場鏡

場鏡

工作在物鏡焦平面附近,可以有效減小探測器尺寸的透鏡,被稱為場鏡。 準確來說,場鏡應該工作在物鏡的像平面。一方面: 場鏡的物平面和主平面重合,由主平面的特性可知其放大率為1,因此對系統的放大率無貢獻;另一方面,場鏡應該將物鏡的光闌面投影在目鏡的入瞳上,對於單透鏡而言,光闌面也就是出瞳,這樣可以保證物鏡的出射光能夠最大限度的通過目鏡。如果用在掃描系統中,則探測器替代了目鏡的入瞳。

定義

工作在物鏡焦平面附近,可以有效減小探測器尺寸的透鏡,被稱為場鏡。

準確來說,場鏡應該工作在物鏡的像平面。一方面: 場鏡的物平面和主平面重合,由主平面的特性可知其放大率為1,因此對系統的放大率無貢獻;另一方面,場鏡應該將物鏡的光闌面投影在目鏡的入瞳上,對於單透鏡而言,光闌面也就是出瞳,這樣可以保證物鏡的出射光能夠最大限度的通過目鏡。如果用在掃描系統中,則探測器替代了目鏡的入瞳 。

分類

按照波長分:1064nm場鏡(也叫YAG場鏡)、10.6微米場鏡(也叫CO2場鏡)、532nm場鏡(也叫綠光場鏡)、355nm場鏡(也叫紫外場鏡)。

按照設計理念分:f-theta透鏡和遠心透鏡,遠心透鏡成本很高,在工業系統中主要適應的是f-theta透鏡。

技術參數

場鏡焦距

場鏡 場鏡
場鏡 場鏡

通常情況下,場鏡的焦距可以根據高斯光學物像關係確定, ,其中,f1’和f2‘分別表示物鏡和目鏡的焦距,f為

場鏡的焦距,如右圖所示。

雷射掃描

場鏡的主要技術參數有:工作波長、入射光瞳、掃描範圍 和聚焦光斑直徑。 工作波長:主要看雷射器的波長,場鏡的鏡片是在給定的雷射波長鍍膜。如果不在給定的波長範圍內使用場鏡,場鏡可能會被雷射燒壞或所需要的雷射透過率很低。 入射光瞳:也叫最大入射光斑。如使用的是單片鏡,反射鏡置於入射光瞳的地方,最大可用光束的直徑等於入射光瞳的直徑。入射光瞳越大,通過聚焦鏡聚焦出來的聚焦光斑直徑越小,所以在要求打標特別精細的場合,我們會考慮使用入射光瞳大一些的場鏡,如精細打標和振鏡式焊接。 掃描範圍:場鏡能掃描到的範圍越大,當然越受使用者的歡迎。但是如果增加掃描範圍,聚焦光點變大,失真度也要加大。另外加大掃描範圍,場鏡焦距和工作距也要加大。工作距離的加長,必然導致雷射能量的損耗。還有聚焦後的光斑直徑跟焦距成正比,這意味著加大掃描範圍,聚焦光斑直徑跟著加大,光斑聚得不夠細,雷射的功率密度下降非常快(功率密度跟光斑直徑的2次方成反比),不利於加工。所以使用者要根據不同的加工面積選用最適合的場鏡,或者備用幾個不同掃描範圍的場鏡。 焦距:跟工作距離有一定關係,但是不等於工作距離。 聚焦光斑直徑:對於入射雷射束直徑D、場鏡焦距F和光束質量因子Q的掃描系統,聚焦光斑直徑d = 13.5QF/D (mm)。所以用擴束鏡可以得到更小的聚焦光斑。

主要作用

場鏡的主要作用是:

(1)提高邊緣光束入射到探測器的能力;

(2)在相同的主光學系統中,附加場鏡將減少探測器的面積。如果使用同樣的探測器的面積,可擴大視場,增加入射的通量;

(3)可讓出像面位置放置調製盤,以解決無處放置調製器的問題;

(4)使探測器光敏面上的非均勻光照得以均勻化;

(5)當使用平像場鏡時,可獲得平場像面;

(6)在像差校正方面,可以補償系統的場曲和畸變。

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