CN100549748C - F-theta光学镜头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种F-theta光学镜头,该光学镜头包括沿入光方向依次排列的第一、第二、第三透镜,第一透镜为曲面朝向入光侧的弯月型负透镜,第二透镜为曲面朝向入光侧的弯月型正透镜,第三透镜为平凸型正透镜。此外,各透镜的光焦度与该光学镜头的***光焦度比率满足:-0.55<f1/fw<-0.45,1.0<f2/fw<1.1,0.6<f3/fw<0.8,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为光学镜头的***光焦度。该光学镜头通过将三个透镜布局成“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】
本发明涉及一种光学镜头,尤其涉及一种适于激光应用的F-theta光学镜头。
【背景技术】
目前,激光应用已深入到我们现代生活的各个方面。目前,激光打标机以其速度快、灵活性强、无耗材以及标记永久性等特点,已逐渐地替代各种印字机,丝印机等。
现有激光振镜打标机中普遍采用F-theta光学镜头,图1是一种采用F-theta光学镜头的典型光学***。如图1所示,由激光源(未图示)所发出的光束顺次经两块绕彼此正交的x轴和y轴转动的振镜1、2,最后通过F-theta镜头3聚焦在成像面4上。通过振镜1、2的绕轴摆动实现激光束在成像面4上的扫描。在打标时,要求在成像面4上像高η与振镜1、2的扫描角度θ成线性关系,即:η=f×θ。其中,f为F-theta光学镜头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,常规聚焦透镜像高η与镜头焦距f和振镜转角θ为下列关系:η=tgθ,此时所成图像为变形的图像。
为此,在F-theta光学镜头3有意引入畸变Δη=f(tgθ-θ),由此实现η与θ的线性关系。但是,目前现有F-theta光学镜头都普遍存在渐晕现象,因而影响了成像质量。
【发明内容】
为了解决现有技术中F-theta光学镜头都普遍存在渐晕现象,因而影响了成像质量的技术问题,本发明提供一种能够在全视场上均匀成像、没有渐晕存在的F-theta镜头。
本发明现有技术中F-theta光学镜头都普遍存在渐晕现象,因而影响了成像质量的技术问题所采用的技术方案是:提供一种F-theta光学镜头,其中F-theta光学镜头包括沿入光方向依次排列的第一、第二和第三透镜,其中第一透镜为曲面朝向入光侧的弯月型负透镜,第二透镜为曲面朝向入光侧的弯月型正透镜,第三透镜为平凸型正透镜。
根据本发明的优选实施例,各透镜的光焦度分别与光学镜头的***光焦度满足:
-0.55<f1/fw<-0.45,
1.0<f2/fw<1.1,
0.6<f3/fw<0.8,
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为光学透镜的***光焦度。
本发明所达到的技术效果是:通过将三个透镜布局成“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】
图1是一种采用F-theta光学镜头的典型光学***;
图2是本发明F-theta光学镜头的结构示意图;
图3为本发明F-theta光学镜头第一实施例的光线追迹图;
图4为本发明F-theta光学镜头第一实施例的像散、场曲及畸变;
图5为本发明F-theta光学镜头第一实施例的视场分别为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F-theta光学镜头第一实施例的光学传递函数(MTF)图;
图7为本发明F-theta光学镜头第二实施例的光线追迹图;
图8为本发明F-theta光学镜头第二实施例的像散、场曲及畸变;
图9为本发明F-theta光学镜头第二实施例的视场分别为0、0.3、0.5、0.7、0.85以及1.0各视场上的光程差图;
图10为本发明F-theta光学镜头第二实施例的光学传递函数(MTF)图
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
如图2所示,图2是本发明F-theta光学镜头的结构示意图。在本发明中,F-theta光学镜头沿入光方向包括光焦度为f1的第一透镜L1、光焦度为f2的第二透镜L2以及光焦度为f3的第三透镜L3,其中,第一透镜L1为曲面朝向入光侧的弯月型负透镜,第二透镜L2为曲面朝向入光侧的弯月型正透镜,为第三透镜L3为平凸型正透镜。此外,各透镜的光焦度f1、f2、f3的与该F-theta光学镜头的***光焦度fw满足:
-0.55<f1/fw<-0.45
1.0<f2/fw<1.1
0.6<f3/fw<0.8。
结合以上的参数,本发明设计了两个优选实施例,其具体数据分别如下所示:
实施例1:
透镜L1分别由曲率半径为R1=-38.86mm、R2=-627.05mm的两个曲面S1、S2构成,其光轴上的中心厚度d1=6.7mm,材料为Nd1∶Vd1(折射率/色散系数)=1.52/64;透镜L2分别由曲率半径为R3=-115mm、R4=-63.74mm的两个曲面S3、S4构成,其光轴上的中心厚度d3=5.5mm,材料为Nd3∶Vd3=1.8/25.4;透镜L3分别由曲率半径为R5=0mm、R6=-79.42mm的两个曲面S5、S6构成,其光轴上的中心厚度d5=9.2mm,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=3.5mm,透镜L2与透镜L3在光轴上的间隔为d4=0.1mm,透镜L3与成象面在光轴上的距离为d6=95mm。并列表如下:
此外,通过上述结构参数所设计的F-theta光学镜头的其它数据或参数分别如下所示:
fw=163.8mm D/fw=1∶13.5
λ=1064nm 2ω=50°
f1/fw=-0.5 f2/fw=1.08 f3/fw=0.62
其中fw为整个光学镜头的***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。
根据上述设计方案,通过计算机模拟可以得到图3-图6的模拟结果。图3为上述实施例的光线追迹图,图4为像散、场曲及畸变,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。从上述曲线图可以看出,***的像散与场曲得到很好的校正,光程差最大也不超过0.2λ,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。
实施例2:
透镜L1分别由曲率半径为R1=-61.24mm、R2=-718.8mm的两个曲面S1、S2构成,其光轴上的中心厚度d1=6.2mm,材料为Nd1∶Vd1=1.52/64;透镜L2分别由曲率半径为R3=-161.4mm、R4=-93.54mm的两个曲面S3、S4构成,其光轴上的中心厚度d3=10mm,材料为Nd3∶Vd3=1.8/25.4;透镜L3分别由曲率半径为R5=0mm、R6=-130.3mm的两个曲面S5、S6构成,其光轴上的中心厚度d5=12mm,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=7mm,透镜L3与成象面在光轴上的距离为d6=310mm。并列表如下:
此外,通过上述结构参数所设计的F-theta光学镜头的其它数据或参数分别如下所示:
fw=260.4mm D/fw=1∶16
λ=1064nm 2ω=50°
f1/fw=-0.51 f2/fw=1.04 f3/fw=0.65,其中fw为整个光学镜头的***光焦度,f1、f2、f3为三个透镜的光焦度,2ω为视场角,D/fw为数值孔径。
根据上述设计方案,通过计算机模拟可以得到图3-图6的模拟结果。图3为上述实施例的光线追迹图,图7为上例中的光线追迹图,图8为像散、场曲及畸变图,图9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10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的校正,光程差最大也不超过0.2λ,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。
本发明通过将三个透镜布局成“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。
在上述实施例中,仅对本发明进行了示范性描述,但是本领域技术人员在不脱离本发明所保护的范围和精神的情况下,可根据不同的实际需要设计出各种实施方式。
Claims (1)
1.一种F-theta光学镜头,其特征在于:所述F-theta光学镜头包括沿入光方向依次排列的第一、第二和第三透镜,其中所述第一透镜为凹面朝向入光侧的弯月型负透镜,所述第二透镜为凹面朝向入光侧的弯月型正透镜,所述第三透镜为平凸型正透镜,各所述透镜的光焦度分别与所述光学镜头的***光焦度满足:
-0.55<f1/fw<-0.45,
1.0<f2/fw<1.1,
0.6<f3/fw<0.8,
其中f1为所述第一透镜的光焦度,f2为所述第二透镜的光焦度,f3为所述第三透镜的光焦度,fw为所述光学镜头的***光焦度。
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2007
- 2007-01-30 CN CNB2007100731609A patent/CN100549748C/zh active Active
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