專利名稱：一種激光掃描鏡頭的制作方法
一種激光掃描鏡頭
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大范圍的F-theta激光掃描鏡頭。背景技術(shù)：
目前，激光應(yīng)用已深入到我們現(xiàn)代生活的各個方面，在激光應(yīng)用中便離不開為了 符合各種工藝要求的各種應(yīng)用光學(xué)系統(tǒng)。在目前市場上激光打標(biāo)機(jī)，以其速度快，靈活性 強(qiáng)，無耗材，標(biāo)記永久性等特點(diǎn)，已逐漸地替代各種印字機(jī)，絲印機(jī)等。F-theta鏡頭是一種大視場、中小孔徑、中長焦距的照相物鏡，從它要負(fù)擔(dān)的參數(shù) 來說，選用“三片”型的照相物鏡，應(yīng)該是較為合適的，激光打標(biāo)機(jī)是因?yàn)橛辛?F-theta鏡頭 才得以實(shí)現(xiàn)。圖1是一種典型的F-Theta鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)，光束順次經(jīng)兩塊繞X軸和Y軸轉(zhuǎn) 動的X振鏡1和Y振鏡2，最后通過F-theta鏡頭聚焦在像面4上，由振鏡掃描形成圖像。 F-theta鏡頭3是一種平像場的聚焦鏡，在打標(biāo)時，要求在成像面上像高h(yuǎn)與X振鏡1和Y 振鏡2的掃描角度theta成線性關(guān)系，即h = f*Theta(sr)。其中，f為F-theta鏡頭3的 焦距，theta為振鏡的掃描角度(單位為弧度)。由高斯光學(xué)成像理論，像高h(yuǎn)與鏡頭焦距f和振鏡轉(zhuǎn)角Theta關(guān)系為h = f*tan (theta)。它不滿足h = f*theta關(guān)系式。因此，激光打標(biāo)系統(tǒng)用常規(guī)的鏡頭是不可 行的，這是因?yàn)橄窀遠(yuǎn)與振鏡的轉(zhuǎn)角theta不是呈線性關(guān)系變化，所雕刻出來的圖形與實(shí)物 不相似，反而是一個變形的圖像。為了解決這個問題，要求在光學(xué)設(shè)計(jì)時的象差校正中，有意引入畸變dh，使得滿足 下式所示關(guān)系h= (f*tan(theta)-dh) = f*theta。這個結(jié)論是非常重要的。雖然dh是 有意引入的，但決不意味著畸變就可以不考慮，隨意大小都可以，應(yīng)滿足下式dh = f*tan(theta)-f*theta上式表明畸變應(yīng)為振鏡轉(zhuǎn)角的正切和弧度之差與鏡頭焦距f的乘積時才能滿足 要求。能滿足這個條件的才能稱作F-theta光學(xué)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針提供一種掃描范圍達(dá)到600mmX600mm的F-Theta激光掃描 鏡頭，以達(dá)到激光掃描視場大、掃描范圍大、像差校正容易。本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明揭示一種激光掃描鏡頭，包括透鏡組、光闌及 焦平面，所述光闌位于透鏡組的前方，所述透鏡組位于光闌與焦平面之間，所述透鏡組包括 三個透鏡，該三個透鏡由光闌開始依序排列的第一、第二、第三透鏡，所述第一、第二、第三 透鏡以“正-負(fù)-正”的光焦度分布設(shè)計(jì)，所述第一、第二、第三透鏡均為彎月型透鏡，且第 一、第二、第三透鏡的曲面均向著光闌方向彎曲，各透鏡的焦距與整個光學(xué)系統(tǒng)的焦距按以 下要求0. 9 < fl/f < 1. 1
-0. 4 < f 1/f < -0. 30. 3 < f3/f < 0. 5其中，整個光學(xué)系統(tǒng)的焦距為f，第一、第二、第三透鏡的焦距分別為fl、f2、f3 ； 且，本激光掃描范圍為600mm*600mm。其中，所述第一透鏡距光闌的距離為25_40mm。其中，各透鏡的焦距與整個光學(xué)系統(tǒng)的焦距按以下要求fl/f = 1.043，f2/f =-0. 3723，f3/f = 0. 3908。本發(fā)明的有益效果是本激光掃描在成像范圍內(nèi)的聚焦點(diǎn)，沒有漸暈存在，且所 有“刻出”的像點(diǎn)都相一致和清晰，且激光掃描范圍能達(dá)到Φ860πιπι直徑范圍，即可掃描 600_X 600mm 范圍。

下面參照附圖結(jié)合實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述圖1為現(xiàn)有F-Theta鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)；圖2為本激光掃描鏡頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3本激光掃描鏡頭的光纖追跡圖；圖4為本激光掃描鏡頭的各視場角的能量分布圖；圖5為本激光掃描鏡頭的彌散光斑圖；圖6為本激光掃描鏡頭的光學(xué)傳遞函數(shù)MTF圖。
具體實(shí)施方式
F-theta鏡頭是一種大視場、中小孔徑、中長焦距的照相物鏡，從它要負(fù)擔(dān)的參數(shù) 來說，選用“三片”型的照相物鏡，應(yīng)該是較為合適的。我們采用“正-負(fù)-正”的光焦度分 布型式。其入瞳在鏡頭外產(chǎn)生的畸變，正好也是F-theta鏡所需要的，此畸變很容易達(dá)到 F-theta鏡要求，是一種“無變形”的打標(biāo)。同時，它是一個大視場的照相物鏡，與照相物鏡 一樣，它是一個“平像場”的物鏡。如圖2，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種用于激光加工使用的光學(xué)F-theta 掃描鏡頭，包括透鏡組和光闌(振鏡)1，所述光闌(振鏡)1位于透鏡組的前方，透鏡組包括 三個透鏡，分別為第一、第二、第三透鏡L1、L2、L3，所述第一、第二、第三透鏡L1、L2、L3采用 三片式“正-負(fù)-正”的光焦度分布進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中三片透鏡的材質(zhì)都是玻璃。其中，第一透鏡的光焦度Ι/fl為負(fù)透鏡，第二透鏡的光焦度l/f2與第三透鏡的光 焦度l/f3均為正，其中各透鏡的焦距與整個光學(xué)系統(tǒng)的焦距f比率按以下要求0. 9 < fl/f < 1. 1-0. 4 < fl/f < -0· 30. 3 < f3/f < 0. 5其中，整個光學(xué)系統(tǒng)的焦距為f，第一、第二、第三透鏡的焦距分別為fl，f2，f3。其中，第一透鏡Ll距光闌(振鏡)1的距離d0為25_40mm，第一透鏡Ll為彎月型正透鏡；第二透鏡L2為彎月型負(fù)透鏡，第三透鏡L3為彎月型正透鏡，第一透鏡Li、第二透 鏡L2及第三透鏡L3所有的曲面均向著光闌(振鏡)1方向彎曲，第三透鏡L3到焦平面2的距離為d6。 它們的具體結(jié)構(gòu)及參數(shù)表述為本光學(xué)F-theta掃描鏡頭由L1、L2、L3三個透鏡構(gòu) 成，第一透鏡Ll分別由曲率半徑為R1、R2的兩個曲面S1、S2構(gòu)成，其中心厚度dl，材料光學(xué) 參數(shù)為Ndl/Vdl ；第二透鏡L2分別由曲率半徑為R3、R4的兩個曲面S3、S4構(gòu)成，其中心厚 度d3，材料光學(xué)參數(shù)為Nd2/Vd2 ；第三透鏡L3分別由曲率半徑為R5、R6的兩個曲面S5、S6 構(gòu)成，其中心厚度d5，材料光學(xué)參數(shù)為Nd3/Vd3 ；第一透鏡Ll與第二透鏡Ll的間隔為d2， 第二透鏡Ll與第三透鏡L3的間隔為d4，結(jié)合以上的參數(shù)，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一組鏡頭，其具體 參數(shù)如下所示第一透鏡Ll分別由曲率半徑為Rl = -1397. 98mm、R2 = -381. 95mm的兩個曲面 S1、S2構(gòu)成，其光軸上的中心厚度dl = 5. 6mm，材料為Ndl/Vdl約為1. 8/25. 4 ；第二透鏡Ll 分別由曲率半徑為R3 = -99. 43mm、R4 = -536. 12mm的兩個曲面S3、S4構(gòu)成，其光軸上的 中心厚度d3 = 6. 39mm,材料為Nd3/Vd3約為1. 51/64 ；第三透鏡L3分別由曲率半徑為R5 =-234. 08mm、R6 = -110. 03的兩個曲面S5、S6構(gòu)成，其光軸上的中心厚度d5 = 15. 72mm, 材料為Nd5/Vd5約為1. 8/25. 4 ；第一透鏡Ll與第二透鏡L2在光軸上的間隔為d2 = 8. 09， 第二透鏡Ll與第三透鏡L3在光軸上的間隔為d4 = 4. 2mm，第三透鏡L3與成象面在光軸上 的距離為d6 = 692. Imm0并列表如下
權(quán)利要求
1.一種激光掃描鏡頭，包括透鏡組、光闌及焦平面，所述光闌位于透鏡組的前方，所述 透鏡組位于光闌與焦平面之間，所述透鏡組包括三個透鏡，該三個透鏡由光闌開始依序排 列的第一、第二、第三透鏡，其特征在于所述第一、第二、第三透鏡以“正-負(fù)-正”的光焦 度分布設(shè)計(jì)，所述第一、第二、第三透鏡均為彎月型透鏡，且第一、第二、第三透鏡的曲面均 向著光闌方向彎曲，各透鏡的焦距與整個光學(xué)系統(tǒng)的焦距按以下要求0. 9 < fl/f < 1. 1-0. 4 < fl/f < -0· 30. 3 < f3/f < 0. 5其中，整個光學(xué)系統(tǒng)的焦距為f，第一、第二、第三透鏡的焦距分別為fl、f2、f3 ；且，本 激光掃描范圍為600mm*600mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光掃描鏡頭，其特征在于所述第一透鏡距光闌的距離為 25-40mmo
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光掃描鏡頭各透鏡的焦距與整個光學(xué)系統(tǒng)的焦距按以下 要求:fl/f = 1. 043，f2/f = -0· 3723，f3/f = 0. 3908。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種激光掃描鏡頭，包括透鏡組、光闌及焦平面，所述光闌位于透鏡組的前方，所述透鏡組位于光闌與焦平面之間，所述透鏡組包括三個透鏡，該三個透鏡由光闌開始依序排列的第一、第二、第三透鏡，所述第一、第二、第三透鏡以“正-負(fù)-正”的光焦度分布設(shè)計(jì)，各透鏡的焦距與整個光學(xué)系統(tǒng)的焦距按以下要求0.9＜f1/f＜1.1-0.4＜f1/f＜-0.30.3＜f3/f＜0.5且，本激光掃描范圍為600mm*600mm。本發(fā)明的有益效果是本激光掃描在成像范圍內(nèi)的聚焦點(diǎn)，沒有漸暈存在，且所有“刻出”的像點(diǎn)都相一致和清晰，且激光掃描范圍能達(dá)到Φ860mm直徑范圍，即可掃描600mm×600mm范圍。
文檔編號G02B13/06GK102062931SQ20101052753
公開日2011年5月18日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者汪玉樹, 高云峰 申請人:深圳市大族激光科技股份有限公司