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Variable Focus Moiré Lenses

可變焦距摩爾鏡頭

Variable Focus Moire Lenses

可變焦距摩爾鏡頭

在寬焦距範圍內可實現連續,精確的變焦

使用單色光照明時無像差

適用於高倍率應用

光圈和光譜範圍可延伸(從UV到IR)

輕薄

對溫度變化不敏感(-20°C至70°C)

可變焦距摩爾鏡頭由以特殊結構串聯的繞射光學元件(DOE)組成。這款鏡頭可以通過旋轉光學元件在大的焦距範圍內實現焦距的連續調節。可變焦距摩爾鏡頭採用單色照明時不產生像差,適用於紫外到紅外波長。典型應用包括雷射光學組件,如可變擴束鏡,或者作為變焦鏡頭的內部元件,省去了複雜的平移光機械結構。

技術說明圖

Variable Focus Moiré Lenses
可變焦距摩爾鏡頭的第一個元件不動,旋轉第二個元件即可進行光源的連續變焦。這款鏡頭可實現負焦距和正焦距,屈光度範圍為±50。

常見問題

  如何製造可變焦距摩爾鏡頭?
可變焦距摩爾鏡頭中的單個繞射光學元件的表面結構是通過標準光刻技術製造出來的。這一對元件可以創造出能夠連續調節的菲涅耳帶,以此實現連續變焦距。
  可變焦距摩爾鏡頭有哪些優點?

可變焦距摩爾鏡頭具有一對結構特殊的繞射光學元件,通過標準光雕技術製造而成。這款鏡頭還具有比液晶,光聲或納米材料技術更簡單的設計和構造。簡單的結構使得摩爾鏡頭對溫度的變化不敏感,並擁有更好的抗震性。

這些光板非常輕薄,並且可以由各種材料製成,包括能在UV或IR光譜區域穿透的材料。通過光板的簡單旋轉可以實現寬焦距範圍上的焦距調整,當鏡頭與單色照明一起使用時產生無像差的光班。

  可變焦距摩爾鏡頭有什麼缺點嗎?
  • 使用多波長光源時有嚴重色差產生
  • 當屈光度增加時,鏡頭效率會降低
  • 最佳工作範圍僅適合某一段波長
  • 最大光圈受限(約20mm)
  可變焦距摩爾鏡頭的效率如何計算?

莫爾鏡頭的一級繞射效率n1取決於扭轉角θ,該扭轉角也可以幫助我們獲得相應的屈光度:

n1 = (sinc (θ2))2 (1)

總效率是繞射效率和穿透效率nt的乘積,穿透效率約為96%。對於90°的扭轉角,繞射效率為81%,因此總效率約為78%。

  偏振會影響性能嗎?
可變焦距莫爾鏡頭的性能與偏振無關。
  客制可變焦距莫爾鏡頭需要哪些規格?

要客製可變焦距莫爾鏡頭,需要以下規格:

  • 鏡頭尺寸(圓形,方形等)
  • 光學有效徑
  • 最大厚度
  • 需求焦距範圍
  • 工作波長範圍
  • 屈光度的期望效率
  可變焦距摩爾鏡頭的屈光度範圍和數值孔徑(NA)如何確定?
n1 = (sinc (θ2))2 (1)

假設一光學元件其DOE的表面經由光雕處理讓表面的變化處於波長范圍內(在UV範圍之外),可以用下面的公式計算可變焦莫爾鏡頭的屈光度(D):

D = θ (2)

這裡θ表示DOE當前的扭轉角,A表示鏡頭的有效徑。

公式1說明,當扭轉角為±90º(θ=±π2)時,可變焦距莫爾鏡頭的繞射效率高於80%。此時屈光度的公式如下圖所示:

D = ±12A = ±50 Dpt

這意味著可變焦距莫爾鏡頭的屈光度與光圈成反比。 NA在其屈光度的調製中具有恆定值(在上述示例中NA = 0.24)。

  這種鏡頭的波長範圍是多少?

可變焦距摩爾鏡頭適用於紫外到紅外波長。 DOE的莫爾紋會在特定波長出現; 當結構高度等於設計波長的整數倍時(2π相移),達到最大效率。 DOE設計中的限制因素是基片的穿透性能。熔融石英通常用於紫外線或可見光應用,而鍺是紅外應用的理想選擇。

訓練教材

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摩爾原理

繞射莫爾元件可以調整折光能力

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摩爾展示

可調焦距繞射莫爾鏡頭的展示

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