[发明专利]经F-theta聚焦透镜后引起的畸变误差补偿方法

权利要求书

1.一种经F-theta聚焦透镜后引起的畸变误差补偿方法，光束经过两个旋转的X振镜和Y振镜反射后，出射光进入F-theta聚焦透镜，X振镜和Y振镜由两个互相垂直的伺服电机带动旋转；其特征在于，Q-B-V为光束进入振镜的实际路径；S、U分别是映射坐标点V在Y、X轴上的映射；B、Q分别是Y、X振镜中心点；θx、θy分别表示X、Y振镜转动的角度；光束进入F-theta聚焦透镜后分别在F-theta聚焦透镜的左曲面和右曲面发生两次折射，B-D-F-G为光束进入F-theta聚焦透镜的实际路径；在F-theta聚焦透镜中光路的高度对称性，设定二维光路中各个参数：入射光BD，出射光为FG，聚焦透镜横向中心线IC为Z轴；ID是左曲面曲率半径，N是ID延长线与聚焦透镜纵向中心线ON的交点；DE是入射点D到聚焦透镜横向中心线IC的距离；FM是出射点F到光屏轴GH的距离，GH为Y轴，像在光屏面XHY上；CF是右曲面曲率半径，P是CF延长线与聚焦透镜的交点；A是PD的延长线与聚焦透镜横向中心线IC的交点；FJ是出射点F到聚焦透镜横向中心线IC的距离；O、H分别是聚焦透镜和光屏轴GH的中心点，H在聚焦透镜横向中心线IC上；K、L为聚焦透镜的左曲面和右曲面中心点，K、L均在聚焦透镜横向中心线IC上；

假设：

经过两振镜后的出射光BD与Z轴的角度∠DBC＝θ；

激光束BD进入F-theta聚焦透镜的入射角∠BDI＝α₁；

左曲面折射后的角度∠FDN＝β₁；

右曲面入射角角度∠DFP＝β₂；

右曲面折射后的角度∠GFC＝α₂

左曲面入射点中心角∠DIK＝φ₁；

右曲面入射点中心角∠FCK＝φ₂；

像点(x,y)与H点连线与X轴正方向成的角度φ；

DE距离h；

GH距离R；

已知物理量：

f:OH距离，即F-theta聚焦透镜焦距；

a：两面振镜中心点距离QB；

b：Y振镜到F-theta聚焦透镜的距离BK；

t：F-theta聚焦透镜厚度KL；

n₁：F-theta聚焦透镜外介质折射率；

n₂：F-theta聚焦透镜介质折射率；

r₁：F-theta聚焦透镜左曲面曲率半径ID；

r₂：F-theta聚焦透镜右曲面曲率半径CF；

k_x：控制X振镜的模拟电压与振镜转角的比例系数；

k_y：控制Y振镜的模拟电压与振镜转角的比例系数；

D_x：控制X振镜转动的计算机数字控制量；

D_y：控制Y振镜转动的计算机数字控制量；

V_x：控制X振镜转动的模拟控制量；

V_y：控制Y振镜转动的模拟控制量；

未知参数的数学关系式：

θ_x＝k_xV_x；

θ_y＝k_yV_y；

θ_x＝(D_x/65535-0.5)*10*k_x*π/180；

θ_y＝(D_y/65535-0.5)*10*k_y*π/180；

φ＝tan^-1(cos(2θ_x)*sin(2θ_y)/sin(2θ_x))；

θ＝cos^-1(cos2θ_x*cos2θ_y)；

φ₁＝sin^-1(h/r₁)；

α₁＝θ-φ₁；

β₁＝sin^-1(sin(α₁)*n₁/n₂)；

β₂＝sin^-1(sin(β₁+φ₁)*(h*cot(β₁+φ₁)-h*cotθ+b+r₂+t)/r₂)；

α₂＝sin^-1(sin(β₂*n₂/n₁))；

φ₂＝β₂-β₁-φ₁；

x＝R*cosφ；

y＝R*sinφ；

F-theta聚焦透镜横截面是圆形的，即有效像平面是圆形；有效像平面是以H为中心R为半径的圆形,而像(x,y)坐标值通过R和φ的关系可求得，通过数学关系式，得到D_x、D_y与(x,y)相关的数学表达式，计算机上输入D_x、D_y计算出映射坐标值(x,y)的真实值，跟理论值对比找出畸变差值，通过修改输入的D_x、D_y进行差值补偿。