专利名称：一种激光扫描镜头的制作方法
一种激光扫描镜头
技术领域：
本发明涉及一种大范围的F-theta激光扫描镜头。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，在激光应用中便离不开为了 符合各种工艺要求的各种应用光学系统。在目前市场上激光打标机，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。F-theta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，激光打标机是因为有了 F-theta镜头 才得以实现。图1是一种典型的F-Theta镜头的光学系统，光束顺次经两块绕X轴和Y轴转 动的X振镜1和Y振镜2，最后通过F-theta镜头聚焦在像面4上，由振镜扫描形成图像。 F-theta镜头3是一种平像场的聚焦镜，在打标时，要求在成像面上像高h与X振镜1和Y 振镜2的扫描角度theta成线性关系，即h = f*Theta(sr)。其中，f为F-theta镜头3的 焦距，theta为振镜的扫描角度(单位为弧度)。由高斯光学成像理论，像高h与镜头焦距f和振镜转角Theta关系为h = f*tan (theta)。它不满足h = f*theta关系式。因此，激光打标系统用常规的镜头是不可 行的，这是因为像高h与振镜的转角theta不是呈线性关系变化，所雕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象差校正中，有意引入畸变dh，使得满足 下式所示关系h= (f*tan(theta)-dh) = f*theta。这个结论是非常重要的。虽然dh是 有意引入的，但决不意味着畸变就可以不考虑，随意大小都可以，应满足下式dh = f*tan(theta)-f*theta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-theta光学系统。
发明内容本发明的目的在于针提供一种扫描范围达到600mmX600mm的F-Theta激光扫描 镜头，以达到激光扫描视场大、扫描范围大、像差校正容易。本发明实施例是这样实现的，本发明揭示一种激光扫描镜头，包括透镜组、光阑及 焦平面，所述光阑位于透镜组的前方，所述透镜组位于光阑与焦平面之间，所述透镜组包括 三个透镜，该三个透镜由光阑开始依序排列的第一、第二、第三透镜，所述第一、第二、第三 透镜以“正-负-正”的光焦度分布设计，所述第一、第二、第三透镜均为弯月型透镜，且第 一、第二、第三透镜的曲面均向着光阑方向弯曲，各透镜的焦距与整个光学系统的焦距按以 下要求0. 9 < fl/f < 1. 1
-0. 4 < f 1/f < -0. 30. 3 < f3/f < 0. 5其中，整个光学系统的焦距为f，第一、第二、第三透镜的焦距分别为fl、f2、f3 ； 且，本激光扫描范围为600mm*600mm。其中，所述第一透镜距光阑的距离为25_40mm。其中，各透镜的焦距与整个光学系统的焦距按以下要求fl/f = 1.043，f2/f =-0. 3723，f3/f = 0. 3908。本发明的有益效果是本激光扫描在成像范围内的聚焦点，没有渐晕存在，且所 有“刻出”的像点都相一致和清晰，且激光扫描范围能达到Φ860πιπι直径范围，即可扫描 600_X 600mm 范围。
下面参照附图结合实例对本发明作进一步的描述图1为现有F-Theta镜头的光学系统；图2为本激光扫描镜头的结构示意图；图3本激光扫描镜头的光纤追迹图；图4为本激光扫描镜头的各视场角的能量分布图；图5为本激光扫描镜头的弥散光斑图；图6为本激光扫描镜头的光学传递函数MTF图。
具体实施方式
F-theta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“正-负-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F-theta镜所需要的，此畸变很容易达到 F-theta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。如图2，本发明所采用的技术方案是提供一种用于激光加工使用的光学F-theta 扫描镜头，包括透镜组和光阑(振镜)1，所述光阑(振镜)1位于透镜组的前方，透镜组包括 三个透镜，分别为第一、第二、第三透镜L1、L2、L3，所述第一、第二、第三透镜L1、L2、L3采用 三片式“正-负-正”的光焦度分布进行设计，其中三片透镜的材质都是玻璃。其中，第一透镜的光焦度Ι/fl为负透镜，第二透镜的光焦度l/f2与第三透镜的光 焦度l/f3均为正，其中各透镜的焦距与整个光学系统的焦距f比率按以下要求0. 9 < fl/f < 1. 1-0. 4 < fl/f < -0· 30. 3 < f3/f < 0. 5其中，整个光学系统的焦距为f，第一、第二、第三透镜的焦距分别为fl，f2，f3。其中，第一透镜Ll距光阑(振镜)1的距离d0为25_40mm，第一透镜Ll为弯月型正透镜；第二透镜L2为弯月型负透镜，第三透镜L3为弯月型正透镜，第一透镜Li、第二透 镜L2及第三透镜L3所有的曲面均向着光阑(振镜)1方向弯曲，第三透镜L3到焦平面2的距离为d6。 它们的具体结构及参数表述为本光学F-theta扫描镜头由L1、L2、L3三个透镜构 成，第一透镜Ll分别由曲率半径为R1、R2的两个曲面S1、S2构成，其中心厚度dl，材料光学 参数为Ndl/Vdl ；第二透镜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，材料光学参数为Nd2/Vd2 ；第三透镜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，材料光学参数为Nd3/Vd3 ；第一透镜Ll与第二透镜Ll的间隔为d2， 第二透镜Ll与第三透镜L3的间隔为d4，结合以上的参数，本发明设计了一组镜头，其具体 参数如下所示第一透镜Ll分别由曲率半径为Rl = -1397. 98mm、R2 = -381. 95mm的两个曲面 S1、S2构成，其光轴上的中心厚度dl = 5. 6mm，材料为Ndl/Vdl约为1. 8/25. 4 ；第二透镜Ll 分别由曲率半径为R3 = -99. 43mm、R4 = -536. 12mm的两个曲面S3、S4构成，其光轴上的 中心厚度d3 = 6. 39mm,材料为Nd3/Vd3约为1. 51/64 ；第三透镜L3分别由曲率半径为R5 =-234. 08mm、R6 = -110. 03的两个曲面S5、S6构成，其光轴上的中心厚度d5 = 15. 72mm, 材料为Nd5/Vd5约为1. 8/25. 4 ；第一透镜Ll与第二透镜L2在光轴上的间隔为d2 = 8. 09， 第二透镜Ll与第三透镜L3在光轴上的间隔为d4 = 4. 2mm，第三透镜L3与成象面在光轴上 的距离为d6 = 692. Imm0并列表如下
权利要求
1.一种激光扫描镜头，包括透镜组、光阑及焦平面，所述光阑位于透镜组的前方，所述 透镜组位于光阑与焦平面之间，所述透镜组包括三个透镜，该三个透镜由光阑开始依序排 列的第一、第二、第三透镜，其特征在于所述第一、第二、第三透镜以“正-负-正”的光焦 度分布设计，所述第一、第二、第三透镜均为弯月型透镜，且第一、第二、第三透镜的曲面均 向着光阑方向弯曲，各透镜的焦距与整个光学系统的焦距按以下要求0. 9 < fl/f < 1. 1-0. 4 < fl/f < -0· 30. 3 < f3/f < 0. 5其中，整个光学系统的焦距为f，第一、第二、第三透镜的焦距分别为fl、f2、f3 ；且，本 激光扫描范围为600mm*600mm。
2.根据权利要求1所述的激光扫描镜头，其特征在于所述第一透镜距光阑的距离为 25-40mmo
3.根据权利要求1所述的激光扫描镜头各透镜的焦距与整个光学系统的焦距按以下 要求:fl/f = 1. 043，f2/f = -0· 3723，f3/f = 0. 3908。
全文摘要
本发明揭示一种激光扫描镜头，包括透镜组、光阑及焦平面，所述光阑位于透镜组的前方，所述透镜组位于光阑与焦平面之间，所述透镜组包括三个透镜，该三个透镜由光阑开始依序排列的第一、第二、第三透镜，所述第一、第二、第三透镜以“正-负-正”的光焦度分布设计，各透镜的焦距与整个光学系统的焦距按以下要求0.9＜f1/f＜1.1-0.4＜f1/f＜-0.30.3＜f3/f＜0.5且，本激光扫描范围为600mm*600mm。本发明的有益效果是本激光扫描在成像范围内的聚焦点，没有渐晕存在，且所有“刻出”的像点都相一致和清晰，且激光扫描范围能达到Φ860mm直径范围，即可扫描600mm×600mm范围。
文档编号G02B13/06GK102062931SQ20101052753
公开日2011年5月18日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年10月29日
发明者汪玉树, 高云峰 申请人:深圳市大族激光科技股份有限公司