Cómo diseñar un sistema de escaneo bidimensional con zemax
Introducción En el diseño de sistemas de imágenes, los sistemas de escaneo láser representan una parte considerable, desde el simple escaneo lineal unidimensional hasta el escaneo plano bidimensional o el escaneo estereoscópico tridimensional, estos sistemas de escaneo láser se han ido adaptando. ampliamente utilizado en muchos tipos de aplicaciones. Como marcado láser, grabado láser, escáner de perfiles 3D, escáner de códigos de barras láser, etc. Las trayectorias ópticas de estos sistemas no son muy complicadas en términos de principios de diseño. Se combinan en un sistema de escaneo completo combinando expansores de haz láser, divisores de haz, galvanómetros de escaneo, motores de escaneo, etc. [salto de página] Parámetros del sistema de escaneo
El principio de escaneo se muestra en la siguiente figura: el sistema de escaneo se divide en escaneo de galvanómetro plano y escaneo de tambor según el tipo de rotación de reflexión, y se divide en unidimensional , escaneo bidimensional y tridimensional según la trayectoria óptica, según la posición del galvanómetro y la lente de escaneo, se puede dividir en escaneo del espejo frontal y escaneo detrás del espejo. Todos los sistemas de escaneo anteriores se pueden implementar en ZEMAX y los efectos de escaneo se pueden demostrar dinámicamente. Tomemos como ejemplo el escaneo lineal unidimensional más simple para observar el proceso de diseño completo del sistema de escaneo. Necesitamos diseñar una lente, un espejo plano que gira alrededor de su propio centro. El espejo enfoca el láser en diferentes posiciones en el plano de la imagen girando en diferentes ángulos para formar un escaneo. Sabemos que un haz de luz solo puede enfocarse en una determinada posición en un ángulo de rotación. Si desea simular la posición de la trayectoria de la luz en diferentes ángulos de rotación al mismo tiempo, debe utilizar múltiples funciones de configuración (ya se presentan en detalle en). el diseño del sistema de zoom). Usamos una sola lente para reemplazar todo el grupo de lentes de escaneo. Especificaciones de lentes únicas:
EPD 10
EFFL 100
Glass BK7
Longitud de onda 0.6328um Aquí configuramos rápidamente la estructura inicial. Para conocer el proceso de diseño detallado de una sola lente, consulte el artículo técnico: Ejemplo básico de ZEMAX: diseño/conocimiento de una sola lente. item-123-ZEMAX- Singlet-Design-Optimization.html Abra el cuadro de diálogo General e ingrese el diámetro de la pupila de entrada 10 mm: Abra el cuadro de diálogo Longitud de onda e ingrese la longitud de onda 0.6328: Inserte dos nuevas superficies estándar delante de la imagen, ingrese el espesor del material y del vidrio, y establezca el número F en la última superficie de la lente. Tipo de solución, radio de curvatura de la superficie frontal de la lente y variables de configuración del espesor del espacio de la imagen:
Presione F6 para abrir el editor de función de mérito, configure el función de mérito predeterminada y optimice el radio de punto RMS:
Configuración completada Finalmente, haga clic en el botón Optar para optimizar: Necesitamos agregar un galvanómetro delante de la lente. Si está a 50 mm de la lente, Establecemos el grosor de la superficie STO del diafragma (actualmente la primera superficie) en 50 mm. Para ver el haz incidente, en la luz inserte una superficie virtual delante de la lente y el grosor también se establece en 50 mm:
Utilizamos la herramienta de adición rápida de reflector (explicada en detalle en el artículo técnico Newtonian Telescope Design), seleccionamos: Herramientas>>Coordenadas> >Agregar espejo plegado
Vemos que el espejo reflectante se convierte en la superficie de referencia global en la vista L3d:
Para establecer el haz incidente (suponiendo la salida del láser) como referencia global, puede hacer clic derecho directamente en la primera superficie y abrir el cuadro de diálogo de propiedades de la superficie. y configúrelo como plano de referencia de coordenadas globales:
Luego haga doble clic en el diagrama L3d para obtener la siguiente vista:
[pagebreak] Configuración del ángulo de escaneo bajo múltiples estructuras
Necesitamos simular la rotación del espejo. El uso de superficies de puntos de interrupción de coordenadas puede lograr varias rotaciones del componente. Aquí utilizamos directamente el método rápido para rotar el componente. Si el ángulo de escaneo completo de este sistema de escaneo es de 40 grados, el medio ángulo de rotación del espejo es de 10 grados.
Abra la herramienta: Herramientas >> Coordenadas >> Inclinación/Elementos decentes y realice los siguientes ajustes:
Se insertarán automáticamente dos superficies de punto de interrupción de coordenadas en el editor de datos de la lente, logrando Para la rotación de un solo espejo, otros componentes permanecen sin cambios:
Queremos simular la rotación del espejo en diferentes ángulos. En este caso, necesitamos usar múltiples funciones de configuración al diseñar el sistema de zoom. Tiene múltiples herramientas de configuración. Explique en detalle.
Presiona F7 para abrir el editor de configuraciones múltiples. Si queremos simular cinco estados de ángulos diferentes, entonces insertamos cuatro configuraciones más y presionamos Ctrl+Shift+Insert cuatro veces:
El espejo. Gira en diferentes ángulos para formar el estado de escaneo. Necesitamos extraer los parámetros que controlan el ángulo de rotación del espejo en múltiples configuraciones y dejar que cambien de forma independiente. Entonces lo que controla el ángulo de rotación es el parámetro Tilt About X de la tercera superficie actual, es decir, el tercer parámetro de la tercera superficie:
Seleccione el operando de este parámetro en el editor de configuración múltiple, es decir Par3/3:
Después de seleccionar este operando, ingrese los valores de los ángulos en las cinco configuraciones: -10, -5, 0, 5, 10:
Abra el diagrama L3d , haga clic derecho en la imagen para abrir el cuadro de diálogo de configuración, seleccione para mostrar todas las configuraciones, el color de la luz se distingue por la configuración:
Por supuesto, también podemos mostrar cada configuración por separado, use la tecla de acceso directo : Ctrl +A cambia la configuración.
En este punto del diseño, se ha configurado nuestra estructura simple de sistema de escaneo de líneas unidimensionales. Desde la vista, se puede ver claramente que la aberración del campo externo causada por la curvatura del campo es grande. >> se puede abrir Diagramas de puntos >> Matriz de configuración para ver el tamaño de distribución de puntos de cada configuración:
El campo de visión fuera del eje está seriamente separado del eje en el que podemos imaginarnos. La razón es que al principio solo optimizamos la calidad de imagen del eje de lente única en el campo de visión superior.
Aquí podemos realizar una optimización unificada, presione F6 para abrir la función de evaluación, haga clic en Aceptar directamente en el cuadro de diálogo de la función de evaluación predeterminada para volver a optimizar:
En este momento, nuestro escaneo El diseño del sistema ha terminado. Si está interesado en este tipo de sistema, puede agregar otro galvanómetro para formar un escaneo plano bidimensional o agregar un sistema de expansión de haz eléctrico para formar un escaneo tridimensional. En las aplicaciones avanzadas de ZEMAX, se pueden utilizar lenguajes de programación para implementar el escaneo automático.