 | II-VI Infrared – Produkte
F-Theta-Linsen
CO2-Laserscanner-Systeme
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Laserscanner-Systeme sind überall dort anzutreffen, wo es darum geht, mittels eines in x- und y-Richtung ausgelenkten Laserstrahles eine (2D- und/oder 3D-) Bearbeitung von Oberflächen mit höchster Präzision zu gewährleisten. Dabei spielt die Qualität der optischen Komponenten (Scanner-Spiegel und F-Theta-Linsen) eine entscheidende Rolle.
II-VI Inc. zeichnet sich durch langjährige Erfahrung in der Berechnung und Herstellung von CO2-Laseroptik-Systemen aus, die in Galvo-Scannern industriell eingesetzt werden. II-VI liefert sowohl "state-of-the-art" hochkorrigierte Einzellinsen für Markieranwendungen als auch Multilinsensysteme mit bisher unerreichter Abbildungsqualität für höchste Ansprüche in der Halbleiter-Industrie. |
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Während Standardlinsen lediglich den Laserstrahl auf einen bestimmten Fokuspunkt abbilden, sind F-Theta-Scanlinsen so beschaffen, dass sie den Fokuspunkt in höchster Qualität an beliebigen Orten des Arbeitsfeldes positionieren.
Dazu sind hochpräzise Ablenkspiegelsysteme nötig, die auch bei hohen Scangeschwindigkeiten und -Leistungsdichten keine Verzerrung des Laserstrahls bzw. des Laserstrahls bzw. des Fokuspunktes hervorrufen.
Besondere Anforderungen werden naturgemäß an die F-Theta-Optiken gestellt, bei denen es sich um speziell berechnete Linsen(-Systeme) handelt. F-Theta-Linsen werden immer nach den beweglichen Galvospiegeln positioniert (Pre-Objective-Scanning), während "normale" Linsen eingesetzt werden können, wenn der bereits fokussierte Laserstrahl – z.B. beim "Remote Welding" – abgelenkt werden soll (Post-Objective Scanning). |
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Mit Hilfe aufwendiger Ray-Tracing-Programme ist II-VI in der Lage optimierte Optiken für jede noch so spezielle Anwendung zu rechnen und mit reproduzierbarer Qualität zu fertigen. Die meisten namhaften Hersteller in der Markier- und Halbleiterindustrie haben Ihre Geräte mit II-VI-Optiken ausgerüstet.
Die Erfahrung vieler Jahre Optikentwicklung bei II-VI trägt zur Optimierung von Strahlführung und Abbildungsqualität bei, denn neben höchsten Laserleistungen kommen auch höchste Leistungsdichten immer häufiger zum Einsatz. |
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Die Eigenschaften von F-Theta-Linsen oder -Linsensystemen betreffen in erster Linie die Optimierung der Abbildungseigenschaften in Bezug auf eine definierte ebene "Bearbeitungs"-Fläche. Innerhalb dieser Fläche soll die Abbildungsqualität an jedem Punkt möglichst identisch sein.
F-Theta-Optiken sind so beschaffen, dass sie einen Brennpunkt außerhalb der optischen Achse in einer Fokusebene erzeugen, wobei die Lage des Fokuspunktes proportional dem Scan-Winkel ist. Da alle Galvo-Scannersysteme auch abbildungsbedingte Fehler aufweisen, die durch die F-Theta-Linsen nur annäherungsweise korrigiert werden können, weist jede Optik einen sogenannten F-Theta-Fehler auf. Alle Optiken sind mit Antireflex-Beschichtungen versehen, die eine hohe Transmission entsprechend der gewählten CO2-Laser Wellenlänge (9,2 bis 10,8 µm; typ. 10,6 µm) gewährleisten.
F-Theta-Linsen werden – je nach Anwendungsfall – in verschiedenen Versionen gefertigt. Bei den höchstkorrigierten Systemen mit hervorragender Auflösung (Abbildung) über das gesamte Bearbeitungsfeld handelt es sich um "telezentrische F-Theta-Linsen". Der ausgelenkte Laserstrahl wird hierbei an jedem beliebigen Punkt des ebenen Arbeitsfeldes fokussiert, mit minimalen Verlusten an Abbildungsqualität (Intensitätsverteilung, Fokusdurchmesser, Fokuslage). |
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| Standard-Spezifikationen: (abhängig von Laserstrahl- und anwendungsspezifischen Parametern) |
| Material: |
ZnSe, Ge |
| Absorption: |
ZnSe: ≤5 x 10-4 cm-1
Ge: ≤3 x 10-2 cm-1 |
| Transmission: |
≥99% pro Linse bei 10,6 µm |
| Konstruktion: |
Linsensystem bestehend aus bis zu 5 optischen Elementen |
| Wellenlängen: |
9,2 bis 10,6 µm |
| Fokus-Durchmesser: |
≥50 µm je nach Auslegung des Gesamtsystems (inkl. Laser) |
| Scan-Winkel: |
±20° typisch |
| Scan-Feld: |
≤1000 x 1000 mm2 |
| Brennweite: |
≥75 bis >1000 mm |
| Arbeitsabstand: |
≥70,0 bis > 1000 mm |
| F-Theta-Fehler: |
≥0,1% |
| Fokuslage-Fehler: |
≥100 µm, abhängig von Anzahl der Linsen |
| Linsenzentrierung: |
≤0,005 mm |
| RMS-Rauhigkeit: |
≤2,5 nm (typisch) |
Standard-Scanoptiken (Linsen und Linsensysteme)
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| m Laufe der Jahre haben sich eine Reihe verschiedenster Standard-F-Theta-Linsen/Linsensysteme bewährt, die in der nachfolgenden Liste dargestellt und kurzfristig lieferbar sind. Andere CO2-Laser-Wellenlängen, andere Optikdurchmesser (43,0 mm; 64,0 mm usw.), bzw. andere Scanfeld-Abmessungen stehen zur Verfügung. |
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Ein-Element ZnSe-/Ge-Schneidlinsen
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| Diese Standard-Scanlinsen sind für Galvo-Scanner-Systeme bis 17 mm Strahldurchmesser entwickelt worden. Es sind ungefasste Meniskuslinsen (konvex/konkav), bei denen die konkave Seite dem einfallenden Strahl zugewandt ist. Auf Wunsch können diese Optiken auch gefasst geliefert werden. Meniskus-Scanlinsen stellen einen preisgünstigen Kompromiss dar zur Minimierung von Abbildungs- und Fokuslagefehlern und zur Optimierung von Transmission und Reproduzierbarkeit. Ein-Element-Scanlinsen sind auch als Asphären mit telezentrischem Strahlengang verfügbar. Die Aberrationsverluste sind hierbei allerdings höher als bei Mehrelementsystemen. |
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Ein-Element-(Singlett-) F-Theta-Linsen
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Artikelnr.
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52188-3244
|
ZnSe
|
10
|
31,75
|
3
|
44
|
11,4
|
24,3
|
±7
|
61
|
52188-6074
|
Ge**
|
30
|
60
|
4,5
|
74,3
|
16,9
|
46,5
|
±12
|
74
|
52188-4099
|
ZnSe
|
40
|
40
|
3,6
|
99,5
|
9
|
40,5
|
±12
|
178
|
52188-50100
|
ZnSe
|
70
|
50,8
|
2,7
|
100
|
12
|
31
|
±20
|
160
|
52188-63100
|
ZnSe
|
70
|
63,5
|
3,3
|
100
|
10,5
|
37,5
|
±20
|
168
|
52188-48101
|
ZnSe
|
70
|
48
|
3
|
101,3
|
11,8
|
26
|
±20
|
144
|
52188-43150
|
ZnSe
|
80
|
43
|
4
|
149,5
|
10
|
30,5
|
±16
|
263
|
52188-51150
|
ZnSe
|
100
|
50,8
|
3,5
|
150
|
12
|
31
|
±20
|
244
|
52188-48150
|
ZnSe
|
100
|
48
|
3
|
149,2
|
11,8
|
26
|
±20
|
244
|
52188-51164
|
ZnSe
|
100
|
50,8
|
4,7
|
164
|
8
|
29
|
±18
|
313
|
52188-48200
|
ZnSe
|
140
|
48
|
4,1
|
200
|
9
|
32,5
|
±20
|
359
|
52188-48203
|
ZnSe
|
140
|
48
|
3
|
203,5
|
8,5
|
18,8
|
±20
|
414
|
52188-48201
|
ZnSe
|
140
|
48
|
3
|
200,6
|
11,8
|
26
|
±20
|
320
|
52188-63188
|
Ge**
|
110
|
63,5
|
3,4
|
188
|
14
|
40
|
±12
|
219
|
52188-48249
|
ZnSe
|
175
|
48
|
3
|
249,2
|
11,8
|
26
|
±20
|
320
|
52188-48290
|
ZnSe
|
200
|
48
|
3,9
|
290
|
9
|
23,3
|
±20
|
597
|
52188-48300
|
ZnSe
|
210
|
48
|
3
|
297,9
|
11,8
|
26
|
±20
|
483
|
52188-48360
|
ZnSe
|
250
|
48
|
3
|
362,6
|
11,8
|
26
|
±20
|
461
|
52188-481900
|
ZnSe
|
1680
|
48
|
4,9
|
1908
|
3,8
|
30
|
±12
|
***
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* für TEM00 Strahldurchmesser = 15 mm
** Nicht geeignet für Laserleistung von >100 W cw
*** auf Anfrage |
Zwei-Element ZnSe-/Ge-Scanlinsen
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Zwei-Element "Doublett" F-Theta-Optiken bieten gegenüber den normalen Meniskuslinsen den Vorteil geringerer Abbildungsfehler. Dadurch sind auch – abhängig von den verwendeten Laser-Strahlparametern – geringere nominelle Fokusdurchmesser erreichbar. Doublett-Linsen von II-VI Inc. garantieren außerdem minimale Fokus-Variation und damit geringste Abbildungsverluste über den gesamten Scanbereich.
Außer den aufgeführten Typen werden zur weiteren Verbesserung der Abbildungsqualität auch asphärische Linsen eingesetzt, die einen Fokusdurchmesser nahe der Beugungsbegrenzung gewährleisten.
Für optimale Verzeichnungsfreiheit (auch im Randbereich des Scanfeldes) werden ZnSe/ Ge-Linsenkombinationen benutzt. ZnSe/ZnSe-Systeme kommen für Leistungen >100 W cw zum Einsatz. |
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Zwei-Element-(Doublett-)-F-Theta-Linsen
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Artikelnr.
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52189-7375
|
ZnSe/Ge**
|
50
|
73
|
75
|
±20
|
100
|
52189-80100
|
ZnSe/Ge**
|
70
|
80
|
100
|
±20
|
120
|
52189-96150
|
ZnSe/Ge**
|
105
|
96
|
150
|
±20
|
170
|
52189-98200
|
ZnSe/Ge**
|
140
|
98
|
200
|
±20
|
220
|
52189-98250
|
ZnSe/Ge**
|
175
|
98
|
250
|
±20
|
280
|
52189-98300
|
ZnSe/Ge**
|
210
|
98
|
300
|
±20
|
340
|
52189-60122
|
ZnSe/ZnSe
|
70
|
60
|
122
|
±17
|
185
|
* für TEM00 Strahldurchmesser = 15 mm
** Nicht geeignet für Laserleistung von >100 W cw |
Antireflex-(AR-)Beschichtungen für F-Theta-Scanner-Linsen
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Die AR-Beschichtungen von II-VI Inc. weisen niedrigste Absorptionswerte bei gleichzeitig minimalem Restreflexions- und Streulichtanteil auf. Die für Hochleistungs CO2-Laser entwickelten dielektrischen AR- Beschichtungen sind speziell für industrielle Anwendungen ausgelegt.
Unempfindlichkeit gegenüber Umwelteinflüssen und lange Standzeiten sind herausragende Merkmale. Die Erfahrung aus mehr als 30 Jahren Optik-Design prädestiniert diese F-Q-Optiken für anspruchsvolle industrielle Anwendungen. |
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