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柱面透鏡

在單軸具有光學功率的透鏡

 

緊密控制的光學及幾何容差

 

提供矩形及圓形外型

 

提供 3 種效能等級:照明、成像、光束整型

 

具備內部自行設計及鍍膜能力因應客製要求

 

現貨供應,立即交貨

 

提供 N-BK7、UV 熔融石英及 N-SF5 基材

柱面透鏡是各種雷射應用的關鍵所在,其中包括將雷射二極體的橢圓形光束變為圓形、將發散光束聚焦於線性偵測器陣列、為量測系統建立光幕,或是將雷射光束投射至表面等等。柱面透鏡類似於球面透鏡,兩者均使用彎曲表面匯集或發散光線,不過柱面透鏡僅於單一方向具有光學功率,不會影響垂直方向的光線。愛特蒙特光學®是頂級的柱面透鏡供應商,供應項目包括消色差、非球面柱面透鏡、平凸及平凹透鏡幾何。

常見應用

柱面透鏡最常見的三種應用包括形成雷射光線、形成雷射光幕,以及將橢圓形雷射光束變為圓形。

Collimated light and a PCX cylinder lens
x =  (
d
EFL
) L

工作距離: EFL + L

Collimated light and a PCV cylinder lens
x =  (
d
EFL
) (L + EFL)

工作距離: L

雷射光線

雷射及單一柱面透鏡可用於建立雷射光線,以特定散開角度 θ 在單軸發散。

Laser Line

形成雷射光線的最重要參數,是線 x 的長度及工作距離,或是由透鏡到線的距離。用於描繪形成雷射光線特性的方程式,需視使用平凸或平凹柱面透鏡而定。

圖1(左側、上方): 平行光及 PCX 柱面透鏡
圖2(左側、下方): 平行光及 PCV 柱面透鏡
Two PCX cylinder lenses used to form a light sheet

光幕

使用平行光源及兩個焦距不同的柱面透鏡,就可以形成在兩個軸具有不同發散角度的光幕。焦距比例應大致等同所需光幕高寬比或 X 軸及 Y 軸發散角度的比例。其中使用與雷射光線相同的方程式,不過 X 軸與 Y 軸將各自使用獨立方程式。透鏡必須調整方向,讓每個透鏡的彎曲表面朝向光源,曲率平面則分開 90 度。

圖3: 使用兩個 PCX 柱面透鏡形成光幕
Two PCX cylinder lenses forming a light sheet

將橢圓形光束變為圓形

沒有平行化光學元件的雷射二極體,會以非對稱的模式發散。球面光學元件無法用於產生圓形的平行光束,因為透鏡會同時在兩個軸作用,維持原始的非對稱狀態。一對正交的柱面透鏡,可將各軸分開處理。

為了實現對稱輸出光束,兩個柱面透鏡的焦距比例,應等於 X 軸及 Y 軸發散比例。二極體置於兩個透鏡的焦點;因此透鏡之間的分隔距離,就是兩者的焦距差。各個透鏡的最大光束寬度,可利用下列方程式計算:

d =  2f(tan(
θ
2
))

使用透鏡焦距 (f) 及其平行軸的發散角度 (θ),可計算求得最大光束寬度 (d)。各個透鏡的通光孔徑,必須大於對應的最大光束寬度。

圖4: Two PCX cylinder lenses circularizing an elliptical beam

選擇指南

愛特蒙特光學提供圓形、矩形或橢圓形尺寸的柱面透鏡。其中供應多種紫外線至紅外線的抗反射鍍膜選項,包括 UV-AR、UV-VIS、MgF2、VIS-NIR、VIS 0°、NIR I 或 NIR II。消色差柱面透鏡提供額外的色彩補正效果,將色像差降到最低。除了 2D 或 3D 模型,也提供下載完整產品說明資料。

產品系列波前誤差表面品質楔形公差產品廣度像差補正價格
照明柱面透鏡 未定義
良好
未定義
絕對最佳
 
成像柱面透鏡
較佳
良好
較佳
較佳
  
光束整型柱面透鏡
最佳
最佳
最佳
最佳
   
非球面柱面透鏡
較佳
良好
良好
良好
     
消色差柱面透鏡
良好
較佳
較佳
良好
    
照明柱面透鏡
Illumination Cylinder Lenses

照明柱面透鏡是愛特蒙特光學最經濟實惠的選項,在尺寸及焦距方面的選項也最多,但是並沒有較嚴格的效能公差。這類產品適合用於注重成本的照明應用。 檢視產品

優點:

  • 提供各式各樣的尺寸及焦距
  • 最符合成本效益的選項

缺點:

  • 未定義波前規格
  • 受限的幾何公差
成像柱面透鏡
Imaging Cylinder Lenses

成像柱面透鏡的波前誤差及楔形公差優於照明柱面透鏡,但表面品質相同,且尺寸及焦距選項較少。這類產品適合用於產生雷射光線及雷射光幕。 檢視產品

優點:

  • 在效能與價格之間取得平衡

缺點:

  • 尺寸限於 10 x 20mm 及以下
光束整型柱面透鏡
Beam Shaping Cylinder Lenses

光束整型柱面透鏡結合最佳的緊密控制公差,以及最佳的量產整合價格,是各種光束整型應用的理想選擇,例如將雷射二極體的橢圓形光束變為圓形、建立量測系統的光幕,或是將雷射光線投射至表面。 檢視產品

優點:

  • 緊密控制的光學公差,包括波前誤差、表面品質及楔形
  • 緊密控制平面軸楔形、放大面軸楔形及軸向傾斜的幾何公差
  • 價格與品質的理想組合

缺點:

  • 價格高於照明柱面透鏡
非球面柱面透鏡
Acylinder Lenses

非球面柱面透鏡具有非球面表面,可大幅降低球面像差。其中提供繞射極限效能,適合用於建立單色光源的細線輪廓。 檢視產品

優點:

  • 採用繞射極限設計,可產生極為銳利的細雷射光線

缺點:

  • 最昂貴的柱面透鏡選項
  • 會出現嚴重的色球差
消色差柱面透鏡
Achromatic Cylinder Lenses

消色差柱面透鏡是由低折射率正透鏡 (冕牌玻璃) 元件及高折射率負透鏡 (火石玻璃) 元件黏合組成,盡可能減少色像差及球面像差。這類透鏡具備色彩補正效果,適合搭配使用寬頻光源。 檢視產品

優點:

  • 具備色像差補正效果,可搭配使用寬頻光源
  • 具備球像差補正效果,可建立細雷射光線

缺點:

  • 比大部分柱面透鏡選項更昂貴
  • 尺寸及規格選項有限

常見問題

FAQ  愛特蒙特光學柱面透鏡涵蓋的波長範圍為何?
提供多種紫外線至紅外線的抗反射鍍膜選項,涵蓋 250nm 至 1550nm 波長,包括 UV-AR、UV-VIS、MgF2、VIS-NIR、VIS 0°、NIR I 或 NIR II。也提供未鍍膜透鏡,涵蓋 200nm 至 2500nm 波長。
FAQ  提供的透鏡基材材料為何?

愛特蒙特光學柱面透鏡是由光學玻璃製作,包括 N-BK7、UV 熔融石英、N-SF5 及 N-SF11。

FAQ  消色差柱面透鏡與標準平凸 (PCX) 柱面透鏡之間的差異為何?

PCX 柱面透鏡僅使用單一基材材料,消色差柱面透鏡則使用多種基材修正球面像差及色像差。消色差柱面透鏡適合僅在單一方向需要放大的應用,因應其中必要的細線輪廓需求。相較於傳統的柱面透鏡,消色差柱面透鏡具有多項效能優勢,包括可大幅減小成像平面的球面像差與色像差。若與 LED 光源搭配使用,消色差柱面透鏡將非常適用於產生光線。一般應用包括以 LED 照明光源產生光線,以及搭配 LED 型掃描裝置的卓越聚焦效果。下圖比較消色差柱面透鏡的聚焦光線,以及標準平凸 (PCX) 柱面透鏡的聚焦光線。

FAQ  柱面透鏡或變形稜鏡對哪一種比較適合將橢圓形光束變為圓形?
變形稜鏡對和柱面透鏡都可實現單軸光束調變,不過兩者之間有一些實質差異:
  • 變形稜鏡對所佔空間較小
  • 柱面透鏡可能因為像差影響光束的輻射輪廓
  • 柱面透鏡不會轉移光束

資源

應用說明

技術資訊及應用範例包括理論說明、方程式、圖示及其他各項。

使用柱面透鏡時的考量
阅读  

什麼是柱面透鏡?
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為何選擇消色差柱面透鏡?
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影片

資訊豐富的企業或教學影片,除了介紹各種簡單秘訣,也提供以應用為基礎的產品優勢展示。

柱面透鏡產品概觀
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