ISO 10110-12
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ISO 10110 - Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme Zeichnungen optischer Systeme festgelegt in der Norm DIN ISO 10110 Teile -1 bis -12 • • • • • • • • • • • • • p1 Allgemeines (Ansichten, Bemaßungen, Durchmesser) Materialfehler; Spannungsdoppelbrechung (Code 0) Materialfehler; Blasen und Einschlüsse (Code 1) Materialfehler; Inhomogenitäten und Schlieren (Code 2) Passfehler (Code 3) Zentriertoleranzen (Code 4) Oberflächenfehler (Code 5) Oberflächengüte Oberflächenbehandlungen und Beschichtungen Darstellung in Tabellenform Allgemeintoleranzen für Werte ohne Toleranzangabe Asphärische Oberflächen Stichwortverzeichnis, Beispielzeichnungen Teil 1 Teil 2 Teil 3 Teil 4 Teil 5 Teil 6 Teil 7 Teil 8 Teil 9 Teil 10 Teil 11 Teil 12 Beiblätter 1,2 © 2003 Kurt Salzmann, Wien ISO 10110 - Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme Zeichnungen optischer Systeme (ISO 10110-1) Allgemeines: Darstellung und Bemaßung e1) e4) d) b) e3) c) e1) e2) e4) p2 a) Konturen (Seitenriss, Schraffur) b) Optische Achse (Rotationssymmetrie) c) Bezugslinien d) Prüfräume e) Bemaßung e1) Krümmungsradien R e2) Dicke (Durchstoßpunkte an opt. Achse) e3) Durchmesser (frei: Fe) e4) Kanten, Maß- und Schutzfasen e5) Längen (Prisma) e6) Winkel (Prisma) f) Materialspezifikation g) Toleranzangabe © 2003 Kurt Salzmann, Wien ISO 10110 - Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme 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] ... Weglänge der Probe in [cm] n1 n2 s K …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 p3 © 2003 Kurt Salzmann, Wien ISO 10110 - Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme 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 A projiziert e Fläche der größten Blase in [mm] Stufenzahlen A in [mm] sind in Tabellen angegeben (geometrische NormzahlReihe) 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) p4 © 2003 Kurt Salzmann, Wien ISO 10110 - Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme Materialfehler; Blasen und Einschlüsse (ISO 10110-3) (2) Multiplikationsfaktoren - Vorzugswerte 1 2.5 6.3 16 0,006 Stufenzahlen A in mm 0,010 0,006 0,016 0,010 0,006 0,025 0,016 0,010 0,006 0,040 0,025 0,016 0,010 0,063 0,040 0,025 0,016 0,10 0,063 0,040 0,025 0,16 0,10 0,063 0,040 0,25 0,16 0,10 0,063 ... ... ... ... 4,0 2,5 1,6 1,0 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 p5 © 2003 Kurt Salzmann, Wien ISO 10110 - Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme 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) p6 © 2003 Kurt Salzmann, Wien ISO 10110 - Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme Passfehler (ISO 10110-5) Interferometer : liefert Interferenzstreifen zwischen 2 Flächen Probeglas „Interferenz an dünnen Schichten“ Interferenzstreifen (ähnlich Benzin in Wasserlacke) Anzahl Interferenzstreifen bestimmt Abweichung von Kugelbzw. Ebenenform p7 © 2003 Kurt Salzmann, Wien ISO 10110 - Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme Zentrierfehler (1) (ISO 10110-6) Es werden verschiedene Winkel bzw. der Versatz eines Teilsystems bzw. einer Fläche zu einer Bezugsachse angegeben: p8 © 2003 Kurt Salzmann, Wien ISO 10110 - Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme Zentrierfehler (2) (ISO 10110-6) • Kippwinkel von sphärischer / asphärischer Fläche / Element – System • Seitlicher Versatz einer asphärischen Fläche / eines Elements – Systems Angabe: 4 / oder 4 … Codenummer für Zentrierfehler 4 / (L) oder 4/t … maximal zulässiger Kippwinkel L … maximal zulässiger seitlicher Versatz t … maximal zulässiger Kittkeilwinkel (nach Dreieckszeichen ) Beispiel: 4 / 10‘ (0,05) (asphärische Fläche) • maximal zulässiger Kippwinkel = 10‘ • maximal zulässiger Versatz L = 0,05 mm Bezugsachse gebildet durch: • Gerade senkrecht zu Fläche A • Durch Mittelpunkt des Querschnitts bei B p9 © 2003 Kurt Salzmann, Wien ISO 10110 - Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme 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] p 10 © 2003 Kurt Salzmann, Wien ISO 10110 - Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme Oberflächenfehler (2) (ISO 10110-7) Stufenzahlen A in [mm] sind in Tabellen angegeben (geometrische NormzahlReihe) von 0,006 / 0,010 / 0,016 / 0,025 / 0,040 / 0,063 / 0,10 ( 5 10 1,58 ) … bis 4,0 (mit Multiplikationsfaktoren (exakt wie bei „Blasen und Schlieren“) Multiplikationsfaktor -> Stufenzahlen A in [mm] -> 1x 2,5 x 6,3 x 16 x 0,25 0,16 0,10 0,063 0,40 0,25 0,16 0,10 0,63 0,40 0,25 0,16 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 BezugsHintergrundbeleuchtung verglichen; Lichtleitfasern, Lichtfallen, Strahlenteiler etc. notwendig p 11 © 2003 Kurt Salzmann, Wien ISO 10110 - Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme 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 G P P2 5 R 2 q matt (G … „ground“) p 12 spiegelnd (P … „polished“) Mikrodefekte (P2 … 16 ≤ N ≤ 80 auf 10 mm) © 2003 Kurt Salzmann, Wien ISO 10110 - Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme Oberflächenbehandlungen / Beschichtungen (ISO 10110-9) sind hauptsächlich für Glaslinsen maßgeblich; es werden aber heutzutage schon Kunststofflinsen mit Beschichtungen überzogen Man unterscheidet: r ... Reflexion von Strahlungflüssen ... Absorption von Strahlungflüssen t ... Durchlässigkeit von Strahlungflüssen opt. Element r t 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) p 13 © 2003 Kurt Salzmann, Wien ISO 10110 - Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme Darstellung in Tabellenform (1) (ISO 10110-10) Die Werkzeichnung des Teils enthält oberhalb des Schriftfelds folgende Tabelle: Linke Fläche………………………..Material………………………..rechte Fläche p 14 Kennung Beschreibung Material (Glastyp) - Art des Kunststoffs n n Brechzahl Abbe‘sche Zahl (inkl. Toleranzen) R Krümmungsradius (ggf. mit Toleranz) - CX – konvex / CC – konkav Fe Optisch wirksamer Durchmesser Schutzfase Minimal / maximal zulässige Größe l Oberflächenbehandlung / -beschichtung 0/ Spannungsdoppelbrechung 1/ zulässige Blasen und Einschlüsse 2/ Inhomogenitäten und Schlieren 3/ Toleranz der Oberflächenform 4/ Zentrierfehler 5/ Oberflächenfehler 6/ Zerstörschwelle durch Laserstrahlung © 2003 Kurt Salzmann, Wien ISO 10110 - Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme Darstellung in Tabellenform (2-1) (ISO 10110-10) Beispiel: Asphäre Zeichnungsfeld Z p 15 h2 5 2 ( 1 k ) h R 1 1 2 R ( A2i h 2i i 2 © 2003 Kurt Salzmann, Wien ISO 10110 - Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme Darstellung in Tabellenform (2-2) (ISO 10110-10) p 16 © 2003 Kurt Salzmann, Wien ISO 10110 - Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme 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 p 17 © 2003 Kurt Salzmann, Wien ISO 10110 - Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme 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 p 18 Doppelt hyperbolische Linse: Fehlerfreie Abbildung für Objektpunkt O auf optischer Achse, abgebildet in O‘ © 2003 Kurt Salzmann, Wien ISO 10110 - Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme 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: z f (x2 y2 ) (Kreisgleichung) Allgemeine Gleichungen für Oberflächen 2.Grades: Je nachdem, welche x2 y2 2 Konstanten a, b, c 2 a b z c gewählt werden, ergeben 2 2 x y sich als Schnittkurven 1 1 2 2 folgende Kegelschnitte: a b Ellipse, Kreis, Parabel, Hyperbel, Torus (allgemein) p 19 © 2003 Kurt Salzmann, Wien ISO 10110 - Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme Asphärische Oberflächen (ISO 10110-12) Angaben auf der Zeichnung Mathematische Kurvenform (bitte nicht schrecken!) z c h2 5 ( A2i h 2i i 2 ( 1 k ) h R 1 1 2 R h x2 y2 -> rotationssymmetrisch um z R 56,031 2 … Krümmungsradius bei z = 0 A4 0,43264 10 05 08 A6 0,97614 10 Potenzreihe 11 A8 0,10852 10 A10 0,12284 10 13 p 20 © 2003 Kurt Salzmann, Wien
