Главная / Библиотека / F-Theta объективы

F-Theta объективы

F-Theta объективы

F-Theta объективы

F-Theta объективы разработаны специально для повышения точности лазерных сканирующих систем, а также систем лазерной гравировки. Данные объективы широко применяются при передаче изображений и обработке материалов. При лазерной гравировке, как и при лазерном сканировании, лучших результатов добиваются с применением визуализации в плоском поле. Сферические линзы строят изображения только в круговой плоскости (рис. 1А). Сканирующие объективы с плоским полем решают эту проблему, при этом смещение луча зависит от произведения эффективного фокусного расстояния f на тангенс угла отклонения θ (рис. 1B). Хотя нелинейное смещение может быть высчитано с помощью специальных алгоритмов программного обеспечения, оптимальным решением считается выработка линейного смещения, то есть постоянной скорости сканирования. Изображения, формируемые объективами F-Theta обладают бочкоообразным искажением и прямо пропорциональным к углу отклонения смещением (Рис. 1C). Эта особенность устраняет необходимость сложной электронной коррекции, таким образом появляется возможность создавать быструю, относительно недорогую и компактную систему сканирования.

ris1.gif

Рисунок 1. Сканирующие объективы: А – сферическая линзы, В – объектив с плоским полем, С – F-Theta объектив

F-Theta объективы решают множество задач, связанных с лазерным сканированием. Кроме того, они благодаря своей конструкции снижают количество оптических компонентов в системе, где требуется плоское поле визуализации. Эти объективы позволяют формировать более точные размеры пятна, повышать разрешение при сканировании или печати, а также увеличивать интенсивность при гравировке или сварке. Важно отметить, что интенсивность и разрешение постоянны на всей плоскости изображения.

Установка сканирующих объективов

Лазерные сканирующие системы оптимизированы для тщательного контроля диаметра фокального пятна лазерного пучка и точного позиционирования. В основном лазерные сканирующие системы оснащены одним или двумя сканирующими зеркалами, в зависимости от типа установки. Например, в однозеркальной системе зеркало должен располагаться на входном зрачке F-Theta объектива. В системе с парой зеркал входной зрачок F-Theta объектива должен располагаться между двумя зеркалами. Наилучшая производительность F-Theta объектива достигается путем уменьшения расстояния между зеркалами.

Характеристики сканирующих объективов

При выборе F-Theta объективов необходимо обращать внимание на рабочую длину волны, размер пятна, а также на диаметр поля сканирования. Оптимальный подбор этих параметров позволит пользователю рассчитать рабочие величины сканирующей системы: диаметр входного пучка, отклонение сканирующего зеркала, положение зеркала и его положение.
 

рис2

Рисунок 2. Кривизна поля (%) и искажение F-Theta объектива (мм) в зависимости от угла отклонения (о)

Диаметр поля сканирования (или длина сканирования) – длина диагонали квадратной области в плоскости изображения, где пучок может быть сфокусирован объективом. Эта особенность позволяет определить отклонение (по всему фокусному расстоянию). Выходной угол сканирования – угол между выходным пучком, прошедшим сканирующий объектив, и нормалью к плоскости визуализации. Выходной угол сканирования меняется по полю, однако его значение невелико. Следует отметить, что угол выходного сканирования всегда нулевой у телецентрических объективов. Обратное фокусное расстояние – расстояние от вершины линзы (физической) до параксиальной точки фокусировки. Обратное рабочее расстояние – расстояние от корпуса объектива до параксиальной точки фокусировки.

Другой важной особенностью объектива, на которую стоит обратить внимание, является кривизна поля. F-Theta объективы оптимальны для создания плоского поля визуализации, однако на практике необходимо учитывать погрешности, вносимые компонентами. На рис. 2 в качестве примеров показаны графики для F-Theta объектива Thorlabs FTH100-1064, фокусное расстояние которого равно 100 мм, а угол отклонения составляет 28о. Из рисунка видно, что кривизна поля (мм) и искажение (%) представляют собой функцию угла сканирования. При конструировании сканирующих систем удобно размещать точку нулевой кривизны в середине диапазона сканирования, чтобы снизить погрешности при дальнейшей работе.

Сводные данные

Как было отмечено ранее, цель лазерной системы – создание подходящего размера пятна, с помощью которого достигается нужное разрешение и точное позиционирование по всему полю изображения. Для сканирующих объективов размер пятна дифракционно-ограниченного на уровне интенсивности 1/e2 рассчитывается в соответствии с соотношением:

ф1        (1)


где λ – длина волны лазерного источника, f – эффективное фокусное расстояние объектива, A – диаметр входного пучка, C – некоторая константа, вычисляемая как отношение степени освещения зрачка к усечению пучка на входе (для гауссовых пучков C = 1.83, когда входной пучок усекается по уровню 1/e2).

Фокусное расстояние также влияет на диаметр поля сканирования, который рассчитывается по формуле:

ф2        (2)


где L – диагональ квадратной области поля сканирования, θ – наибольший угол отклонения в радианах, f – эффективное фокусное расстояние объектива.

С увеличением угла отклонения, фокусное расстояние системы уменьшается. Это наиболее распространенный подход к поддержанию длины сканирования, поскольку он предоставляет возможность уменьшить размеры оптических компонентов, что в свою очередь позволяет работать с более компактной и экономически эффективной системой. Кроме того, искажения, вызванные нестабильностью двигающихся сканирующих зеркал, будут снижены, поскольку эти искажения регулируются фокусным расстоянием (меньшее фокусное расстояние снижает искажения).

Последние статьи
Лазерная обработка медицинских материалов

Медицинские приборы от имплантов и катетеров до наиболее часто используемых хирургических инструментов (ножниц, скальпелей, щипцов) в основном производятся из высококачественной стали, алюминия, титана и пластика. Маркировку любых из вышеперечисленных материалов можно произвести с помощью ультрабыстрого лазера...

Метрология

Лазерное охлаждение атомов (или «атомная ловушка») основано на действии силы радиационного трения, с помощью которых атомы могут охлаждаться до сверхнизких температур и удерживаться в таком состоянии с помощью лазерных пучков и линейного неоднородного магнитного поля...

Введение в принцип работы спектрометра HyperFine компании LightMachinery

Спектрометр - оптический прибор для разложения пучка излучения в спектр (для излучения в видимом диапазоне - на различные цвета) и дальнейшего анализа. Так, излучение белого цвета с помощью спектрометра раскладывается на длины волн, соответствующие красному, зеленому, желтому и синему цвету...

Биовизуализация

Несколько сотен лет исследования биоматериалов проводились с помощью источников белого света. Люди использовали для подсветки и возбуждения атомов вещества обыкновенные лампы накаливания или газоразрядные источники...

Энергетика

Суперконтинуум лазеры белого света используются в качестве симулятора солнечного света как для крупногабаритных батарей, так и для испытаний в микромасштабе, например, для анализа плазмонных частиц при преобразованиях с понижением или повышением частоты...

У Вас особенный запрос?
У Вас особенный запрос?
Весьма часто наши заказчики лучше нас знают, какое оборудование им нужно. В этом случае мы берём на себя общение с производителем, доставку, и таможенную очистку, а также все вопросы гарантийного периода. Пожалуйста, заполните эту форму, и мы свяжемся с Вами, чтобы помочь решить любую Вашу задачу. Или позвоните нам по телефону +7(495)199-0-199
Форма заявки
Ваше имя: *
Ваше имя
Ваш e-mail: *
Ваш телефон: *
Ваш телефон
Наши
контакты
г. Москва, ул. Бутлерова, д. 17Б, офис 502

г. Санкт-Петербург, Коломяжский проспект, 33 корпус 2