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- 1 Wie ein optisches Prisma Licht beugt
- 2 Arten optischer Prismen und was jedes einzelne bewirkt
- 3 Spezifikationen, die Käufer vor der Bestellung überprüfen sollten
- 4 Materialien und Beschichtungen, die die Leistung verändern
- 5 Wo optische Prismen verwendet werden
- 6 Was Sie mit einer Prism-Anfrage senden sollten
- 7 Häufig gestellte Fragen zu optischen Prismen
Zwei Prismen können dieselbe Polierlinie mit identischen Zeichnungen verlassen und sich im Inneren eines fertigen Instruments dennoch unterschiedlich verhalten. Das Glas ist selten der Grund. Winkeltoleranz, die Form der polierten Flächen und die Art und Weise, wie die Beschichtung dem realen Strahl standhält, entscheiden darüber, ob das Teil über Jahre hinweg ausgerichtet bleibt oder innerhalb von Monaten von den Spezifikationen abweicht.
Ein optisches Prisma ist ein transparenter Körper, der von flachen, polierten Oberflächen begrenzt wird, die in definierten Winkeln aufeinander treffen. Licht, das auf eine Seite eintritt, wird an der Glas-Luft-Grenze gebrochen, wandert durch das Material und wird dann entweder an der Austrittsseite erneut gebrochen oder intern reflektiert, sodass ein Strahl innerhalb eines sehr kleinen Volumens abgelenkt, gestreut, gedreht oder gefaltet werden kann.
Definition eines optischen Prismas: ein festes transparentes Element mit mindestens zwei flachen, polierten Oberflächen, das dazu dient, Licht durch kontrollierte Brechung und Totalreflexion abzulenken, zu streuen, zu drehen oder zu reflektieren.
In praktischen Systemen deckt diese einzelne Definition fünf verschiedene Jobs ab, und jeder Job verschiebt eine andere Spezifikation an den Anfang der Zeichnung:
- Ablenkung eines Strahls um einen festen Winkel, meist 90 oder 180 Grad
- Zerlegen von weißem Licht in separate Wellenlängen zur Messung
- Falten eines langen optischen Pfads in eine kurze mechanische Hülle
- Ein Bild drehen oder umkehren, ohne Linsen hinzuzufügen
- Teilen, Kombinieren oder Abtasten eines Strahls zur Überwachung
Wie ein optisches Prisma Licht beugt
Ein Prisma beugt Licht, weil Glas einen höheren Brechungsindex als Luft hat, sodass der Strahl bei jeder polierten Oberfläche, die er kreuzt, seine Richtung ändert.
Die Größe dieser Änderung folgt dem Snelliusschen Gesetz, das zweimal angewendet wird: einmal beim Eintritt, einmal beim Austritt. Die Gesamtabweichung hängt vom Spitzenwinkel des Prismas, dem Brechungsindex des Materials und der Wellenlänge des Lichts ab. Da der Index mit der Verkürzung der Wellenlänge zunimmt, weicht blaues Licht stärker ab als rotes Licht, und der das Prisma verlassende Strahl breitet sich in ein Spektrum aus. Jedes Dispersionsprisma, vom Demonstrationsstück im Klassenzimmer bis zum Frontend eines Spektrometers, funktioniert nach diesem Prinzip.
Durch die Totalreflexion erhalten Prismen eine zweite Rolle. Beim N-BK7 liegt der kritische Winkel bei etwa 41,2 Grad, sodass Licht, das auf eine innere 45-Grad-Fläche trifft, nahezu verlustfrei und ohne Metallbeschichtung reflektiert wird. Ein auf diese Weise verwendetes rechtwinkliges Prisma ersetzt einen Spiegel, beseitigt das Risiko einer Verschlechterung der Beschichtung und hält den reflektierten Strahl an einer festen Position relativ zur Eintrittsfläche.
Ein gleichseitiges 60-Grad-Prisma in N-BK7 erzeugt eine minimale Abweichung von etwa 38,7 Grad bei 587,6 nm. Verschieben Sie den Scheitelwinkel um eine Bogenminute und der Austrittsstrahl verschiebt sich mit ihm, weshalb Prismenzeichnungen Winkel in Bogenminuten und Bogensekunden und nicht in Millimetern angeben.
Arten optischer Prismen und was jedes einzelne bewirkt
Die meisten Prismenordnungen fallen in sieben Standardgeometrien, und jede unterliegt einer anderen Kontrollspezifikation.
| Prismentyp | Optische Wirkung | Typische Anwendung | Spezifikation zur Steuerung |
| Rechtwinkliges Prisma | Lenkt den Strahl durch interne Reflexion um 90 Grad ab, bei paarweiser Verwendung um 180 Grad | Periskope, Sucher, Strahllenkung | Winkel zwischen den beiden Schenkeln und Ebenheit der Hypotenuse |
| Porro-Prisma | Zwei interne Spiegelungen, 180-Grad-Abweichung, Bildaufrichtung | Ferngläser, Beobachtungsinstrumente | Passende Paarwinkeltoleranz |
| Dachprisma | 90-Grad-Abweichung mit Bildaufrichtung entlang einer Dachkante | Kompakte Teleskope, Kameras | Dachwinkelfehler in Bogensekunden und Dachkantensplittergrenze |
| Taubenprisma | Dreht das Bild mit der doppelten mechanischen Rotationsgeschwindigkeit | Ausrichtungsteleskope, Interferometer | Stirnflächenparallelität und Verhältnis von Länge zu Öffnung |
| Pellin-Broca-Prisma | 90 Grad konstante Abweichung bei einer ausgewählten Wellenlänge | Spektroskopie, Wellenlängenauswahl | Spitzenwinkel und Materialverteilung |
| Gleichseitiges Zerstreuungsprisma | Trennt Wellenlängen durch Brechung | Spektrometrie, Lasertuning, Lehroptik | Spitzenwinkel, Glashomogenität, Oberflächenqualität |
| Keilprisma | Geringe, kontrollierte Strahlabweichung | Strahllenkung, optische Korrektur | Keilwinkel in Bogenminuten |
Die Geometrie ist nur die Hälfte der Spezifikation. Das gleiche rechtwinklige Prisma kann mit polierten oder feingeschliffenen Schenkeln, mit oder ohne Antireflexbeschichtung und mit Winkeltoleranzen geliefert werden, die sich zwischen einer allgemeinen Qualität und einer Präzisionsklasse um eine Größenordnung unterscheiden.
Wenn bei einem Design mehrere Prismen in Reihe verwendet werden, verstärken sich die Toleranzen, statt dass sie sich ausgleichen. Ein Paar Porro-Prismen, die jeweils für sich genommen akzeptabel sind, kann dennoch ein geneigtes oder gedrehtes Bild erzeugen, wenn sie zusammen montiert werden.
Optische Prismenreihe für individuelle Lichtrichtung und -streuung Entdecken Sie optische Prismen und Lichtleiterblöcke zum Lenken, Reflektieren oder Zerstreuen von Licht in Spektrometern, Mikroskopen, Teleskopen, Displays und zur Aberrationskorrektur. Produkt anzeigen → Spezifikationen, die Käufer vor der Bestellung überprüfen sollten
Fünf Spezifikationen entscheiden darüber, ob ein Prisma in einem System funktioniert: Winkeltoleranz, Oberflächenebenheit, Oberflächenqualität, freie Apertur und Beschichtungsleistung. Alles andere auf der Zeichnung ist gegenüber diesen fünf zweitrangig.
| Spezifikation | Typischer Bereich | Was passiert, wenn es falsch ist? |
| Winkeltoleranz | 3 Bogenminuten allgemein, 30 Bogensekunden Präzision, 5 Bogensekunden hohe Präzision | Strahlausrichtungsfehler, der durch keine Halterungseinstellung vollständig korrigiert werden kann |
| Ebenheit der Oberfläche | Viertelwelle bis Zehntelwelle bei 632,8 nm | Wellenfrontverzerrung, vergrößerte Punktgröße, verlorene Auflösung |
| Oberflächenqualität | 60–40 Scratch-Dig, allgemein, 20–10 für Laseranwendungen | Streuung, Beschichtungsfehler, verringerte Schadensschwelle |
| Klare Blende | 80 bis 90 Prozent der Gesichtsgröße | Vignettierung und Strahlbeschneidung an den Rändern |
| Fase | 0,2 bis 0,5 mm bei 45 Grad | Kantenabsplitterungen, die zu einer dauerhaften Streuquelle werden |
| Beschichtung | Antireflexion unter 0,5 Prozent pro Oberfläche | Geisterreflexionen, Durchsatzverlust, Beschichtungsausfall unter Strom |
Ein Winkelfehler von 30 Bogensekunden verschiebt den Strahl nach einem Meter Weg um etwa 0,15 mm. Multipliziert man das über die Flächen in einem Faltzug, ist es keine abstrakte Toleranz mehr, sondern ein sichtbares Ausrichtungsproblem auf dem Prüfstand.
Die Eingangskontrolle ist der günstigste Weg, solche Fehler zu erkennen. Eine kurze, wiederholbare Sequenz erfasst nahezu alles, was eine Produktionslinie erreicht:
- Vergleichen Sie das Materialzertifikat und den Indexgrad mit der Zeichnung, bevor Sie mit der Messung beginnen.
- Messen Sie den Winkel mit einem Goniometer oder Autokollimator, während sich das Teil noch in der Schutzhülle befindet.
- Überprüfen Sie die Oberflächenform mit einem Interferometer über die gesamte freie Apertur, nicht nur in der Mitte.
- Überprüfen Sie die Transmission oder das Reflexionsvermögen der Beschichtung bei der Designwellenlänge und bestätigen Sie die Schadensschwelle für gepulste Strahlen.
- Zeichnen Sie Abmessungen, Fasen und Chargenrückverfolgbarkeit im Prüfprotokoll auf, damit ein späterer Fehler einer Charge zugeordnet werden kann.
Eine ausführlichere Version dieser Checkliste, die für Beschaffungs- und Designteams geschrieben wurde, finden Sie in unserem Leitfaden zur Auswahl eines individuellen optischen Prismas .
Materialien und Beschichtungen, die die Leistung verändern
N-BK7 bleibt das Standardprismenmaterial für Arbeiten im sichtbaren und nahen Infrarot; Quarzglas, Saphirglas und hochbrechende Gläser kommen zum Einsatz, wenn thermische Stabilität, Transmissionsbereich oder Dispersion wichtiger sind als die Kosten.
Die Beschichtung verändert die Leistung genauso stark wie das Substrat, und der Kompromiss wird normalerweise eher von der Strahlleistung als von den Kosten allein bestimmt.
Unbeschichtetes Prisma
- Fresnel-Reflexion von etwa 4 Prozent pro Oberfläche in N-BK7
- Niedrigste Stückkosten und kürzeste Vorlaufzeit
- Keine Beschichtungsschicht, die sich zersetzen oder verbrennen könnte
- Geeignet für Beleuchtungs-, Betrachtungs- und Demonstrationsarbeiten mit geringem Stromverbrauch
Antireflexbeschichtetes Prisma
- Reflexion unter 0,5 Prozent für eine Einzelschicht, unter 0,2 Prozent für Breitbanddesigns
- Höherer Durchsatz bei Multiprisma-Baugruppen
- Geisterbilder und Streulicht werden reduziert
- Für den gepulsten Lasereinsatz muss eine Schadensschwelle angegeben werden
Bei gepulsten Lasern ist die Schadensschwelle der Beschichtung wichtiger als die Transmission. Ein Verlust von vier Prozent der Energie ist leicht zu akzeptieren; Eine Beschichtung, die bei der von Ihrem Strahl abgegebenen Fluenz versagt, beendet den Lichtweg dauerhaft.
Wo optische Prismen verwendet werden
Optische Prismen tauchen überall dort auf, wo ein Strahl auf engstem Raum gefaltet, geteilt oder stabilisiert werden muss, und das gleiche Teil dient oft Branchen, die auf dem Papier scheinbar nichts miteinander zu tun haben.
- Medizinische Bildgebung und Endoskopie , bei dem Prismenanordnungen den Bildpfad in nur wenige Millimeter breiten Röhren falten
- Automobilsensorik und LiDAR , bei dem Prismen Strahlen ohne bewegliche Teile lenken und teilen
- Spektroskopie und Lasertuning , bei dem dispergierende Prismen die Wellenlängen für die Messung trennen
- Ferngläser, Teleskope und Periskope , wo Porro-, Dach- und Dove-Prismen Bilder aufrichten und drehen
- Laserstrahlfalten auf Werkzeugmaschinen , wobei ein beschichtetes rechtwinkliges Prisma den Strahlengang kurz hält
- Maschinelles Sehen und Interferometrie , wo Ebenheit und Winkelstabilität die Messgenauigkeit bestimmen
Im Inneren eines medizinischen Endoskops muss die Prismenanordnung den Strahlengang innerhalb eines in Millimetern gemessenen Gehäuses um 90 Grad falten. Kantenqualität und Montagegeometrie sind am Ende fast genauso wichtig wie die optische Figur, denn eine abgebrochene Ecke in diesem Maßstab wirft Streuung direkt in das Bild.
Prismen werden selten allein verwendet. Normalerweise werden sie mit Linsen gepaart, die für die Fokussierung sorgen, während das Prisma die Richtung, Streuung oder Ausrichtung übernimmt, sodass für eine einzelne Baugruppe häufig beide Komponenten im Hinblick auf das gleiche Ausrichtungsbudget spezifiziert werden müssen.
Optisches Linsensortiment für Fokussierung, Kollimation und kundenspezifische Anwendungen Durchsuchen Sie optische Linsen von plankonvexen bis zu komplexen nichtsphärischen Typen für Sicherheit, Messung, Unterhaltungselektronik, Lasersysteme und kundenspezifische Automobilanwendungen. Produkt anzeigen → Was Sie mit einer Prism-Anfrage senden sollten
Ein Prismenangebot ist nur so genau wie die beigefügte Zeichnung. Die Preise der Lieferanten richten sich nach dem Toleranzstapel und nicht nach der Form. Daher führt eine unvollständige Zeichnung entweder zu einem aufgefüllten Preis oder zu einem Teil, das bei der Ankunft fehlschlägt.
Optische Spezifikation
- Material- und Indexklasse
- Spitzenwinkel mit Toleranz
- Ebenheit der Oberfläche at the test wavelength
- Kratzfeste Oberflächenqualität
- Klare Blende as a percentage of face
- Beschichtung curve and required reflectance or transmission
Mechanische Spezifikation
- Außenmaße mit Toleranzen
- Fase size and angle
- Montageflächen und Referenzkanten
- Orientierungsmarkierungen für die Montage
- Gewichtsbeschränkung für Flug- oder Handgeräte
Kommerzielle Informationen
- Prototypen- und Produktionsstückzahlen
- Inspektionsberichtsebene erforderlich
- Verpackungs- und Reinraumhandhabungsanforderungen
- Lieferplan und Zielort
- Anforderungen an die Rückverfolgbarkeit von Chargen
Prototypen- und Produktionspreise für dasselbe Prisma unterscheiden sich oft um 30 Prozent oder mehr pro Stück. Werkzeuge, Spannvorrichtungen und Beschichtungsläufe werden über unterschiedliche Mengen abgeschrieben, so dass die separate Angabe jeder Stufe ein klareres Bild ergibt als eine einzelne Gesamtzahl.
Senden Sie die Zeichnung zusammen mit der Betriebswellenlänge und der Strahlleistung an uns Ingenieurteam und die Toleranzprüfung kann in der Regel parallel zum Angebot abgeschlossen werden, anstatt erst nach Eintreffen der ersten Teile.
Häufig gestellte Fragen zu optischen Prismen
Was ist der Unterschied zwischen einem optischen Prisma und einer Linse?
Eine Linse hat gekrümmte Oberflächen und erzeugt ein Bild durch konvergierendes oder divergierendes Licht. Ein Prisma hat flache, polierte Oberflächen und ändert die Richtung, Streuung oder Ausrichtung des Lichts, ohne selbst ein Bild zu erzeugen. Beides wird häufig in einer Baugruppe kombiniert: Das Prisma faltet und richtet den Pfad aus, die Linse übernimmt die Fokussierung.
Wie eng sollte die Prismenwinkeltoleranz sein?
Gehen Sie vom Systembudget aus rückwärts vor. Allgemeine Beleuchtungs- und Beobachtungsinstrumente tolerieren normalerweise einige Bogenminuten. Bildgebung, Messtechnik und Interferometrie benötigen normalerweise 30 Bogensekunden oder besser. Ein Prisma, das in einer aus mehreren Elementen bestehenden Baugruppe sitzt und über die Temperatur hinweg ausgerichtet bleiben muss, benötigt möglicherweise 5 Bogensekunden, und das Halterungsdesign muss dies unterstützen.
Welches Material soll ich für ein Prisma wählen?
N-BK7 deckt die meisten Arbeiten im sichtbaren und nahen Infrarotbereich bei moderaten Temperaturen ab. Quarzglas eignet sich für tiefe UV-Durchlässigkeit, thermische Stabilität und höhere Widerstandsfähigkeit gegen Laserschäden. Sapphire bewältigt raue Umgebungen und Infrarotbänder, allerdings auf Kosten einer anspruchsvolleren Verarbeitung. Ein hochbrechendes Glas wie N-SF11 ergibt eine größere Abweichung von einem kleineren Spitzenwinkel, wodurch die Streuprismen kompakt bleiben.
Können kundenspezifische Prismen in kleinen Mengen hergestellt werden?
Ja. Prototypenläufe von wenigen Stücken sind Routine, und die limitierenden Faktoren sind in der Regel die Größe der Beschichtungschargen und die Werkzeuge, die zum Blockieren und Polieren einer ungewöhnlichen Geometrie erforderlich sind. Die Bereitstellung einer vollständigen Zeichnung mit Toleranzen bei der ersten Anfrage verkürzt den Weg vom Angebot bis zum ersten Artikel.
Fordern Sie den Prüfbericht an, bevor Sie über den Preis streiten. Ein billiges Prisma, das die Erstmusterprüfung nicht besteht, verursacht mehr verlorene Programmzeit als ein korrekt spezifiziertes Prisma jemals.
苏公网安备32041102000130号