CN201060306Y - 激光应用fθ镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种激光应用fθ镜头，***采用三个透镜布局成正-负-正分离的光焦度***，依次排列的第一透镜为弯月型正透镜，弯曲方向朝着Y振镜；第二透镜为双凹型负透镜；第三透镜平凸型正透镜。其中各透镜的光焦度与***的光焦度比率符合以下要求：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。

Description

激光应用fθ镜头

【技术领域】

本实用新型涉及一种应用于激光打标机的镜头，特别是一种激光应用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是现有技术中的一种典型的fθ镜光学***，如图所示，光束顺次经两块绕x轴和y轴转动的振镜，最后通过fθ镜聚焦在像面上，由振镜扫描形成图像。fθ镜头是一种平像场的聚焦镜，在打标时，要求在成像面上像高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镜头的焦距，θ为振镜的扫描角度，其单位为弧度。

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。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。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使激光打标的图像效果良好，在全视场上成像均匀，没有渐晕的镜头。

本实用新型所采用的技术方案是：一种激光打标镜头，包括三个透镜，所述三个透镜依次排列，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，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

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

本实用新型的进一步改进在于，第一透镜距Y振镜距离d0为20-30mm情况下，第一透镜为弯月型正透镜，弯曲方向朝着Y振镜；第二透镜为双凹型负透镜；第三透镜为平凸型正透镜。

本实用新型所能达到的有益效果是，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、较清晰，与真实图形较相像。

【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是现有技术中的镜头示意图。

图2是本实用新型镜头结构图。

图3-1是本实用新型的施例一光线轨迹图。

图3-2是本实用新型的施例一像散，场曲及畸变。

图3-3是本实用新型的施例一视场上的光程差图。

图3-4是本实用新型的施例一光学传递函数MTF图。

图4-1是本实用新型施例二的光线轨迹图。

图4-2是本实用新型的施例二像散，场曲及畸变。

图4-3是本实用新型的施例二视场上的光程差图。

图4-4本实用新型实施例二的光学传递函数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。同时，它是一个大视场的照相物镜，与照相物镜一样，它是一个“平像场”的物镜。

根据以上的特点分析，本发明所采用如图2所示的技术方案为：利用“正-负-正”分离的光焦度***的三个透镜构成，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，各透镜的光焦度分别以f1、f2、f3表示，与***的光焦度fw的比率符合以下要求：

1.0＜f1/fw＜1.1

-0.5＜f2/fw＜-0.4

0.4＜f3/fw＜0.5

本实用新型采用的透镜L1距Y振镜距离d0为20-30mm，透镜L1为弯月型正透镜、透镜L2为双凹型负透镜、透镜L3为平凸型正透镜，透镜L1的弯曲方向向着入瞳即Y振镜。

为使了解本领域的技术人员能更好地理解本实用新型的内容，特举本实用新型的较佳实施例进行具体的说明。

根据本实用新型上述特点，***焦距为fw，它由L1、L2、L3三个透镜构成，L1分别由曲率半径为R1、R2的两个曲面S1、S2构成，其中心厚度d1，材料为Nd1:Vd1；L2分别由曲率半径为R3、R4的两个曲面S3、S4构成，其中心厚度d3，材料为Nd3:Vd3；L3分别由曲率半径为R5、R6的两个曲面S5、S6构成，其中心厚度d5，材料为Nd1:Vd1；透镜L1与透镜L2的间隔为d2，透镜L2与透镜L3的间隔为d4。

实施例1

fw＝256mm     数值孔径D/fw＝1∶16

λ＝1064nm    视场角2ω＝50°

f1/fw＝1.02   f2/fw＝-0.39    f3/fw＝0.45

曲面S	曲率R	面间隔d	材料Nd/Vd
				1	-105.99	6	1.8/25.4
2	-83.11	5
				3	-45.3	3	1.47/67
4	-96.41	3
				5	-95.51	8	1.8/25.4

6

-58.67

468

图3-1是本施例的光线轨迹图，图3-2是本施例的像散，场曲及畸变图，图3-3是本实施例的视场为0、0.3、0.5、0.7、0.85以及1.0各个视场上的光程差图，图3-4是本施例的光学传递函数MTF图。从图上可以看出，***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。在实际中的使用效果来看，本实用新型确实达到了以上的所说明的效果。

实施例2

fw＝160mm     数值孔径D/f＝1∶13.5

λ＝1064nm    视场角2ω＝50°

f1/fw＝1.02   f2/fw＝-0.39    f3/fw＝0.46

曲面S	曲率R	面间隔d	材料Nd/Vd
				1	-80.54	7	1.8/25.4
2	-51.05	4
				3	-33.11	3	1.47/67
4	239.9	9
				5	0	11.5	1.8/25.4
6	-56.49	190

图4-1是本施例的光线轨迹图，图4-2是本施例的像散，场曲及畸变图，图4-3是本实施例的视场为0、0.3、0.5、0.7、0.85以及1.0各个视场上的光程差图，图4-4是本施例的光学传递函数MTF图。从图上可以看出，***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，也说明在全视场上成像均匀，没有渐晕存在。在实际中的使用效果来看，本实用新型确实达到了预期的效果。

Claims (2)

1.一种激光应用fθ镜头，其特征在于：***采用三个透镜布局成“正一负-正”分离的光焦度***，依次排列的第一透镜为弯月型正透镜，弯曲方向朝着Y振镜；第二透镜为双凹型负透镜；第三透镜平凸型正透镜。

2.如权利要求1所述的激光应用fθ镜头，其特征在于：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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