激光扫描系统(LSC.0001 v1.0)
(6*CORE
使用非球面
透镜对激光扫描系统进行性能分析
uIO<6p) F/ODV=J- 应用案例概述 ? V0!N; I!L`W
_ 系统细节 ,+gU^dc|hq mT7B#^H 光源
z!<X{&
e - 绿光二极管
2;z~xR 元件
v|&Nh?r - 双轴振镜扫描仪
U>,E]' - 非球面透镜
5a PPq~% 探测器
fXV+aZ - 场曲和畸变
"\x<Zg; - 光束强度剖面
nI_43rG:Uf - 焦点区域探测器
~q.a<B`,t - 光束
参数 \x,q(npHi 模拟/设计
~ryB*eZH -
光线追迹:分析场曲和畸变,场追迹引擎的探测器的定位
OVo3. - 场追迹:考虑衍射效应,进行更精确的光束尺寸和剖面的研究
t8}R?%u eYN=? 系统说明 CTG:C5OK bK\Mn95] hLqRF4>L n7J6YtUwP 激光扫描系统的性能评估 Qcy
/)4Hfg X3bPBv 一个激光扫描系统的扫描
光学部分包含了一个扫描仪单元和一个非球面透镜,在一维扫描过程中(沿入射角Theta),通过分析光束的场曲和畸变来评估其性能。
*[P"2b# 此外,计算了不同扫描位置处的光束尺寸和轮廓。
p-6Y5$Y b-d{)-G{( 6ka,
FjJ\ 模拟设计结果 ]tjQy1M pQ_EJX) _V.MmA VirtualLab Fusion的其他特征 y.xyr"-Q j5rB+ 在本例中,您受益于以下选择的特征:
L<}0}y 各种探测器
XTibx;yd< - 使用场曲和畸变探测器(Field Curvature and Distortion Detector)中的找到焦点位置工具(Find Focus Position Tool)来测量焦点和光束位置
\W,,@- - 使用焦点区域探测器计算焦点区域中的场
DR%16y<h 参数耦合
dHzQAqb8J - 调整与理想输入扫描光学扫描角θ镜子的方向有关
^n @dC? 参数运行
@L 9C_a - 生成场曲和畸变图
l\HLlwYO )$>
pu{o 总结 __3s3YG VirtualLab可以
ma gZmY~ 模拟使用双轴扫描镜和特定的光学扫描的激光扫描系统
BidTrO 分析目标平面上的光束偏转
-lb,0 - 通过光线追迹来计算场曲和畸变
mw\
z' - 通过几何场追迹来计算光束剖面
*\n-yx] - 场追迹可以更准确地分析光束焦点
pGsk[. vGX}zzto
]U,c`?[7# oy _DYop 应用案例详述 &tJ!cTA.- 系统参数
Qvx[F:#Tk 38 -vt,| 应用案例内容 YAc~,N LSC.0001和LSC.0002为激光扫描系统。
vg"$&YX9" 在这个例子中,分析了作为扫描透镜的非球面透镜的场曲和畸变,以来模拟一个扫描过程。
}3TTtd7 在LSC.0002中,演示了通过使用F-Theta物镜来提高性能。
!1b4q/ )&") J}@
YaT6vSz D^30R*gV )ZQ>h{}D 模拟任务 y!kU0 ,pHQv(K/
d$gT,+|vu 为了评估激光扫描系统的性能,在一维扫描过程中沿着入射角θ探测场曲和畸变。
F*['1eAmdY KB$SB25m |lG7/\A 规格:输入激光光束 K-2oSS56 Sp]u5\ 激光组件中的单模二极管
激光器 )L0NX^jW; ?heg_~P
%jErLg ;ipT0*Y 规格:双轴振镜扫描仪 gtwUY$ b9Mp@I7Q- %Ek!3t
q\n,/#'i~ ) -^(Su(! 规格:非球面透镜 nXT/zfS eq6>C7.$ 从Asphericon目录中选择一个凸平面(convex-plano)非球面透镜作为激光扫描系统的扫描光学透镜。
hCPyCq] 0CpE,gg
HDYWDp Mc9J Fzp 原始透镜(目录和网址) H#/Hs# qO RL
7?{ VirtualLab“LightTrans定义”的元件目录包含例如Asphericon公司的透镜。
\ OW.?1d 此外,在他们网站上Asphericon还提供了VirtualLab文件。
:ggXVwpe n/ZX$?tKAK
O<P(UT" "SA* 应用案例详情 G Ml JM ]YrgkC35 模拟和结果
hplx s# T,9pd;k 双轴扫描反射镜的位置 0[f[6mm%m
pnTz.)'46
NpH9},1i kjF4c6v 双轴镜子同样由两个分离的镜子组成。
cI'su? 第一镜将目标光束偏转到x方向,而光束沿第二个镜子的旋转轴偏转。
E>N [ 第二反射镜将目标光束偏转到y方向。
vDIsawbHD *z^Au7,& 设置扫描镜
zeD=-3 f\?1oMO\
P2F8[o!< [QIQpBL 扫描镜X沿y轴旋转,使用基础方位角进行旋转,与光轴之间的角度为45°(见左图)。
\A6}= 扫描镜Y的调整是相当于绕x轴的旋转(见右图)。
a4mRu|x 请注意,在VirtualLab中坐标系统是根据反射定律来旋转的,光轴是沿方向z ⃑来定义的。
p}e| E! 两个镜子的基础方位角定义了激光扫描仪的中心位置。
`neo.] 使用镜子的绝对方位角,相对于固定的中心位置(光轴),光束在x方向和y方向上偏离。
o$ #q/L h0C>z2iH 轴上的3D光线追迹分析 6]mAtA`Y :kC*<f\
b#*"eZj >`<qa!9 不同Theta角的光线追迹说明 )6%a9&~H
PbfgWGr
\}AJ)v*< BY':R-~( 在光学扫描系统前定义输入扫描角Theta。
>vXS6`; Cq[Hh#q 通过参数耦合进行系统调整 2cwJ);Eg2 CdMV( 对于一维扫描过程,使用参数耦合工具。
03_M+lv 3S1{r
)[j 扫描镜Y的绝对方位角是自动设置为期望输入扫描角。
>U(E
\`9D d$8K,-M
Kw2]J)TO ^gkKk&~A5? bP,Ka 1. 用户输入扫描透镜期望的输入扫描角度2. 系统参数
vQj{yJ\l1 3. 输入变量4. 源代码编辑器(脚本定义)
*?VB/yO=0 5bd4]1gj 离轴25º的3D光线追迹分析 q29d=
cQsSJBZ[v5
GIfs]zVr`
D_G]WW8
@1U6sQ uo*lW2&U 场曲和畸变探测器 P.(z)!] cVYu(ssC4 通过寻找焦点位置工具(Find Focus Position Tool),场曲和畸变探测器可以测量3D焦点位置,且光束位置依赖于在扫描光学之前的球形输入角θ的在屏幕上的测量光束位置。
:XTxrYt28 因此,必须通过参数耦合工具给探测器提供θ的输入角。
2sVDv@2 >h~>7i(A
/<dl"PWkJv +;Gvp=hk 执行扫描过程 c{39,oF 对于扫描过程角度θ,通过参数耦合工具来设置扫描镜,沿着y轴从1°到25°扫描,步长为1°。
"{d[V(lE" 只有沿着y轴扫描,弧矢焦点由x方向的光斑尺寸决定,子午焦点由y方向的光斑尺寸决定(后面将会介绍弧矢和子午平面)。
k^K%."INn 从参数运行文档,可以绘制场曲图和畸变图。
+ZV?yR2yn 使用一维数值数据阵列多重图表模式将子午(1)和弧矢(2)场曲和畸变数据结合在一起。
<y"lL>JR {UF|-VaG
AJ6O>Euq Q8h=2YL 场曲 2P{! n#" |HPb$#i 通过光线束的焦点到探测器的间隔∆z,沿z轴来测量场曲 。
yA`,ns&n 因此,在两个分离的平面,焦点是通过(RMS spot radii)均方根半径确定:子午和弧矢平面。其如下图的一个
成像光学系统所示,类似于激光系统。
%6Y}0>gY 对于一个平面成像面,这是测量离轴光束的离焦的一个标准。完美的图像应位于曲面而不是一个平面。对于一个激光扫描系统,这一点是必须考虑的。
52F3r:Rk N]GF>kf:
RhE|0N= "L9pFz</ 场曲率 t 1G2A` [.;8GMW 下图在显示了子午面和弧矢面的场曲。
qVds
2 从结果上看,沿z轴测量场曲率,弧矢场曲要小于子午场曲。
t3!~=U 弧矢和子午面焦点的z偏离的多图视图
u0$}VO5/a (&/~q:a> 畸变 j'UWgwB 畸变定义为光线束在探测器面上横向位置y到参考位置的偏差Distortion=(yBundle-yRef)/yRef,
CZ(fP86e 其中
B""=&(Yu yRef =EFL∙tan(Θ) 对于F-Tan(θ)畸变
msw=x0{n5 yRef =EEFL∙Θ 对于F-Theta畸变
2V$YZSw6q yBundle 探测器平面上光束质心或光束主光线的位置
p,\(j 使用扫描光学系统的有效焦距EFL可以计算探测器平面的位置,这主要取决于入射角。
p
>nKNd_aQ S^~
lQ|D
GEki34
n0 al4X} 畸变 Vj[,o
Vt$ 畸变是输入扫描角到偏转光束的理想探测器位置的线性测量,因此,畸变是探测器平面上光束位置像差的一个影响条件。
>a: 6umY 线性依赖关系可能是tan(Θ)或者在F-Theta物镜中是Θ(LSC.0002)。
\Zn~y--Z 很明显,相比于F-Tan(θ)特性,非球面透镜能够更好的校正F-Theta。这是由于相比于球面透镜,非球面透镜进行部分像差校正。
Sqla+L* |1/?>=dDm
SFRYX,0m =AeOkie 分析轴上的光束剖面 @DyMq3Gt?& tj
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