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球面透鏡公差改進

球面透鏡公差改進

愛特蒙特光學®改進了TECHSPEC®球面透鏡的各種標準公差。這些改進使得裝配變得更加容易,可以減少複雜的組裝過程,如主動准直。這些改進提高了性能,並使我們的透鏡更容易集成到OEM應用中。我們對日本,新加坡和美國這幾個世界級球面鏡製造工廠的工藝進行了改進,使得這些精密規格得以實現。 EO每年可以生產數百萬個透鏡。改進的規格包括:

直徑公差: 所有的TECHSPEC®球面透鏡,無論大小,現在的直徑公差均為+ 0.000 / -0.025mm。使直徑公差保持在25μm以內,可以確保透鏡能被精確地安裝在鏡筒組件中,使得透鏡的光軸與機械軸保持准直。

直徑公差是安裝光學元件時必須考慮的關鍵性機械公差。與公稱直徑的偏差可能會使透鏡無法準確地裝配在安裝夾具中,導致光學組件內產生偏心或傾斜。下圖顯示由於直徑誤差而未牢固固定在鏡筒內的透鏡:

Figure 1: Effects of Diameter Error
圖1: 直徑誤差的影響

共軸性: 現在,焦距大於10mm的所有TECHSPEC®單透鏡都具有小於1弧分的偏心公差。這項光軸精密對準功能可確保透鏡能用於需求嚴苛的成像應用。在光學裝配中,結合上述精密直徑公差,這種楔角的減少實現了圖像偏移的最小化。下圖顯示了由中心誤差引起的圖像跳動:

Figure 2: Effects of Centration Errors
圖2: 中心誤差的影響

表面品質: 所有的TECHSPEC®球面透鏡,無論大小,現在的表面質量均為40-20。這種精密的定制化產品規格可以確保鏡頭適用於高標準的雷射系統。光學表面上即使是輕微的划痕或坑點也可能引起散射光,這在雷射應用中是有害的。

表面質量也會影響透鏡的雷射損傷閾值。表面質量差的透鏡在中等雷射功率或能量下可能無法正常工作。透鏡中的划痕和坑點可能導致雷射發散,破壞鍍膜。下圖顯示了雷射損壞鍍膜的情況:

Figure 3: Coating Destroyed from a 73.3 J/cm2 Laser
圖3: 被73.3J/cm2雷射損壞的鍍膜

愛特蒙特光學可以實現40-20標準表面質量,以及耐用的增透膜。根據波長,我們的標準TECHSPEC®透鏡可用於能量高達約7J/cm2的雷射中。查看我們的應用文章-增透膜(AR),了解有關標準寬帶增透膜能量限制的完整列表。

球面鏡片製造規格
  Commercial Precision High Precision
Diameter 4 – 200mm 4 – 200mm 4 – 200mm
Diameter Tolerance +0/-0.100mm +0/-0.025mm +0/-0.010mm
Thickness ±0.100mm ±0.050mm ±0.010mm
Surface Sag ±0.050mm ±0.025mm ±0.010mm
Clear Aperture 80% 90% 90%
Radius ±0.3% ±0.1% Fix to Test Plate
Power (P - V) 3.0λ 1.5λ λ/2
Irregularity (P - V) 1.0λ λ/4 λ/20
Centering (Beam Deviation) 3 arcmin 1 arcmin 0.5 arcmin
Bevel (Face width @45 degrees) <1.0mm <0.5mm <0.25mm
Surface Quality 80-50 40-20 10-5

應用實例

成像鏡頭

由於光軸進行了精確准直,我們的透鏡非常適用於高標準的成像應用。例如,下圖顯示如何採用更精確的中心公差使得成像鏡頭實現更高的分辨率。在這種情況下,如果偏心<1弧分,成像透鏡可以在20%的對比度下達到約128 lp/mm的分辨率。然而,當2個透鏡沒有精確准直,偏心<6弧分時,成像透鏡在20%的對比度下只能達到約86 lp/mm的分辨率。

所以,通過對單個透鏡元件的直徑和中心實行更嚴格的公差,而不是在裝配過程中依靠複雜且昂貴的准直過程來產生更好的成像性能,我們能夠將分辨率提高約50%。減少複雜的裝配過程(如主動准直)可節省應用或裝配所需的時間和費用。

Figure 4: Effects of Centration Errors on Resolution Figure 4: Effects of Centration Errors on Resolution
圖4: 中心誤差對分辨率的影響。 (上圖)所有元件的偏心<1 arcmin(下圖)兩個元件的偏心<6 arcmin

擴束鏡

在擴束鏡中,中心誤差可能導致光束漂移,產生不平行於輸入光束的輸出光束。光束漂移使雷射系統的准直變得更複雜,需要機械外殼進行傾斜,以便對未對準的輸入和輸出軸進行補償。光束漂移如下圖所示:

Figure 5: Effects of Centration Errors on a Beam Expander
圖5: 中心誤差對擴束鏡的影響

如果系統結構不允許對准直器進行角度調節,傾斜的光束在通過系統時可能會發生能量損失。通過緊密地控制擴束鏡內透鏡元件的直徑和中心,我們不需要昂貴的解決方案來處理光束漂移的問題,簡化了雷射系統並降低了整體成本。

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