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使用柱面透鏡時的考量

使用柱面透鏡時的考量

柱面透鏡最基本的形式是一部分柱面玻璃,其周邊是用作放大 (彎曲) 的光學表面。典型的柱面透鏡具有一個放大表面與一個平表面,藉此可提高製造與測試的靈活性。放大表面與球面透鏡非常相似,其主要的兩個參數是精細拋光程序後的表面精度與光潔度。表面精度的界定因素是表面不規則度與表面品質,這兩者的規格與球面透鏡完全一致。但是柱面透鏡與球面透鏡的不同之處在於,前者因獨特的幾何形狀而具有額外的規格,包括放大面軸與平面軸 (圖A)。這些軸用於定義平面內表面之間的角度。這些規格視應用目的需求而有特定考量。

Example of plano and power axis in a cylinder lens
圖1: 柱面透鏡的母線和準線。

以下規格需根據目標應用進行具體分析:

放大面軸楔形 (偏心)

若放大面軸不與透鏡厚度正交,會出現放大面軸楔形。放大面軸楔形的原因是實際光軸發生位移,這與球面光學元件中放大表面的偏心很相似。柱面透鏡中出現放大面軸楔形表示系統中存在機械誤差與光學像差,例如:

  • 焦平面相對側的線厚度不均勻
  • 放大面軸存在光束偏離
Example of power axis in a cylinder lens
圖2: 柱面透鏡的準線。

平面軸楔形

若平面軸不與透鏡厚度正交,會出現平面軸楔形。該楔形會增大角度光束偏離程度,在系統中產生巨大的指向誤差。柱面透鏡中出現平面軸楔形表示系統中存在多種機械誤差與光學像差,包括:

  • 焦平面相對側的線厚度不均勻
  • 平面軸存在光束偏離
  • 焦平面傾斜
Example of plano axis in a cylinder lens
圖3: 柱面透鏡的母線。

軸向彎曲

若平面軸與透鏡的光學平面不平行,會出現軸向彎曲。軸向彎曲表示柱面透鏡放大表面的外型尺寸有旋轉。這對於透過外型尺寸固定矩形元件的應用尤其不利。柱面透鏡中出現軸向彎曲表示系統中存在以下光學像差:

  • 圖像繞光軸發生旋轉。
Example of axial twist in a cylinder lens
圖4: 柱面透鏡的軸向扭曲。
柱面透鏡選擇指南
共軸性誤差 照明等級 光束整型鏡頭等級 超精密鏡頭等級
平面軸楔形 N/A < 5 arcmin < 2 arcmin
放大面軸楔形 N/A < 5 arcmin < 2 arcmin
軸向傾斜 N/A < 3 arcmin < 2 arcmin

Offered uncoated or with multiple anti-reflection coating options for the UV, visible, or IR spectrum. Achromatic, acylinder, plano-convex, plano-concave, or rod versions available.

Spherical optics, aspheric lenses, prisms, imaging lenses, imaging and laser optics assemblies, and mechanics are just a few of our expertise.

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