コンパクトな光学システムでは、光学パッケージを小型に保ちながら光を一方向に制御するという、従来の球面レンズでは効率的に処理できない問題を解決する必要があることがよくあります。内視鏡、医療用画像モジュール、マシンビジョンアセンブリ、その他の精密機器では、球面レンズは一般的な画像性能を提供しますが、制限された光路内で必要なライン集束動作を常に実現できるとは限りません。

ロッドレンズは別のアプローチを提供します。円周は研磨され、両端は研磨され、シリンドリカル レンズと同様の光学的動作が得られます。ロッドレンズは、直径方向から平行光が入射した場合、光を点ではなく線として集光することができます。この特性により、ロッド光学系は、指向性集束、コンパクトな形状、制御された光透過が従来の点結像よりも重要な場合に役立ちます。

ただし、ロッド レンズの価格やロッド レンズ内視鏡を探している購入者にとって重要な質問は、単にコンポーネントの価格がいくらかということではありません。材質、直径公差、表面品質、表面形状、開口部、コーティング、および検査要件はすべて、見積もりと光学結果の両方を変更する可能性があります。

ロッドレンズがコンパクトな光路で光を制御する仕組み

ロッド レンズは、集束動作の観点からは円筒形の光学素子と考えることができます。球面レンズのように 2 つの直交する軸に同じ集束作用をもたらすのではなく、その湾曲した円周は主に光路を一方向に変更します。

この形状は、光学設計でラインフォーカスが必要な場合に特に役立ちます。

たとえば、直径 4.75 mm ±0.1 mm、長さ 12 mm ±0.2 mm のロッド レンズは、比較的コンパクトな光学フォーム ファクタを提供します。直径は主曲面光学面を定義し、長さは取り付けと光学的統合に必要な物理的寸法を提供します。

製造プロセスは公称寸法と同じくらい重要です。必要な光学面を提供するには周囲を研磨する必要があり、コンポーネントの長さと形状を制御するために両端を研磨する必要があります。円筒面に過度の凹凸があると、集束線が歪んだり太くなったりする場合があります。端面が十分に制御されていない場合、機械的な位置合わせや光学的な位置決めが予測できなくなる可能性があります。

20/10 スクラッチディグの仕様は、精密光学用途に適した管理された表面品質を示します。表面品質は表面形状と同じではありません。スクラッチディグは局所的な表面欠陥を表し、1 波長の表面不規則性仕様は光学表面の意図された形状からの偏差に対処します。

どちらもパフォーマンスに与える影響は異なります。表面仕上げが悪いと散乱が増加する可能性があり、表面形状が悪いと波面誤差が生じ、集光分布の一貫性が低下する可能性があります。

光学エンジニアにとって、2 つのロッド レンズの見積もりを比較するとき、この区別は重要です。より低い表面または寸法仕様により価格が安くなる可能性がありますが、その後コンポーネントが組み立てられたシステムで位置合わせや画像化の問題を引き起こす場合、その節約は意味がなくなる可能性があります。

ロッドレンズ内視鏡の用途: 小型光学システムにおけるライン集束

ロッドレンズと内視鏡イメージングの関係は、ロッドレンズの円筒光学的挙動と密接に関係しています。

平行光がロッドレンズの直径を通って入射する光路では、曲面によって光線の方向が変わり、ラインフォーカスが生成されます。これは、設計者が垂直軸に同じ光パワーを導入せずに 1 つの軸に沿って焦点を制御する必要があるコンパクトな光学アーキテクチャで役立ちます。

内視鏡の場合、これはパッケージングの制限に対処するのに役立ちます。医用画像アセンブリには、多くの場合、光学直径、利用可能な作業スペース、照明経路、およびコンポーネントの位置に関して厳しい制約があります。したがって、光学設計で狭い機械的エンベロープ内での指向性焦点または光伝送が必要な場合は、ロッド レンズを検討できます。

内視鏡やイメージング システムが可視スペクトル外で動作する場合、材料の選択は特に重要になります。

ECOPTIK は、光学ガラスと UV 溶融石英をベースとしたロッド レンズ基板を提供しており、コンポーネントをさまざまな波長範囲に適合させることができます。 UV 用途では、その紫外線透過特性により、溶融シリカがよく検討されます。可視光システムでは、光学設計に応じて適切な光学ガラスまたは溶融石英を使用できますが、NIR アプリケーションでは基板の透過範囲と吸収特性に注意する必要があります。

提供された仕様は、これらの要素がどのように相互作用するかを示しています。ロッド レンズは、OH <10 ppm の IR 透過性溶融シリカを使用しています。これは、該当する赤外線/NIR 帯域での低吸収および透過性能が重要な場合に関連する材料仕様です。

有効開口は、コンポーネント全体の使用可能な光学領域に対応して、長さ 10 mm にわたって 4.75 mm と指定されています。内視鏡やコンパクトなイメージング システムの場合、有効口径は個別の購入詳細として扱うのではなく、直径と並行して考慮する必要があります。公称直径は、表面全体が有効な光学開口として利用できることを自動的に意味するものではありません。

コーティングも重要な考慮事項です。この特定のロッド レンズは、780 nm を中心とし、AOI 22° の MgF₂ ハード コーティングを使用しています。コーティングの波長と入射角は、実際の光路に対して評価する必要があります。 780 nm 付近で設計されたコーティングは、実質的に異なる波長で動作するシステムよりも、動作スペクトルと入射条件がその設計と互換性のあるシステムにとってより意味があります。

このため、コーティングの仕様は、内視鏡の照明源、検出器の応答、使用波長、光線角度とは独立して選択すべきではありません。

ロッドレンズの価格は何で決まるのでしょうか？

光学的および機械的仕様を定義せずに、ロッド レンズに有効な単一の価格はありません。 B2B 調達では、通常、見積書にはコンポーネントの背後にある製造の難易度や検査要件が反映されます。

1. 基板材質

石英ガラス、光学ガラス、その他の光学材料には、原材料コスト、透過特性、熱特性、加工要件が異なります。したがって、UV または特殊な NIR 透過用に選択された材料は、標準の可視光光学ガラスとは異なるコスト構造を持つ可能性があります。

2. 直径と長さの許容差

直径 4.75 mm ±0.1 mm、長さ 12 mm ±0.2 mm の仕様には、制御された寸法加工が必要です。一般に、公差が厳しくなると、追加の加工制御、測定、および歩留り管理が必要になります。

内視鏡アセンブリがより緊密な嵌合や正確に制御された光学位置を必要とする場合、購入者は利用可能な最も厳しい仕様を自動的に選択するのではなく、公差要件と機械設計を比較する必要があります。

3. 表面品質

20/10 のスクラッチ ディグ要件では、それほど厳しくない商用仕様よりも、研磨された光学表面のより適切な制御が要求されます。表面欠陥は散乱光や不要な迷光の原因となる可能性があり、高感度の画像処理システムでは特に顕著になる可能性があります。

4. 表面形状

光学面の形状精度を左右する1波長面凹凸仕様。ロッド レンズの場合、円筒面が指向性焦点の動作に関与するため、これは重要です。表面形状の偏差により、集束線の形状や均一性が変化する可能性があります。

5. コーティング

コーティングのコストは、材料システム、波長範囲、入射角、耐久性要件、コーティング領域、および性能仕様によって異なります。したがって、780 nm を中心とする MgF2 ハード コーティングは、単に追加された層ではありません。それは光学設計の一部です。

6. 明確な絞りとカスタム形状

より大きな使用可能な開口部、より厳しいエッジ要件、カスタムベベル、特殊な長さ、または非標準の寸法公差により、製造および検査の複雑さが増大する可能性があります。

7. 検査と文書化

高精度光学機器の購入者は、干渉測定、寸法レポート、伝送データ、またはバッチ検査を必要とする場合があります。これらの要件により、納入された光学部品がシステムの設計想定を満たしていることを購入者が検証できるようになるため、調達プロセスに付加価値が生じます。

ロッドレンズ購入に関するよくある質問

ロッドレンズの値段はいくらですか？

ロッドレンズの価格は、材質、寸法、公差、表面品質、表面形状、コーティング、数量、検査要件によって異なります。したがって、意味のある見積もりは、直径だけではなく完全な光学仕様に基づいている必要があります。

ロッドレンズは内視鏡内でどのように機能しますか?

研磨された円筒形の周囲により、円筒レンズと同様の光学的動作が得られます。ロッドレンズはコリメート光が直径方向を通過する場合、光を線状に集光できるため、方向集束が必要なコンパクトな光路に役立ちます。

ロッドレンズとシリンダーレンズの違いは何ですか?

それらの光学的動作は類似している可能性がありますが、機械的形状と意図された統合は異なる場合があります。ロッド レンズは、研磨された周囲と研磨された端を備えた棒状の​​形状を使用しますが、円筒レンズは一般に、独自の光学的および機械的構成に従って指定および取り付けられます。正しい選択は、光学レイアウト、絞り、パッケージング、および取り付け方法によって異なります。

UV、可視、NIR アプリケーションに適した材料は何ですか?

最初に動作波長を確立する必要があります。 UV システムでは通常、適切な紫外線透過率を備えた材料が必要ですが、可視および近赤外の設計では、透過率、吸収、熱挙動、およびシステム要件に応じて異なる光学ガラスまたは溶融シリカを使用できます。

内視鏡用ロッドレンズはどうやって選べばいいですか？

波長、必要な光学機能、利用可能な直径と長さ、有効開口、加工形状、表面品質、表面形状、コーティング波長、入射角から始めます。したがって、ロッド レンズは、独立したコンポーネントとしてではなく、完全な光路の一部として評価される必要があります。

ECOPTIK: 精密ロッドレンズの製造と光学検証

ECOPTIK は 15 年間にわたって光学コンポーネント製造技術を研究し、制御された光学性能とカスタマイズされたコンポーネント仕様を必要とするアプリケーションに対応しています。その製品範囲には、ドーム、球面レンズ、マイクロ光学部品、円筒ミラー、フィルター、プリズム、窓、その他の精密光学部品が含まれます。

ロッド レンズの製造では、Schott、CDGM、Corning のガラスのほか、用途に特定の光学特性が必要な場合には、サファイア、CaF₂、MgF₂、溶融シリカ、Si、ZnSe、ZnS などの材料を選択できます。 ECOPTIK は、顧客向けに個々の光学素子を完全なモジュールに統合するレンズ組立サービスも提供しています。

測定機能は精密光学部品の製造において重要な部分です。 ECOPTIK は、光学テストと寸法テストに ZYGO レーザー干渉計、ZEISS CMM Spectrum、Agilent Cary 7000 UMS を使用しており、対応する製品レポートを提供できます。

ロッドレンズの価格を比較する購入者にとって、実際的なアプローチは、本体価格だけではなく完全な仕様を比較することです。内視鏡や高精度イメージング システムの場合、必要な材質、絞り、寸法公差、表面形状、表面品質、コーティング条件を満たすロッド レンズを使用すると、組み立てプロセスの後半で光学的な再加工や位置合わせの問題が発生するリスクを軽減できます。したがって、正しい仕様とは、システムに必要のない公差やパフォーマンスを支払うことなく、実際の光路を満たす仕様のことです。