Оптика для коррекции фокусного расстояния по плоскости

У меня есть лазерный луч, который фокусируется в точку на определенном расстоянии. Затем я собираюсь использовать гальванометр для сканирования этого луча в плоскости. Очевидно, что по мере того, как луч сканирует плоскость, расстояние между источником луча и плоскостью будет меняться, и поэтому луч будет сфокусирован только на некоторой части плоскости (круг, равноудаленный от центральной оси гальвотрона). Я хочу минимизировать этот эффект.

Очевидно, что чем дальше гальво находится от плоскости, где я хочу сфокусировать луч, тем менее значительным будет этот эффект. Тем не менее, это делает машину неуклюже большой.

Есть ли какая-то оптика, которую я могу использовать, чтобы исправить это, чтобы луч был правильно сфокусирован в плоскости цели?

Редактировать Я хотел добавить это как комментарий, но я не думаю, что смогу помещать изображения в комментарии. А как насчет этой аранжировки:

введите описание изображения здесь

Это зависит от способности формировать коллимированный луч от лазера - на практике я думаю, что у него будет заметное расхождение луча, но я не уверен, насколько это будет плохо. Он фокусирует луч на плоскости цели независимо от того, управляется ли управление гальво:

введите описание изображения здесь

Очевидно, мне придется скорректировать отклонение, вносимое линзой, и это немного неудобно, потому что это увеличивает отклонение зеркала, необходимое для данного отклонения луча. Но это намного проще, чем, например, движущийся лазер или изготовленная на заказ линза.

Комментарии?

Может ли плоскость искривиться так, чтобы расстояние было ощутимо постоянным?
Нет. Плоскость — это нижняя часть SLA-принтера. Плоская поверхность для печати является более или менее обязательным требованием.
Можете ли вы рассказать нам больше о своем приложении... особенно о том, почему исходный размер пятна лазера слишком велик. Знание того, чего вы пытаетесь достичь, поможет.
Запрограммируйте сервопривод для перемещения объектива вперед по мере того, как луч проходит более длинный путь; вам нужно будет рассчитать длину пути как функцию угла и использовать это для программы.
@PeterDiehr: Неплохая мысль, хотя, поскольку galvo способен работать со скоростью ~ 30 тыс. пакетов в секунду, это должен быть очень быстрый цикл сервопривода, перемещающий относительно тяжелый лазерный модуль (линза встроена в лазерный модуль).
@garyp: Планируется использовать лазерный модуль, такой как этот: [ uk.civillaser.com/… для отверждения чувствительной к УФ-излучению смолы в 3D-принтере SLA сверху вниз. Лазерный модуль имеет переменное фокусное расстояние, но его нельзя быстро изменить (хотя я думаю, что можно было бы установить сервомеханизм для регулировки фокуса). Очевидно, что качество печати будет зависеть от того, насколько точно луч может быть сфокусирован на поверхности печати.
В целом я надеялся, что можно будет использовать другую линзу, чтобы сфокусировать луч на плоскости, а не на сфере - как я сказал в вопросе, один из вариантов - сделать гальво достаточно далеко от плоскости построения, чтобы он приближается к сфере, но это приводит к неуклюже большой машине.
Я работал в лаборатории с подобным проектом. Вот как они это сделали; сервопрограмма была рассчитана заранее для сервопривода и гальваники; затем синхронизировался.
Я предполагаю, что другой вариант состоит в том, чтобы сфокусировать луч как можно ближе к бесконечности (то есть как можно ближе к коллимированному лучу), а затем поместить линзу после гальво. Есть предположения?
Вы должны были бы перевести эту линзу вниз по течению в координации с galvos; это кажется намного более сложным, чем легкое движение вперед-назад, необходимое для поддержания постоянной длины пути.
Как насчет того, чтобы вместо этого сформировать коллимированный пучок малого диаметра? Тогда вам не придется беспокоиться о дельта-фокусном расстоянии.
@Карл: возможно. Но я не уверен, насколько это возможно с использованием недорогих (относительно) компонентов. Две проблемы: во-первых, как вообще сформировать коллимированный луч от этого лазерного источника. Во-вторых, выдержат ли зеркала на гальве удельную мощность. На самом деле, второй момент в любом случае вызывает беспокойство, и я все еще пытаюсь получить информацию от поставщика о характеристиках зеркал, с которыми он поставляется.

Ответы (3)

Если угол отклонения достаточно велик, я думаю, что пластина корректора будет очень толстой в центре, что, возможно, составит значительную часть фокусного расстояния. Если бы луч был параллельным, а не сфокусированным перед зеркалом, корректор превратился бы в большую линзу, которая фокусирует луч на плоском поле.

.. хотя я не говорю, что это было бы легко спроектировать! ...
Я не думаю, что вы можете спроектировать его так, чтобы луч входил и выходил из материала нормально. Тогда луч не будет отклоняться при входе, и для того, чтобы быть перпендикулярным к обеим поверхностям, поверхности должны быть параллельны, т.е. две грани будут концентрическими сферами, поэтому материал будет иметь одинаковую толщину и не будет иметь никакого эффекта.
Спасибо, Питер. Да, я думаю, что попытка получить (почти) параллельный луч перед зеркалом, а затем большую (почти) линзу выглядит как выход. Чем больше фокусное расстояние, тем ближе линза может подойти к зеркалу, и, следовательно, меньшего диаметра может быть линза. Придется еще раз подумать над лазерным модулем и попробовать придумать что-то с коллимирующей оптикой, а не с фокусирующей (диаметр луча, конечно, не проблема, так как я просто потом собираюсь сфокусировать его в точку в любом случае - в некотором смысле больше лучше, чтобы уменьшить удельную мощность в оптике).
Да. Конечно, я был не совсем прав насчет «отсутствия эффекта». Я имел в виду, что это просто переместит фокальную поверхность с одной нежелательной кривой на другую. Если вам нужно сделать линзу большой, вы можете сделать ее линзой Френеля, чтобы она не была слишком толстой, хотя это может создавать блики, когда луч проходит по ступеням. Удачи
@Том обязательно! Мое слово не является законом, это просто появилось как флаг в очереди на рассмотрение, и моя быстрая оценка заключалась в том, что это не похоже на исчерпывающий ответ. Но если вы считаете, что на ваш вопрос дан ответ, вы можете пометить его как принятый ответ!
По моему опыту, осмысленные вопросы обычно требуют разъяснений от задающего. На те, которые не отвечают, обычно отвечают в стандартных учебниках. Я думаю, что в моем первом комментарии были затронуты два важных момента, которые не были затронуты другими участниками. На самом деле Том думал в том же направлении, что и предыдущие комментарии, и мои, но если бы он этого не сделал, мне хотелось бы думать, что они могли бы быть полезными. Кайл, твоё слово не закон, может быть полезно не использовать повелительное наклонение. :)

Проблема состоит в том, чтобы доставить правильно сфокусированный свет на плоскую поверхность от линзы с фиксированным положением. Подойдет любой метод, поддерживающий постоянную длину оптического пути без преломления луча.

Поэтому введите тщательно спроектированную прозрачную фазовую пластину, где оптическая толщина в каждой точке предназначена для компенсации более короткого пути; таким образом, пластина будет толще в центре поля и тоньше к краям. Минимальная толщина определяется конструкционными требованиями, чтобы ее можно было жестко удерживать на месте.

В идеале луч должен входить и выходить из материала по нормали к поверхности, чтобы не было эффектов фокусировки; рассчитанные расстояния для каждого из углов гальво и место, где лучи пересекают эту пластину, предоставляют большую часть необходимой информации.

Это пассивный элемент; больше нет движущихся частей; его просто содержали в чистоте.

Поразмыслив об этом в течение десяти секунд, я задаюсь вопросом, можно ли сделать это, не преломляя луч. Оптический путь оптики должен непрерывно изменяться с изменением угла, что, по-видимому, подразумевает искривленный фазовый профиль.
@garyp: Правильно! Это как проектирование камеры, но 2D. Они могли печатать формы на своем 3D-принтере. Для стандартной системы это было бы намного дешевле и надежнее, чем добавление дополнительных движущихся частей.
Но можно ли это сделать без преломления луча? Возможно, мне следует добавить слово «значительно» в конце. Моделирование нужно, я думаю.
@Garyp: я согласен; изменения размера фокусного пятна будут мерой приемлемого отклонения. Я представляю очень гладкую поверхность с медленным изменением формы. Но все начинается с модели, которая показывает длину оптического пути при изменении двух углов гальво, чтобы достичь каждой точки плоскости. Это, в свою очередь, зависит от фактической геометрии установки.

В зависимости от общего размера макета вам может понадобиться линза для выравнивания поля. Я не знаю, насколько велик ваш экран, но для кривизны Петцваля (естественная кривизна поля для всех оптических систем, определяемая как P = Sum(poweri/ni), где мощность равна 1/(фокусное расстояние), а n - показатель преломления стекла. Но это не кривизна поля. Я просто говорю, что для коррекции кривизны вы можете поместить линзу на экран. Для вогнутого изогнутого поля вы должны использовать вогнутую / плоскую линзу. Для выпуклой изогнутой поле, вам понадобится линза с положительной силой.Вы хотите сделать фокусное расстояние больше в зависимости от угла поля зрения, чтобы свет фокусировался на плоском экране, а не перед ним на сфере.Таким образом, вам понадобится вогнутая/ плоская линза на вашем экране. Вероятно, не применима в вашей ситуации. В зависимости от размера всего, вы можете рассмотреть объектив F/theta или телецентрическую установку. Поместите гальво в передней фокальной плоскости вашего объектива. Коллимированный свет фокусируется линзой и фокусируется на расстоянии f (то же расстояние от линзы, что и гальво). Но поскольку гальво находится в передней фокальной плоскости, это означает, что ваша апертурная диафрагма также фактически находится в передней фокальной плоскости, и все ваши сходящиеся лучи будут параллельны. Пятно всегда будет сосредоточено на экране. Вы можете рассмотреть возможность использования внеосевой параболы вместо линзы, если элемент большой. По сути, ваш элемент изображения (линза или зеркало) будет того же размера, что и ваш экран. Но это работает очень хорошо. У меня есть простой рисунок в Power Point, но я не могу понять, как его сюда прикрепить. Поместите гальво в передней фокальной плоскости вашего объектива. Коллимированный свет фокусируется линзой и фокусируется на расстоянии f (то же расстояние от линзы, что и гальво). Но поскольку гальво находится в передней фокальной плоскости, это означает, что ваша апертурная диафрагма также фактически находится в передней фокальной плоскости, и все ваши сходящиеся лучи будут параллельны. Пятно всегда будет сосредоточено на экране. Вы можете рассмотреть возможность использования внеосевой параболы вместо линзы, если элемент большой. По сути, ваш элемент изображения (линза или зеркало) будет того же размера, что и ваш экран. Но это работает очень хорошо. У меня есть простой рисунок в Power Point, но я не могу понять, как его сюда прикрепить. Поместите гальво в передней фокальной плоскости вашего объектива. Коллимированный свет фокусируется линзой и фокусируется на расстоянии f (то же расстояние от линзы, что и гальво). Но поскольку гальво находится в передней фокальной плоскости, это означает, что ваша апертурная диафрагма также фактически находится в передней фокальной плоскости, и все ваши сходящиеся лучи будут параллельны. Пятно всегда будет сосредоточено на экране. Вы можете рассмотреть возможность использования внеосевой параболы вместо линзы, если элемент большой. По сути, ваш элемент изображения (линза или зеркало) будет того же размера, что и ваш экран. Но это работает очень хорошо. У меня есть простой рисунок в Power Point, но я не могу понять, как его сюда прикрепить. Но поскольку гальво находится в передней фокальной плоскости, это означает, что ваша апертурная диафрагма также фактически находится в передней фокальной плоскости, и все ваши сходящиеся лучи будут параллельны. Пятно всегда будет сосредоточено на экране. Вы можете рассмотреть возможность использования внеосевой параболы вместо линзы, если элемент большой. По сути, ваш элемент изображения (линза или зеркало) будет того же размера, что и ваш экран. Но это работает очень хорошо. У меня есть простой рисунок в Power Point, но я не могу понять, как его сюда прикрепить. Но поскольку гальво находится в передней фокальной плоскости, это означает, что ваша апертурная диафрагма также фактически находится в передней фокальной плоскости, и все ваши сходящиеся лучи будут параллельны. Пятно всегда будет сосредоточено на экране. Вы можете рассмотреть возможность использования внеосевой параболы вместо линзы, если элемент большой. По сути, ваш элемент изображения (линза или зеркало) будет того же размера, что и ваш экран. Но это работает очень хорошо. У меня есть простой рисунок в Power Point, но я не могу понять, как его сюда прикрепить. ваш элемент изображения (линза или зеркало) будет того же размера, что и ваш экран. Но это работает очень хорошо. У меня есть простой рисунок в Power Point, но я не могу понять, как его сюда прикрепить. ваш элемент изображения (линза или зеркало) будет того же размера, что и ваш экран. Но это работает очень хорошо. У меня есть простой рисунок в Power Point, но я не могу понять, как его сюда прикрепить.

Оптика для коррекции фокусного расстояния по плоскости
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v