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Zylinderlinsen

Linsen mit Brechkraft in einer Achse

 

Eng spezifizierte optische und geometrische Toleranzen

 

Rechteckige und runde Formen erhältlich

 

3 Qualitätsstufen erhältlich: Beleuchtung, Abbildend, Strahlformung

 

Hauseigene Konstruktions- und Beschichtungskapazitäten für kundenspezifische Anforderungen

 

Sofort ab Lager lieferbar

 

N-BK7, UV-Quarzglas und N-SF5 als Substrate erhältlich

Zylinderlinsen spielen eine wichtige Rolle in vielen Laseranwendungen, beispielsweise zur Erzeugung runder Strahlprofile aus elliptischen Strahlen von Laserdioden, zur Fokussierung eines divergenten Strahls auf ein lineares Detektor-Array, zur Erzeugung eines Lightsheets für Messsysteme oder zur Projektion einer Laserlinie auf eine Oberfläche. Sie ähneln sphärischen Linsen in dem Sinne, dass sie gekrümmte Oberflächen zur Bündelung oder Aufweitung von Licht besitzen, allerdings haben Zylinderlinsen die Brechkraft nur in einer Achse und verändern das Licht in der lotrechten Ebene nicht. Edmund Optics ist ein führender Anbieter von Zylinderlinsen, beispielsweise achromatischen, azylindrischen, plankonvexen und plankonkaven Linsengeometrien.

Übliche Anwendungen

Die drei häufigsten Anwendungen für Zylinderlinsen sind die Erzeugung einer Laserlinie, die Erzeugung eines Lightsheets und die Umformung elliptischer Laserstrahlen auf ein rundes Profil.

Kollimiertes Licht und PCX-Zylinderlinse
x =  (
d
EFL
) L

Arbeitsabstand: EFL + L

Kollimiertes Licht und PCV-Zylinderlinse
x =  (
d
EFL
) (L + EFL)

Arbeitsabstand: L

Laserlinie

Mit einem Laser und einer Zylinderlinse lässt sich eine Laserlinie erzeugen, die in einer Achse mit einem bestimmten Öffnungswinkel θ aufgefächert wird.

Laserline

Die wichtigsten Parameter für die Erzeugung einer Laserlinie sind die Länge der Linie x und der Arbeitsabstand, d. h. der Abstand zwischen der Linse und der Laserlinie. Mit welchen Gleichungen sich die zu bildende Laserlinie berechnen lässt, hängt davon ab, ob es sich um eine plankonvexe oder plankonkave Linse handelt.

Bild 1 (links oben): Kollimiertes Licht und PCX-Zylinderlinse
Bild 2 (links unten): Kollimiertes Licht und PCV-Zylinderlinse
Zwei PCX-Zylinderlinsen zur Erzeugung eines Lightsheets

Lightsheet

Ein Lighsheet, auch Lichtblatt oder Lichtscheibe, mit verschiedenen Divergenzwinkeln in zwei Achsen kann aus einer kollimierten Lichtquelle und zwei Zylinderlinsen mit unterschiedlichen Brennweiten erzeugt werden. Das Verhältnis der Brennweiten sollte etwa äquivalent der Höhe und Breite bzw. der Divergenzwinkel für die X- und Y-Achse des gewünschten Lightsheets sein. Es werden dieselben Gleichungen verwendet, wie für die Laserlinie, allerdings für die X- bzw. Y-Achse separat, mit unterschiedlichen Parametern oder sogar Gleichungen. Die Linsen müssen so ausgerichtet sein, dass die gekrümmte Oberfläche jeder Linse zur Lichtquelle zeigt und die Krümmungsebenen um 90° versetzt sind.

Bild 3: Zwei PCX-Zylinderlinsen zur Erzeugung eines Lightsheets
Zwei PCX-Zylinderlinsen zur Erzeugung eines Lightsheets

Erzeugung eines runden Strahlprofils

Ein Diodenlaser ohne Kollimierungsoptik hat ein asymmetrisches Divergenzmuster. Mit einer sphärischen Optik kann kein runder kollimierter Strahl erzeugt werden, da die Linse in beiden Achsen gleich wirkt und somit die ursprüngliche Asymmetrie erhalten bleibt. Mit einem orthogonalen Zylinderlinsenpaar lässt sich jede Achse separat verändern.

Um einen symmetrischen Strahl zu erhalten, sollte das Verhältnis der Brennweiten der beiden Zylinderlinsen mit dem Verhältnis der Strahldivergenzen in der X- und Y-Achse übereinstimmen. Die Diode wird im Brennpunkt der beiden Linsen angeordnet; der Abstand zwischen den Linsen ist daher identisch mit der Differenz ihrer Brennweiten. Die maximale Strahlbreite bei Erreichen der Linsen kann mit folgender Gleichung berechnet werden:

d =  2f(tan(
θ
2
))

Aus der Brennweite der Linse (f) und dem Divergenzwinkel der Achse, die kollimiert werden soll (θ), lässt sich die maximale Strahlbreite (d) berechnen. Die freie Apertur jeder Linse muss größer sein als die entsprechende maximale Strahlbreite.

Bild 4: Zwei PCX Zylinderlinsen erzeugen einen runden Strahl aus einem elliptischen Strahl

Auswahlhilfe

Edmund Optics® bietet Zylinderlinsen mit runder, quadratischer oder rechteckiger Form. Es sind diverse Antireflexbeschichtungen vom ultravioletten bis zum Infrarotspektrum erhältlich, beispielsweise UV-AR, UV-VIS, MgF2, VIS-NIR, VIS 0°, NIR I oder NIR II. Achromatische Zylinderlinsen sind zusätzlich korrigiert gegenüber chromatischen Aberrationen. Die vollständigen technischen Daten sowie 2D- oder 3D-Modelle stehen zum Herunterladen bereit.

Produktfamilie WellenfrontfehlerOberflächenqualitätToleranz Keilwinkel ProduktpaletteFarbkorrekturPreis
Zylinderlinsen für die Beleuchtung Nicht definiert
Gut
Nicht definiert
Am absolut Besten
Nein
 
Zylinderlinsen für die Bildgebung
BESSER
GUT
BESSER
BESSER
Nein
  
Zylinderlinsen für die Strahlformung
AM BESTEN
AM BESTEN
AM BESTEN
AM BESTEN
Nein
   
Azylindrische Linsen
BESSER
GUT
GUT
GUT
Nein
     
Achromatische Zylinderlinsen
GUT
BESSER
BESSER
GUT
Ja
    
Zylinderlinsen für die Beleuchtung
Zylinderlinsen für die Beleuchtung

Zylinderlinsen für die Beleuchtung sind die kostengünstigste Option, die Edmund Optics anbietet. Hier besteht die größte Auswahl von Brennweiten und Abmessungen, die technischen Toleranzen sind jedoch lockerer. Diese Zylinderlinsen eignen sich ideal für kostengünstige Beleuchtungsanwendungen. Produkt anzeigen

Vorteile:

  • Große Auswahl an Größen und Brennweiten
  • Kostengünstigste Option

Nachteile:

  • Nicht definierte Wellenfrontspezifikation
  • Größere geometrische Toleranzen
Zylinderlinsen für die Bildgebung
Zylinderlinsen für die Bildgebung

Zylinderlinsen für die Bildgebung besitzen geringere Keilwinkeltoleranzen und Wellenfrontfehler als Zylinderlinsen für die Beleuchtung, die Oberflächenqualität ist identisch, die Auswahl an Größen und Brennweiten jedoch geringer. Sie eignen sich ideal zur Erzeugung von Laserlinien und Lightsheets. Produkt anzeigen

Vorteile:

  • Kompromiss zwischen technischen Eigenschaften und Preis

Nachteile:

  • Größe maximal 10 x 20 mm
Zylinderlinsen für die Strahlformung
Zylinderlinsen für die Strahlformung

Zylinderlinsen für die Strahlformung vereinen enge Toleranzen und konkurrenzfähige Mengenrabatte zur Integration in OEM-Produkte. Sie eignen sich ideal für strahlformende Anwendungen wie die Erzeugung von runden Strahlprofilen mit Diodenlasern, Lightsheets für Messsysteme oder auf eine Oberfläche projizierten Laserlinien. Produkt anzeigen

Vorteile:

  • Enge optische Toleranzen, u.a. für Wellenfrontfehler, Oberflächenqualität und Keilwinkel
  • Enge geometrische Toleranzen, darunter die Keilwinkel der gekrümmten und der planen Achsen sowie die axiale Verdrehung.
  • Ideale Kombination aus Preis und Qualität

Nachteile:

  • Teurer als Zylinderlinsen für die Beleuchtung
Azylindrische Linsen
Azylindrische Linsen

Bei Azylindrischen Linsen ist die Krümmung nicht konstant, sondern wie bei Asphären darauf optimiert, die sphärische Aberration zu verringern. Sie besitzen beugungsbegrenzte Abbildungseigenschaften und eignen sich ideal für dünne Linienprofile monochromatischer Lichtquellen. Produkt anzeigen

Vorteile:

  • Das beugungsbegrenzte Design erzeugt extrem scharfe, dünne Laserlinien.

Nachteile:

  • Teuerste Option der Zylinderlinsen
  • Starke chromatische Aberrationen
Achromatische Zylinderlinsen
Achromatische Zylinderlinsen

Achromatische Zylinderlinsen bestehen aus einem positiven Element mit niedrigem Brechungsindex (Kronglas) und einem negativen Element mit hohem Brechungsindex (Flintglas), die miteinander verkittet sind, um die chromatische und sphärische Aberration zu minimieren. Sie eignen sich aufgrund der Farbkorrektur ideal für breitbandige Lichtquellen. Produkt anzeigen

Vorteile:

  • Die Korrektur der chromatischen Aberration ermöglicht die Verwendung mit breitbandigen Lichtquellen.
  • Die Korrektur der sphärischen Aberration ermöglicht die Erzeugung schmaler Laserlinien.

Nachteile:

  • Kostspieliger als die meisten anderen Zylinderlinsen.
  • Begrenzte Auswahl an Größen und nur eine Qualitätsstufe erhältlich.

Häufig gestellte Fragen

FAQ  Welchen Wellenlängenbereich decken die Zylinderlinsen von Edmund Optics ab?
Wir bieten verschiedene Antireflexbeschichtungen vom ultravioletten bis zum infraroten Spektrum an, d. h. für Wellenlängen von 250 nm bis 1.550 nm, beispielsweise UV-AR, UV-VIS, MgF2, VIS-NIR, VIS 0°, NIR I oder NIR II. Unbeschichtete Linsen für Wellenlängen zwischen 200 nm und 2.500 nm sind ebenfalls erhältlich.
FAQ  Welche Substratmaterialien sind standardmäßig erhältlich?

Edmund Optics bietet Zylinderlinsen aus optischen Gläsern wie N-BK7, UV-geeignetem Quarzglas, N-SF5 und N-SF11.

FAQ  Was ist der Unterschied zwischen einer achromatischen Zylinderlinse und einer normalen plankonvexen Zylinderlinse?

PCX-Zylinderlinsen bestehen nur aus einem Element, achromatische Zylinderlinsen aus zwei Elementen mit unterschiedlichen Substratmaterialien, zur Korrektur der sphärischen und chromatischen Aberrationen. Achromatische Zylinderlinsen eignen sich ideal für Anwendungen, bei denen eine Vergrößerung nur in einer Dimension benötigt wird und ein dünnes Linienprofil erwünscht ist. Sie haben verschiedene technische Vorteile gegenüber konventionellen Zylinderlinsen, beispielsweise geringere sphärische und chromatische Aberrationen in der Bildebene. Bei Verwendung einer LED-Lichtquelle eignen sich achromatische Zylinderlinsen ideal zur Erzeugung von Linienprofilen. Typische Anwendungen sind die Erzeugung von Linien mit LED-Lichtquellen und die bessere Fokussierung in LED-basierten Scannersystemen. Die folgende Abbildung zeigt im Vergleich die fokussierte Linie einer achromatischen Zylinderlinse und einer normalen plankonvexen (PCX) Zylinderlinse.

FAQ  Lassen sich elliptische Strahlen besser mit einer Zylinderlinse oder einem anamorphischen Prismenpaar zu runden Strahlen umformen?
Zur Strahlmodulation in einer Achse eignen sich sowohl anamorphische Prismenpaare als auch Zylinderlinsen. Für die Praxis sind einige Unterschiede von Bedeutung:
  • Anamorphische Prismenpaare benötigen weniger Platz
  • Zylinderlinsen können die Intensitätsverteilung aufgrund von Aberration beeinflussen
  • Zylinderlinsen erzeugen keinen Strahlversatz

Tipps & Downloads

Anwendungshinweise

Technische Informationen und Anwendungsbeispiele, darunter theoretische Grundlagen, Gleichungen, grafische Darstellungen und vieles mehr.

Überlegungen zur Verwendung von Zylinderlinsen
Lesen  

Was sind Zylinderlinsen?
Lesen  

Argumente für eine achromatische Zylinderlinse
Lesen  

Videos

Die informativen Unternehmens- und Schulungsvideos enthalten sowohl einfache Tipps als auch anwendungsbezogene Produktdemonstrationen, zur Verdeutlichung der Produktvorteile.

Zylinderlinsen-Produktportfolio
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Whitepaper

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Zylinderlinsen
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