CN100549748C - F-theta光学镜头 - Google Patents

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/f_w＜-0.45，1.0＜f₂/f_w＜1.1，0.6＜f₃/f_w＜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，f_w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

F-theta光学镜头

【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/f_w＜-0.45，

1.0＜f₂/f_w＜1.1，

0.6＜f₃/f_w＜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，f_w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f_w满足：

-0.55＜f₁/f_w＜-0.45

1.0＜f₂/f_w＜1.1

0.6＜f₃/f_w＜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：

f_w＝163.8mm   D/f_w＝1∶13.5

λ＝1064nm    2ω＝50°

f₁/f_w＝-0.5        f₂/f_w＝1.08        f₃/f_w＝0.62

其中f_w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/f_w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：

f_w＝260.4mm      D/f_w＝1∶16

λ＝1064nm        2ω＝50°

f₁/f_w＝-0.51      f₂/f_w＝1.04      f₃/f_w＝0.65，其中f_w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/f_w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/f_w＜-0.45，

1.0＜f₂/f_w＜1.1，

0.6＜f₃/f_w＜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，f_w为所述光学镜头的***光焦度。

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