Freeform optika
Vysoký výkon, kompaktnost a nízká hmotnost
Odborníci na freeform optiku
Freeform optika bez rotační symetrie umožňují zcela nové koncepce optických systémů. Freeform optika umožňuje použít pro optické systémy méně prvků, takže jsou menší, lehčí a účinnější. A pokud jde o freeform optiku s maximální přesností - od návrhu až po sériovou a sériovou výrobu - je asphericon odborníkem.
Objevte řadu výhod freeform optiky a systémů vyrobených pomocí inovativní technologie společnosti asphericon.
- Netradiční tvary z nejrůznějších materiálů (včetně keramiky a infračervených materiálů).
- Čočky, zrcadla a monolitické prvky o průměru až 300 mm.
- Víceohniskové, kompaktní systémy
- Výjimečná kvalita povrchu (RMSi > 50 nm)
- CGH-free měření včetně všech tolerancí polohy (kompletní součást)
- Individuální tenké vrstvy a koncepce montáže
- Konzultace optického designu pro návrhy systémů optimalizovaných pro výrobu.
Obrázek 1: Příklad měření volného tvaru optiky pomocí broušení a leštění. Graf ukazuje náměr vlnoplochy s přidruženými měřenými povrchy a tolerancemi dílů po dvou korekčních leštěních (výkonnostní cíl: RMS WFE < 35 mλ).
Specifikace
| Standard Quality | Precision Quality | Diamond-Turning | ||
|---|---|---|---|---|
| Průměr | 8 – 300 mm | 4 – 300 mm | 1 - 150 mm | |
| Tolerance průměru | ± 0,1 mm | ± 0,01 mm | ||
| Centrální tloušťka | 2 - 60 mm | 2 - 60 mm | od 0,5 mm | |
| Tolerance centrální tloušťky | ± 0,1 mm | ± 0,05 mm | ||
| RMS iregularita (RMSi) | 0.75 – 0.3 µm | 0.09 µm | 0.1 µm | |
| Mikrodrsnost | 2.0 – 3.0 nm | 1.5 – 2.0 nm | až do 1 nm | |
| Interferometrické měření celého povrchu | volitelné | volitelné | volitelné | |
| Tenké vrstvy | na přání zákazníka | na přání zákazníka | na přání zákazníka | |
| Materiály | na přání zákazníka | na přání zákazníka | na přání zákazníka | |
| Uchycení | na přání zákazníka | na přání zákazníka | na přání zákazníka |
Od vize k sérii
Společnost asphericon pracuje na (sériové) výrobě freeform optiky již mnoho let. Společně se silnými partnery z regionu se podařilo v rámci skupiny “Freeform Optics Plus (ƒo+)” rozhodujícím způsobem pokročit ve vývoji a marketingu inovativních optických freeform systémů. V roce 2018 tento mezinárodně uznávaný projekt obdržel od Dárcovského spolku na podporu věd a humanitních oborů v Německu cenu Collaborative Research science za průkopnické přístupy k výrobě freeform.
V posledních letech společnost asphericon zavedla nové výrobní strategie a zdokonalila koncepty měření v několika projektech, čímž získala bohaté zkušenosti v oblasti freeform optiky a systémů.
Na veletrhu Laser World of Photonics 2022 představila společnost asphericon reflexní tvarovač svazku založený na freeform optice. Freeform povrchy kompenzují asymetrie a zmenšují objem na polovinu. Nový tvarovač svazku činí z laseru flexibilní nástroj vhodný jak pro vysoké výkony laserů až do 10 kW, tak pro široký rozsah vlnových délek.
Alvarez Systém
Objevte také naše freeform systémy založené na čočkách typu Alvarez. Tyto systémy jsou obzvláště přesvědčivé díky své kompaktní freeform optické konstrukci. Díky tvaru povrchu je možné plynule měnit optickou funkci. Příkladem je dynamická změna ohniskové vzdálenosti soustavy, kompenzace divergence laserových paprsků a také vytváření čtvercových profilů Top-Hat. Vaše dotazy týkající se našich čoček Alvarez rádi zodpovíme při osobním kontaktu.
Obrázek 2: Dynamická změna ohniskové vzdálenosti soustavy pomocí Alvarezových čoček.
Specifikace freeform povrchu
Freeform optika se výrazně liší od sférické a asférické plochy. Výroba freeform optiky začíná definicí povrchu. Kromě jasného popisu optiky je pro výrobu nutná rovnice, matice bodů nebo 3D model.
Jedním z možných druhů freeform optiky je decentrované použití rotačně symetrické čočky, která je přizpůsobena mimoosovému použití. Opticky relevantní část je vyříznuta (viz obr. 3), a to i z důvodu úspory místa v systémech. Z hlediska výroby je tak symetrická čočka levnější a snadněji se vyrábí. Pokud jde o optickou konstrukci, její povrch je již vzhledem k dosaženému optickému efektu freeform prvkem. Vedlejším účinkem takto decentralizované čočky je však nárůst aberací při šikmě dopadajícím světle, což v konečném důsledku vede k rychlému snížení kvality obrazu. Velkou výhodou “skutečné” freeform optiky je, že díky své speciální geometrii a vysokému počtu stupňů volnosti umožňuje velmi dobrou kvalitu zobrazení. Nároky na optický návrh a výrobní proces jsou však ve srovnání s běžnými symetrickými elementy mnohem složitější a náročnější.
Obrázek 3: Vývoj různých tvarů čoček od sféry po freeform optiku (nárůst složitosti zleva doprava)
Výhody a problémy freeform optiky
Freeform optika může na základě svého speciálního tvaru povrchu poskytovat funkce, kterých nelze dosáhnout klasickou optikou. Zejména v optických systémech, které vyžadují ohyb dráhy paprsku, např. v monolitech, jsou optické čočky s freeform tvarem velmi výhodné a mohou nahradit stávající větší uspořádání, jako jsou zrcadlové systémy. Pro ilustraci uvádíme na následujícím obrázku optickou konstrukci monolitické soustavy sestávající ze tří asférických a jedné freeform plochy se simulovaným skládáním dráhy paprsku. Zobrazený monolit byl vytvořen v rámci výzkumné a vývojové platformy fo+.
Obrázek 4: Optický návrh monolitického systému.
Ve srovnání se sférami a asférami lze pomocí freeform tvarů dosáhnout zlepšení zorného pole (FOV) a numerické apertury (NA), jakož i velikosti a hmotnosti (viz obr. 5). Vysoká kvalita freeform optiky je však nezbytným předpokladem pro konstantní vysokou kvalitu optického systému.
Obrázek 5: Srovnání sférické, asférické a freeform optiky z hlediska zorného pole (FOV), numerické apertury (NA) a velikosti.
Výhody freeform optiky jsou především tyto:
- jejich kompaktní tvar
- potenciální zmenšení velikosti optických systémů
- umožnění nových optických funkcí
Vzhledem k optickým tvarům/povrchům, které mají malou nebo žádnou symetrii, má freeform optika mnoho stupňů volnosti. Jejich výroba je podobná výrobě velmi složitých asfér. Tvar povrchu a lokální změny sklonu ovlivňují složitost geometrie, výrobního procesu a měření. Díky moderním výrobním a měřicím zařízením se u nás vyrábějí i nekonvenční volné tvary a systémy. Dále nabízíme poradenství v oblasti optického designu, optických tenkých vrstev, montáže a měření bez CGH (kompletní měření včetně všech tolerancí polohy).
Referenční projekty
Váš požadavek
