在緊湊型光學儀器中，挑戰通常不是產生或傳輸光，而是找到足夠的空間來準確地路由光。傳統尺寸的棱鏡可能很難整合到內視鏡、雷射二極體 (LD) 到光纖耦合組件以及其他精密儀器中，其中每一毫米的機械空間都很重要。同時，簡單地縮小傳統光學元件的尺寸並不能保證系統所需的角度精度、表面品質或可用孔徑。

這就是為什麼工程師在評估微棱鏡透鏡或微棱鏡光學元件時需要超越物理尺寸。棱鏡幾何形狀、基板材料、角度公差、表面品質、表面平整度、通光孔徑和塗層都會影響組件在受限光路內重定向光線的效率。

選出正確的微棱鏡結構

微棱鏡主要是一個光束路由組件。其幾何形狀決定了入射光如何重定向以及光路如何在緊湊組件內折疊。合適的結構取決於系統是否需要定義的直角轉動、精細角度調整、影像方向控製或穩定的光束偏差。

當光學設計需要定義的 90 度路徑轉彎時，微型直角稜鏡適用。其緊湊的幾何形狀可以幫助折疊光路，而不需要較大的傳統棱鏡所佔據的空間。當成像或照明路徑需要在有限儀器內改變方向時，這特別有用。

微楔棱鏡的工作原理有所不同。它的小楔角引入了受控的角度偏差，當物鏡不是大路徑轉彎而是光束方向相對精細調整時，它非常有用。因此，在對準敏感的光學組件中，楔角可以成為一個重要的設計參數。

選擇微型道威棱鏡用於涉及影像定向和特定路徑折疊要求的光學佈置。當棱鏡必須在緊湊的成像系統中執行的不僅僅是簡單的方向變化時，它的幾何形狀會很有用。

當棱鏡幾何形狀需要穩定的光束偏差時，微型五角棱鏡非常有用。這一特性使其在光學佈置中具有吸引力，在光學佈置中，所需的光束方向需要保持較少地依賴於棱鏡方向的微小變化。

這些結構不應被視為同一組件的可互換版本。第一個選擇問題應該是：棱鏡必須具有什麼光學功能？只有在此之後才應定義尺寸和公差。

為什麼微棱鏡光學元件在內視鏡檢查和 LD 到光纖耦合很重要

內視鏡光學系統說明了使用微型棱鏡的實際原因。可用的內部空間可能非常有限，而光路仍然需要提供限定的觀察方向和足夠的可用孔徑。物理尺寸較小但通光孔徑不足的棱鏡可能會產生漸暈或限製到達成像系統的可用光量。

因此，ECOPTIK的微棱鏡產品主要應用於內視鏡和LD-光纖耦合應用，產品已被醫療和工業儀器製造商採用。

在 LD 到光纖耦合組件中，棱鏡可以放置在雷射二極體和後續耦合光學元件之間，以在受約束的機械佈局內重定向光束。這裡，角度公差變得特別重要。棱鏡角度誤差會改變出射光束的方向，從而改變下一個光學元件處的光束位置或入射角。

對於耦合系統，這意味著棱鏡應作為完整對準預算的一部分進行評估，而不是作為孤立的光學組件。棱鏡角度、安裝位置、光束直徑、耦合透鏡和光纖軸都會影響最終的耦合幾何形狀。

影響光學性能的微棱鏡規格

小型化並不能消除對尺寸和光學控制的需求。事實上，在只有幾毫米或更小的尺寸下，與整體零件尺寸相比，相對較小的製造偏差可能會變得很大。

ECOPTIK 提供尺寸從 0.2 毫米到 5 毫米的微棱鏡結構。該系列支援緊湊型光學組件，但所選尺寸應基於實際光束佔用空間和機械安裝要求，而不是基於最小的可用封裝。

角度公差是最重要的規格之一。 ECOPTIK 可提供高達 ±10 角秒的角度公差。在LD到光纖耦合系統中，這種角度控制水平可能是相關的，因為即使光束方向上的微小偏差也可能影響耦合光學元件或光纖介面處的光束位置。

所需的公差取決於光學系統。一般的光束路由應用可能不需要與具有嚴格對準預算的耦合系統相同的角度規格。選擇不必要的嚴格公差會增加製造要求，而不會提供可測量的系統優勢，而公差不足會使光學對準變得更加困難。

表面品質指定為 20/10 或 10/5，視應用要求而定。表面品質描述了刮痕和麻點等微觀缺陷。在雷射和成像系統中，這些缺陷會導致散射光和不必要的背景訊號。因此，當雜散光特別敏感時，10/5 規格可能更合適。

表面平整度可達λ/10。此參數關係到光學表面的幾何精度及其對透射波前質量的影響。對於精密成像和雷射應用，當棱鏡放置在光路的敏感部分時，表面平整度變得更加重要。

通光孔徑超過元件尺寸的 90%。這對於微型棱鏡尤其重要，因為組件的物理尺寸不一定代表可用的光學區域。應根據實際光束直徑和預期入射條件檢查可用孔徑，以避免不必要的削波。

選擇 BK7 玻璃或熔融石英

應根據波長和系統要求而不是簡單地根據機械可用性來選擇基板。

BK7 玻璃適用於許多可見光和近紅外線光學系統，其傳輸特性和既定光學性能滿足應用要求。它通常是通用微型光學組件的實用起點。

當系統需要強紫外線傳輸或更高的熱穩定性時，熔融石英變得更具吸引力。對於基於雷射的儀器，應在選擇基材之前確定工作波長，因為材料傳輸和光學行為與波長直接相關。

ECOPTIK 適用於多種光學材料，包括由蕭特、CDGM 和康寧提供的玻璃，以及藍寶石、CaF2、MgF2、熔融石英、Si、ZnSe 和 ZnS。這種材料能力使微棱鏡規格被視為完整光學設計的一部分，而不是僅限於一種標準玻璃選項。

鍍膜和通光孔徑應一起考慮

塗層規格應基於實際工作波長、入射角和透射目標。對於微棱鏡應用，可用的光學區域已經受到微型尺寸的限制，因此棱鏡表面不必要的傳輸損耗可能變得更加顯著。

ECOPTIK 根據客戶要求提供塗層。因此，對於 LD 至光纖耦合系統，塗層應與雷射波長和入射幾何形狀一起定義。對於內視鏡系統，要求可能會優先考慮整個成像波長範圍內的寬頻傳輸。

鍍膜的決定也應與通光孔徑一起考慮。如果光路與其孔徑匹配不佳，棱鏡可能滿足其標稱尺寸規格，但仍無法提供所需的可用光束區域。

ECOPTIK的微棱鏡製造與測試能力

ECOPTIK 在光學元件製造和製造精密光學元件方面擁有 15 年經驗，包括棱鏡、球面透鏡、柱面鏡、微光學元件、濾光片、窗口和其他客製化光學元件。

對於微型棱鏡應用，ECOPTIK 將微型棱鏡製造與材料選擇和光學檢測相結合。其測試設備包括 ZYGO 雷射干涉儀、ZEISS CMM Spectrum 和 Agilent Cary 7000 UMS，支援尺寸、表面、干涉和光譜測量以及產品報告。

ECOPTIK 還提供鏡頭組裝服務，當微棱鏡必須整合到緊湊型光學模組中而不是作為獨立組件提供時，該服務可能會相關。

將微棱鏡規格與光路相匹配

合適的微棱鏡不一定是最小的組件或具有最嚴格的可用公差的組件。選擇應從所需的光學功能開始，然後通過系統限制。

對於固定路徑轉彎，微型直角稜鏡可能比較適合。當需要進行小光束方向校正時，微楔提供了不同的解決方案。微型道威棱鏡可以滿足特定的影像方向要求，而微型五角棱鏡可以在緊湊的佈局內提供穩定的光束偏差。

下一階段是將基板與波長相匹配，確認 0.2-5 毫米尺寸提供足夠的機械和光學間隙，並建立所需的角度公差。然後應根據成像或雷射系統的靈敏度來評估表面品質、λ/10 平坦度和通光孔徑。

對於內視鏡檢查，優先事項可能是將棱鏡安裝到受限的光學通道中，同時保留可用的孔徑。對於 LD 到光纖的耦合，角度公差和定位可以主導規範。對於工業儀器，光學性能、封裝尺寸、塗層和組裝公差之間的平衡可能決定最終配置。

因此，微棱鏡不僅僅是以較小尺寸製造的傳統棱鏡。其價值在於將緊湊的幾何形狀與受控的光學偏差、可用孔徑以及符合微型光學系統對準要求的規格相結合。透過根據結構、材料、角度公差、表面品質、平整度、孔徑和鍍膜評估微棱鏡透鏡和微棱鏡光學產品，工程師可以為內視鏡、LD-光纖耦合和其他空間受限的精密儀器建立更可預測的光路。