激光扫描系统(LSC.0001 v1.0)
?1Os%9D* 使用非球面
透镜对激光扫描系统进行性能分析
*{WhUHZF q[?xf3 应用案例概述 )1?#q[x j=|cx+nb 系统细节 wr);+.T9R }@6Tcn1 光源 ]q^6az(Ud - 绿光二极管
+}3l$L'bY 元件
,GOH8h - 双轴振镜扫描仪
PU8>.9x - 非球面透镜
NJ]AxFG 探测器
zm>^!j
! - 场曲和畸变
U]Y</>xGI
- 光束强度剖面
o6bT.{8\ - 焦点区域探测器
EKu%I~eM - 光束
参数 Y#e,NN 模拟/设计
|k.%e4 -
光线追迹:分析场曲和畸变,场追迹引擎的探测器的定位
CcCcuxtR - 场追迹:考虑衍射效应,进行更精确的光束尺寸和剖面的研究
Ymvd3> _ #hMS?F| 系统说明 P;8nC:z L
zSd!n j!c~%hP h~EGRg 激光扫描系统的性能评估 q4MR9ig1E_ JjMa 一个激光扫描系统的扫描
光学部分包含了一个扫描仪单元和一个非球面透镜,在一维扫描过程中(沿入射角Theta),通过分析光束的场曲和畸变来评估其性能。
'`s+e#rs4{ 此外,计算了不同扫描位置处的光束尺寸和轮廓。
-v %n@8p 9{*$[%d1 k~%j"%OB 模拟设计结果 iW%~>`tT Cer&VMrQK &9Kni/ VirtualLab Fusion的其他特征 '3|fv{I ,,G[360 在本例中,您受益于以下选择的特征:
,A%p9 各种探测器
aS! If > - 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
%_@T'!] - 使用焦点区域探测器计算焦点区域中的场
\>$3'i=mQ 参数耦合
3N[Rrxe2 - 调整与理想输入扫描光学扫描角θ镜子的方向有关
dtj+ avG 参数运行
Fy 1- >~ - 生成场曲和畸变图
+'|nsIx, FG!2h&k 总结 jd`h)4 VirtualLab可以
-e4TqzRr 模拟使用双轴扫描镜和特定的光学扫描的激光扫描系统
oGRd ;hsF 分析目标平面上的光束偏转
j- cp - 通过光线追迹来计算场曲和畸变
bWgRGJqt - 通过几何场追迹来计算光束剖面
~^TH5n - 场追迹可以更准确地分析光束焦点
"&:H }Jd )b?$
4<X^
j7BLMTF3v 5OCt Q4u 应用案例详述 jiejs* 系统参数
9.%t9RM^ s0O]vDTR,H 应用案例内容 Jmuyd\?,b LSC.0001和LSC.0002为激光扫描系统。
q|{z9V< 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。
"Zfm4Nx" 在LSC.0002中,演示了通过使用F-Theta物镜来提高性能。
HLkI?mW< lc8g$Xw3
9=q& SG >4#:qIU D 0Mxl?S? 模拟任务 G?v!Uv8O 7gcR/HNeF
c@2a)S8Y] 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。
D;&\) dS8ydG2 d#OAM;0}5 规格:输入激光光束 PJ)l{c f^-ot@w 激光组件中的单模二极管
激光器 riL|B3 5 JlgnxRq
?7]G)8G6 .{t*v6(TP 规格:双轴振镜扫描仪 +_L]d6
80=LT-%# xG;;ykh.]
Q6HghG &b`'RZe 规格:非球面透镜 nE +H)%p ufe|I 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。
Wco2i m twu,yC!
zYP6m3n c`/VYgcTqB 原始透镜(目录和网址) R7"7
Rx
Y0Tad?iC VirtualLab“LightTrans定义”的元件目录包含例如Asphericon公司的透镜。
BT&R:_: 此外,在他们网站上Asphericon还提供了VirtualLab文件。
?=LT
^Zp` Wsgp#W+
Zf1
uK(6X pSb tm74 应用案例详情 x|yJCs> < =~=IZ) 模拟和结果
j^5YFUwsQg eKy!Pai 双轴扫描反射镜的位置 &l0K~7)b
4 ob?M:S
O\ _ro. }AA">FF'y4 双轴镜子同样由两个分离的镜子组成。
M(nzJ 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。
{:3\Ms# 第二反射镜将目标光束偏转到y方向。
ht*(@MCr< dOKp:|9G 设置扫描镜
KJV8y"^=Q ?QmtZG.$
"{r8'qn z\oTuW*B 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)。
(~eS$8>. 扫描镜Y的调整是相当于绕x轴的旋转(见右图)。
1I`F?MT 请注意,在VirtualLab中坐标系统是根据反射定律来旋转的,光轴是沿方向z ⃑来定义的。
PDPK|FU 两个镜子的基础方位角定义了激光扫描仪的中心位置。
m5iCvOP 使用镜子的绝对方位角,相对于固定的中心位置(光轴),光束在x方向和y方向上偏离。
U#cGd\b JRi:MWR<r 轴上的3D光线追迹分析 "T_9_6tH .Sn{a}XP4
Zj!,3{jX^ V]; i$ 不同Theta角的光线追迹说明 tVO}{[U}
'5Yzo^R;
G"`
}"T0} &BLCP d 在光学扫描系统前定义输入扫描角Theta。
SGSyO0O \?]U*)B.r 通过参数耦合进行系统调整 {ibu0 h$kz3r;b," 对于一维扫描过程,使用参数耦合工具。
lHtywZ@%3 ]}PXN1( 扫描镜Y的绝对方位角是自动设置为期望输入扫描角。
X5YOxMq :Rb\Ca
NdRcA i_Hm?Bi!F triU^uvh 1. 用户输入扫描透镜期望的输入扫描角度2. 系统参数
~9 .=t ' 3. 输入变量4. 源代码编辑器(脚本定义)
l>K+4 :Bmn<2[Y; 离轴25º的3D光线追迹分析 #<< el;n
{7ji m
g%l ,a3"
$*942. =Q
wYf\!]}' S?d<P 场曲和畸变探测器 {o5|(^l O\.^H/ 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。
!h4T3sO 因此,必须通过参数耦合工具给探测器提供θ的输入角。
o[cOL^Xd1 zawu(3?~)5
jcJ 4? D#L(ZlD4 执行扫描过程 $uHQl#!; 对于扫描过程角度θ,通过参数耦合工具来设置扫描镜,沿着y轴从1°到25°扫描,步长为1°。
-DdHl8 只有沿着y轴扫描,弧矢焦点由x方向的光斑尺寸决定,子午焦点由y方向的光斑尺寸决定(后面将会介绍弧矢和子午平面)。
oh< -&3Jn 从参数运行文档,可以绘制场曲图和畸变图。
P !i_?M 使用一维数值数据阵列多重图表模式将子午(1)和弧矢(2)场曲和畸变数据结合在一起。
(O{OQk;CF 0TmEa59P
VIz(@ R>O_2`c 场曲 V?j,$LixY yuZLsH 通过光线束的焦点到探测器的间隔∆z,沿z轴来测量场曲 。
UqI #F 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。
(DO'iCxlNh 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。
OW@%H;b _#sy
\1!Q.V ]UkH}Pt'3 场曲率 D+3?p MvpJ0Y ( 下图在显示了子午面和弧矢面的场曲。
d}4NL:=& 从结果上看,沿z轴测量场曲率,弧矢场曲要小于子午场曲。
t`z "=S 弧矢和子午面焦点的z偏离的多图视图
QFx3N% =$J(]KPv!? 畸变 zbxW
U]<S? 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,
:|s8v2am 其中
rJ Jx8)M yRef =EFL∙tan(Θ) 对于F-Tan(θ)畸变
_li3cXE yRef =EEFL∙Θ 对于F-Theta畸变
nZbI}kcm yBundle 探测器平面上光束质心或光束主光线的位置
8TFQ%jv 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。
euB 1}M BuV71/Vb{Q
J
_O5^=BP W^[FWFUTY 畸变 3:x(2 A 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。
Z6zV 9hn 线性依赖关系可能是tan(Θ)或者在F-Theta物镜中是Θ(LSC.0002)。
&YXJ{<s 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。
!G3AD3 @q'kKVJs
?$6H',u ;\*3A22 # 分析轴上的光束剖面 9~Dg<wQ PyQ.B*JJ 入射角到非球面透镜是0°。
,/w*sE 为了更准确的评估焦点光斑,使用几何场追迹(Geometric Field Tracing )和焦区域探测器(Focal Region Detector)分析光束剖面。
.nD#:86M 因此,与光线追迹的结果相比,由于场追迹可以直接评价光束剖面,包括能量分布和光束发散角。,因此产生的焦点光斑在位置和尺寸方面都不同,
45c?0tj a&_