CN100476489C - 激光应用光学fθ镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种激光应用光学fθ镜头,包括三个透镜,第一透镜为双凹型负透镜,第二透镜为平凸型正透镜,第三透镜为弯月型正透镜;其中各透镜的光焦度与***的光焦度比率符合以下要求:-0.65<f1/fw<-0.55,0.65<f2/fw<0.75,1.3<f3/fw<1.5,其中f1为第一透镜的光焦度,f2为第二透镜的光焦度,f3为第三透镜的光焦度,fw为整个***的光焦度。本发明光学***采用三个透镜布局成“负—正—正”分离的光焦度***,使***的像散和场曲得到很好的校正,在全视场上成像均匀,没有渐晕存在。
Description
【技术领域】
本发明是关于一种镜头,尤其是指一种激光应用f-θ光学镜头。
【技术背景】
目前,激光应用已深入到我们现代生活的各个方面。在激光应用中便离不开为了符合各种工艺要求的各种应用光学***。在目前市场上激光束打标机,以其速度快,灵活性强,无耗材,标记永久性等特点,已逐渐地替代各种印字机,丝印机等。
激光振镜打标机是因为有了fθ镜头才得以实现。图1是一种典型的fθ镜头光学***,光束顺次经两块绕X轴和Y轴转动的振镜1、2,最后通过fθ镜头3聚焦在成像面4上,由振镜扫描形成图像。fθ镜头3是一种平像场的聚焦镜,在打标时,要求在成像面4上像高η与X轴振镜1和Y轴振镜2的扫描角度θ成线性关系,即:η=f·θ。其中,f为fθ镜头3的焦距,θ为振镜的扫描角度(单位为弧度)。
由高斯光学成像理论知,像高η与镜头焦距f和振镜转角θ为下列关系:η=f·tgθ,这并不满足η=f·θ关系式。因此,激光打标***用常规的镜头是不可行的,这是因为像高η与振镜的转角θ不是呈线性关系变化,所刻出来的图形与实物不相似,而是一个变形的图像。
为了解决这个问题,要求在光学设计时的象差校正中,有意引入畸变Δη,使得满足下式所示关系:η=(f·tgθ-Δη)=fθ。所以,Δη应满足下式:
Δη=f·tgθ-f·θ=f·(tgθ-θ)
上式表明:畸变应为振镜转角的正切和弧度之差与镜头焦距f的乘积时才能满足要求。能满足这个条件的才能称作f-θ镜头。
光学设计的另一个特点,就是要求所有在成像范围内的聚焦点,应有相似的聚焦质量,且不允许有渐晕,以保证所有“刻出”的像点都相一致和清晰。
【发明内容】
本发明所欲解决的技术问题是提供一种在全视场上成像均匀、没有渐晕存在的激光应用光学fθ镜头。
本发明所采用的技术方案是:一种激光应用光学fθ镜头,包括第一、第二、第三透镜,所述透镜布局成“负-正-正”分离的光焦度***,其中第一透镜为双凹型负透镜,第二透镜为平凸型正透镜,第三透镜为弯月型正透镜,所述透镜的曲面均向着Y振镜方向弯曲。
所述各透镜的光焦度与***的光焦度比率符合以下要求:
-0.65<f1/fw<-0.55,
0.65<f2/fw<0.75,
1.3<f3/fw<1.5,
其中f1为第一透镜的光焦度,f2为第二透镜的光焦度,f3为第三透镜的光焦度,fw为整个***的光焦度。
本发明所达到的技术效果是:本发明光学镜头采用三个透镜布局成“负-正-正”分离的光焦度***,使***的像散和场曲得到很好的校正,在全视场上成像均匀,没有渐晕存在。
【附图说明】
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。
图1是一种典型的fθ镜头光学***。
图2是本发明激光应用光学fθ镜头的光学***结构示意图。
图3为本发明激光应用光学fθ镜头较佳实施例中的光线追迹图。
图4为本发明激光应用光学fθ镜头较佳实施例中的像散、场曲及畸变。
图5为本发明激光应用光学fθ镜头较佳实施例中的视场分别为0、0.3、0.5、0.7、0.85以及1.0各视场上的光程差图。
图6为本发明激光应用光学fθ镜头较佳实施例中的光学传递函数MTF图。
【具体实施方式】
fθ镜头是一种大视场、中小孔径、中长焦距的照相物镜,从它要负担的参数来说,选用“三片”型的照相物镜,应该是较为合适的。我们采用“负-正-正”的光焦度分布型式,其入瞳在镜头外产生的畸变,正好也是fθ镜所需要的,此畸变很容易达到fθ镜要求,是一种“无变形”的打标。而且其结构更加紧凑,特别是对于焦距较小的***,由于振镜位置离镜头相对较远,此种结构也易于解决光阑较长的结构问题。因此,fθ镜头也是一个大视场、平像场的物镜。
如图2所示,本发明所采用的技术方案为:利用“负-正-正”分离的光焦度***进行设计,共有三个透镜L1、L2、L3构成,其中第一透镜L1为负,第二透镜L2的光焦度f2为正,第三透镜L3的光焦度f3为正,其中三个透镜的光焦度与***的光焦度fw比率按以下要求:
-0.65<f1/fw<-0.55
0.65<f2/fw<0.75
1.3<f3/fw<1.5
第一透镜L1距Y轴振镜2间的距离d0为20-30mm,第一透镜L1为双凹型负透镜,第二透镜L2为平凸型正透镜,第三透镜L3为弯月型正透镜,由图2可以明显的看出,Y轴振镜2位于三个透镜L1、L2、L3的前方,也就该三个透镜L1、L2、L3的入射光的方向,且第二、第三透镜L2、L3的曲面均向着Y振镜2方向弯曲,也即:第二、第三透镜L2、L3的曲面均向着入射光方向弯曲。
如图2所示,透镜L1分别由曲率半径为R1=-27.99mm、R2=188.8mm的两个曲面S1、S2构成,其光轴上的中心厚度d1=5mm,材料为Nd1:Vd1=1.47/67;透镜L2分别由曲率半径为R3=0mm,材料为Nd3:Vd3=1.8/25.4;透镜L3分别由曲率半径为R5=-500mm、R6=-76.03mm的两个曲面S5、S6构成,其光轴上的中心厚度d5=5.6mm,材料为Nd5:Vd5=1.8/25.4;透镜L1与透镜L2在光轴上的间隔为d2=5.2mm,透镜L2与透镜L3在光轴上的间隔为d4=0.5mm,透镜L3与成象面4在光轴上的距离为d6=124.5mm。并列表如下:
曲面S | 曲率R(mm) | 面间隔d(mm) | 材料Nd/Vd |
1 | -27.99 | 5 | 1.47/67 |
2 | 188.8 | 5.2 | |
3 | 0 | 7 | 1.8/25.4 |
4 | -52 | 0.5 | |
5? | -500 | 5.6 | 1.8/25.46 |
-76.03 | 124.5 |
由以上结构,设计的镜头具体数据或参数分别如下所示:
实例:
fw=97.9mm D/fw=1∶8.5
λ=1064nm 2ω=50°
f1/fw=-0.6 f2/f3=0.71 f3/fw=1.39
其中fw为整个透镜***的光焦度,f1、f2、f3分别为三个透镜的光焦度,2ω为视场角,D/fw为数值孔径。
图3为上例中的光线追迹图,图4为像散、场曲及畸变图,图5为视场分别为0、0.3、0.5、0.7、0.85以及1.0各视场上的光程差图,图6为光学传递函数MTF图。由以上各图说明:***的像散与场曲得到很好地校正,光程差最大也不超过0.5λ,且从光学传递函数MTF图上看,各视场的MTF值均较一致,说明在全视场上成像均匀,没有渐晕存在。
Claims (2)
1、一种激光应用光学fθ镜头,其特征在于:包括第一、第二、第三透镜,所述透镜布局成“负-正-正”分离的光焦度***,其中第一透镜为双凹型负透镜,第二透镜为平凸型正透镜,第三透镜为弯月型正透镜,所述第二、第三透镜的曲面均向着入射光方向弯曲。
2、如权利要求1所述的激光应用光学fθ镜头,其特征在于:所述各透镜的光焦度与***的光焦度比率符合以下要求:
-0.65<f1/fw<-0.55,
0.65<f2/fw<0.75,
1.3<f3/fw<1.5,
其中f1为第一透镜的光焦度,f2为第二透镜的光焦度,f3为第三透镜的光焦度,fw为整个***的光焦度。
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