明确，可减少意外情况发生。下表提供了典型缺陷的规范。当给出缺陷在允许范围内时，公差编号后附加“-”，如3-。公差规范编号缺 陷解释1/-杂质（气泡）包括气泡、内部杂质等。通过（最多允许数量）（最大尺寸单位：mm）来判断缺陷等级。2/-光学均匀性（纹理）缺乏光学性能、

2、纹理等一致性。将其分类以便重新检测时无缺陷产生。i)点光源。ii) 明亮/黑暗界面。iii)明亮背景。3/-结构误差表面结构偏离几何结构为结构误差。对照样板比较最大偏离情况（以半径为单位），并根据这个数值分类。4/-中心偏差对于透镜而言，当光学轴和机械轴不在一条直线上时，根据最大偏心距离（mm）或弧度分类。5/-表面质量表面缺陷、刮痕、道子等。通过（表面缺陷允许数量）（最大尺寸单位：mm）判断缺陷等级。光学元件公差可以分为两大类，即： i) 材料缺陷。即材料本身引起的缺陷（比如：气泡、条纹）。ii) 工艺缺陷。这一缺陷取决于工作人员本身的技能，也可能通过拿取不慎造成（比如：划痕、破边等）。 材

3、料缺陷 根据材料不同的光学影响，将其再分成两类。杂质，如：气泡、内部杂质等；光学均匀性，如：条纹等。他们界定为不同的公差。编号【1】涉及可允许的杂质，编号【2】涉及可允许的光学均匀性。 1/-杂质 杂质，特指气泡，即材料中含有气囊，其截面为圆形。可允许杂质的数量和尺寸取决于光学元件在系统中的位置。通常气泡并不会造成干扰，但如果将其应用到通光路径上，可能由于缺少光线而造成阻碍。除气泡外还有一种所谓的内部杂质。内部杂质与气泡结构相同，但尺寸要更小，呈点状。即使不同属性的玻璃内部也都可能含有这种杂质。通常这种杂质会遍布光学元件的整个体内，但只要是分散开来的，那么在特定区域内此类元件是允许使用的。 公

4、差尺寸可允许杂质的数量和尺寸是通过因数和级别数判定的（最大允许尺寸：直径）。这个因数表示指定级别所允许的最大杂质数量。杂质的公差尺寸要通过DIN标准判定，仅使用以下表格提供的尺寸。允许杂质等级（直径mm）等级杂质直径（mm）0.00100.0100.101.00.00160.0160.161.60.00250.0250.252.50.00400.0400.404.00.00630.0630.63 等级表示可允许杂质的最大直径。大面积的气泡或内部杂质是不允许的。最大允许杂质公差范围内的元件，经常在指定区域内应用。此外仅仅小气泡是可允许在指定区域出现的，即使小气泡的数量很多也是可以的。也就是说，一

5、个大气泡不能取代总尺寸相同的大量小气泡。举例：某杂质在光学图纸中描述为： 1/30.63释义：1/为杂质编号，0.63表示特殊元件可允许杂质的等级数，因数3表示可允许杂质的数量为3。用大量的小气泡来替代直径为0.63mm的大气泡，使其总面积不超过给定的公差。也就是对于给定的公差30.63来说，允许用20.4、190.25等替换。此外，还可以将公差细分，如10.63 + 20.40 + 10.25。如果公差有括号限制，如1/（50.16），那么只允许指定范围内的杂质直径存在，这里公差不可以细分。在某些特定的情况下，控制区还可按区域细分。 如上图所示，中部允许范围为10.04，而外部允许范围为50

6、.063。2/光学均匀性 光学均匀性指元件总体纹理中的条纹或带状物，这些条纹或带状物会形成光学元件不同的物理属性。条纹缺陷对图像构成所造成的取决于它们的形状、尺寸和反射率。当条纹与玻璃的折射率在不同范围内时，条纹是可见的。条纹结构：a) 带状条纹（长而细）。b) 含块状杂质的带状条纹。c) 环状条纹。当元件含有杂质时，除另行要求外，光学均匀性公差同样遵守元常规要求。即允许细分公差（也可以按区域细分）。可允许条纹的数量和类型也通过等级表明。见下表，等级可允许条纹解 释1不可见条纹明亮/黑暗界面2不可见条纹明亮界面3分散纤维状条纹、1条带状条纹明亮界面4分散纤维状条纹、3条带状条纹明亮界面5很多纤

7、维状条纹、3条带状条纹和1条环状条纹明亮界面6不限制条纹明亮界面某杂质在光学图纸中描述为： 2/3释义：2/为光学均匀性编号。数字3表示可允许条纹的等级，在这种情况下，只允许存在分散纤维状条纹和1条带状条纹。实际（工艺）缺陷这种缺陷可以分为三类，即：i) 光学有效表面偏离几何图形结构误差。ii) 光学轴和机械轴偏差中心偏差。iii) 光学有效表面缺陷表面质量。3/结构误差结构误差是指通过样板或测量仪检测，判定光学有效面偏离了几何图形。它可以通过数量和干涉环（牛顿环）的流动表示，干涉环是在光学元件表面允许存在的一种图样。不同的工件、不同的检测面会产生大于半个波长的差异。最好使用单色光源检测。如果

8、使用日光灯检测，那么应当通过干扰环中的同一颜色进行判断。一般来说，红色明显易见，所以使用红色。在可允许环数的后面添加括号，通常用来表示牛顿环。检测点要尽可能与待测面垂直。利用样板辨别是中心接触还是边缘接触。光带（条纹）从中心到边缘移动中心接触，光带（条纹）从边缘到中心移动边缘接触。根据偏离情况，结构误差可以分为三类：i) 粗纹结构误差ii) 规则结构误差iii) 精密结构误差i) 粗纹结构误差某杂质在光学图纸中描述为：3/20 (ur)释义：3为结构误差编号。20表示可允许牛顿环的数量。(ur)表示没有固定的结构或是对表面没有规律性的要求。在任何结构中，只要光带总数不超过20，牛顿环即是可见的

9、。 ii)规则结构误差当干涉环的图样为延伸到两个方向的曲线时，称作规则结构误差。末端偏差m1、m2是从两端量取的垂直距离。如图所示：iii)精密结构误差 精密结构误差只是在很小程度上偏离了实际的半径，图像呈条纹状而非环状。可以通过测量条纹的位置来判断偏离。条纹的稀疏对测量并不发生影响，但如果排列疏松，测量会更加有效灵敏。无规则结构较容易观察。某杂质在光学图纸中描述为： 3/0.5(0.1)释义：3/为结构误差编号。数字0.5表示可允许的光环数，（0.1）表示光学元件中可允许的“非圆形”或“像散”。这由是否从正确角度检测所决定。以上为规则结构误差的样图，编号在插入图中已标识。中心偏差 只有透镜会

10、出现中心偏差问题。它是指光学有效面的中心点（光学轴）和参照轴（机械轴）不一致。中心点为光学有效面上的一点，通过这一点和参照轴相交。透镜的参照轴由装置中能确定透镜位置的表面所决定。透镜的光学轴是连接光学两有效曲面中心所得到的轴。透镜的最高点是光学有效面上的一点，它和光学轴相交。接着将透镜的光学轴和指定的参照轴聚焦在一条直线上。中心偏差的尺寸是曲面法线（过中心点）和参照轴之间夹角的大小。设这个角为X，角的大小和有效面距理想位置的倾斜角相等。某杂质在光学图纸中描述为： 4/0.8释义：4为中心偏差编号。数字0.8表示表面倾斜角可允许的最大偏差（单位为弧度）。如果杂质以4/0.05形式给出，那么在这种

11、情况下0.05表示最大的可允许中心偏差（单位mm）。距离“a”为测得偏差（参照图表），即参照轴和过曲面法线光学轴的距离。5/表面质量光学表面缺陷理解为光学表面质量，如破边、刮痕、毛道子、污点、晦暗点都属于表面质量。当材料由于暴露而导致了表面弊病时，像气泡这种材料缺陷也可以归属于表面缺陷。可允许缺陷的数量和尺寸仅仅取决于元件在光学系统中的位置。公差尺寸可允许表面偏差的数量和尺寸同杂质一样，也是通过因数和级数判定（最大允许尺寸）。级别数要参照DIN标准，仅使用指定表格中尺寸。同气泡有所不同，表面偏离不常是圆形，因此只要不超过指定公差，其他结构的表面偏离也许允许存在的。不允许的情况有：直径大于0.6

12、3mm；刮痕宽度大于0.63mm。某晦暗点在光学图纸中描述为： 5/30.63释义：5/为表面质量编号。因数3表示可允许表面偏差总数（这里级数为0.63）。同杂质情况相同，一处大面积的划痕可以被大量小刮痕取代，只要它们的总面积不大于指定公差。如果公差有括弧修饰，则给定公差不允许细分。在某些特定的情况下，控制区还可按区域细分。（参阅杂质）对于某些存在破边、划痕的光学元件来说，只要缺陷不是十分明显或者对图像构成及工件的牢固性无影响，都是可接受的。研究成果目前，几乎不存在只有划痕而没有其他表面缺陷的光学元件。见下表：零件号码直径表面缺陷公差任意长度划痕公差47388726mm5/80.4K/50.0

13、1699649725mm5/30.1K/30.00499649825mm5/30.1K/30.0049962998mm5/30.016K/20.002552630446mm5/30.16K/20.0152630546mm5/30.16K/20.01现在，使用可允许划痕的宽度乘以透镜的直径，结果将和表面缺陷的级数相等。举例： 0.01626=0.420.00425=0.10.00258=0.020.0146=0.46结果表明，“任意长度划痕”必须小于等于级数。划痕公差的判定I. 图纸说明表面缺陷（包含长条划痕）在图纸中是这样说明的 5/As：KNb,5 = 表面缺陷的数值编号；A = 可允许缺陷的数量；S = 表面缺陷尺寸的级数（单位mm）；K = 标记为长条划痕；N = 可允许划痕的数量；b = 长条划痕尺寸的级数（最大可允许宽度，单位mm）。表面缺陷As和长条划痕KNb的区别 如果表面缺陷的长度L比s/b大很多的话（对L没有向上限制），则这个表面缺陷是一个长条划痕。