变焦f-theta镜与后扫描聚焦系统设计

摘要

变焦系统由于其连续变焦的独特性质，在成像系统中有巨大的应用潜力。f-theta镜是激光扫描系统的重要组成部分，被广泛应用在标刻机、雕刻机、激光打印机、传真机等设备中。随着激光打标业的迅猛发展，人们对f-theta镜的要求也越来越高，将变焦原理应用于f-theta镜，形成变焦的f-theta镜，不但增加了透镜系统的功能，还大大降低了成本。但目前所设计的变焦f-theta镜(维持像面稳定性)变焦范围不大，本文设计中我们利用像面可移动、后扫描聚焦来实现大范围变焦，适用于尺寸差别较大的工件的加工，使实际操作更为便捷。本论文主要的研究工作如下： 1.设计了工作于355nm像面固定的变焦f-theta镜。系统由四片透镜组成，材料分别为：BK7、SF18、SF11、SF11。系统总长度为150mm。其扫描角为+22°。系统的有效焦距分别为f-theta镜的两个常用焦距：360mm、420mm，相应的扫描范围分别为270*270mm<'2>、320,320mm<'2>。系统的最大场曲在360mm、420mm焦距时分别为0.0011D、0.0016D(D为屈光度单位)，最大f-theta相对畸变分别为0.0042％、0.0069％，系统在零视场、0.7视场和全视场的光斑都在相应的爱里斑以内，系统的MTF曲线接近相应的衍射极限曲线。 2.设计了工作于10.6 μm像面可动的大范围变焦f-theta镜。系统由三片透镜组成，材料为GaAs。系统总长度为59.46mm，有效焦距为143mm、358mm、570mm，扫描范围分别为：100*100mm<'2>、250*250mm<'2>、400*400mm<'2>，扫描角为±20°。对应于三个焦距，系统在零视场、0.7视场和全视场的光斑都在相应的爱里斑以内，系统的MTF曲线接近相应的衍射极限曲线。系统的最大场曲分别为：0.295D、0.464D、0.166D(D为屈光度单位)，最大f-theta相对畸变均小于0.5％，满足了现代激光打标机的要求。 3.设计了一个工作于10.6 μm的两片镜后扫描聚焦系统，通过改变两片透镜之间的间隔实现连续变焦，同时配合扫描振镜的转动，可以实现平场扫描。该系统的爱里斑最大直径为482.5mm，最小为440.9mm，与前扫描聚焦系统相比，像面上的光斑更小、更均匀。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

第一节引言

第二节激光打标及f-theta系统

§1.2.1激光打标的发展历程

§1.2.2 f-theta镜的基本原理

第三节　变焦原理与变焦系统的发展

第四节本文的研究目的与内容

第二章变焦方程及变焦镜头结构形式的最佳选择

第一节变焦方程

§2.1.1变焦方程的推导

§2.1.2变焦方程的解和分析

第二节变焦镜头结构形式的最佳选择方法

第三节f-theta镜的设计思想

第三章工作于355nm的变焦f-theta镜设计

第一节引言

第二节光学系统设计

第三节设计结果及分析

§3.3.1 355nm波长定焦距f-theta透镜系统

§3.3.2 355nm波长变焦距f-theta透镜系统

第四节小结

第四章工作于10.6 μm的大范围变焦f-theta镜设计

第一节引言

第二节光学系统设计

第三节设计结果及分析

§4.3.1 10.6 μm波长定焦距f-theta透镜系统

§4.3.2 10.6 μm波长变焦距f-theta透镜系统

第四节小结

第五章后扫描聚焦系统

第一节引言

第二节后扫描聚焦系统的工作原理及光学系统设计

§5.2.1后扫描聚焦系统的工作原理

§5.2.2光学系统设计

§5.2.3光学系统设计结果及分析

§5.2.4其他设计方案及设计结果

第三节小结

第六章结束语

致谢

参考文献

个人简历