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表面品質スペックをU.S.規格 MIL-PRF-13830B に基づき理解する
エドモンド・オプティクス・ジャパン株式会社

表面品質スペックをU.S.規格 MIL-PRF-13830B に基づき理解する

Surface Quality Inspection

 光学素子の表面品質は、製造工程や取扱い工程時に引き起こされる外観上の不完全性を評価したものです。大抵の場合、これらの欠陥は、イメージングや集光アプリケーションにおいてシステムの全体性能に負の影響を何も及ぼさず、強いて言うと、スループットのほんのわずかな低下と散乱光のわずかな増加のみがその影響の代表的なものとなります。しかしながら、これらの欠陥により敏感になる場面が実在します。例えば、光学系の像面上にその面の像が結んでしまう場合は、欠陥部が映し出されてしまいます。また、ハイパワーの光が入射する面では、欠陥部の場所でエネルギーの吸収が増え、光学部品にダメージを与える場合があります。表面品質を評価する国際的な規格としては:

  • ANSI/OEOSC OP1.002-2009 のオプティクスやエレクトロ・オプティクス機器 – 光学素子やアッセンブリ品 – 見かけ上の不完全性に関する規格*
  • ISO 10110-7:2008 の光学及び光学装置 -- 光学エレメント及びシステムの製図-第7部:表面不完全度公差*
  • ISO 14997:2003の光学及び光学機器 -- 光学素子の表面欠陥の試験方法
  • MIL-PRF-13830B; 射撃統制器具に向けた光学部品の製造、組立、検査を行う際の一般的規格

*エドモンド・オプティクスの特注光学部品は、これらの規格に合わせて製造することができます。

 エドモンド・オプティクスの在庫販売用の標準光学部品は、表面品質を評価付ける最も汎用的な方法である、U.S.軍用規格のMIL-PRF-13830Bに準じています。MIL-PRF-13830Bは、”キズ (scratch)とブツ (dig) ”という2つの数字の連記で表わされ、既に規定された校正済み基準に基づいてキズとブツの各々の大きさを評価します。許容されるキズとブツの上限数は、対象部品のサイズと実在するキズとブツの各ナンバーに基づき、下記ガイドラインに沿って決定されます。

 2桁の数字の連記で表わされるキズとブツの各ナンバーは、2つの数字の間にハイフン (-)が通常入った状態で表わされます: ハイフンの手前側に来る数字がキズナンバー (或いはスクラッチナンバー)、ハイフンの後側に来る数字がブツナンバー (或いはディグナンバー)です。これらのナンバーは、校正済み基準上のキズとブツの各見本の明るさ/大きさとの目視比較によって決定されます。なお検査対象部品と校正済み基準は、性能要件で予め規定された照明条件下で目視比較する必要があります。検査対象部品のキズナンバーの決定は、校正済み基準よりも明るくない最大キズナンバー見本の所で決定され、ブツナンバーの場合は、同基準よりも直径が大きくない最大ブツナンバー見本の所で決定されます。

 キズナンバーは、10, 20, 40, 60, 80といった恣意的な数字の一つで決定され、10から80に数字が上がっていくに従い、キズ見本の明るさが増していきます。校正済み基準上のキズ見本は正確に定量計測されたものではなく、同基準の明るさと検査対象部品の明るさを目視比較し、最も近い場所のキズナンバーで規定されます。これに対してブツナンバーは定量化可能なスペックとなり、ブツナンバーの1/100の大きさをミリメートルで表わし、その最大直径が定量化できます。具体的に、0.4mm径の最大ブツサイズを持った部品は40のブツナンバーで表わされ、0.2 mm径の最大ブツサイズを持った部品は20のディグナンバー、といったように表わされます (Figure 1)。

An illustration of scratch-dig evaluation
Figure 1: キズ-ブツ評価の図解

 キズとブツが一旦決定されると、許容可能な欠陥の上限数は次にあげた規則によって決定されます:

キズ (Scratch)

 規定したキズナンバーを持つ全てのキズの長さの合算 (LSN) が光学部品の直径の1/4を超えないこと。なお円形ではない光学部品の場合は、その形状に等しい大きさの円形の直径をベースとすること

Equation 1 (1)

 

ブツ (Dig)

 許容可能な最大ブツサイズの総数 (N) が光学部品の直径の1/20を超えないこと

Equation 2 (2)

 

 実在する全てのブツ直径の大きさの合算 (d) が許容可能な最大ブツサイズ (N) の総数に規定したブツナンバー (D) を掛け合わせた数の2倍以下であること

Equation 3 (3)

 

 表面品質60-40で規定した100mm径の光学部品の場合、上に説明した規則により、60のキズナンバーの欠陥がいくつかあっても良いことになりますが、その長さの合算は25mm未満でなければなりません。また、0.4mmの最大ブツサイズ (40のブツナンバー)は5個まであっても許容されますが、実在する全てのブツ直径の大きさの合算が4mmを超えてはいけないことになります。

 一般的に、80-50のキズ-ブツ規定は標準グレードの品質と見なされ、60-40は精密グレード、20-10は高精密グレードの品質と見なされています。

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