Поддержка по электронной почте
nyjmgd@foxmaid.comПозвоните в службу поддержки
+86-15538793950
Когда говорят о прямоугольной крышеобразной оптической призме, многие сразу представляют себе просто комбинацию двух стандартных элементов — прямоугольную призму и крышу. Но на практике, особенно в прецизионных системах, всё упирается в фаску, допуски на угол крыши и, что часто упускают, во внутренние отражения в местах стыка граней. Мы в ООО Наньянская Цзинмин Оптоэлектроникс Технолоджи не раз сталкивались с тем, что заказчик присылает чертёж с идеальными геометрическими допусками, но забывает указать требования к чистоте поверхности на ребре крыши — а там, бывало, возникали рассеянные блики, которые портили контраст в видоискателе.
Основная функция такой призмы — развернуть изображение на 90° и одновременно перевернуть его по вертикали (или горизонтали, в зависимости от ориентации). Казалось бы, берёшь две прямоугольные призмы, склеиваешь гипотенузные грани под углом 90° — и готово. Но именно в этом ?склеивании? и кроется первая ловушка. Если угол между двумя крышеобразными гранями отклоняется даже на несколько угловых секунд от 90°, это приводит к раздвоению изображения. Мы как-то получили партию заготовок от субподрядчика, проверили — геометрия вроде в допуске. А собрали модуль — в тестовом коллиматоре видно двоение. Пришлось разбирать, отдельно проверять каждый угол крыши на автоколлиматоре. Оказалось, проблема была в микронеровностях на посадочных поверхностях при склейке — они создавали локальные напряжения, которые чуть ?повели? угол после полимеризации клея.
Отсюда вывод: при проектировании прямоугольной крышеобразной оптической призмы нужно закладывать не только допуск на сам угол, но и технологию контроля этого угла в собранном узле. Мы сейчас для ответственных заказов используем метод контроля по интерференционной картине отражённого от крыши луча — дорого, но точно. И это прописываем в техусловиях.
Ещё один нюанс — выбор оптического материала. Чаще всего это БК7 или аналоги, но для систем, работающих в широком температурном диапазоне, уже нужно считать коэффициент расширения. Был случай с обзорным прибором для арктического исполнения: при -50°C изображение ?плыло?. Разобрались — не столько из-за дисперсии, сколько из-за того, что алюминиевый корпус и стекло сжимались по-разному, создавая давление на грани призмы. Пришлось пересчитывать посадку и вводить компенсирующую прокладку.
На нашем производстве в Наньяне процесс изготовления такой призмы начинается с тщательной проверки чертежа. Часто инженеры-оптики, особенно те, кто больше работает в софте, чем в цеху, рисуют идеальные фаски. Но на практике фаска — это не только защита от сколов. На ребре крыши её размер и качество обработки критически важны. Слишком маленькая фаска — ребро будет крошиться при эксплуатации, слишком большая — может попасть в рабочую апертуру и создать паразитную засветку. Мы выработали своё правило: для призм с апертурой до 20 мм делаем фаску 0.2-0.3 мм с полировкой. Это увеличивает трудоёмкость, но сводит на нет риск появления светорассеяния на этом ребре.
Склейка — отдельная история. Мы используем оптические клеи с малым коэффициентом усадки. Важно не только равномерно нанести слой, но и правильно сориентировать призмы до фиксации. Раньше делали это вручную, по меткам, но человеческий фактор давал разброс. Сейчас используем простейшее юстировочное приспособление с пневматическими зажимами и цифровым индикатором — погрешность ориентации упала до приемлемых значений. Подробности нашего подхода можно найти на странице ООО Наньянская Цзинмин Оптоэлектроникс Технолоджи, где мы делимся некоторыми технологическими принципами.
Просветление — стандартный этап, но и здесь для крышеобразной призмы есть особенность. Из-за того, что луч внутри призмы испытывает несколько внутренних отражений, особенно на крышевых гранях, спектральные характеристики просветляющего покрытия должны быть подобраны так, чтобы минимизировать потери на каждой из этих граней. Мы обычно рассчитываем и наносим широкополосное просветление (BBAR) с остаточным отражением менее 0.5% в рабочем диапазоне. Для особых случаев, например, для лазерных применений, работаем с покрытиями, стойкими к высокой плотности мощности, чтобы не было выгорания на ребре крыши.
Паспорт на готовую призму обычно содержит данные по отклонению углов, качеству поверхности (царапины-пятна) и иногда волновой фронт. Но для крышеобразной призмы ключевым параметром, который мы всегда проверяем дополнительно, является угловая ошибка крыши (roof angle error). Проверяем на точном автоколлиматоре со специальной оснасткой, которая позволяет изолировать влияние других граней. Бывает, что общая геометрия в норме, а этот параметр ?гуляет? — тогда призма не годится для прецизионной стереосистемы или дальномера.
Ещё один тест, который мы внедрили после одного неприятного инцидента, — проверка на внутренние дефекты (пузыри, включения) именно в зоне ребра крыши. Казалось бы, материал проверен, но при склейке или последующей термообработке в напряжённых зонах могут проявиться микротрещины. Просвечиваем призму в тёмном поле на мощном светодиоде — дешёво и эффективно.
И конечно, финальный тест — в сборе с другими компонентами системы. Мы настаиваем, чтобы для первых образцов заказчик предоставлял или сам тестовый стенд, или точные параметры для его создания у нас. Как-то поставили партию призм для медицинских эндоскопов, все параметры были идеальны. А в устройстве изображение было чуть мягче, чем требовалось. Оказалось, в системе использовался не монохроматический свет, а широкий спектр, и мы не учли хроматические аберрации, вносимые самой призмой из-за дисперсии материала. Теперь для подобных задач сразу уточняем спектральный диапазон и моделируем волновой фронт.
Хочу рассказать о случае, который многому нас научил. Заказ на партию прямоугольных крышеобразных оптических призм для геодезических приборов, которые должны были работать от -30°C до +50°C. Мы всё сделали по стандартной технологии: БК7, точные углы, качественное просветление. Приняли заказчик, через полгода — рекламация: в жару часть приборов давала ошибку в несколько угловых секунд. Стали разбираться. Оказалось, конструкторы прибора жёстко закрепили призму в алюминиевой обойме по всем граням. При нагреве алюминий расширялся сильнее, чем стекло, и создавал асимметричное давление, которое деформировало призму, изменяя угол крыши. Мы, со своей стороны, не предусмотрели в рекомендациях по монтажу необходимость компенсационных зазоров или использование упругих клеев для таких температурных условий.
После этого мы разработали для себя чек-лист для обсуждения с заказчиком: условия эксплуатации (температура, вибрация, влажность), способ крепления, наличие контакта с другими оптическими элементами. Теперь это обязательная часть технического диалога, особенно для предприятий, которые, как наша компания в Наньяне, нацелены на поставки высоконадёжных компонентов для сложных условий. Как отмечено в описании ООО Наньянская Цзинмин Оптоэлектроникс Технолоджи, мы стремимся предоставлять не просто продукт, а решение, учитывающее нюансы применения.
Этот опыт также заставил нас больше экспериментировать с альтернативными способами крепления оптики. Например, для некоторых новых разработок мы тестируем метод пайки оптических элементов в инертной среде — но это уже для совсем экстремальных нагрузок, и стоимость, конечно, другая.
Традиционно эти призмы используются в оптических прицелах, дальномерах, некоторых типах микроскопов и измерительных системах. Но мы видим растущий интерес со стороны разработчиков компактных спектрометров и лидарных систем. В лидарах, особенно с вращающимися блоками, важна стабильность угла разворота луча — и здесь крышеобразная призма, будучи жёстким элементом, часто предпочтительнее системы зеркал, которые могут расюстироваться от вибрации.
Ещё одно интересное направление — интеграция таких призм в миниатюрные камеры для робототехники, где нужно экономить пространство и развернуть поле зрения. Но здесь встаёт вопрос миниатюризации и сохранения качества изображения. Изготовить микропризму с крышей размером 3 мм — та ещё задача, особенно с контролем качества ребра. Мы пробовали, пока вышли на приемлемый выход годных только на дорогом оборудовании с ЧПУ полировкой.
В целом, прямоугольная крышеобразная призма остаётся востребованным и, в хорошем смысле, консервативным элементом. Основной прогресс идёт не в её конструкции, а в технологиях производства и контроля, которые позволяют делать её более точной, надёжной и пригодной для новых, более жёстких условий. И здесь, как мне кажется, преимущество имеют производители, которые, как наше предприятие, сконцентрированы именно на прецизионной оптике, а не делают её ?между делом?. Потому что мелочи вроде обработки фаски или выбора клея часто и определяют, будет ли устройство с этой призмой работать десять лет или выйдет из строя через год.
