[发明专利]激光应用光学fθ镜头

说明书

【技术领域】

本发明是关于一种镜头，尤其是指一种激光应用f-θ光学镜头。

【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镜头光学系统，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轴振镜1和Y轴振镜2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知，像高η与镜头焦距f和振镜转角θ为下列关系：η＝f·tgθ，这并不满足η＝f·θ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，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Δη，使得满足下式所示关系：η＝(f·tgθ-Δη)＝fθ。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。

【发明内容】

本发明所欲解决的技术问题是提供一种在全视场上成像均匀、没有渐晕存在的激光应用光学fθ镜头。

本发明所采用的技术方案是：一种激光应用光学fθ镜头，包括第一、第二、第三透镜，所述透镜布局成“负-正-正”分离的光焦度系统，其中第一透镜为双凹型负透镜，第二透镜为平凸型正透镜，第三透镜为弯月型正透镜，所述透镜的曲面均向着Y振镜方向弯曲。

所述各透镜的光焦度与系统的光焦度比率符合以下要求：

-0.65＜f1/fw＜-0.55，

0.65＜f2/fw＜0.75，

1.3＜f3/fw＜1.5，

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为整个系统的光焦度。

本发明所达到的技术效果是：本发明光学镜头采用三个透镜布局成“负-正-正”分离的光焦度系统，使系统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】

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。

图1是一种典型的fθ镜头光学系统。

图2是本发明激光应用光学fθ镜头的光学系统结构示意图。

图3为本发明激光应用光学fθ镜头较佳实施例中的光线追迹图。

图4为本发明激光应用光学fθ镜头较佳实施例中的像散、场曲及畸变。

图5为本发明激光应用光学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为本发明激光应用光学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。而且其结构更加紧凑，特别是对于焦距较小的系统，由于振镜位置离镜头相对较远，此种结构也易于解决光阑较长的结构问题。因此，fθ镜头也是一个大视场、平像场的物镜。

如图2所示，本发明所采用的技术方案为：利用“负-正-正”分离的光焦度系统进行设计，共有三个透镜L1、L2、L3构成，其中第一透镜L1的光焦度f1为负，第二透镜L2的光焦度f2为正，第三透镜L3的光焦度f3为正，其中三个透镜的光焦度与系统的光焦度fw比率按以下要求：

-0.65＜f1/fw＜-0.55

0.65＜f2/fw＜0.75

1.3＜f3/fw＜1.5