超廣角大工作面f-theta鏡頭的光學設計

摘要：目前國內(nèi)用于激光標刻機的f-theta鏡頭的視場角一般小于60°。采用望遠鏡結構，利用視覺放大率增大視場角，得到了超廣角90°鏡頭。該方法具有簡潔、可靠、易實現(xiàn)等特點。通過初級像差分析，確定系統(tǒng)的初級結構參數(shù)，利用ZEMAX軟件優(yōu)化得到了大工作面為Φ285mm的f-theta鏡頭，鏡頭線性畸變誤差值不超過1%，在半徑為698μm的圓內(nèi)，能量集中度為80%，聚焦性能接近衍射極限。 引言

f-theta透鏡是信息處理、激光刻字、激光照排和激光打印機等激光掃描記錄裝置中廣泛采用的一種具有特殊要求的光學鏡頭，其理想像高與掃描角成線性關系，即以等角速度偏轉(zhuǎn)的人射光束在焦平面上的掃描速度是常數(shù)。具有無污染、分辨率高、非接觸、標記永久保持、無非線性誤差和塔形誤差等優(yōu)點。

隨著激光打標應用范圍的進--步伸展，對f-theta鏡頭提出了更高的要求，使它朝大工作面的方向發(fā)展。增大工作面的途徑有兩種：一種是通過提高鏡頭焦距f'；另一種是增加視場角2θ。為了使系統(tǒng)的尺寸盡量減小，焦距f不能取得太大，因而只有增加視場角2θ。國內(nèi)外專利、期刊報導的f-theta鏡頭的視場角一般均在30°~60°之間。掃描角度在50°~60°的f-theta 鏡頭可認為是廣角f-theta鏡頭，超過60°的為超廣角f-theta鏡頭。

本文利用望遠鏡結構，設計了超廣角f-theta鏡頭，使視場角2θ為90°。從初級像差理論出發(fā)，應用f-theta鏡頭的設計原理并合理使用非球面，使用超廣角f-theta鏡頭線性特性的相對誤差值不超過1%，在半徑698μm的圓內(nèi)，能晉中度為80%，系統(tǒng)像質(zhì)優(yōu)良，能達到衍射極限。1設計思想用于激光標刻系統(tǒng)中的f-theta鏡頭是一種常用的具有特殊要求的透鏡系統(tǒng)，它具有以下幾個特性：

圖1.激光標刻機打標原理

圖2.望遠鏡結構

圖5.優(yōu)化后的鏡頭系統(tǒng)

......5結論

應用望遠鏡結構結合f-theta設計原理設計了超廣角大工作面f-theta鏡頭，給出了誰家思想、設計結果和像質(zhì)評價。鏡頭的聚焦性能接近衍射極限，具有畸變小、光能利用率高、像面照度分布均勻、結構緊湊、像質(zhì)優(yōu)良等優(yōu)點，適合大工作面的激光打標機要求。

審核編輯 ：李倩