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Holo/Or Ltd. (Israel):Holoor:ホロオア社 (イスラエル):回折型光学素子(DOE)メーカー
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引き延ばしフォーカス(ELONGATED Focus) DOE Holo/Or (Holoor)

Holo/Or社の引き延ばしフォーカス(ELONGATED Focus)シリーズは、ベッセルビームを生成し、レーザービームの伝搬軸を操作する回折光学素子(DOE:Diffractive Optical Element)です。拡張された焦点深度(DOF)と高い横方向の解像度(小さなビームウエスト)を実現する新しいソリューションです。
従来の光学素子(球面レンズ、ミラーなど)では、これら2つを同時に達成することはできません。高い横方向の解像度には高い開口数(NA)が必要ですが、焦点深度が長いと低いNAが必要になります。
Holo/Or社では、レーザースポットサイズを非常に小さく保ちながら、鋭いエッジと拡張された焦点深度を備えた焦点(シリンダー)の実現に成功しました。

原理

回折型の引き延ばしフォーカス、Holo/Or社の多焦点レンズで説明することができます。この回折型の多焦点レンズは、レーザーアプリケーションや眼科手術(眼内レンズは通常、多焦点レンズである)でよく使用される光学素子です。
多焦点レンズは、入射ビームを焦点距離(Z軸)に沿っていくつかのスポットに分割し、それぞれの位置に集光されます。回折型の引き延ばしフォーカスも同様の仕組みでありますが、特定の数の焦点に離散的に分割するのではなく、連続的な関数を生成しています。そのため入射ビームは光軸に沿って連続的に集光させることで、細長い焦点効果(長焦点深度)を生成することができます。
注意点は、光軸に沿った各平面では少量のエネルギーが焦点を結び、残りのエネルギーは焦点が合わないことになります。そのためフォーカスされていないエネルギーは、低いエネルギーのリングやロブとして現れます。

セオリー

通常のガウス型レーザービームの場合、焦点深度は次の式で定義されます。
Δ : エネルギー密度の低下
ZRx : レイリー長
M² : ビーム品質
d : ビーム径(1/e²)
F : 焦点距離(集光レンズ)
λ : 波長
Holo/Or社の引き延ばしフォーカスを使用する場合、焦点領域の長さは、素子の角度、外部レンズの焦点距離、ビーム径によって決まります。理論的には非常に長い焦点深度を実現する設計が可能ですが、その代償として中心スポットのエネルギー密度が低下します。
光学セットアップに大きな変更を加えることなくプロセスを改善するには、小さな焦点伸長で十分であり、レーザーの交換や焦点距離の変更を必要とせずに実現することができます。

焦点深度の変更

焦点深度は、次の公式より異なる集光レンズに対してスケーリングが可能です。
Δ : 焦点深度    Δ0 : 初期の焦点深度
λ : 動作波長 λ0 : 初期波長
fr : 焦点距離 fr0 : 初期の焦点距離
焦点深度を変化させるもう一つの方法は、入射ビームサイズを変化させることです。
w0 : 初期のビームサイズ

焦点深度の変化が小さい場合は、バイナリータイプの細長い焦点素子の使用を推奨いたします。これらの素子の焦点深度は、素子を使用しない場合のシステムの焦点深度と比較して、約1.5倍になります。

  • 焦点距離の増加 = 焦点深度の増加
  • ビームサイズの増加 = 焦点深度の減少

正 vs 負

次の図は「負の長焦点」と「正の長焦点」の焦点深度(DOF)の位置の違いを示しています。負の引き延ばしフォーカスの焦点深度はレンズの焦点面より後、正のタイプはレンズの焦点面より前になります。
引き延ばしフォーカスなし
負の引き延ばしフォーカス
正の引き延ばしフォーカス
例1) 引き延ばしフォーカス vs ガウシアンビーム
例2) 入射ビームサイズの違いによる比較

製品一覧

 
10600nm 1030nm 532nm 266nm 
1550nm 980nm 405nm 193nm 
1064nm 635nm 355nm  

各種データシート、図面、BBファイルなど別途あり
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