F-Teta Tarama Merceği Uygulama Notu

Yazar: Neo – Baş Mühendis, Christopher Lee – Ar-Ge Müdürü

Lazer Optik Ronar-Smith F-Teta Tarama Lensleri - F-Teta Lensler - F-Teta Tarama Lensi - F-Theta Lens
SL Serisi

Ronar-Smith® F-Theta Tarama Lensleri çok çeşitli lazer uygulamaları için titizlikle tasarlanmış ve üretilmiştir. Optik sınıf ve kaplama üretiminde on yıldan fazla uzmanlığa sahip, Ronar-Smith® tarama lensleri, piyasadaki dünyanın en iyi optik performanslarından bazılarını verir. Ayrıca, müşterilerin gereksinimlerine göre özelleştirme hizmetleri de sunuyoruz.

F-Theta tarama lenslerimiz, özellikle kazıma, kesme, kaynaklama ve birleştirme için lazer malzeme işlemleri için optimize edilmiştir. Tarama lensleri, çalışan dalga boyu telesentrik (TSL-Q ve TSL serisi) ve telesentrik olmayan (SL-Q ve SL serisi) konfigürasyonlarda mevcuttur. Ek bir dalga boyu gerektiren bir görüş sistemi için, telesentrik (TSLA serisi) ve telesentrik olmayan (SLA serisi) konfigürasyonlarda akromatik tarama lensleri sağlıyoruz.

Çalışma Prensipleri

F-Theta Tarama Lensi

Lazer malzeme süreçlerindeki çoğu uygulama için, kaliteli çıktı için düzlemsel bir görüntüleme alanı gereklidir. Paraksiyel lensler gibi geleneksel optikler, yalnızca küresel düzlemlerine odaklanır ve düzlemsel bir yüzey üzerinde görüntüleme yaparken küresel sapma gibi bozulmalara neden olur.

F-Teta Tarama Lensi 1
Şekil 1.

Alan düzleştirici lensler, düz bir odak alanı oluşturarak, ancak doğrusal olmayan bir davranışa neden olma pahasına, küresel alan yönelimli optiklerin zorluklarını çözer. Etkin odak uzaklığı (𝑓) ile sapma açısı (𝜃) arasındaki yer değiştirme terimi, bu doğrusal olmama durumu (𝑓 ∗ tan 𝜃) nedeniyle tarama aynasının tek biçimli hareketini (yani sabit tarama hızı) önler. Aynı zamanda açısal bir görüş alanı ile sonuçlanır ve değişen büyütme ile görüş sistemi tarafından gözlemlenen ölçümler arasında yanlışlıklara neden olur. Bu doğrusal olmamayı çözmek için, F-teta mercekleri, ışın yer değiştirmesinin sapma açısının teğetinden bağımsız olması için tasarlanmış ve üretilmiştir.

F-teta lens, 𝑓 ve 𝜃 arasında doğrusal bir bağımlılık sağlayarak, sabit bir açısal hızla dönen tarayıcılarla (aynalı XY galvanometre) kullanım için ideal olan bir doğrusal yer değiştirme oluşturur. Tarayıcıların sabit hızı, düz odak alanındaki odak noktasının sabit hızına karşılık gelir ve çok az elektronik gürültü düzeltmesi gerekir veya hiç gerekmez. Doğrusal olmayan kompanzasyon için karmaşık tarayıcı algoritması ortadan kaldırılmıştır, dolayısıyla müşterilere doğru, güvenli ve ucuz bir çözüm sağlanmıştır.

F-Teta Tarama Lensi 3
Şekil 2.

F-teta tarama lenslerimiz çok çeşitli uygulamalar için tasarlanmıştır. UV, VIS, NIR ve CO2 Lazer arasında değişen geniş bir dalga boyunda mevcuttur. Ayrıca, dalga boyuna özgü tüm uygulamalar için özel çözümler sunuyoruz.

F-Teta Tarama Lensi 5
Şekil 3.

F-teta tarama merceği, düzlemsel yüzeyde nokta boyutu varyasyonlarına tabidir ve nokta boyutu diyagramı grafiği, bir galvanometrenin XY ekseni üzerindeki her iki aynanın açı hareketlerinin bir sonucu olarak tipik varyasyon hakkında daha fazla bilgi sağlar. Nokta boyutu varyasyonları, aşağıdaki denklem kullanılarak da hesaplanabilir.

F-Teta Tarama Lensi 7
Şekil 4.
Giriş Gözbebeği/Kiriş Çapı DAPO
2.01.27
1.51.41
1.251.56
1.01.83
0.91.99
0.752.32
0.52.44
Tablo 1. APO'nun ışın çapı D ve giriş gözbebeği oranıyla ilgili bir faktör olduğu yer.

Telesentrik ve Telesentrik Olmayan Tarama Lensi

Ronar-Smith® F-Teta tarama lensleri, müşterilerimizin geniş endüstriyel gereksinimlerini karşılamak üzere tasarlanmıştır. Lazer-malzeme işlemleri, lens büyütme ve derinlik arasında herhangi bir bağımlılık olmadan sabit bir görüş alanı gerektirdiğinde, bir nesne-uzay telesentrik lens önerilir. Odak düzleminde bitirme kalitesiyle ilgili daha az katı gereksinimleri olan süreçler için, telesentrik olmayan bir lens, işi müşteri memnuniyetine ulaştırma yeteneğine sahiptir.

Telesentriklik, lazer işleme sırasında malzemenin yüzeyine iletilen lazer ışınının geliş açısını tanımlar. Genel olarak, odak düzlemindeki her nokta için geliş açısı aynıdır, telesentrik olmayan lensler ise aynı düzlemin farklı noktalarında değişen geliş açılarına sahiptir. Telesentrikliğin nihai sonucu, paralaks hatasının etkilerini azaltırken nesne alanı alanında tekrarlanabilir ve homojen nokta boyutu dağılımı üretir.

F-Teta Tarama Lensi 9
Şekil 5.

Renksiz Tarama Lensi

Ronar-Smith® F-Teta akromatik tarama merceği, küresel ve renk sapmasını sınırlamak ve aynı düzleme iki farklı dalga boyunu (çalışan ve görünür) getirmek için tasarlanmıştır. Bu, görünür (geri bildirim) ve lazer ışını dalga boylarının geçici ve uzamsal olarak eşleşmesini sağlarken, lazer malzeme işlemleri sırasında dalga boyuna özgü lazer ışınlarının iletilmesini sağlar. Akromatik tarama lensimiz, endüstriyel proseslerde otomasyon kontrolü ve geri bildirim için makine görüşü sağlarken ürün kalitesinden ödün verilmemesini sağlar.

F-Teta Tarama Lensi 11
Şekil 6: Akromatik Lensler

Önemli Tanımlar:

Diyafram Durdurma Yüzeyi

F-Theta genellikle lazer tarama sistemlerinde kullanılır. Çalışan dalga boyu tek bir dalga boyudur ve çalışan parça bir düzlemdir. F-Theta lens, geniş bir görüş alanına ve küçük bir göreceli sistem tasarımına aittir. Ardından açıklık durdurma çapı, lazer ışını çapına eşittir. 2D Galvo Tarayıcı sisteminde aslında optik açıklık gözbebeği yoktur.

Yalnızca bir ayna kullanılıyorsa, diyafram stopu ayna üzerinde bulunur. İki ayna kullanılırsa, açıklık durdurucu iki aynanın ortasında yer alır ve huzme eğilir. Genellikle iki galvanometre kullanacaklar ve ışını 2 boyutlu bir düzleme odaklayacaklar.

Pratik uygulamalarda, içinde herhangi bir açıklık oluşturacak mekanik bir sınır yoktur. Tasarım yaparken, açıklığı aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi iki aynanın ortasına yerleştirecekler.

F-Teta Tarama Lensi 13
Şekil 7: Açıklık Durdurma Yüzeyi Şeması

Tarama Açısı

Genellikle, F-Theta lensin iki tarama açısı vardır; bir tarama açısı optik tarama açısı, diğeri ise mekanik tarama açısıdır. Optik tarama açısı, maksimum tarama alanının diyagonal uzunluğunu belirleyen merceğin görüş alanıdır.

F-Theta lens özellikleri genellikle optik tarama açısından bahseder, şema aşağıdaki gibidir:

F-Teta Tarama Lensi 15
Şekil 8: Optik Tarama Açısı

Mekanik tarama açısı, tarama aynası ile ilgilidir. Tarama aralığını iki yönden kontrol eden genellikle iki aynanın dönüş açısıdır. Galvo Tarayıcı sisteminde, tarayıcının özellikleri aynanın mekanik tarama açısını ifade eder.

Şematik diyagram aşağıdaki gibidir:

F-Teta Tarama Lensi 17
Şekil 9: Mekanik Tarama Açısı

Ayna X açısı ve Ayna Y açısı olarak iki mekanik tarama aynası kullanıyoruz, o zaman bunlar ile optik tarama açısı arasındaki ilişki: (Ayna X açısı)2 + (Ayna Y açısı)2 = (optik tarama açısı/2)2

Geri Yansıma

Geri yansıma gölgelenmesi, tarama merceğinden gelen yüzey yansımasıdır. Yansıtılan netleme noktaları farklı konumlarda görünür. Pikosaniye veya femtosaniye darbeli lazer kullanırken, yansıtılan odak noktası, mercek yüzeyindeki kaplamaya veya mercek malzemesine kolayca zarar verebilir.

Bu, tasarımcı için bir meydan okumadır. Optimizasyonda tasarımcı, yalnızca tasarımın performansını dikkate almamalı, aynı zamanda lens üzerindeki yansıma odak noktasından da kaçınmalıdır.

F-Teta Tarama Lensi 19
Şekil 10: Geri Yansıma

Ultraviyole Tarama Merceği: Geniş Alanlı Hassas Lazer İşleme

355nm'deki UV lazerler, mikro işleme araçları olarak avantajlıdır. Bu dalga boyundaki ışık, malzemelerle öncelikle, yüksek enerjili fotonların moleküler bağları kırdığı ve çevredeki malzeme üzerinde minimum bozucu etkiyle temiz bir kesim sağlayan fotoablasyon yoluyla etkileşime girer. Mikroelektronikten tıbbi ekipman üretimine kadar uzanan uygulamalar için katı hal UV lazerler, mikro işleme endüstrisi için düşük işletme maliyetleriyle yüksek çok yönlülük sunar. Geniş alan tarama aralığına olan talep ve hem lazer işleme hem de görsel inceleme ışınları için basitleştirilmiş optik sistem tasarımı, bir lazer sistemindeki kritik bir bileşen olan tarama merceği için yeni zorluklar ortaya koyuyor.

Çalışma Prensibi

Tarama lenslerinin iki ana tasarım kategorisi, telesentrik ve telesentrik olmayan F-Teta tarama lenslerini içerir. Telesentrik F-Teta tarama merceği, saptırılan eksen dışı lazer ışınının eksen üzerinde odaklama ışını gibi iş parçasına dikey olarak odaklanabildiği özel bir mercek sistemi türüdür. Telesentrik tarama merceğinin avantajı, tarama alanı boyunca üstün nokta kalitesi sunarken alan eğriliğini en az bozulma olacak şekilde düzleştirebilmesidir. Genel tasarım konsepti Şekil 11'de gösterilmiştir.

F-Teta Tarama Lensi 21
Şekil 11: Telesentrik F-Teta lensin düzeni

Bir görüntü sistemi bir lazer işleme sistemine entegre edildiğinde, akromatik telesentrik tarama lenslerimizin rengi çalışma ve görüntü dalga boyları arasında düzeltilir. Akromatik telesentrik tarama merceği, doğru görüş konumlandırması sağlarken normal telesentrik mercekle aynı faydaları sunar. Tasarım düzeni Şekil 12'de gösterilmiştir.

F-Teta Tarama Lensi 23
Şekil 12: Akromatik telesentrik F-Teta lensin düzeni

UV tarama merceğinin temel özellikleri aşağıda listelenmiştir. Piyasadaki benzer ürünlerle karşılaştırıldığında, daha geniş bir tarama alanı ve akromatik performansın esnek tasarımı sunuyoruz. Yüksek güçlü lazer ve ultra hızlı lazer kaynakları için, termal merceklemeyi ve odak kaymasını en aza indiren özel bir Q serisi sunuyoruz.

telesantrik
akromatik telesentrikTelesentrik OlmayanAkromatik Telesentrik Olmayan
Dalga boyu (nm)
355355 / 635355355 / 635
EFL (mm)420120800328
WD (mm)56085.4646265
Çapı (mm)35480298104
Giriş Kirişi Φ(mm)146256
Tarama Alanı (mm)
30050600212
Tablo 1. UV tarama merceğinin özellikleri
F-Teta Tarama Lensi 25
Şekil 13: 600 mm tarama alanına sahip UV F-Theta lensin ana hatları

Uygulamalar

Geniş tarama alanı, yüksek verimli hassas lazer işleme için avantajlıdır. Bu, ekran elektroniği yüksek hızlı üretim gerektirdiğinde önemlidir; örneğin, esnek ve geniş alanlı OLED süreçlerinde lazer kaldırma. Bu tarama lensleri, özelleştirilmiş ışın genişletici tasarımımızla (Çok Yönlü Işın Genişletme - ayarlanabilirden otomasyona kadar WOE uygulama notuna bakın) ve yeni ışın şekillendirici tasarımıyla (Işın Şekillendiricilerin WOE uygulama notuna bakın - ışını şekillendirme DUV'den MIR'a).

F-Teta Tarama Lensi 27
Şekil 14: OLED kaldırma işlemi için UV lazer uygulaması

Bilgi Formu

İletişim Formu

Kuruluşunuzun e-postasını kendi etki alanıyla (varsa) kullanmanızı öneririz.