Zoekopdracht
nlTwee prisma's kunnen dezelfde polijstlijn verlaten met identieke tekeningen en zich toch verschillend gedragen in een voltooid instrument. Het glas is zelden de reden. Hoektolerantie, de vorm van de gepolijste vlakken en de manier waarop de coating de echte straal overleeft, bepalen of het onderdeel jarenlang uitgelijnd blijft of binnen enkele maanden buiten de specificaties valt.
Een optisch prisma is een transparante vaste stof die wordt begrensd door platte, gepolijste oppervlakken die elkaar onder gedefinieerde hoeken ontmoeten. Licht dat aan de ene kant binnenkomt, wordt gebroken aan de grens tussen glas en lucht, reist door het materiaal en breekt dan opnieuw aan de uitgangskant of reflecteert intern, zodat een straal kan worden afgebogen, verspreid, geroteerd of gevouwen binnen een heel klein volume.
Definitie van een optisch prisma: een stevig transparant element met ten minste twee vlakke gepolijste oppervlakken, gebruikt om licht af te wijken, te verspreiden, te roteren of te reflecteren door middel van gecontroleerde breking en totale interne reflectie.
In praktische systemen omvat die ene definitie vijf verschillende taken, en elke taak schuift een andere specificatie naar de voorkant van de tekening:
- Een straal afwijken met een vaste hoek, meestal 90 of 180 graden
- Het verspreiden van wit licht in afzonderlijke golflengten voor metingen
- Het vouwen van een lang optisch pad in een korte mechanische envelop
- Een afbeelding roteren of omkeren zonder lenzen toe te voegen
- Het splitsen, combineren of bemonsteren van een bundel voor monitoring
Hoe een optisch prisma licht buigt
Een prisma buigt licht omdat glas een hogere brekingsindex heeft dan lucht, zodat de straal van richting verandert bij elk gepolijst oppervlak dat hij passeert.
De omvang van die verandering volgt de wet van Snell, die twee keer wordt toegepast: één keer bij binnenkomst en één keer bij vertrek. De totale afwijking hangt af van de tophoek van het prisma, de brekingsindex van het materiaal en de golflengte van het licht. Omdat de index stijgt naarmate de golflengte korter wordt, wijkt blauw licht meer af dan rood licht, en verspreidt de straal die het prisma verlaat zich in een spectrum. Elk verstrooiend prisma, van een demonstratiestuk in een klaslokaal tot de voorkant van een spectrometer, werkt volgens dat principe.
Totale interne reflectie geeft prisma's een tweede rol. In N-BK7 ligt de kritische hoek op ongeveer 41,2 graden, dus licht dat op een intern oppervlak van 45 graden valt, reflecteert vrijwel zonder verlies en zonder enige metalen coating. Een op deze manier gebruikt rechthoekig prisma vervangt een spiegel, elimineert het risico van aantasting van de coating en houdt de gereflecteerde straal op een vaste positie ten opzichte van het ingangsvlak.
Een gelijkzijdig prisma van 60 graden in N-BK7 produceert een minimale afwijking van ongeveer 38,7 graden bij 587,6 nm. Verschuift de tophoek één boogminuut en de uitgangsbundel verschuift mee. Daarom vermelden prismatekeningen hoeken in boogminuten en boogseconden in plaats van in millimeters.
Soorten optische prisma's en wat ze allemaal doen
De meeste prisma-orden vallen onder zeven standaardgeometrieën, en elke geometrie wordt beheerst door een andere besturingsspecificatie.
| Prisma-type | Optische actie | Typische toepassing | Specificatie om te controleren |
| Rechthoekig prisma | Laat de straal 90 graden afwijken door interne reflectie, of 180 graden bij gebruik in paren | Periscopen, zoekers, straalbesturing | Hoek tussen de twee benen en vlakheid van de hypotenusa |
| Porro-prisma | Twee interne reflecties, afwijking van 180 graden, beeldopbouw | Verrekijkers, observatie-instrumenten | Hoektolerantie van overeenkomend paar |
| Dak prisma | 90 graden afwijking bij beeldopstelling langs een dakrand | Compacte telescopen, camera's | Dakhoekfout in boogseconden en spaanlimiet van de dakrand |
| Duif prisma | Roteert de afbeelding met tweemaal de mechanische rotatiesnelheid | Uitlijningstelescopen, interferometers | Evenwijdigheid van het eindvlak en verhouding tussen lengte en opening |
| Pellin-Broca-prisma | 90 graden constante afwijking bij één geselecteerde golflengte | Spectroscopie, golflengteselectie | Apexhoek en materiaalspreiding |
| Gelijkzijdig verspreidend prisma | Scheidt golflengten door breking | Spectrometrie, lasertuning, lesgeven in optica | Tophoek, homogeniteit van het glas, oppervlaktekwaliteit |
| Wigprisma | Kleine, gecontroleerde straalafwijking | Beamsturing, optische correctie | Wighoek in boogminuten |
Geometrie is slechts de helft van de specificatie. Hetzelfde rechthoekige prisma kan worden geleverd met gepolijste of fijngeslepen poten, met of zonder antireflectiecoating, en met hoektoleranties die een orde van grootte verschillen tussen een algemene kwaliteit en een precisiekwaliteit.
Wanneer een ontwerp meerdere prisma's in serie gebruikt, worden de toleranties eerder groter dan gemiddeld. Een paar Porro-prisma's die elk op zichzelf acceptabel zijn, kunnen nog steeds een gekanteld of geroteerd beeld produceren als ze samen worden gemonteerd.
Optisch prismabereik voor aangepaste lichtrichting en -verspreiding Ontdek optische prisma's en lichtgeleiderblokken voor het richten, reflecteren of verspreiden van licht in spectrometers, microscopen, telescopen, displays en aberratiecorrectie. Bekijk Product → Specificaties die kopers moeten verifiëren voordat ze bestellen
Vijf specificaties bepalen of een prisma in een systeem werkt: hoektolerantie, vlakheid van het oppervlak, oppervlaktekwaliteit, vrije opening en coatingprestaties. Al het andere op de tekening is ondergeschikt aan die vijf.
| Specificatie | Typisch bereik | Wat gebeurt er als het mis is |
| Hoektolerantie | 3 boogminuten algemeen, 30 boogseconden precisie, 5 boogseconden hoge precisie | Richtingsfout van de straal die geen enkele aanpassing van de montage volledig kan corrigeren |
| Oppervlakte vlakheid | Kwartgolf tot een tiende golf bij 632,8 nm | Golffrontvervorming, vergrote spotgrootte, verloren resolutie |
| Oppervlaktekwaliteit | 60-40 krasgraven algemeen, 20-10 voor lasergebruik | Verstrooiing, coatingdefecten, verminderde schadedrempel |
| Helder diafragma | 80 tot 90 procent van de gezichtsafmeting | Vignettering en beam-clipping aan de randen |
| Afschuining | 0,2 tot 0,5 mm bij 45 graden | Randchips die een permanente bron van verstrooiing worden |
| Coating | Ontspiegeld minder dan 0,5 procent per oppervlak | Spookreflecties, doorvoerverlies, coatingfalen onder stroom |
Een hoekfout van 30 boogseconden verplaatst de straal met ongeveer 0,15 mm na een verplaatsing van één meter. Vermenigvuldig dat over de oppervlakken in een vouwtrein en het is niet langer een abstracte tolerantie en wordt een zichtbaar uitlijningsprobleem op de testbank.
Inkomende inspectie is de goedkoopste plaats om die fouten op te sporen. Een korte, herhaalbare reeks vangt vrijwel alles op dat een productielijn bereikt:
- Zorg ervoor dat het materiaalcertificaat en de indexkwaliteit overeenkomen met de tekening voordat met een meting wordt begonnen.
- Meet de hoek op een goniometer of autocollimator terwijl het onderdeel nog in de beschermende verpakking zit.
- Controleer het oppervlaktebeeld met een interferometer over de volledige vrije opening, niet alleen in het midden.
- Controleer de transmissie of reflectie van de coating bij de ontwerpgolflengte en bevestig de schadedrempel voor gepulseerde stralen.
- Leg afmetingen, afschuining en traceerbaarheid van de partij vast in het inspectielogboek, zodat een latere fout kan worden herleid tot een batch.
Een volledigere versie van deze checklist, geschreven voor inkoop- en ontwerpteams, vindt u in onze gids voor het kiezen van een op maat gemaakt optisch prisma .
Materialen en coatings die de prestaties veranderen
N-BK7 blijft het standaardprismamateriaal voor zichtbaar en nabij-infraroodwerk; gesmolten silica, saffier en glazen met een hoge index nemen het over wanneer thermische stabiliteit, transmissiebereik of dispersie belangrijker zijn dan de kosten.
Coating verandert de prestaties net zo veel als het substraat, en de afweging wordt meestal bepaald door het straalvermogen en niet alleen door de kosten.
Ongecoat prisma
- Fresnel-reflectie van ongeveer 4 procent per oppervlak in N-BK7
- Laagste eenheidskosten en de kortste doorlooptijd
- Geen coatinglaag die afbreekt of verbrandt
- Acceptabel voor verlichting, bezichtiging en demonstratiewerk met laag vermogen
Prisma met antireflectiecoating
- Reflectie minder dan 0,5 procent voor een enkele laag, minder dan 0,2 procent voor breedbandontwerpen
- Hogere doorvoer bij multi-prisma-assemblages
- Minder spookbeelden en strooilicht
- Voor gebruik van gepulseerde lasers moet de schadedrempel worden gespecificeerd
Voor gepulseerde lasers is de schadedrempel van de coating belangrijker dan de transmissie. Het verliezen van vier procent van de energie is gemakkelijk te accepteren; een coating die faalt onder de invloed van uw straal, beëindigt het lichtpad permanent.
Waar optische prisma's worden gebruikt
Optische prisma's verschijnen overal waar een straal binnen een beperkte ruimte moet worden gevouwen, gesplitst of gestabiliseerd, en hetzelfde onderdeel wordt vaak gebruikt in industrieën die op papier niets met elkaar te maken hebben.
- Medische beeldvorming en endoscopie , waarbij prismaconstructies het beeldpad in buizen vouwen die slechts enkele millimeters breed zijn
- Autodetectie en LiDAR , waar prisma's sturen en balken splitsen zonder bewegende delen
- Spectroscopie en lasertuning , waarbij verspreidende prisma's golflengten scheiden voor metingen
- Verrekijkers, telescopen en periscopen , waar Porro-, dak- en Dove-prisma's beelden oprichten en roteren
- Laserstraalvouwen op werktuigmachines , waarbij een gecoat rechthoekig prisma het straalpad kort houdt
- Machine vision en interferometrie , waarbij vlakheid en hoekstabiliteit de meetnauwkeurigheid bepalen
In een medische endoscoop moet het prismasamenstel het optische pad 90 graden vouwen binnen een behuizing gemeten in millimeters. Randkwaliteit en montagegeometrie zijn uiteindelijk bijna net zo belangrijk als het optische cijfer, omdat een afgebroken hoek op die schaal verstrooiing rechtstreeks in het beeld gooit.
Prisma's worden zelden alleen gebruikt. Ze worden normaal gesproken gecombineerd met lenzen die scherpstellen, terwijl het prisma de richting, spreiding of oriëntatie regelt, dus voor een enkele montage zijn vaak beide componenten nodig tegen hetzelfde uitlijningsbudget.
Assortiment optische lenzen voor scherpstellen, collimeren en aangepaste toepassingen Blader door optische lenzen van plano-convexe tot complexe niet-sferische typen voor beveiliging, metingen, consumentenelektronica, lasersystemen en aangepaste autotoepassingen. Bekijk Product → Wat te verzenden met een prisma-offerteaanvraag
Een prisma-offerte is slechts zo nauwkeurig als de tekening die eraan is bevestigd. Leveranciers prijzen op basis van de tolerantiestapel, niet op basis van de vorm, dus een onvolledige tekening levert een opgevulde prijs op of een onderdeel dat bij aankomst kapot gaat.
Optische specificatie
- Materiaal en indexkwaliteit
- Tophoek met tolerantie
- Oppervlakte vlakheid at the test wavelength
- Oppervlaktekwaliteit
- Helder diafragma as a percentage of face
- Coatingcurve en vereiste reflectiecoëfficiënt of transmissie
Mechanische specificatie
- Buitenafmetingen met toleranties
- Afschuining size and angle
- Montagevlakken en referentieranden
- Oriëntatiemarkeringen voor montage
- Gewichtslimiet voor constructies in de lucht of in de hand
Commerciële informatie
- Prototype en productieaantallen
- Niveau van inspectierapport vereist
- Verpakkings- en cleanroom-verwerkingsbehoeften
- Leveringsschema en bestemming
- Vereisten voor traceerbaarheid van partijen
Prototype- en productieprijzen voor hetzelfde prisma verschillen vaak 30 procent of meer per stuk. Gereedschappen, blokkeringsarmaturen en coatingruns worden over verschillende hoeveelheden afgeschreven, dus het afzonderlijk citeren van elke fase geeft een duidelijker beeld dan één enkel gemengd cijfer.
Stuur de tekening samen met de bedrijfsgolflengte en het straalvermogen naar ons technisch team en de tolerantiebeoordeling kan meestal naast de offerte worden afgerond, in plaats van nadat de eerste onderdelen zijn gearriveerd.
Veelgestelde vragen over optische prisma's
Wat is het verschil tussen een optisch prisma en een lens?
Een lens heeft gebogen oppervlakken en vormt een beeld door convergerend of divergerend licht. Een prisma heeft vlakke, gepolijste oppervlakken en verandert de richting, spreiding of oriëntatie van het licht zonder zelf een beeld te vormen. De twee worden vaak gecombineerd in één geheel: het prisma vouwt en oriënteert het pad, de lens zorgt voor de scherpstelling.
Hoe krap moet de prismahoektolerantie zijn?
Werk terug vanuit het systeembudget. Algemene verlichting en kijkinstrumenten tolereren doorgaans enkele boogminuten. Beeldvorming, metrologie en interferometrie hebben normaal gesproken 30 boogseconden of beter nodig. Een prisma dat in een samenstel met meerdere elementen zit en dat bij hoge temperaturen uitgelijnd moet blijven, heeft mogelijk vijf boogseconden nodig, en het ontwerp van de houder moet dat ondersteunen.
Welk materiaal moet ik kiezen voor een prisma?
N-BK7 dekt het meeste zichtbare en nabij-infrarode werk bij gematigde temperaturen. Gesmolten silica is geschikt voor diepe ultraviolette transmissie, thermische stabiliteit en hogere weerstand tegen laserschade. Sapphire kan omgaan met zware omstandigheden en infraroodbanden, wat ten koste gaat van een hardere verwerking. Een glas met een hoge index, zoals N-SF11, geeft een grotere afwijking van een kleinere tophoek, waardoor verspreidende prisma's compact blijven.
Kunnen op maat gemaakte prisma's in kleine hoeveelheden worden geproduceerd?
Ja. Prototyperuns van een paar stuks zijn routine, en de beperkende factoren zijn meestal de batchgroottes van coatings en de gereedschappen die nodig zijn om een ongebruikelijke geometrie te blokkeren en te polijsten. Het aanleveren van een volledige tekening met toleranties bij de eerste aanvraag verkort het traject van offerte naar eerste artikel.
Vraag het keuringsrapport op voordat u ruzie maakt over de prijs. Een goedkoop prisma dat de inspectie van het eerste artikel niet doorstaat, kost meer verloren programmatijd dan een correct gespecificeerd prisma ooit zal doen.
苏公网安备 32041102000130 号