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F-θ和F-Sinθ镜头的光学设计

季轶群  刘红军  沈为民  薛鸣球  
【摘要】:激光打标在激光加工行业中占有很大的比重,聚焦镜头是激光打标机的核心部件。本文介绍一种适合于和另一种可能适合于激光打标的光学聚焦镜头(即F-θ和F-Sinθ镜头)的光学设计。理想光学系统的像高与入射角的正切值成正比,通过引入桶形畸变,得到的F-θ镜头的像高与入射角成正比,可实现打标速度的线性控制。通过优化设计,得到了工作面积达500×500mm2的F-θ镜头,系统第一块透镜前表面至最后一块透镜后表面的长度仅63mm,它具有结构简单紧凑、聚焦性能达到衍射极限的优点。为使工作面上照度分布均匀、刻线匀称,工作面积大,一般要求F-θ镜头中光学元件尺寸大。这里提出通过引入畸变值,使像高与入射角的正弦值成正比,即把聚焦镜头设计成F-Sinθ镜头,便可克服上述缺点。它具有像面照度分布均匀的固有优点,可望设计得到结构更紧凑的激光聚焦镜头,适用于标刻更大面积(如1m×1m)的工件。

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