Nota sull'applicazione della lente di scansione F-Theta

Autore: Neo – Principal Engineer, Christopher Lee – R&D Manager

Ronar-Smith® Lenti di scansione F-Theta sono meticolosamente progettati e realizzati per un'ampia gamma di applicazioni laser. Con oltre un decennio di esperienza nella produzione di gradi ottici e rivestimenti, Ronar-Smith® offrono alcune delle migliori prestazioni ottiche al mondo sul mercato. Forniamo anche servizi di personalizzazione per i clienti in base alle loro esigenze.

Le nostre lenti di scansione F-Theta sono ottimizzate per i processi di materiali laser, in particolare per l'incisione, il taglio, la saldatura e l'incollaggio. Le lenti di scansione sono disponibili in configurazioni telecentriche a lunghezza d'onda di lavoro (serie TSL-Q e TSL) e non telecentriche (serie SL-Q e SL). Per un sistema di visione che richiede una lunghezza d'onda aggiuntiva, forniamo lenti di scansione acromatiche in configurazioni telecentriche (serie TSLA) e non telecentriche (serie SLA).

Principi di lavoro

Obiettivo di scansione F-Theta

Per la maggior parte delle applicazioni nei processi di materiali laser, è necessario un campo di imaging planare per un output di qualità. L'ottica tradizionale come le lenti parassiali si concentra solo sul loro piano sferico, provocando distorsioni come l'aberrazione sferica durante l'imaging su una superficie planare.

Le lenti di appiattimento del campo risolvono le sfide dell'ottica orientata al campo sferico creando un campo focale piatto, ma a costo di indurre un comportamento non lineare. Il termine di spostamento tra la lunghezza focale effettiva (𝑓) e l'angolo di deflessione (𝜃) impedisce un movimento uniforme (cioè velocità di scansione costante) dello specchio di scansione a causa di questa non linearità (𝑓 ∗ tan 𝜃). Si traduce anche in un campo visivo angolare e causa imprecisioni tra i vari ingrandimenti e le misurazioni osservate dal sistema di visione. Per risolvere questa non linearità, le lenti F-theta sono progettate e progettate in modo che lo spostamento del raggio sia indipendente dalla tangente dell'angolo di deflessione.

La lente F-theta fornisce la dipendenza lineare tra 𝑓 e 𝜃, creando uno spostamento lineare ideale per l'uso con scanner (galvanometro XY con specchi) che ruotano a una velocità angolare costante. La velocità fissa degli scanner corrisponde a una velocità costante del punto focale sul campo focale piatto, con poca o nessuna correzione elettronica del rumore richiesta. Il complesso algoritmo dello scanner per la compensazione non lineare viene eliminato, fornendo così ai clienti una soluzione accurata, sicura ed economica.

Le nostre lenti di scansione F-theta sono progettate per un'ampia gamma di applicazioni. È disponibile su un'ampia lunghezza d'onda, che va da UV, VIS, NIR e laser CO2. Forniamo anche soluzioni personalizzate per qualsiasi applicazione specifica per la lunghezza d'onda.

Le lenti di scansione F-theta sono soggette a variazioni della dimensione del punto sulla superficie planare e il grafico del diagramma della dimensione del punto fornisce maggiori informazioni sulla variazione tipica come risultato dei movimenti angolari di entrambi gli specchi sull'asse XY di un galvanometro. Le variazioni della dimensione del punto possono anche essere calcolate utilizzando la seguente equazione.

Obiettivo di scansione telecentrico vs non telecentrico

Ronar-SmithLe lenti di scansione ® F-Theta sono progettate per soddisfare le ampie esigenze industriali dei nostri clienti. Quando i processi laser-materiale richiedono un campo visivo costante senza dipendenza tra l'ingrandimento della lente e la profondità, si consiglia una lente telecentrica object-space. Per i processi che hanno requisiti meno rigorosi sulla qualità della finitura sul piano focale, una lente non telecentrica è in grado di fornire il lavoro in modo soddisfacente per i clienti.

La telecentricità descrive l'angolo di incidenza del raggio laser inviato alla superficie del materiale durante la lavorazione laser. In generale, l'angolo di incidenza per ogni punto sul piano focale è lo stesso, mentre gli obiettivi non telecentrici hanno angoli di incidenza variabili su diversi punti dello stesso piano. Il risultato finale della telecentricità produce una distribuzione delle dimensioni dello spot ripetibile e omogenea sul campo dello spazio dell'oggetto riducendo al contempo gli effetti dell'errore di parallasse.

Obiettivo di scansione acromatico

Ronar-Smith® La lente di scansione acromatica F-Theta è progettata per limitare l'aberrazione sferica e cromatica e portare due diverse lunghezze d'onda (di lavoro e visibile) sullo stesso piano. Ciò consente la trasmissione di fasci laser specifici per lunghezza d'onda durante i processi laser-materiale, garantendo al contempo che le lunghezze d'onda visibili (feedback) e del fascio laser siano abbinate temporalmente e spazialmente. La nostra lente di scansione acromatica consente la visione artificiale nei processi industriali per il controllo dell'automazione e il feedback, garantendo al contempo che la qualità del prodotto non venga compromessa.

Definizioni importanti:

Superficie di arresto dell'apertura

F-Theta viene solitamente utilizzato nei sistemi di scansione laser. La lunghezza d'onda di lavoro è una singola lunghezza d'onda e il pezzo di lavoro è un piano. L'obiettivo F-Theta appartiene a un ampio campo visivo e un piccolo design del sistema relativo. Quindi il diametro del fermo dell'apertura è uguale al diametro del raggio laser. Nel sistema 2D Galvo Scanner, in realtà non c'è alcuna pupilla di apertura ottica.

Se viene utilizzato un solo specchio, il fermo dell'apertura si trova sullo specchio. Se si utilizzano due specchi, l'arresto dell'apertura si trova al centro dei due specchi e il raggio risulterà inclinato. Di solito usano due galvanometri e focalizzano il raggio su un piano 2D.

Nelle applicazioni pratiche, non vi è alcun limite meccanico per creare alcun tipo di apertura al suo interno. Durante la progettazione, posizioneranno l'apertura al centro dei due specchi, come mostrato nella figura seguente.

Angolo di scansione

Di solito, l'obiettivo F-Theta ha due angoli di scansione, un angolo di scansione è un angolo di scansione ottica e un altro è un angolo di scansione meccanico. L'angolo di scansione ottica è il campo visivo dell'obiettivo, che determina la lunghezza diagonale del campo di scansione massimo.

Le specifiche dell'obiettivo F-Theta di solito menzionano l'angolo di scansione ottica, il diagramma è il seguente:

L'angolo di scansione meccanico è correlato allo specchio di scansione. Di solito è l'angolo di rotazione dei due specchi che controlla il raggio di scansione da due direzioni. Nel sistema Galvo Scanner, le specifiche dello scanner si riferiscono all'angolo di scansione meccanica dello specchio.

Lo schema schematico è il seguente:

Utilizziamo due specchi di scansione meccanici come angolo dello specchio X e angolo dello specchio Y, rispettivamente; la relazione tra questi e l'angolo di scansione ottica è: (angolo dello specchio X)² + (angolo dello specchio Y)² = (angolo di scansione ottica/2)²

Riflessione indietro

Il ghosting del riflesso posteriore è il riflesso della superficie dalla lente di scansione. I punti AF riflessi vengono visualizzati in posizioni diverse. Quando si utilizza un laser pulsato a picosecondi o femtosecondi, il punto focale riflesso può facilmente danneggiare il rivestimento o il materiale della lente sulla superficie della lente.

Questa è una sfida per il designer. Nell'ottimizzazione, il progettista non deve solo considerare le prestazioni del progetto, ma anche evitare il punto focale riflesso sull'obiettivo.

Lente di scansione ultravioletta: elaborazione laser di precisione per grandi aree

I laser UV a 355 nm sono vantaggiosi come strumenti di microlavorazione. La luce a questa lunghezza d'onda interagisce con i materiali principalmente attraverso la fotoablazione, attraverso la quale i fotoni ad alta energia rompono i legami molecolari, determinando un taglio netto con effetti di disturbo minimi sul materiale circostante. Per applicazioni che vanno dalla microelettronica alla produzione di apparecchiature mediche, i laser UV a stato solido offrono un'elevata versatilità a bassi costi operativi per l'industria della microlavorazione. La richiesta di una vasta gamma di scansione e la progettazione semplificata del sistema ottico sia per l'elaborazione laser che per i fasci di ispezione visiva, presentano nuove sfide per un componente critico in un sistema laser, vale a dire la lente di scansione.

Principio di funzionamento

Le due principali categorie di design delle lenti di scansione includono lenti di scansione F-Theta telecentriche e non telecentriche. La lente di scansione telecentrica F-Theta è un tipo speciale di sistema di lenti in cui il raggio laser deviato fuori assiale può essere focalizzato perpendicolarmente sul pezzo come il raggio di focalizzazione assiale. Il vantaggio della lente di scansione telecentrica è che può appiattire la curvatura del campo per essere meno distorta, offrendo al tempo stesso una superba qualità del punto in tutto il campo di scansione. Il concetto di progettazione generale è mostrato nella Figura 11.

Quando un sistema di visione viene integrato in un sistema di lavorazione laser, le nostre lenti di scansione telecentriche acromatiche vengono corrette dal colore tra le lunghezze d'onda di lavoro e di visione. La lente di scansione telecentrica acromatica offre gli stessi vantaggi della normale lente telecentrica fornendo al contempo un posizionamento visivo accurato. Il layout del progetto è mostrato in Figura 12.

Le specifiche chiave della lente di scansione UV sono elencate di seguito. Rispetto a prodotti simili sul mercato, offriamo un'area di scansione più ampia e un design flessibile delle prestazioni acromatiche. Per le sorgenti laser ad alta potenza e ultraveloci, offriamo una speciale serie Q per ridurre al minimo la lente termica e lo spostamento focale.

Applicazioni

L'ampia area di scansione è vantaggiosa per la lavorazione laser di precisione ad alto rendimento. Ciò è essenziale quando l'elettronica del display richiede una produzione ad alta velocità; ad esempio il decollo laser nei processi OLED flessibili e di grandi dimensioni. Queste lenti di scansione possono funzionare in combinazione con il nostro design personalizzato di espansori del raggio (fare riferimento alla nota applicativa WOE di Versatile Beam Expansion – da sintonizzabile all'automazione) e al nuovo design di sagomatori del raggio (fare riferimento alla nota applicativa WOE di Beam Shapers – modellare il raggio da DUV a MIR).