超廣角大工作面f-theta鏡頭的光學(xué)設(shè)計(jì)

摘要：目前國(guó)內(nèi)用于激光標(biāo)刻機(jī)的f-theta鏡頭的視場(chǎng)角一般小于60°。采用望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)，利用視覺(jué)放大率增大視場(chǎng)角，得到了超廣角90°鏡頭。該方法具有簡(jiǎn)潔、可靠、易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。通過(guò)初級(jí)像差分析，確定系統(tǒng)的初級(jí)結(jié)構(gòu)參數(shù)，利用ZEMAX軟件優(yōu)化得到了大工作面為Φ285mm的f-theta鏡頭，鏡頭線性畸變誤差值不超過(guò)1%，在半徑為698μm的圓內(nèi)，能量集中度為80%，聚焦性能接近衍射極限。 引言

f-theta透鏡是信息處理、激光刻字、激光照排和激光打印機(jī)等激光掃描記錄裝置中廣泛采用的一種具有特殊要求的光學(xué)鏡頭，其理想像高與掃描角成線性關(guān)系，即以等角速度偏轉(zhuǎn)的人射光束在焦平面上的掃描速度是常數(shù)。具有無(wú)污染、分辨率高、非接觸、標(biāo)記永久保持、無(wú)非線性誤差和塔形誤差等優(yōu)點(diǎn)。

隨著激光打標(biāo)應(yīng)用范圍的進(jìn)--步伸展，對(duì)f-theta鏡頭提出了更高的要求，使它朝大工作面的方向發(fā)展。增大工作面的途徑有兩種：一種是通過(guò)提高鏡頭焦距f'；另一種是增加視場(chǎng)角2θ。為了使系統(tǒng)的尺寸盡量減小，焦距f不能取得太大，因而只有增加視場(chǎng)角2θ。國(guó)內(nèi)外專利、期刊報(bào)導(dǎo)的f-theta鏡頭的視場(chǎng)角一般均在30°~60°之間。掃描角度在50°~60°的f-theta 鏡頭可認(rèn)為是廣角f-theta鏡頭，超過(guò)60°的為超廣角f-theta鏡頭。

本文利用望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了超廣角f-theta鏡頭，使視場(chǎng)角2θ為90°。從初級(jí)像差理論出發(fā)，應(yīng)用f-theta鏡頭的設(shè)計(jì)原理并合理使用非球面，使用超廣角f-theta鏡頭線性特性的相對(duì)誤差值不超過(guò)1%，在半徑698μm的圓內(nèi)，能晉中度為80%，系統(tǒng)像質(zhì)優(yōu)良，能達(dá)到衍射極限。1設(shè)計(jì)思想用于激光標(biāo)刻系統(tǒng)中的f-theta鏡頭是一種常用的具有特殊要求的透鏡系統(tǒng)，它具有以下幾個(gè)特性：

圖1.激光標(biāo)刻機(jī)打標(biāo)原理

圖2.望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)

圖5.優(yōu)化后的鏡頭系統(tǒng)

......5結(jié)論

應(yīng)用望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)結(jié)合f-theta設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)了超廣角大工作面f-theta鏡頭，給出了誰(shuí)家思想、設(shè)計(jì)結(jié)果和像質(zhì)評(píng)價(jià)。鏡頭的聚焦性能接近衍射極限，具有畸變小、光能利用率高、像面照度分布均勻、結(jié)構(gòu)緊湊、像質(zhì)優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，適合大工作面的激光打標(biāo)機(jī)要求。

審核編輯 ：李倩