CN201004108Y - 用于激光打标***中的fθ镜头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种用于激光打标***中的fθ镜头,包括三个透镜,它们全部为弯月型透镜,弯曲方向向着光入射方向,其中第一透镜光焦度为正,第二透镜光焦度为负;第三透镜光焦度为正。各透镜的光焦度f1,f2,f3与***的光焦度fw比率符合以下要求:1.0<f1/fw<1.1,-0.5<f2/fw<-0.4,0.4<f3/fw<0.5。本实用新型光学***采用“正-负-正”分离的光焦度***,***的像散与场曲得到很好的较正,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。
Description
【技术领域】
本实用新型是关于一种应用于激光打标***中的fθ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,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振镜和Y振镜的扫描角度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可知,像高η与镜头焦距f和振镜转角θ为下列关系:η=f·tgθ。它不满足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,反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像差校正中,有意引入畸变Δη,使得满足下式所示关系:η=(f·tgθ-Δη)=f·θ。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。
【实用新型内容】
本实用新型所欲解决的技术问题是提供一种能运用于激光打标***中使激光打标的图像效果良好的fθ镜头。
本实用新型所采用的技术方案是: 一种用于激光打标***中的fθ镜头,包括第一、第二、第三透镜,依次排列为“正—负—正”分离的光焦度***,所述透镜全部为弯月型透镜,弯曲面的弯曲方向均向着光入射方向,其中第一透镜的光焦度为正,第二透镜的光焦度为负,第三透镜的光焦度为正。
所述各透镜的光焦度与***的光焦度比率符合以下要求:
1.0<f1/fw<1.1,
-0.5<f2/fw<-0.4,
0.4<f3/fw<0.5,
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。
本实用新型所达到的技术效果是:本实用新型采用三个透镜依次排列成“正—负—正”分离的光焦度***,当该fθ镜头应用于激光打标***中时能使刻出的图像效果较佳、与原图形相一致,几乎不产生变形,在整个大幅面成像范围成像质量均匀。
【附图说明】
下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的描述。
图1是一种典型的fθ镜头光学***。
图2是本实用新型用于激光打标***中的fθ镜头的光学***结构示意图。
图3为本实用新型用于激光打标***中的fθ镜头较佳实施例中的光线追迹图。
图4为本实用新型用于激光打标***中的fθ镜头较佳实施例中的像散、场曲及畸变图。
图5为本实用新型用于激光打标***中的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为本实用新型用于激光打标***中的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镜头是一种非对称、大视场、中小孔径、中长焦距的照相物镜,考虑到镜头在打标***中应用时特殊要求的特点,我们选用如图2所示的光路结构形式。
本实用新型所采用的技术方案为:利用“正—负—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的光焦度为正,第二透镜L2的光焦度为负,第三透镜L3的光焦度为正,其中各透镜的光焦度(分别以f1、f2、f3表示)与***的光焦度(以fw表示)比率按以下分配要求:
1.0<f1/fw<1.1
-0.5<f2/fw<-0.4
0.4<f3/fw<0.5
透镜L1距Y轴振镜2的距离d0为20-30mm,透镜L1、L2、L3全部为弯月型透镜,弯曲方向均向着入瞳(Y振镜),其中第一透镜光焦度为正,第二透镜光焦度为负;第三透镜光焦度为正。
由于fθ镜是一种大视场平像场的照相物镜,所以与照相物镜一样,需要一个负透镜的负光焦度产生一定的-SIV来较正场曲,使得其像场为平面,同时产生一些-SIII,减小***的像散和球差而提高像质。另外,让所有透镜都弯向入瞳,这样,在各个面上的ip值较小,对于整个***不对称而造成的彗差较大问题得到一定的改善,同时对减小轴外球差也有所帮助。
另外,与一般照相物镜不同,在象差校正时,要求中心点与边沿点的成像质量相当,使得在整个成像平面上像质均匀,特别是不能有渐晕。
根据以上的结构特点,我们设计了一个焦距fw=425mm的长焦距打标镜头,它由L1、L2、L3三个透镜构成,L1分别由曲率半径为R1=-105.99mm、R2=-83.11mm的两个曲面S1、S2构成,其光轴上的中心厚度为d1=6mm,材料为Nd1:Vd1;L2分别由曲率半径为R3=-45.3mm、R4=-96.41mm的两个曲面S3、S4构成,其光轴上的中心厚度为d3=3mm,材料为Nd3:Vd3;L3分别由曲率半径为R5=-95.51mm、R6=-58.67mm的两个曲面S5、S6构成,其光轴上的中心厚度为d5=8mm,材料为Nd1:Vd1;透镜L1与透镜L2在光轴上的间隔为d2=5mm,透镜L2与透镜L3在光轴上的间隔为d4=3mm,透镜L3与成像面(未图示)在光轴上的间隔为468mm。
采用的具体数值如下表所示:
曲面S | 曲率R(mm) | 面间隔d(mm) | 材料Nd/Vd |
1 | -105.99 | 6 | 1.8/25.4 |
2 | -83.11 | 5 | |
3 | -45.3 | 3 | 1.51/64 |
4 | -96.41 | 3 | |
5 | -95.51 | 8 | 1.8/25.4 |
6 | -58.67 | 468 |
本实施方式中,其设计参数如下:
打标激光的波长λ=1064nm,***的光焦度fw=425mm,数值孔径D/fw=1∶20,视场角2ω=50°。
各透镜的光焦度与***的光焦度比率分别为:
f1/fw=1.05 f2/fw=-0.41 f3/fw=0.43,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。
上例中的设计结果:图3示出了光路***的光线追迹图,图4为***的像散、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的较正,光程差最大也不超过0.15λ,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)
1.一种用于激光打标***中的fθ镜头,其特征在于:包括第一、第二、第三透镜,依次排列为“正-负-正”分离的光焦度***,所述透镜全部为弯月型透镜,弯曲面的弯曲方向均向着光入射方向,其中第一透镜的光焦度为正,第二透镜的光焦度为负,第三透镜的光焦度为正。
2.如权利要求1所述的用于激光打标***中的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:
1.0<f1/fw<1.1,
-0.5<f2/fw<-0.4,
0.4<f3/fw<0.5,
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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CN 200620145473 CN201004108Y (zh) | 2006-12-30 | 2006-12-30 | 用于激光打标***中的fθ镜头 |
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CN 200620145473 CN201004108Y (zh) | 2006-12-30 | 2006-12-30 | 用于激光打标***中的fθ镜头 |
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CN201004108Y true CN201004108Y (zh) | 2008-01-09 |
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CN 200620145473 Expired - Lifetime CN201004108Y (zh) | 2006-12-30 | 2006-12-30 | 用于激光打标***中的fθ镜头 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108873257A (zh) * | 2018-07-11 | 2018-11-23 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 透镜组及激光加工设备 |
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2006
- 2006-12-30 CN CN 200620145473 patent/CN201004108Y/zh not_active Expired - Lifetime
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