회사 소식 광학 렌즈: 종류와 기능에 대한 심층 분석

광학 렌즈: 유형 및 기능 심층 분석

"렌즈"라는 이름 자체가 빛을 투과하는 본질을 드러냅니다. 렌즈는 대부분 투명한 재료로 만들어집니다. 이러한 재료는 가시광선에는 불투명할 수 있지만 특정 파장의 빛은 통과시킵니다. 따라서 렌즈는 특정 파장에 대한 빛 투과 장치로 간주될 수 있습니다. 예를 들어, 일반적인 CO2 필드 렌즈는 사람의 눈에는 불투명하지만 CO2 레이저 광선에 대한 렌즈 역할을 하는 갈륨 비소(GaAs)로 만들어집니다.

다음으로, 렌즈의 다양한 유형과 기능에 대해 자세히 살펴보겠습니다. 렌즈의 핵심 기능은 빛의 굴절에 있으며, 이를 통해 평행광을 집속하고 점광원을 정렬할 수 있습니다. 렌즈는 다양한 모양으로 제공되며, 일반적으로 볼록 렌즈와 오목 렌즈가 있습니다. 볼록 렌즈는 중앙이 두껍고 가장자리가 얇다는 특징이 있으며, 오목-볼록, 평면-볼록, 양면 볼록 유형으로 나뉩니다. 오목 렌즈는 그 반대로 중앙이 얇고 가장자리가 두꺼우며, 양면 오목, 평면 오목, 볼록-오목 유형이 있습니다. 볼록-오목 렌즈의 분류는 곡률 정도에 따라 달라질 수 있다는 점에 유의해야 합니다.

레이저 산업에서는 집속 렌즈, 콜리메이팅 렌즈, 빔 익스팬더와 같은 다양한 유형의 렌즈를 자주 접하게 됩니다.

집속 렌즈

집속 렌즈는 평행 빔을 점광원으로 집속하는 렌즈이며 널리 사용됩니다. 또한 특정 응용 분야의 요구 사항을 충족하기 위해 비구면 또는 색수차 보정 렌즈와 같은 특수 집속 렌즈가 있습니다.

• 1. 비구면 집속 렌즈: 이 렌즈는 구면 수차를 제거하는 데 사용되며, 결합된 비구면 집속 렌즈와 단일 비구면 렌즈가 포함됩니다. 구면 수차는 렌즈의 구면 모양으로 인해 빛이 고르지 않게 집속되는 것을 의미합니다. 즉, 렌즈 중앙 근처의 광선은 가장자리의 광선과 다른 지점에 집속됩니다. 이렇게 하면 전체 빔이 단일 지점에 집중되지 않고 더 긴 거리에 걸쳐 퍼져 절단 품질에 영향을 미칩니다. 이 문제를 해결하기 위해 구면 수차를 보정하기 위해 결합된 두 개 또는 세 개의 렌즈 요소로 구성된 집속 렌즈를 사용하거나 단일 비구면 렌즈를 사용할 수 있습니다. 이 중에서 단일 비구면 렌즈가 최선의 선택이지만 더 비쌉니다. 이러한 결합된 비구면 렌즈와 단일 비구면 렌즈는 YAG 절단기 시대에 흔했지만, 파이버 레이저의 보급으로 인해 사용이 점차 감소했습니다.

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• 2. 단일 요소 집속 렌즈: 이 용어는 결합된 비구면 집속 렌즈와 관련하여 사용됩니다. 단일 요소 렌즈는 하나의 렌즈 조각으로 구성되어 있으며 구조가 간단합니다. 그러나 구면 수차의 일부만 보정할 수 있으므로 효과가 다중 요소 결합 집속 렌즈와 일치하지 않을 수 있습니다. 파이버 레이저 채택이 증가하는 배경에서 단일 요소 집속 렌즈의 사용은 점차 감소했지만 여전히 특정 시장 수요를 유지하고 있습니다.

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• 3. 단일 요소 렌즈의 구면 수차 특성 및 결합된 비구면 렌즈와의 비교: 단일 요소 집속 렌즈는 주로 하나의 렌즈 조각으로 구성되어 있으며 구조가 간단하지만 구면 수차의 일부만 보정할 수 있으므로 성능이 다중 요소 결합 집속 렌즈보다 약간 떨어질 수 있습니다. 그러나 파이버 레이저 채택이 증가하는 추세 속에서 여전히 특정 시장 수요를 유지하고 있습니다. 반면에 결합된 비구면 렌즈는 양의 렌즈 요소와 음의 렌즈 요소를 교묘하게 결합하여 구면 수차 보정을 달성합니다. 구체적으로, 양의 렌즈가 음의 렌즈와 결합되고 양의 렌즈의 양의 구면 수차 값이 음의 렌즈의 음의 구면 수차 값을 정확히 상쇄하면 이 렌즈 조합은 구면 수차를 효과적으로 제거할 수 있습니다. 이것이 결합된 비구면 렌즈의 고유한 작동 원리입니다.

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• 4.색수차 보정 렌즈: 렌즈 재료가 서로 다른 파장의 빛에 미치는 굴절 효과가 다르기 때문에 실제 응용 분야에서 색수차를 경험할 수 있습니다. 예를 들어, 파이버 레이저 마킹 또는 용접 기계에서 동축 시야 정렬을 사용하는 경우 표준 렌즈를 사용하면 CCD 시야가 선명할 때 절단 또는 용접 결과가 이상적이지 않아 만족스러운 처리를 위해 초점 위치를 미세 조정해야 할 수 있습니다. 그러나 최상의 처리 결과를 위해 초점을 조정하는 동안 시야가 다시 흐려집니다. 이것은 주로 색수차로 인해 발생합니다. 구체적으로, 볼록 렌즈는 더 짧은 파장에 대해 더 강한 굴절 능력을 가지며 더 긴 파장에 대해서는 더 약한 굴절 능력을 갖습니다. 오목(음) 렌즈는 그 반대로 더 짧은 파장에 대해 더 강한 발산 능력을 가지며 더 긴 파장에 대해서는 더 약한 발산 능력을 갖습니다. 이러한 이해를 바탕으로 볼록 렌즈와 오목 렌즈로 구성된 렌즈 시스템을 설계하여 색수차의 영향을 제거할 수 있습니다. 그러나 색수차 보정 렌즈의 수요가 상대적으로 적기 때문에 가격이 일반적으로 더 높다는 점에 유의해야 합니다.

콜리메이팅 렌즈: 원리 및 기능

콜리메이팅 렌즈는 이름에서 알 수 있듯이 점광원을 평행 빔으로 변환하는 렌즈입니다. 작동 원리는 집속 렌즈의 정반대입니다. 점광원을 집속 렌즈의 한 초점 거리에 배치하면 렌즈의 다른 쪽에 평행 빔이 형성됩니다. 이 변환 프로세스가 콜리메이팅 렌즈의 기본 기능입니다.

파이버 콜리메이팅 렌즈: 응용 및 조정

파이버 콜리메이팅 렌즈는 파이버 절단 헤드 및 파이버 용접 헤드와 같은 응용 분야에서 중요한 역할을 합니다. 특정 응용 분야에서 구면 또는 색수차를 제거해야 하는 경우 결합된 빔 콜리메이팅 렌즈를 사용하여 이 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

빔 익스팬더

또한 빔 익스팬더는 빔을 확대하는 기능이 있는 일반적인 광학 부품입니다. 콜리메이팅 렌즈와 빔 익스팬더 모두 평행 빔을 출력하지만 작동 원리와 구조가 다릅니다. 콜리메이팅 렌즈는 점광원을 입력으로 받아 평행 빔을 출력하며, 점광원은 렌즈의 한 초점 거리에 배치해야 합니다. 그러나 빔 익스팬더는 평행 빔을 입력으로 받아 평행 빔을 출력하며, 평행 빔을 단순히 확대하고 소스 위치는 거의 영향을 미치지 않습니다. 빔 익스팬더의 특정 설계 및 응용 분야에 대해서는 다른 기사를 참조하여 더 깊이 이해할 수 있습니다.

라인 생성기 렌즈: 응용

라인 생성기 렌즈의 기능은 평행 빔을 더 긴 빛의 선으로 변환하여 부채꼴 모양으로 퍼지게 하는 것입니다. 이 유형의 렌즈는 제품 평탄도를 감지하는 데 잠재적인 응용 가치가 있습니다. 빛을 켜고 제품을 스캔하면 돌출되거나 움푹 들어간 부분이 빛을 차단하여 제품의 평탄도를 나타냅니다.

라인 광 콜리메이팅 렌즈: 응용

라인 광 콜리메이팅 렌즈는 평행 빔을 선형 평행 광으로 정확하게 콜리메이트하도록 설계되었습니다. 이 프로세스에는 원통형 오목 렌즈를 사용하여 평행 광을 발산시킨 다음, 오목 렌즈의 가상 초점과 일치하는 초점을 가진 원통형 볼록 렌즈를 사용하여 빔을 콜리메이트하는 것이 포함됩니다. 또한 이 유형의 라인 광 콜리메이팅 렌즈는 표면 평탄도를 감지하는 데에도 사용할 수 있지만 특정 응용 분야는 상황에 따라 다를 수 있습니다.

웨지 플레이트: 응용

웨지 플레이트는 전면과 후면 표면 사이에 각도가 있는 렌즈로, 평행하지 않다는 의미입니다. 레이저가 이러한 렌즈를 통과하면 빔이 특정 각도로 편향됩니다. 이 특성은 진동 용접 헤드에 활용됩니다. 웨지 플레이트가 회전하면 편향된 레이저 빔도 회전하여 원형 패턴을 추적하여 링 모양의 스폿을 형성합니다. 두 개의 웨지 플레이트를 결합하여 이 링의 직경을 조정할 수 있습니다. 직경 크기는 두 플레이트의 상대적인 편향 각도에 따라 달라집니다.