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2 つのプリズムは、同じ研磨ラインで同じ図面を作成しても、完成した機器内で異なる動作をする可能性があります。ガラスが原因であることはほとんどありません。角度の許容差、研磨面の形状、実際のビームにコーティングがどのように耐えるかによって、部品が何年も位置合わせを維持できるか、それとも数か月以内に仕様から外れてしまうかが決まります。
光学プリズムは、定義された角度で交わる平坦な研磨面で囲まれた透明な固体です。 1 つの面に入った光はガラスと空気の境界で屈折し、材料中を進み、出射面で再び屈折するか内部で反射するため、非常に小さな体積内でビームが偏向、分散、回転、または折り畳まれることがあります。
光学プリズムの定義: 少なくとも 2 つの平らな研磨面を備えた固体透明要素。制御された屈折と全反射によって光を偏向、分散、回転、または反射するために使用されます。
実際のシステムでは、その 1 つの定義で 5 つの異なるジョブがカバーされ、各ジョブが異なる仕様を図面の前面に押し出します。
- ビームを固定角度（通常は 90 度または 180 度）だけ偏向させます。
- 白色光を別々の波長に分散して測定
- 長い光路を短い機械的エンベロープに折り畳む
- レンズを追加せずに画像を回転または反転する
- モニタリングのためのビームの分割、結合、またはサンプリング
光学プリズムが光を曲げるしくみ
ガラスは空気よりも屈折率が高いため、プリズムは光を曲げます。そのため、ビームは研磨面を横切るたびに方向が変わります。
その変化の規模はスネルの法則に従い、エントリー時に 1 回、エグジット時に 1 回の 2 回適用されます。合計の偏差は、プリズムの頂角、材料の屈折率、光の波長によって異なります。波長が短くなるにつれて屈折率が上昇するため、青色の光は赤色の光よりも大きく逸脱し、プリズムから出るビームはスペクトルに広がります。教室でのデモンストレーション作品から分光計のフロントエンドに至るまで、すべての分散プリズムはこの原理に基づいて動作します。
全反射はプリズムに 2 番目の役割を与えます。 N-BK7 では、臨界角は約 41.2 度にあるため、内側の 45 度の面に当たる光は、ほとんど損失なく、金属コーティングなしで反射されます。この方法で使用される直角プリズムはミラーの代わりとなり、コーティング劣化のリスクを排除し、反射ビームを入射面に対して一定の位置に保ちます。
N-BK7 の 60 度等辺プリズムは、587.6 nm で約 38.7 度の最小偏差を生成します。頂角を 1 分角移動すると、出射ビームもそれに伴って移動します。プリズムの図面では角度がミリメートルではなく分角と秒角で示されているのはこのためです。
光学プリズムの種類とそれぞれの役割
ほとんどのプリズム次数は 7 つの標準幾何学に分類され、それぞれが異なる制御仕様によって管理されます。
| プリズムタイプ | 光学作用 | 代表的な用途 | 制御する仕様 |
| 直角プリズム | 内部反射によりビームを 90 度、またはペアで使用すると 180 度偏向します。 | 潜望鏡、ビューファインダー、ビームステアリング | 2本の脚の間の角度と斜辺の平面度 |
| ポロプリズム | 2回の内部反射、180度偏向、像正立 | 双眼鏡、観察器具 | マッチドペアの角度許容差 |
| ダハプリズム | 屋根の端に沿った画像の正立時の 90 度の偏向 | 小型望遠鏡、カメラ | 屋根の角度誤差 (秒角) と屋根エッジのチップ制限 |
| ダブプリズム | 機械的回転速度の 2 倍で画像を回転します | アライメント望遠鏡、干渉計 | 端面平行度と長さ対開口率の比 |
| ペリン・ブローカ・プリズム | 選択した 1 つの波長で 90 度の一定の偏差 | 分光、波長選択 | 頂角と材料分散 |
| 等辺分散プリズム | 屈折によって波長を分離する | 分光測定、レーザーチューニング、光学系の教育 | 頂角、ガラスの均質性、表面品質 |
| ウェッジプリズム | 小さく制御されたビーム偏差 | ビームステアリング、光学補正 | ウェッジ角度 (分角) |
ジオメトリは仕様の半分にすぎません。同じ直角プリズムでも、反射防止コーティングの有無にかかわらず、研磨または微研磨された脚を備えた状態で供給できます。また、一般グレードと精密グレードでは角度公差が 1 桁異なります。
設計で複数のプリズムを連続して使用する場合、公差は平均化されるのではなく、増加します。それぞれ単独では使用できる 1 対のポロ プリズムでも、一緒に取り付けると、傾いた画像や回転した画像を生成することができます。
カスタムの光の方向と分散を実現する光学プリズムの範囲 分光計、顕微鏡、望遠鏡、ディスプレイ、収差補正で光を方向付け、反射、分散するための光学プリズムとライト ガイド ブロックを調べます。 製品を見る→ 購入者は注文前に仕様を確認する必要があります
プリズムがシステム内で機能するかどうかは、角度公差、表面の平坦度、表面品質、有効開口、コーティング性能の 5 つの仕様によって決まります。図面上の他のものはすべて、これら 5 つに二次的なものです。
| 仕様 | 代表的な範囲 | 間違っていたらどうなるか |
| 角度許容差 | 一般 3 秒角、30 秒角の精度、5 秒角の高精度 | マウント調整では完全に修正できないビーム指向エラー |
| 表面平坦度 | 632.8 nm で 4 分の 1 波から 10 分の 1 波まで | 波面の歪み、スポットサイズの拡大、解像度の低下 |
| 表面品質 | 一般的なスクラッチディグ 60 ～ 40、レーザー用 20 ～ 10 | 飛散、コーティング欠陥、損傷閾値の低下 |
| クリア絞り | 顔の寸法の 80 ～ 90% | エッジでのケラレとビームクリッピング |
| 面取り | 45度で0.2～0.5mm | 永続的な散乱源となるエッジチッピング |
| コーティング | 表面あたり 0.5% 未満の反射防止 | ゴースト反射、スループット損失、電力供給時のコーティング欠陥 |
30 秒角の角度誤差により、1 メートル移動した後にビームが約 0.15 mm 変位します。これを折り列の表面全体に掛け合わせると、抽象的な公差ではなくなり、テストベンチ上で目に見える位置合わせの問題になります。
受信検査は、これらのエラーを見つけるのに最も安価な場所です。短く反復可能なシーケンスにより、生産ラインに到達するほぼすべてのものが捕捉されます。
- 測定を開始する前に、材料証明書と指数グレードを図面と照合してください。
- 部品がまだ保護ラップに包まれている間に、ゴニオメータまたはオートコリメータで角度を測定します。
- 中心だけでなく、開口部全体にわたって干渉計を使用して表面形状を確認します。
- 設計波長でのコーティングの透過率または反射率を検証し、パルスビームの損傷閾値を確認します。
- 寸法、面取り、ロットのトレーサビリティを検査ログに記録し、後の不良をバッチまで追跡できるようにします。
このチェックリストの完全版は、調達および設計チーム向けに作成されており、 カスタム光学プリズムの選択ガイド .
性能を変える素材とコーティング
N-BK7 は、可視および近赤外線の作業用のデフォルトのプリズム材料のままです。コストよりも熱安定性、透過範囲、分散が重要な場合は、溶融シリカ、サファイア、高屈折率ガラスが優先されます。
コーティングは基板と同様に性能も変化させるため、トレードオフは通常、コストだけではなくビーム出力によって決まります。
コーティングされていないプリズム
- N-BK7 の表面あたり約 4% のフレネル反射
- 単価は安く、リードタイムは最短
- 劣化したり燃えたりするコーティング層がない
- 照明、観察、低電力デモンストレーション作業に使用可能
反射防止コーティングされたプリズム
- 反射率は単層で 0.5% 未満、広帯域設計では 0.2% 未満
- マルチプリズムアセンブリ全体のスループットの向上
- ゴーストイメージと迷光の低減
- パルスレーザーの使用には損傷閾値を指定する必要があります
パルスレーザーの場合、コーティングの損傷閾値は透過率よりも重要です。エネルギーの 4 パーセントの損失は簡単に受け入れられます。ビームが照射するフルエンスでコーティングが機能しなくなると、光路が永久に終了します。
光学プリズムが使用される場所
光学プリズムは、限られたスペース内でビームを折り畳んだり、分割したり、安定させたりする必要がある場所にはどこにでも使用され、同じ部品が紙の上では無関係に見える業界に役立つことがよくあります。
- 医療画像検査と内視鏡検査 、プリズムアセンブリは、幅わずか数ミリメートルのチューブ内で像の経路を折り畳んでいます。
- 自動車センシングとLiDAR 、可動部品なしでプリズムがビームを操縦し、分割します。
- 分光法とレーザー調整 、分散プリズムが測定用の波長を分離します。
- 双眼鏡、望遠鏡、潜望鏡 、ポロ、ルーフ、ダブプリズムが画像を正立させたり回転させたりする場所
- 工作機械でのレーザービーム折り曲げ 、コーティングされた直角プリズムがビーム経路を短く保ちます。
- マシンビジョンと干渉計 、平面度と角度の安定性が測定精度を左右します。
医療用内視鏡の内部では、プリズム アセンブリがミリメートル単位のハウジング内で光路を 90 度折り曲げる必要があります。このスケールで欠けた角は画像に直接散乱を引き起こすため、エッジの品質と取り付け形状は光学的な形状とほぼ同じくらい重要になります。
プリズムが単独で使用されることはほとんどありません。これらは通常、プリズムが方向、分散、または配向を処理しながら焦点を合わせるレンズと組み合わせられるため、多くの場合、単一のアセンブリには同じアライメント予算に対して指定された両方のコンポーネントが必要になります。
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プリズムの見積もりは、それに添付されている図面と同じくらい正確です。サプライヤーは形状ではなく公差スタックに基づいて価格を設定するため、不完全な図面では価格が水増しされるか、または到着時に不良品となる部品が生成されます。
光学仕様
- 材質と指数グレード
- 公差付きの頂角
- 表面平坦度 at the test wavelength
- スクラッチ・ディグの表面品質
- クリア絞り as a percentage of face
- コーティング curve and required reflectance or transmission
機械仕様
- 外形寸法公差付き
- 面取り size and angle
- 取り付け面と基準エッジ
- 組み立て時のマーク
- 空中または手持ちビルドの重量制限
コマーシャル情報
- 試作・生産数量
- 検査報告書レベルが必要
- 梱包とクリーンルームでの取り扱いのニーズ
- お届け予定とお届け先
- ロットのトレーサビリティ要件
同じプリズムの試作価格と製造価格は、1 個あたり 30% 以上異なることがよくあります。工具、ブロッキング治具、コーティングの実行はさまざまな量で償却されるため、各段階を個別に見積もったほうが、単一の数値を混ぜ合わせた場合よりも明確な全体像が得られます。
使用波長とビームパワーを添えて図面を当社までお送りください。 エンジニアリングチーム また、公差のレビューは通常、最初の部品が到着した後ではなく、見積書と同時に完了できます。
光学プリズムに関するよくある質問
光学プリズムとレンズの違いは何ですか?
レンズは曲面を持ち、光を収束または発散させることで像を形成します。プリズムは平らに研磨された表面を持ち、それ自体では像を形成せずに光の方向、分散、または配向を変更します。この 2 つは、1 つのアセンブリに組み合わされることがよくあります。プリズムが折り畳まれて経路を方向付けし、レンズが焦点を合わせます。
プリズム角度の公差はどれくらい厳密にすべきですか?
システムの予算から逆算して計算します。一般的な照明および観察機器は通常、数分角を許容します。イメージング、計測、干渉計には通常 30 秒角以上の時間が必要です。複数の要素からなるアセンブリ内に位置するプリズムは、温度が上昇しても位置合わせを維持する必要があるため、5 秒角を必要とする場合があり、マウントの設計はそれをサポートする必要があります。
プリズムの材質は何を選べばよいですか？
N-BK7 は、中程度の温度で最も可視的な近赤外線作業をカバーします。溶融シリカは、深紫外透過率、熱安定性、およびより高いレーザー損傷耐性に適しています。サファイアは、より困難な処理を犠牲にして、過酷な環境や赤外線帯域に対応します。 N-SF11 などの高屈折率ガラスでは、頂角が小さいほど偏差が大きくなり、分散プリズムがコンパクトに保たれます。
カスタムプリズムは少量でも生産できますか?
はい。数個の試作を行うのは日常的なことであり、制限要因となるのは通常、コーティングのバッチ サイズと、特殊な形状のブロックや研磨に必要な工具です。最初の問い合わせ時に公差を含む完全な図面を提供すると、見積もりから最初の記事までのパスが短縮されます。
価格について議論する前に、検査報告書を求めてください。初品検査に合格しない安価なプリズムは、正しく指定されたプリズムよりもプログラム時間の損失が大きくなります。
苏公网安备32041102000130号