ахроматические двойные линзы

Ахроматическая двояковогнутая линза представляет собой объемный оптический элемент, часто состоящий из двух склеенных однократных конкавных и выпуклых линз, изготовленных из различных оптических стеклянных материалов с компенсирующими дисперсионными свойствами. Ахроматическая двояковогнутая линза имеет характерную особенность минимизации хроматической аберрации в оптическом модуле (хроматическая аберрация - это сдвиг показателей преломления, вызванный различными длинами волн при наличии многоколорных излучений источника света, что приводит к размытию пятен на фокусной плоскости). Также возможно исправление сферической и коматической аберрации на оси с использованием ахроматических двояковогнутых линз.

В общем, конструкция ахроматической двояковогнутой линзы проста: линза, изготовленная из материалов с низким показателем преломления и высокой хроматической дисперсией (Кроновское стекло), склеивается с другой линзой, изготовленной из флинтовского стекла с большим показателем преломления и низкой дисперсией. Эти два стекла компенсируют хроматическую дисперсию друг друга, обеспечивая постоянную фокусное расстояние в определенном оптическом спектре. В то же время сферические аберрации и кома на оптической оси могут быть также уменьшены без снижения численного апертура, что приводит к более высокой пропускной способности и меньшему диаметру фокусного пятна, что является желательным. Форма линзы зависит от того, является ли двойная линза положительной или отрицательной. Положительная ахроматическая двояковогнутая линза имеет положительное фокусное расстояние, сочетая в себе одну двойную выпуклую линзу и одну выпукло-вогнутую линзу с одинаковыми радиусами кривизны на границе в биконвексную линзу. Отрицательная ахроматическая двойная линза расходит коллимированный свет согласно ее виртуальному фокусу на стороне объекта линзы и состоит из двойной вогнутой линзы и плоско-выпуклой линзы, склеенных вместе, чтобы ее общая форма была плоско-вогнутой линзой. Существуют также ахроматические тройные линзы, состоящие из трех склеенных элементов и имеющие форму в биконвексной линзе в целом.

Эта страница представляет собой настраиваемые двояковогнутые линзы диаметром от 1,0 мм до 300 мм от Hangzhou Shalom EO, включая положительные ахроматические двояковогнутые линзы, отрицательные ахроматические двояковогнутые линзы, ахроматические тройные линзы и асферические ахроматические линзы. Наши ахроматические линзы изготовлены из флинтовского стекла (например, CDGM H-ZFLA, SHOTT N-SF5 и т. д.) и коронного стекла (например, CDGM H-ZBAF52, SCHOTT N-BK7 и т. д.), и мы принимаем обозначение определенных стеклянных кодов от наших клиентов. Двояковогнутые ахроматические линзы обеспечивают независимость от длины волны в видимом спектре и отлично подходят для использования в многоколоровой белой световой имитации/освещении (например, инверсия изображения, увеличение изображения), модуляции лазерного света и преобразования численной апертуры, хотя другие рабочие диапазоны длин волн также могут быть настраиваемыми. Для использования с высокой точностью в видимом диапазоне рекомендуем нашу асферическую ахроматическую линзу, изготовленную с использованием техники точной алмазной обработки (SPDT), которая сочетает в себе преимущество ультранизкой сферической аберрации от ее асферического профиля и преимущество высокого хроматического разрешения от ее ахроматического дизайна. Настройка вариантов покрытия включает непокрытые подложки, многослойные антиотражающие покрытия (BBAR), которые значительно снижают отражение (среднее отражение ниже 0,5%) в определенном диапазоне длин волн, и V-покрытие, которое обеспечивает более высокую пропускную способность (среднее отражение ниже 0,25%) в более узком диапазоне, а также недорогие магниевые фторидные антиотражающие покрытия (среднее отражение ниже 1,5%). Различные диапазоны длин волн пропускания покрытий могут быть выбраны в соответствии с вашими требованиями.

Примечания к заявлению:  

Рисунок 1. Структура ахроматической двояковогнутой линзы (положительной ахроматической двойковогнутой линзы, отрицательной ахроматической двойковогнутой линзы) или ахроматической тройной линзы.

Руководство по выбору объектива:

Существуют различные классификации оптических линз, и как пользователю, так и инженеру, необходимо оценить плюсы и минусы классификаций линз для оптимизации оптической системы. Сначала, что такое линза? Оптическая линза - это прозрачный оптический компонент, который собирает или расходит свет, излучаемый периферийным объектом. Переданный свет затем формирует реальное или виртуальное изображение объекта. Оптические линзы можно разделить на три основных категории: собирающие линзы и рассеивающие линзы. Собирающие линзы имеют положительное фокусное расстояние и собирают свет, в то время как рассеивающие линзы имеют отрицательное фокусное расстояние и расширяют коллимированный световой пучок. Далее разделяются, их можно классифицировать как плоско-выпуклые линзы, плоско-вогнутые линзы, двояковыпуклые линзы, двояковогнутые линзы, менискусные линзы, шаровые/полушаровые линзы, ахроматические двойные линзы, цилиндрические плоско-выпуклые линзы/плоско-вогнутые линзы, стержневые линзы, асферические линзы и т. д. Эта статья перечисляет различные классификации линз, изучая их характеристики и подходящий контекст для их использования.

Фокусное расстояние и сопряжение

Фокусное расстояние - это расстояние от оптического центра до точки, где параллельный световой луч сходится на оптической оси. У выпуклой линзы положительное фокусное расстояние, а у вогнутой линзы - отрицательное фокусное расстояние, и свет фокусируется в виртуальной фокусной точке. Коэффициент конъюгирования определяется как отношение расстояния от объекта (расстояние между объектом и линзой на оптической оси) к расстоянию отображения (расстояние между изображением и линзой на оптической оси). Освещенные пути от объекта к изображению обратимы. Объект, размещенный в фокусной точке линзы, дает бесконечный коэффициент конъюгирования, в то время как объект, размещенный в два раза больше фокусного расстояния, дает изображение, сформированное в два раза больше фокусного расстояния, что дает коэффициент конъюгирования 1:1.

Примечание: Вам может быть интересно узнать больше о базовых концепциях, связанных с выбором линз, таких как Поле Зрения (FOV), Изображение Искажения, Сферическая Аберрация и Кома: Сферические аберрации и т. д. см. наше Руководство по Выбору Линз. Или, если вы ищете справочник по выбору материалов подложки, ознакомьтесь с нашим Руководством по Выбору Оптических Материалов Подложки.

Таблица 1. Типы линз и сопряженные соотношения

Плано выпуклый объектив:

Планоконвексная (PCX) линза - это оптическая линза с одной плоской поверхностью и одной выпуклой поверхностью, и положительным фокусным расстоянием, используемая для сбора, фокусировки коллимированных световых лучей, коллимации света от точечного источника или сокращения фокусного расстояния группы линз. В сравнении с биконвексными линзами планоконвексные линзы имеют две неподобные стороны и поэтому лучше всего подходят для бесконечного абсолютного коэффициента конъюгирования (расстояние до объекта: расстояние до изображения). Однако планоконвексные линзы все еще снижают сферические аберрации до довольно низкого уровня, когда абсолютный коэффициент конъюгирования превышает 5:1. Для коэффициента конъюгирования ниже 5:1 рассмотрите использование планоконвексных линз в парах или биконвексной линзы. Планоконвексные линзы в основном используются для монохромного света, такого как лазеры; планоконвексная линза часто используется для сведения параллельного света или преобразования источников точечного света в параллельный свет. при использовании линзы для фокусировки коллимированных световых лучей, коллимированные световые лучи должны быть направлены на изогнутую поверхность линзы.

Плано вогнутая линза:

Плоско-вогнутая линза - это линза с одной плоской стороной и вогнутой стороной. Плоско-вогнутая линза имеет отрицательное фокусное расстояние, что расходит световой пучок. Поэтому ее можно использовать для расширения пучка, проецирования света и увеличения фокусного расстояния оптической системы. Плоско-вогнутые линзы часто включаются в галилеевы расширители пучка, также как компоненты для увеличения фокусного расстояния оптического прибора или для балансировки сферической аберрации, улучшая качество изображения. Когда абсолютное значение коэффициента конъюгирования превышает 5:1 (то есть абсолютное значение расстояния до объекта: расстояния до изображения), плоско-вогнутая линза является наилучшим типом отрицательной линзы для уменьшения сферической аберрации, комы и искажений. При применении для рассеивания коллимированного светового пучка изогнутая поверхность должна быть обращена к источнику света (или, другими словами, плоская сторона должна быть направлена на фокальную плоскость, которую вы намереваетесь модулировать), таким образом, свет изогнется плавно, и сферическая аберрация будет уменьшена в наибольшей степени.

Двояковогнутная линза：

Биконвексная линза, также известная как двояковогнутая линза, - это оптическая линза с двумя сферическими поверхностями, имеющими одинаковые радиусы кривизны. Основные применения биконвексных линз включают модуляцию лазерного луча, фокусировку света и изображение. Биконвексные линзы имеют положительные фокусные расстояния и сходят параллельный свет в точку. Когда абсолютное отношение конечных конъюгатов равно или близко к 1:1, рекомендуется использовать биконвексные линзы. Когда расстояние до объекта и расстояние до изображения равны в абсолютных величинах, биконвексные линзы являются лучшим вариантом для отношений конъюгатов от 1:5 до 5:1. В противном случае предпочтительнее использовать планоконвексные линзы, поскольку их асимметричные формы помогают уменьшить сферические аберрации. Фокусные расстояния биконвексных линз можно рассчитать по формуле: f= (R1R2)/((n-1)(R2-R1)). Их кривизны по обеим сторонам равны и часто используются для сбора света из точечного источника или передачи изображений другим оптическим системам. Поскольку расстояние до объекта и расстояние до изображения равны или приблизительно равны, искажения могут быть минимизированы.

Биконкавная линза:

Биконкавная линза или двояковогнутая линза - это оптическая линза с двумя вогнутыми внутрь сферическими поверхностями идентичных радиусов кривизны. Двояковогнутная линза имеет отрицательное фокусное расстояние и расходит параллельный световой пучок к виртуальной фокусной точке (точке, в которой линии продолжения расходящегося светового пути пересекаются на стороне объекта двояковогнутой линзы) и увеличивает фокусные расстояния группы линз. Применение биконкавных линз разнообразно и включает в себя рассеяние коллимированных или сфокусированных световых пучков, модуляцию диаметра пучка (например, галилеевские расширители пучка), и из-за их отрицательных фокусных расстояний, биконкавные линзы также могут применяться для коррекции сферической аберрации оптических сборок. Из-за симметричной структуры двояковогнутая линза работает лучше всего, когда отношение конъюгатов (расстояние до объекта: расстояние до изображения) близко или равно 1:1. В таких ситуациях искажения, сферическая/хроматическая аберрация и кома могут быть скомпенсированы в результате равновесия линз. Тем временем, когда предполагаемое отношение увеличения <1/5 или >5, планоконкавная линза будет лучшей альтернативой.

Менисковая линза:

Менисковая линза, или выпукло-вогнутая линза, - это оптическая линза, состоящая из одной вогнутой и одной выпуклой стороны, причем две стороны имеют разные радиусы кривизны, в соответствии с которыми менисковые линзы могут быть классифицированы на два вида: положительные менисковые линзы и отрицательные менисковые линзы. Положительная менисковая линза более изогнута на выпуклой стороне, чем на вогнутой стороне, и ее толщина края больше, чем ее центральная толщина, что способствует положительному фокусному расстоянию. В отличие от этого, отрицательная менисковая линза более изогнута на вогнутой стороне, чем на выпуклой стороне, и ее центральная толщина больше, чем толщина края, что способствует отрицательному фокусному расстоянию. Положительные менисковые линзы сходят свет и используются для уменьшения фокусного расстояния при использовании в сочетании с другими линзами и увеличения числовой апертуры (NA) существующих оптических модулей без введения значительной сферической аберрации. Эти функции довольно полезны для приборов изображений для увеличения разрешения и для фокусировки лазеров для сокращения диаметра пятна, когда ширина падающего пучка достаточно велика, обеспечивая дифракционное ограничение производительности и более высокую точность для лазерной обработки. Отрицательная менисковая линза рассеивает свет и действует совершенно противоположно положительной менисковой линзе, чтобы увеличить фокусное расстояние, уменьшить NA оптических сборок и расширить пучки. Менисковая линза часто нанимается как корректирующая линза и также может использоваться как конденсатор пучка в системе освещения. Кроме того, менисковые линзы с соответствующими толщинами также могут устранять хроматическую аберрацию.

Ахроматическая двулинзовая система:

Ахроматическая двулинзовая система - это объемный оптический элемент, часто состоящий из двух цементированных вместе вогнутых и выпуклых одиночных линз, изготовленных из различных оптических стеклянных материалов с компенсирующими дисперсионными свойствами. Ахроматическая двулинзовая система обладает характерной особенностью минимизации хроматической аберрации в оптическом модуле (хроматическая аберрация - это сдвиг показателей преломления, вызванный разными длинами волн, когда источник света состоит из многоколорных излучений, что приводит к размытию пятен на фокальной плоскости). Также возможно корректировать сферическую и коматическую аберрацию с помощью ахроматических двулинзовых систем.

Планоконвексная/планоконкавная цилиндрическая линза:

Планоконвексная/планоконкавная цилиндрическая линза - это, по сути, кубоид с выступающей/вогнутой структурой, и, следовательно, положительной эффективной длиной. Основная функция планоконвексной/планоконкавной цилиндрической линзы заключается в сжатии/расхождении матрицы лазерных лучей и модуляции соотношения сторон изображения. Как плоская версия планоконвексной/планоконкавной линзы, планоконвексная/планоконкавная цилиндрическая линза работает лучше при бесконечных соотношениях конъюгатов (здесь мы имеем в виду абсолютное значение, и значение становится неудобным, когда оно меньше 5:1). То, что отличает плоскую PCX/PCV и цилиндрическую PCX/PCV, заключается в том, что первая рассеивает свет в двух измерениях, а вторая расширяет световой пучок в одном измерении.

Планоконвексные/планоконкавные цилиндрические линзы используются в разнообразных приложениях, таких как сопряжение щелевого входа лазерных диодов, изменение соотношения сторон изображения, лазерные сканеры, красители для лазеров, спектроскопии и приемники энергии в линейных детекторах. Планоконвексная/планоконкавная линза может как модулировать соотношение сторон изображения, так и создавать линейное изображение из источника точечного светового пучка. Планоконвексная цилиндрическая линза также часто используется для сбора коллимированных световых пучков для создания тонкой линии.

Еще одно важное применение планоконвексных/планоконкавных цилиндрических линз - это анаморфное формирование луча, которое заключается в коррекции эллиптического формата лазерного луча, создаваемого лазерным диодом, в круглый. Эллиптический лазерный луч возникает из-за прямоугольной апертуры Френеля и является нежелательным, поскольку это означает большую площадь луча, что приводит к большему расходу энергии, меньшей однородности и плохому профилю гауссового луча. Пара планоконвексных/планоконкавных цилиндрических линз может использоваться для преобразования эллиптических лучей в круглые. Во время тестирования пара планоконвексных/планоконкавных цилиндрических линз размещается так, чтобы линзы были ортогональными, как показано на рисунке. Из результатов можно сделать вывод, что использование пары планоконвексных/планоконкавных цилиндрических линз для преобразования эллиптического луча в круглый является высокоэффективным, обеспечивающим высокую пропускную способность, сбалансированную форму и снижение астигматизма.

Сферические и полусферические линзы:

Сферические линзы являются особой формой биконвексных линз, которые наследуют геометрию шара (что предполагает полностью сферические поверхности), изготавливаемые из одного материала с оптической прозрачностью, расположенной в диапазоне длин волн, интересующих нас. Основная функция сферических линз - это коллимация/сопряжение света для оптических волокон (например, сопряжение лазера с оптоволокном, сопряжение оптоволокон между собой), с другими возможностями включения в миниатюрную оптику (например, сканирование штрих-кодов, сенсоры или как объективы и т. д.). Сферические линзы также могут рассматриваться как предварительные формы асферических линз. Одним из преимуществ сферической линзы является ее короткое заднее фокусное расстояние (BFL), черта, которая сокращает расстояние от оптики до волокна и особенно полезна, когда установочное пространство довольно ограничено, а компактные размеры могут одновременно снизить стоимость производства. Кроме того, сферическая линза симметрична относительно вращения, что упрощает выравнивание и позиционирование.

Полусферические линзы являются вариантами сферических линз, полученными путем простого разрезания сферических линз пополам. Благодаря удобству монтажа, обеспечиваемому одной плоской поверхностью, полусферические линзы идеально подходят для приложений, где требуются более компактные конструкции.

Стержневые линзы:

Стержневые линзы - это оптические линзы в виде круглого стержня, которые фокусируют коллимированные пучки света в одном измерении. Свет передается по окружности линзы, поэтому окружности стержневых линз точно полированы, в то время как два плоских конца не имеют значения для оптической обработки, но также могут быть отшлифованы. Применение стержневых линз включает коллимацию расходящегося света, линейную фокусировку и линзы для инверсии изображения между объективом и окулярными линзами в жестком эндоскопе (медицинский инструмент для наблюдения внутри человеческого тела). Стержневую линзу также можно использовать как световод (оптический компонент, передающий свет между плоскими концами с использованием полного внутреннего отражения).

Асферическая линза:

Асферическая линза - это оптическая линза с геометрией несферической оптической передней поверхности (то есть радиус кривизны изменяется в зависимости от расстояния от оптической оси). Уникальной особенностью асферической линзы является минимизация сферических аберраций. Сферические аберрации, присущие сферическим линзам, вызваны различиями в оптических путях: фокусные точки света, близкие к оптической оси, имеют тенденцию быть более впереди, чем фокусные точки света, падающего на края сферических линз, что приводит к размытию изображения и увеличению ширины пятна. По сравнению со сферическими линзами, асферические линзы обладают значительно сниженными сферическими аберрациями, что приводит к улучшению разрешения изображения и диаметров пятен, которые на несколько порядков меньше диаметра пятна сферических линз. Асферическая линза позволяет использовать большую числовую апертуру (низкое f-число) и, следовательно, увеличивает пропускную способность света, достигая более высокой эффективности передачи мощности. Внедрение асферических линз в оптические модули также может помочь сократить количество элементов за счет исключения излишних оптических элементов для коррекции сферических аберраций, что обеспечивает компактный и упрощенный дизайн.