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ISO 10110 - Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme © 2003 Kurt Salzmann, Wienp 1 Zeichnungen optischer Systeme.

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1 ISO Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme © 2003 Kurt Salzmann, Wienp 1 Zeichnungen optischer Systeme festgelegt in der Norm DIN ISO 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 OberflächengüteTeil 8 Oberflächenbehandlungen und BeschichtungenTeil 9 Asphärische OberflächenTeil 12 Allgemeintoleranzen für Werte ohne ToleranzangabeTeil 11 Darstellung in TabellenformTeil 10 Stichwortverzeichnis, BeispielzeichnungenBeiblätter 1,2

2 ISO Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme © 2003 Kurt Salzmann, Wienp 2 Zeichnungen optischer Systeme (ISO ) a) Konturen (Seitenriss, Schraffur) b) Optische Achse (Rotationssymmetrie) c) Bezugslinien e) Bemaßung e1) Krümmungsradien R e2) Dicke (Durchstoßpunkte an opt. Achse) e3) Durchmesser e4) Kanten, Maß- und Schutzfasen e5) Längen (Prisma) e6) Winkel (Prisma) d) Prüfräume f) Materialspezifikation g) Toleranzangabe Allgemeines: Darstellung und Bemaßung (frei: e ) e1) b) c) d) e2) e4) e3) e4)

3 ISO Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme © 2003 Kurt Salzmann, Wienp 3 Materialfehler; Spannungsdoppelbrechung (ISO ) Ebene Welle - Huygenssches Prinzip Doppelbrechung – Ursache: Brechungsindex n ist örtlich nicht konstant; Änderung hervorgerufen durch Spannungen beim Abkühlen des Glases oder im Kunststoff n1n1 n2n2 Das Licht sieht verschiedene optische Dicken, d.h. die Wellenfront wird verbogen Δs …optische Weglängendifferenz (OPD) in [nm]... Weglänge der Probe in [cm] …vorhandene Spannung in [N/mm 2 ] K.. Differenz der photoelastischen Konstanten Angabe: 0 / A A … max. zulässige Spannungsdoppelbrechung in nm/cm optische Weglänge 0 … Codenummer für Spannungsdoppelbrechung Beispiel: 0 / 10 … maximal zulässige Spannungsdoppelbrechung von 10 nm/cm

4 ISO Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme © 2003 Kurt Salzmann, Wienp 4 Materialfehler; Blasen und Einschlüsse (ISO ) (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 N … Anzahl der Blasen und Einschlüsse mit einer maximal zulässigen Größe A … Stufenzahlin [mm] 1 … Codenummer für Blasen und Einschlüsse Stufenzahlen A in [mm] sind in Tabellen angegeben (geometrische Normzahl- Reihe) mit Multiplikationsfaktoren 1 - 2,5 - 6, 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 ISO Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme © 2003 Kurt Salzmann, Wienp 5 Materialfehler; Blasen und Einschlüsse (ISO ) (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 Multiplikationsfaktoren - Vorzugswerte Stufenzahlen A in mm 0,006 0,0100,006 0,0160,0100,006 0,0250,0160,0100,006 0,0400,0250,0160,010 0,0630,0400,0250,016 0,100,0630,0400,025 0,160,100,0630,040 0,250,160,100, ,02,51,61,0

6 ISO Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme © 2003 Kurt Salzmann, Wienp 6 Materialfehler; Inhomogenitäten / Schlieren (ISO ) Inhomogenitäten – Änderung der Brechzahl im optischen Bauteil, definiert als Differenz zwischen maximalem und minimalem Brechwert (verursacht durch chemische Zusammensetzung) Klasse 1: 10 % … 2: 5 … 3: 2 … 4: 1 Klasse 5: extreme Schlierenfreiheit, keine Angabe Einteilung in 5 Klassen: Schlierendichte, die eine optische Weglängendifferenz von 30 nm ausmacht (in %) charakterisiert durch 6 Klassen (maximal zulässige Abweichung der Brechzahl): Klasse 0: ± … 1 / ± 20 … 2 / ± 5 … 3 / ± 2 … 4 / ± 1 … Klasse 5: ± 0, Schlieren – Inhomogenität kleiner räumlicher Ausdehnung (fadenförmig) Angabe: 2 / A ; B A … Inhomogenitätsklasse B … Schlierenklasse 2 … Codenummer für Inhomogenitäten und Schlieren Beispiel: 2 / 3 ; 1 … Inhomogenitätsklasse 3 (max. Brechzahlabweichung ± ) Schlierenklasse 1 ( 10 % Schlierendichte mit 30 nm opt. Weglängendifferenz)

7 ISO Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme © 2003 Kurt Salzmann, Wienp 7 Passfehler (ISO ) Probeglas Interferenz an dünnen Schichten Interferenzstreifen (ähnlich Benzin in Wasserlacke) Interferometer : liefert Interferenzstreifen zwischen 2 Flächen Anzahl Interferenz- streifen bestimmt Ab- weichung von Kugel- bzw. Ebenenform

8 ISO Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme © 2003 Kurt Salzmann, Wienp 8 Zentrierfehler (1) (ISO ) Es werden verschiedene Winkel bzw. der Versatz eines Teilsystems bzw. einer Fläche zu einer Bezugsachse angegeben:

9 ISO Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme © 2003 Kurt Salzmann, Wienp 9 Zentrierfehler (2) (ISO ) Kippwinkel von sphärischer / asphärischer Fläche / Element – System Angabe:4 / oder 4 / (L)oder 4 / …maximal zulässiger Kippwinkel L …maximal zulässiger seitlicher Versatz 4 … Codenummer für Zentrierfehler 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 Seitlicher Versatz einer asphärischen Fläche / eines Elements – Systems t …maximal zulässiger Kittkeilwinkel (nach Dreieckszeichen )

10 ISO Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme © 2003 Kurt Salzmann, Wienp 10 Oberflächenfehler (1) (ISO ) 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 Angabe:5 / N x A ; CN x A ; LN x A ; EA 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] EAE (Randaussprünge) – max. erlaubte Ausdehnung A der Aussprünge parallel vom Rand der Oberfläche in [mm] Methode I: Verwendung einer Größenvergleichsplatte mit künstlichen Fehlern bei

11 ISO Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme © 2003 Kurt Salzmann, Wienp 11 Oberflächenfehler (2) (ISO ) 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) 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 1x2,5 x6,3 x16 x 0,250,160,100,063 0,400,250,160,10 0,630,400,250,16 Multiplikationsfaktor -> Stufenzahlen A in [mm] -> Licht, das von Oberflächenfehlern gestreut wird, wird mit einer Bezugs- Hintergrundbeleuchtung verglichen; Lichtleitfasern, Lichtfallen, Strahlenteiler etc. notwendig

12 ISO Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme © 2003 Kurt Salzmann, Wienp 12 Oberflächengüte (ISO ) beschreibt die Eigenschaften matt – spiegelnd (optisch glatt) – Mikrodefekte matt: Höhendifferenz des Oberflächenprofils Wellenlänge sichtbares Licht (VIS) spiegelnd: Höhendifferenz des Oberflächenprofils << Wellenlänge (VIS) Mikrodefekte: kleine Unregelmäßigkeiten (< 1 µm) auf spiegelnder Oberfläche Angabe:R q (quadratischer Mittenrauwert) 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) R q 2 G 5 PP2

13 ISO Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme © 2003 Kurt Salzmann, Wienp 13 Oberflächenbehandlungen / Beschichtungen (ISO ) sind hauptsächlich für Glaslinsen maßgeblich; es werden aber heutzutage schon Kunststoff- linsen mit Beschichtungen überzogen Angabe für optische Schichten: tangential an die zu beschichtende Fläche mit Bezugslinie zu einem Rechteck mit Beschichtungsbeschreibung...Durchlässigkeit von Strahlungflüssen Man unterscheidet:...Reflexion von Strahlungflüssen...Absorption von Strahlungflüssen opt. Element z.B. Bezugswellenlänge in [nm] = 546,1 nm wenn keine Angabe)

14 ISO Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme © 2003 Kurt Salzmann, Wienp 14 Darstellung in Tabellenform (1) (ISO ) Linke Fläche………………………..Material………………………..rechte Fläche KennungBeschreibung Material(Glastyp) - Art des Kunststoffs n Brechzahl Abbesche Zahl (inkl. Toleranzen) RKrümmungsradius (ggf. mit Toleranz) - CX – konvex / CC – konkav e Optisch wirksamer Durchmesser SchutzfaseMinimal / maximal zulässige Größe Oberflächenbehandlung / -beschichtung Spannungsdoppelbrechung zulässige Blasen und Einschlüsse Inhomogenitäten und Schlieren Toleranz der Oberflächenform Zentrierfehler Oberflächenfehler Zerstörschwelle durch Laserstrahlung Die Werkzeichnung des Teils enthält oberhalb des Schriftfelds folgende Tabelle:

15 ISO Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme © 2003 Kurt Salzmann, Wienp 15 Darstellung in Tabellenform (2-1) (ISO ) Beispiel: Asphäre Zeichnungsfeld

16 ISO Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme © 2003 Kurt Salzmann, Wienp 16 Darstellung in Tabellenform (2-2) (ISO )

17 ISO Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme © 2003 Kurt Salzmann, Wienp 17 Allgemeintoleranzen (ISO ) 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 ISO Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme © 2003 Kurt Salzmann, Wienp 18 Asphärische Oberflächen (ISO ) 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 ISO Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme © 2003 Kurt Salzmann, Wienp 19 Asphärische Oberflächen (ISO ) Asphärische Oberflächen werden mittels eines (mehr oder weniger komplizierten) mathematischen Zusammenhangs beschrieben: Im y-z-Schnitt erhalten wir eine Kurve, welche bei Rotation um die z-Achse die gesuchte asphärische Fläche erzeugt. (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 ISO Optik und Photonik - Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme © 2003 Kurt Salzmann, Wienp 20 Asphärische Oberflächen (ISO ) Angaben auf der Zeichnung Mathematische Kurvenform (bitte nicht schrecken!) -> rotationssymmetrisch um z … Krümmungsradius bei z = 0 Potenzreihe


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