실린더 렌즈

하나의 광축을 따라 광학적 파워를 지닌 렌즈

엄격하게 제어되는 광학적 허용오차와 기하학적 허용오차

사각형 및 원형으로 이용 가능

성능에 따라 3가지 유형으로 제공: Illumination, Imaging, Beam Shaping

맞춤 제작 요청을 위한 In-House 디자인과 코팅 역량

기성 제품 보유로 즉시 배송 가능

N-BK7, UV Fused Silica, N-SF5 Substrate로 이용 가능

Cylinder lens는 레이저 다이오드의 타원형 빔을 원형 빔으로 전환, 분산형 빔을 liner detector array 위로 포커싱, 측정 시스템을 위한 light sheet의 생성, 표면 위로 laser line 투사(projection)과 같은 매우 다양한 레이저 어플리케이션에 사용되는 굉장히 중요한 부품입니다. 빛을 응집하거나 분산시키기 위해 곡면의 표면을 이용한다는 점에서 구면 렌즈와 유사성을 지니지만, 실린더 렌즈는 1차원으로만 광학적 파워를 갖기 때문에 이와 수직을 이루는 광축에서의 빛에는 아무런 영향을 미치지 않습니다. 에드몬드 옵틱스는 achromatic, acylindrical, plano-convex, plano-concave lens 형태의 다양한 실린더 렌즈를 공급하는 세계 제1의 광학 업체입니다.

주요 어플리케이션

실린더 렌즈는 laser line 생성, laser sheet 생성, 타원형 laser beam의 원형 전환과 같은 3가지의 가장 일반적인 어플리케이션을 보유합니다.

Collimated light and a PCX cylinder lens

x = (

EFL

) L

working distance: EFL + L

Collimated light and a PCV cylinder lens

x = (

EFL

) (L + EFL)

working distance: L

Laser Line

레이저와 single cylinder lens를 사용해 주어진 fan angle θ로 단일 축상에 걸쳐 분산하는 레이저 라인을 생성할 수 있습니다.

레이저 라인 생성 시 가장 중요한 파라미터는 line x의 길이와 working distance, 혹은 lens와 line 사이의 거리입니다. 생성할 레이저 라인의 특성을 규정짓는 방정식은 사용할 cylinder lens가 plano-convex인지 아니면 plano-concave인지에 따라 달라집니다.

그림 1 (왼쪽 상단): 시준된 빛과 PCX cylinder lens

그림 2 (왼쪽 하단): 시준된 빛과 PCV cylinder lens

Light Sheet

2개의 광축 상에서 분산 각도가 다른 light sheet는 1개의 collimated light source 그리고 focal length가 서로 다른 2개의 cylinder lens를 사용해 형성할 수 있습니다. Focal length 2개의 비율은 원하는 light sheet의 X와 Y축 분산 각도 또는 높이와 너비의 비율과 대략 같습니다. 레이저 라인 생성에는 동일한 방정식이 사용되지만, X와 Y축에는 별도의 방정식이 적용됩니다. 렌즈마다 만곡된 표면이 광원을 향하도록 렌즈를 위치시켜야 하며 만곡된 표면들은 90도로 사이를 두게 됩니다.

그림 3: 2개의 PCX cylinder lens를 사용해 light sheet 생성

Two PCX cylinder lenses forming a light sheet

타원빔의 원형화

시준되는 옵틱을 갖지 않는 laser diode는 비대칭 패턴으로 분산을 이룹니다. 원형의 시준 빔을 생성하는 데 있어서 구면의 옵틱은 사용이 불가능하며, 이는 동시에 양쪽 축에서 렌즈가 작용하면서 본래의 비대칭성을 유지하기 때문입니다. 수직을 이루는 한 쌍의 cylinder lens로는 광축을 1개씩 별도로 취급할 수 있습니다.

출력빔이 대칭을 이루도록 하기 위해서는, 두 cylinder lens의 focal length 비율이 X와 Y축 빔의 분산 비율과 대등해야 합니다. 다이오드는 양쪽 렌즈의 focal length에 위치합니다. 따라서, 렌즈 사이의 간격은 이들 focal length의 차이와 동일해집니다. 각각의 렌즈에서 빔의 최대 너비는 다음의 공식으로 구할 수 있습니다:

d = 2f(tan(

))

빔의 너비 (d)를 구하기 위해서는 렌즈의 focal length (f)와 광축의 분산 각도 (θ)가 사용됩니다. 각각의 렌즈가 갖는 clear aperture는 상응하는 빔의 최대 너비보다 크기가 더 커야 합니다.

그림 4: PCX cylinder lens 2개로 타원형 빔을 원형으로 전환

구매 옵션 확인하기

선택 가이드

에드몬드 옵틱스에서는 원형, 사각형, 타원형 타입의 실린더 렌즈를 공급해드립니다. UV부터 IR 범위의 다양한 무반사 코팅 옵션을 UV-AR, UV-VIS, MgF2, VIS-NIR, VIS 0°, NIR I, NIR II에서 선택할 수 있습니다. Achromatic Cylinder Lenses는 추가적으로 색상 보정 기능이 있어 색 수차를 최소화합니다. 전체 prescription data를 비롯해 2D 및 3D 모델을 다운로드할 수 있습니다.

Product Family	Wavefront Error	Surface Quality	Wedge Tolerance	Product Breadth	Chromatic Correction
Illumination Cylinder Lenses	불분명	GOOD	Undefined	Absolute Best	No
Imaging Cylinder Lenses	BETTER	GOOD	BETTER	BETTER	No
Beam Shaping Cylinder Lenses	BEST	BEST	BEST	BEST	No
Acylinder Lenses	BETTER	GOOD	GOOD	GOOD	No
Achromatic Cylinder Lenses	GOOD	BETTER	BETTER	GOOD	Yes

Illumination Cylinder Lenses
Illumination Cylinder Lenses는 EO에서 공급하는 가장 경제적인 옵션으로서 사이즈와 focal length에 있어서 가장 다양한 옵션을 갖습니다. 다만, 성능 허용오차가 타이트하지 않습니다. 비용에 민감한 조명 용도에 적합합니다. 제품 보기 장점: 크기와 focal length의 선택 범위가 넓음 비용면에서 가장 효율적인 옵션 단점: 불명확한 웨이브프런트 스펙 기하학적 허용오차에 한계가 있음

Imaging Cylinder Lenses
Imaging Cylinder Lenses는 Illumination Cylinder Lenses에 비하여 더 나은 wavefront error와 wedge tolerance를 갖기는 하지만, 표면 품질면에서는 동일하며 크기와 focal length의 옵션 범위가 넓지 않습니다. Laser line과 laser sheet를 생성하는 데 적합합니다. 제품 보기 장점: 성능과 가격면에서 균형을 이룸 단점: 최대 규격이 10 x 20mm를 넘지 않는 한정된 크기

Beam Shaping Cylinder Lenses
Beam Shaping Cylinder Lenses는 타이트하게 제어되는 허용오차와 대량 통합을 위한 최적의 가격대가 가장 바람직하게 짝을 이룬 제품입니다. Laser diode의 타원형 빔을 원형화하고 계측 시스템을 위한 light sheet의 생성, 또는 표면 위로 laser line의 투사와 같은 beam shaping 용도에 적합합니다. 제품 보기 장점: Wavefront error, surface quality, wedge와 같은 광학적 허용오차를 엄격히 제어 Plano axis wedge, power axis wedge, axial tilt와 같은 기하학적 허용오차를 엄격히 제어 가격과 품질의 적절한 조합 단점: Illumination Cylinder Lenses보다 더 고가의 비용

Acylinder Lenses
Acylinder Lenses는 구면 수차를 대폭으로 감소시켜주는 비구면 표면을 갖습니다. 회절 제한 성능을 특징으로 하며, 가느다란 라인 프로파일의 단색 광원을 생성하는 데 적합합니다. 제품 보기 장점: 회절 제한 디자인으로 얇고 뚜렷한 레이저 라인 생성 가능 단점: 가장 고가의 cylinder lens 옵션 심각한 색 수차 유발

Achromatic Cylinder Lenses
Achromatic Cylinder Lenses는 1개의 positive low-index (crown) element와 1개의 negative high-index (flint) element를 서로 접한한 구조로서 색 수차와 구면 수차를 최소화합니다. 색 보정 능력이 있어 광대역 광원과 사용하기 적합합니다. 제품 보기 장점: 색 수차 보정 기능으로 광대역 광원과 사용이 가능 구면 수차 보정 기능으로 얇은 레이저 라인 생성 가능 단점: 대다수의 cylinder lens 옵션에 비해 더 많은 비용 소모 한정된 크기와 제품 스펙 옵션

자주 묻는 질문(FAQ's)

EO의 cylinder lens는 어떠한 파장 범위를 커버합니까?

250nm - 1550nm를 커버하는 UV부터 IR 범위의 다양한 무반사 코팅 옵션을 UV-AR, UV-VIS, MgF₂, VIS-NIR, VIS 0°, NIR I, NIR II에서 선택할 수 있습니다. 200nm - 2500nm의 파장을 커버하는 비코팅 렌즈 옵션 또한 이용할 수 있습니다.

렌즈의 기반(substrate)에 사용할 수 있는 소재는 무엇입니까?

EO에서는 N-BK7, UV Fused Silica, N-SF5, N-SF11과 같은 광학 글라스로 제조되는 cylinder lens를 취급합니다.

Achromatic cylinder lens와 standard plano-convex (PCX) cylinder lens의 차이점은 무엇입니까?

PCX cylinder lenses에 사용되는 기반의 소재는 단 한 가지이지만 achromatic cylinder lenses에는 여러 소재의 기반이 사용되어 구면 수차와 색 수차 보정 능력을 갖습니다. Achromatic cylinder lenses는 가느다란 라인 프로파일이 필수이면서 1차원으로만 배율을 요구하는 용도에 적합합니다. 이러한 렌즈는 기존의 실린더 렌즈에 비해 이미지 면에서의 색/구면 수차의 우수한 감소와 같은 여러 성능적 이점을 보유합니다. Achromatic Cylinder Lenses는 LED 광원과 사용하면 라인 생성에 이상적입니다. 주된 용도로는 LED 조명 광원을 이용한 라인 생성, LED 기반의 스캐닝 장치를 이용한 우수한 포커싱이 있습니다. 아래의 그림은 Achromatic Cylinder Lens를 이용한 focused line과 standard plano-convex (PCX) cylinder lens를 이용한 focused line을 보여줍니다.

타원형 빔을 원형 빔으로 전환하기 위해 cylinder lens와 anamorphic prism pair 중 어느 것을 사용하는 게 더 유리합니까?

Anamorphic prism pair와 cylinder lens를 둘 다 사용해 단일 광축에서의 beam modulation이 가능합니다. 이러한 렌즈들 사이에는 실용적인 면에서 몇 가지 차이점이 있습니다:

Anamorphic prism pair는 공간적 소모가 적습니다
Cylinder lens는 광학적 수차로 인해 빔의 radiance profile에 영향을 미칠 수 있습니다
Cylinder lens는 빔의 위치를 변경하지 않습니다