ITMO
en/ en

ISSN: 1023-5086

en/

ISSN: 1023-5086

Научно-технический

Оптический журнал

Полнотекстовый перевод журнала на английский язык издаётся Optica Publishing Group (ранее OSA) под названием “Journal of Optical Technology“

Подача статьи Подать статью
Больше информации Назад

DOI: 10.17586/1023-5086-2023-90-10-03-12

УДК: 681.7.013.1

Оптико-геометрический эффект пересечения согласованных коникоидов на примере строчной развёртки луча

Ссылка для цитирования:
Канделинский С.Л., Ткаченко В.В. Оптико­-геометрический эффект пересечения согласованных коникоидов на примере строчной развёртки луча // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 10. С. 3–12. http://doi.org/10.17586/1023­-5086­-2023-­90-10-03-12   Kandelinsky S.V., Tkachenko V.V. Optical-geometric effect of matched conicoids intersection as illustrated by line beam scanning [In Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2023. V. 90. № 10. P. 3–12. http://doi.org/10.17586 1023-5086-2023-90-10-03-12

 

Ссылка на англоязычную версию:
-
Аннотация:

Предмет исследования. Формирование прямолинейной строчной развёртки лазерного луча с использованием внеосевого параболического отражателя. Цель работы. На основе оптико-­геометрического эффекта, наблюдаемого в системе согласованных коникоидов, разработать метод его применения для строчной развёртки луча. Метод. Решение, как геометрической, задачи получения линии строчной развёртки с параллельным переносом оси лазерного пучка и сохранением падения её по нормали к плоскости сканирования в приближениях геометрической оптики. Основные результаты. Выполнен теоретический анализ и численное моделирование оптико-­геометрического эффекта, наблюдаемого в системе согласованных коникоидов. Предложен метод его применения для строчной развёртки луча. Для этого с привлечением постулатов аналитической геометрии, а также результатов численного моделирования, нами сформулирована теорема о пересечении согласованных коникоидов (на примере взаимодействия параболоида с лежащим на его оси и с вершиной в его фокусе лучевым конусом). Cогласно теореме пересечение распадается на две составляющие её плоские линии — эллиптическую для полости конуса, обращённой к полюсу параболоида и параболическую — для полости конуса, обращённой к раскрыву параболоида. Для случая круговых параболоида и конуса дана оптическая интерпретация сформулированной теоремы. Для параболической составляющей она определяет условия, при которых обеспечивается телецентрический ход лучей в пространстве изображений, а линия пересечения коникоидов и линия строчной развёртки лежат в одной плоскости. Для эллиптической составляющей оптическая интерпретация нашей теоремы охватывает широко известные эллиптические отражатели­формирователи коллинеарных пучков из конических. В этих интерпретациях состоит содержание установленного оптико­геометрического эффекта. Указан также путь формирования лучевого конуса, лежащего на оси родительского параболоида с вершиной в его фокусе. Конус формируется с помощью дефлектора с плоским отражателем, ось вращения которого наклонена к оси родительского параболоида под углом, равным половинному углу раскрыва конуса. Конструкция дефлектора зависит от того, падает ли луч вдоль оси родительского параболоида или вдоль оси вращения отражателя дефлектора. Практическая значимость. Разработанный метод формирования строчной развёртки с применением анализируемого эффекта предоставляет возможности улучшения конструктивной геометрии оптических сканирующих систем за счёт увеличения длины растровой строки, в пределах которой сохраняется её прямолинейность и телецентричность хода лучей. Такие свойства актуальны для широко применяемой техники с оптико­механическими системами развёртки: устройств для ввода/вывода графической информации (фотоплоттеры, принтеры и сканеры), технологического оборудования для лазерной микролитографии, получения голографических изображений и форм полиграфической печати, для силовой лазерной обработки (лазерная резка, сварка, скрайбирование), и в иных случаях использования сканирующих волновых пучков.

Ключевые слова:

оптико­-геометрический эффект, коникоид, параболоидное зеркало, дефлектор, строчная развёртка

Коды OCIS: 000.3870, 080.2740, 080.4228, 080.6755, 350.4600

Список источников:
  1. Development of “Laser scriber for thin­film solar cells. March 2, 2012. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.ntnglobal.com/en/news/new_products/news201200014.html. свободный. Яз. рус. (дата обращения 09.09.2022)
  2. Самарин, Ю. Н. Конструирование и расчет формного оборудования: Учеб. для вузов. М.: Изд­во МГУП, 1999.  С. 73–75.
  3. Wollmann Chr., Wenert L., Ihlefeld J., Grieser R. Sensor unit, process and device for inspecting the surface of an object // Patent US № 6449036. 2002.
  4. Gečys P., Markauskas E., Nishiwaki S., Buecheler S., De Loor R., Burn A., Romano V., Račiukaitis G. CIGS thin­film solar module processing: case of high­speed laser scribing // Sci. Rep. 2017. № 7. P. 40502. https://doi.org/10.1038/srep40502
  5. Боднарчук А.И., Хацевич Т.Н. Дисторсия в F­THETA объективах // Интерэкспо ГЕО­Сибирь. XVII Междунар. науч. конгр. Cб. материалов в 8 т. Т. 8. Новосибирск: СГУГиТ, 2021. С. 25–32. https://doi.org/10.33764/2618­981X­2021­8­25­32
  6. Юревич В.И. Выбор силового телецентрического объектива лазерной технологической установки // Ритм индустрии. 2020. № 4. С. 26–31. www.ritm­magazine.ru
  7. Черномырдин Н.В., Щадько А.О., Лебедев С.П., Спектор И.Е., Толстогузов В.Л., Кучерявенко А.С., Малахов К.М., Командин Г.А., Горелик В.С., Зайцев К.И. Широкоапертурная асферическая оптика для формирования субволновой каустики пучка терагерцового электромагнитного излучения // Журнал технической физики. Оптика и спектроскопия. Январь 2018. Т. 124. Вып. 3. https://doi.org/ 10.21883/OS.2018.03.45664.250­17
  8. Young A.E. Scanning light beam lumber defect position system and method of using same // Patent US № 4286880. 1981.
  9. Nakazawa M., Takahara K., Oogushi O. Optical scanning device and laser machining device // Patent US № 9529190. 2016.
  10. Kondo K. Widefield epi­illumination type beam machine // Japan Patent № 2011000625. 2011.
  11. Nakazawa M. Light irradiation device and optical reading device // Japan Patent № 6877951. 2021.
  12. Liu C.­H., Chen J.­H., Teng, Y.­F. Development of a straightness measurement and compensation system with multiple right­angle reflectors and a lead zirconate titanate­based compensation stage // Review of Scientific Instruments. 2009. V. 80. № 11. P. 115105. https://doi.org/10.1063/1.3254018.
  13. Schillinger H., Pahl H.­U., Patel R., Bovatsek J., Desailly R., Bulgakova N.M., Bonse J., Endert H. High speed laser scribe system for large area thin film solar cell manufacturing // 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference. 21–25 September 2009. Hamburg. Germany. 3BV.4.6. P. 2763–2765. https://doi.org/10.4229/24thEUPVSEC2009­3BV.4.6
  14. Математическая энциклопедия. Т. 2. М.: «Советская энциклопедия», 1979. 1104 с.
  15. Smith Ch. An elementary treatise on solid geometry. 4th edit. London: Macmillan and Co., 1893. 243 p.
  16. Abhyankar S.S., Bajaj C. Automatic rational parameterization of curves and surfaces I: Conics and conicoids // Department of Computer Science Technical Reports. 1986. Paper 502. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://docs.lib.purdue.edu/cstech/502. Cвободный. Яз. англ. (Дата обращения 19.09.2022).
  17. Doskolovich L.L., Kazanskiy N.L., Kharitonov S.I., Perlo P., Bernard S. Designing reflectors to generate a line­shaped directivity diagram // Journal of Modern Optics. 2005. V. 52. № 11. P. 1529–1536. https://doi.org/10.1080/09500340500058082
  18. Досколович Л.Л., Харитонов С.И. Расчет формы поверхности зеркал для формирования изображения в виде линии // Оптический журнал. 2005. Т. 72. № 4. C. 34–37.
  19. Ефимов Н.В. Квадратичные формы и матрицы. М.: Ленанд, 2021. 160 с.
  20. Valušis G., Lisauskas A., Yuan H., Knap W., Roskos H.G. Roadmap of terahertz imaging // Sensors. 2021. V. 21. № 12. P. 4092. https://doi.org/10.3390/s21124092
  21. Zeng X. Configuration optimization of off­axis parabolic mirror for enhancing the focusability of a laser beam // Chinese Optics Letters. 2021. V. 19. Iss. 3. https://doi.org/10.3788/COL202119.032601
  22. Yingxi L., Handong W., Yuhui R. Multimode reflector antenna suitable for construction of a high intensity radiated field // High Power Laser and Particle Beams. 2023. V. 35. 000000. https://doi.org/10.11884/HPLPB202335.220341
  23. Ткаченко В.В., Канделинский С.Л. Конструктивная геометрия системы записи image­matrix голограмм // HOLOEXPO 2022: XIX международная конференция по голографии и прикладным оптическим технологиям. 20–22 сентября 2022 г. Санкт­Петербург. Тезисы докладов / ООО «Оптикоголографические приборы». Барнаул: ИП Колмогоров И.А., 2022. С. 216–218.
  24. Смирнов А.П. Методика расчетов оптических систем с плоскостной симметрией // Автореф. докт. дисс. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2008. 43 с. https://tekhnosfera.com/metodika­raschetov­opticheskih­sistem­s­ploskostnoy­simmetriey