レーザ光制御用高精度オリジナルレンズの設計製作技術専門に提供

ものづくり光学屋


半導体レーザ光用オリジナルレンズ系製作致します。

 YHTCでは、各種波長帯域のLD素子を用意し、お客様の研究開発計測用LD光源から、生産ラインに配置されます固有センサー用まで用途に適応した波長、形状仕様で、OEMにて供給をおこなっています。研究、生産ラインフィールドに付いてご説明戴く事で、弊社の長年の経験を生かした、計測器、センサーとしてお客様と共に製品化し、提供させて戴きます

開発事例 オリジナルレンズ系の企画設計製作

 弊社では、半導体レーザ光のビーム径、波長、出力等の仕様をご連絡いただき、その仕様に基づいたオリジナル光源を作成致します。

 下記は、LDスタックモジュールからのビームを、ゼマックスを用いて設計製作したオリジナル3枚組レンズです。お客様の仕様、被照射媒体に直接出射するレーザ発振器タイプを満たしたLDモジュールを提供した事例です。

 以下は、LD素子(630nm)より65mmの位置にてφ10μ以下にビームを絞り込んだDATAです。


半導体レーザ光源に必要とされる仕様を連絡下さい。検討させて戴き見積を作成致します。

 下記は、LDスタックからのビームを集光してファイバ伝送するためのレーザ光集光/出射レンズヘッドです。

 ファイバとレンズ系で構成されるビームの特徴は、比較的真円を得やすい反面光ロスが大きい。

 しかし、ビームエクスパンダを用いた方法より真円が得られ、ロス率は略、同程度でありコスト及び、 製作工程を考えるとファイバを用いることが有利と言える。

 ファイバーコリメーターはISOバルク等の光入出力に有効です。


 ファイバーコリメータ及びビームスポットのご注文は、下記表に焦点距離とビームサイズ・使用波長等を指定下さればご希望の 仕様に合わせた商品の見積を提供させて頂きます。

ファイバー入力光によるマイクロスポットLD光源

積分球を用いた、光分光解析用LD光源を仕様に応じレンズ設計より製作致します。

 シングルモードファイバーからのFCコネクタ入力光、波長405nmをWD30mmの位置にΦ3μmで集光スポット。(下記図)

青色4.5W出力ヘッドビーム径φ2.5μm.               青色4cH18W出力空冷ヘッド

 

 

半導体レーザー専用固有レンズの設計製作(By Zemax Optic Studio)

製作レンズ種 : 球面レンズ 非球面レンズ 複合レンズ

固有レンズが必要に成る理由

 収差 : レンズや球面鏡などの光学系が理想状態で物体の像を結ばせるとき、光線が一点に集まらず、像がぼけたり、ゆがんだり、像の縁に色がついたりする現象。収差は2つに分類されます。

単色光について生ずる「単色収差」と、光の波長によってガラスの屈折率が異なるため起こる「色収差」です。

 

「単色収差」はザイデル5収差(ザイデル収差【Seidel's aberrations】)とも言う。
 
ザイデル理論から導き出された単色光の収差(5種類)のことです。
 
5収差とは、球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差です。

・ 球面収差                                                ・コマ収差

レンズの内側と外側で焦点距離が違う収差。  視野の端の星が尾を引いて見える収差。


・ 非点収差                 ・像面湾曲

レンズの縦方向と横方向で焦点距離が     視野中心と視野周辺でピントの合う位置が異

 

異なるためおきてしまう収差。                        なる収差。


歪曲収差                  

視野の端へ動かしていくと本来直線であるべきものが、曲がる収差。

以上5つの収差を、ザイデルの5収差と呼ばれレーザーなど波長がそろった単色光でも発生する収差です。

色収差

  レンズの中を通る時、光の波長による屈折率の違いにより起こる収差。

   軸上色収差:ガラスの屈折率は、光の波長によって異なるという事で、対物レンズを通過した光の波長によ                  

   る焦点のズレを軸上色収差と言います。

   ガラスでできた1 枚の凸レンズによる赤と青の焦点距離の差は2% 程度と言われていますが、

   この値はレンズの材質などによって微妙に異なります。

   この焦点距離の差が大きいレンズを「分散が大きい」と称し、差が小さい場合を「分散が小さい」と称します。

   分散の度合いを表す値にアッベ数と呼びます。

   アッベ数はν(ニュー)で表され、フラウンホーファー線という太陽光のスペクトル中に見られる暗線

 

  (吸収線)の青、赤、黄の屈折率を元に計算されます。

 軸上色収差が有る場合、青い光と赤い光とでは異なる位置に焦点が出来ます。

色によって焦点位置が異なることは、像は、ピントがずれボヤケテ見えます。

 

 軸上色収差を少なくする

 軸上色収差を取り除く最も簡単な方法は、凸レンズと凹レンズを組み合わせることです。

 凸レンズでは、赤の屈折が小さく青の屈折は大きいのですが、凹レンズでは逆に、赤の屈折が大きく青の屈折は小さくなるのです。この特徴を組み合わせることにより色収差を少なくすることができます。
 凸レンズには屈折率が高くてアッベ数の大きいフリントガラスが、凹レンズには屈折率が低くてアッベ数が小さいクラウンガラスが使われます。

 【凸レンズと凹レンズを組み合わせで補正する】

屈折率が高くてアッベ数が大きい凸レンズと屈折率が低くてアッベ数が小さ凹レンズを組み合わせると、赤も青も同じ1点の焦点に集光する事が可能と成ります。

軸上色収差を極力少なくするアクロマティックレンズ

倍率の色収差

 

  色によって像の倍率が異なる

 

色がにじんで見える収差は、凸レンズだけに限らず各種レンズには、目的達成にだけに限られた光の照射が有る訳で無く外乱光と称する、ランダムな光を受ける為、ランダムな光の色により屈折率が異なる、現象が発生し、これによる影響とし焦点も、当然色により焦点位置ずれが生じ、色のにじみ現象と成ります。

 

焦点の距離が同じであっても、レンズの中心線からの距離が異なるわけです。この、倍率が異なることによって色がにじんで見える収差のことを倍率色収差と呼ばれます。

 【倍率色収差】
斜めから照射した光も青い光と赤い光では焦点の位置が違うところにできてしまいます。
中央はハッキリとクリアに見えますが、端の方では色がにじんでしまいます。

 

 

  倍率の色収差を少なくする 
光の分散性を非常に低く抑える材質で作った特殊低分散レンズを使用する方法、特定の波長の光だけ屈折率が変わる異常分散レンズを使用する方法、異常分散するように被膜、つまりコーティングを施すなどの方法があります。

 無収差を目指し、光学系を設計製作し、提供致します。

レンズ鏡筒及びレンズ設計

 

  非球面レンズ設計例

  球面レンズ設計 F-θレンズ例

上記光学理論から以下の様な弊社平行光測定器は製作されました。

 本器は、ものづくりの基準となる、垂直度を時計方位で計測表示します。

光計測器のご相談お待ちしています。

問い合わせ TEL:042-706-8970

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 仕事納め12月27日

 仕事始め1月6日

 

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