CN201004108Y - 用于激光打标***中的fθ镜头 - Google Patents

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

用于激光打标***中的fθ镜头

【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-S_IV来较正场曲，使得其像场为平面，同时产生一些-S_III，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i_p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。

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