F-θ镜头的光学设计

介绍一种适合于激光打标的聚焦镜头-F-θ镜头的光学设计.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.优化设计得到的工作面积达500×500 mm2的F-θ镜头,结构简单紧凑、聚焦性能达到衍射极限.

广角f-θ静态红外地平仪镜头的光学设计

为了满足航天器对轻小、价廉,性能可靠的自主导航系统的要求,设计了广角静态红外地平仪系统。该系统选择辐射稳定的14～16.25μm作为工作波段,并设定全视场角为136°,F数为0.61;采用反远距结构,使系统后工作距达到15mm;利用f-θ镜头设计原理,并合理地选用非球面对广角系统进行优化设计,使系统的线性特性的相对误差<0.5%;在空间频率为15lp/mm处,系统的调制传递函数>0.6,接近衍射极限;在半径为20μm的圆内,系统径向能量>85%。另外,采用了像方远心光路,提高了像面的照度均匀性,实现了整个像面照度均匀性>99%。设计结果表明,该镜头结构简单、体积小、后工作距大,很好地解决了广角镜头轴外像差平衡问题,实现了地平仪系统的高精度设计。

多波长、大工作面折-衍混杂f-θ镜头设计

目前国内用于激光扫描系统的f-θ镜头的工作面积一般不超过350mm×350mm。国外虽有面积较大的f-θ镜头,但结构相当复杂。为了能够得到工作面积大而且结构相对简单的f-θ镜头来满足扫描系统的要求,利用二元光学元件的特殊色散性质,设计了工作于808～1064nm波段的折-衍混杂f-θ镜头,激光扫描范围为450mm×450mm。它由四片两种普通玻璃球面透镜构成,光学筒长不到120mm。该镜头结构简单紧凑,单波长工作时聚焦性能达到衍射极限、线性畸变小,能够满足现代多工作波长激光扫描系统的实际需求。

超广角大工作面f-theta镜头的光学设计

目前国内用于激光标刻机的f-theta镜头的视场角一般小于60°。采用望远镜结构,利用视觉放大率增大视场角,得到了超广角90°镜头。该方法具有简洁、可靠、易实现等特点。通过初级像差分析,确定系统的初级结构参数,利用ZEMAX软件优化得到了大工作面为285mm的f-theta镜头,镜头线性畸变误差值不超过1%,在半径为698μm的圆内,能量集中度为80%,聚焦性能接近衍射极限。

用于半导体激光打标机的谐衍射/折射f-theta镜

根据半导体激光器发射波长的范围和谐衍射透镜的特点,讨论了含有谐衍射光学元件的混合f-theta镜的设计.将谐衍射面型引入到半导体激光器及Nd:YAG激光器打标镜的设计中,使用普通的光学材料,使系统在0.8-1.5μm波段内很好地校正了各种单色像差和色差,在各个分立波长上系统的光学传递函数接近或达到衍射极限.系统结构紧凑、片数少、兼容性好、具有良好的像差特性,适用于半导体激光器及Nd:YAG激光器打标系统.

CO_2激光雕刻机的折/衍混杂f-θ镜设计

以工作于CO2激光主波长的传统两片球面透镜型f-θ镜为基础,引入衍射面实现消色差,设计了工作于可调谐CO2激光的波段范围9.0￣11.0μm的f-θ镜。结果表明,所设计的折/衍混杂f-θ镜不仅很好地工作在所要求的波段范围内,而且单色像差比原单波长f-θ镜有所提高,像面上的光斑在各个波长和视场上大小均匀。系统像差在各个波长上都接近或达到衍射极限,具有精确的光学扫描特性。

红外折/衍混杂f-theta镜研究

根据现代红外激光扫描系统的需求,分别设计了工作于808nm～1064nm波段和1064nm～1500nm波段的折/衍混杂f-theta系统。系统分别由三片镜和四片镜组成,激光扫描范围分别为100mm×100mm和60mm×60mm。此二系统相配合,可以完成在808nm～1500nm波长范围的激光扫描工作。点列图分析表明,输出光斑质量优良均匀,在0视场、0.7视场、和全视场光斑均接近衍射极限。像差分析表明,系统最大色差为26μm,最大场曲小于0.3mm,最大f-theta误差小于0.03%。满足现代多工作波长、高精度激光打标机的实际需求。

激光转镜扫描系统中自由曲面f-θ物镜的设计

为了满足扫描系统高分辨率、大工作面、小型化的需要,设计了一款具有衍射受限聚焦能力的超广角f-θ物镜。在此基础上,针对五面转镜引起f-θ物镜入瞳偏移从而导致系统分辨率降低、线性畸变增大的问题进行了分析,计算得到光瞳偏移量与扫描转角存在非对称分布的非线性关系。采用在系统中引入含有奇次高阶项自由曲面校正光瞳漂移的方法,在ZEMAX软件中利用多重结构对f-θ转镜扫描系统建模优化设计,并给出了设计实例。该物镜采用远摄型结构,有效减小了扫描系统总体长度及透镜尺寸。结果表明,经优化校正后,f-θ物镜性能得到显著改善,在其扫描角度115°范围内,线性畸变小于0.5%,60%以上能量集中在半径30μm圆内。该f-θ扫描系统具有结构紧凑、分辨率高、线性畸变小等优点,有良好的适用性。

激光调阻机F-Theta扫描镜头光学设计

激光调阻机用于对片式电阻阻值进行微调,其调阻精度主要取决于扫描镜头的光学聚焦性能。根据实际使用需求,本文设计了两组不同工作波长(1 064 nm和532 nm)的F-Theta扫描镜头,视场角分别为±28°和±25°;聚焦光斑直径分别为30μm和10μm。最终设计结果表明:两组镜头像散值在像差容限范围内,满足平像场要求;F-Theta相对畸变均小于0.1%;光能利用率达到90%以上;聚焦性能接近衍射极限。两组镜头结构简单紧凑,方便互换与装卡,能够满足激光调阻要求。

两片型f·θ透镜设计

设计一种两片型ｆ·θ透镜，结构简单，畸变误差小于０．０８６％；并简述设计这种简单透镜的方法和应考虑的问题。

CO_2激光打标机f-theta透镜的光学设计

随着激光应用技术的发展,F-θ透镜被广泛地应用于红外,激光等扫描系统中。文章基于F-θ透镜的原理和特性,根据使用要求,利用ZEMAX软件,设计一个F-θ镜头。该镜头焦距160mm,视场角40°。优化设计后,像散值在像差容限范围内,满足平场要求;F-θ镜头相对畸变小于0.005%;光能利用率好,聚焦性能接近衍射极限。该镜头结构简单,符合使用要求。

YAG激光打标机f-theta透镜的光学设计

随着激光应用技术的发展,F-θ透镜被广泛地应用于红外、激光等扫描系统中。文章基于F-θ透镜的原理和特性,根据使用要求,利用ZEMAX软件,设计一个F-θ镜头。该镜头焦距160mm,视场角false。优化设计后,像散值在像差容限范围内,满足平场要求;F-θ镜头相对畸变小于false;光能利用率好,聚焦性能接近衍射极限。该镜头结构简单,符合使用要求。

用于激光测距的小F数接收光学系统设计

为解决远距离漫反射激光测距系统能量损耗严重问题,并提高测距系统的响应速度,设计了一种小探测靶面大通光孔径的接收镜头。以3组4片式Petzval结构作为接收镜头的初始原型,将孔径光阑前移放置在第一面,同时增大其孔径以提高接收效率,最后一片引入非球面,以减小球差并使系统小型化;靶面采用直径为75μm的雪崩光电二极管探测器,保证响应速度小于45 ns。经过优化设计得到通光孔径为120 mm的接收镜头,F数为0.6,可用于远距离漫反射激光测距领域。

F-θ扫描镜头光学设计

F-θ透镜是激光扫描系统中一种常用的具有特殊要求的光学系统。文章利用ZEMAX软件,设计一个焦距500mm,视场角的镜头。该镜头接近衍射极限,并且具有较小的畸变,满足了使用要求。

多波长广角f-theta透镜光学设计

f-theta透镜作为激光扫描系统中必不可少的部件,对系统工作面尺寸、测量速度、测量精度等起着决定性的作用。为改变以往f-theta透镜扫描范围小、工作波长单一等不足,设计出了一种工作于486nm^656nm波段的广角f-theta透镜。通过初级像差分析,确定系统的初级结构参数,利用光学材料的不同色散性能分配合理的光焦度来进行色差校正。设计结果表明:f-theta镜头像散值在像差容限范围内满足平像场要求,f-theta镜头系统最大色差为3μm,线性畸变误差值不超过0.015%,光能利用率接近90%,聚焦性能接近衍射极限,满足多工作波长、高精度激光打标机的实际需求。

双波长选区激光熔化成形中F-theta镜头光学设计

在选区激光熔化成形设备中,F-theta镜头是其重要的组成单元,一般采用单一波长作为光源。为了改善选区激光熔化成形性能,首次设计了由三片球面透镜组成的用于共轴双波长选区激光熔化成形的f-theta镜头。通过引入负畸变实现线性扫描,并选择合适玻璃材料、结构设计来消除色差。在扫描面积为120mm×120mm范围内,适用激光波长为532nm和1080nm,对这两波长激光的聚焦光斑分别小于30μm和60μm,横向色差分离小于1μm,满足高精度双波长激光同时共轴选区熔化成形的应用需求。

激光扫描系统中f-θ透镜的光学设计

在激光扫描系统中f-θ透镜是重要的必不可少的部件,它在激光打标机、传真机、印刷机和用于制作半导体集成电路的激光图形发生器以及激光扫描精密计量设备等等光电系统中得到广泛的应用。文中设计了用于非接触在线检测工件尺寸的f-θ透镜。这种透镜的特点是一种负畸变透镜,属于像方远心光路,工作波长为单色光,像质要求波像差要小于λ/4,而且要求整个像面成平面且像质一致,无渐晕存在。所设计的f-θ透镜结构简单紧凑、焦距小、扫描精度高、加工成本较低,性能达到衍射极限,并具有像面上照度分布均匀,能量集中度高和相对畸变小等优点。

基于激光选区熔化的低畸变F-theta场镜设计

设计了一款适用于激光选区熔化的F-theta镜头,该系统由三片透镜组成,且透镜选用红外波段常用的ZnSe材料,镜头总长约89 mm,成型面积为260 mm×260 mm,结构紧凑,制作简单,成本低。聚焦性能好,所有视场下像面的光斑大小均达到衍射极限25μm以下、90%能量集中于50μm的光斑内、相对线性畸变小于0.05%,满足本设计中用于激光选区熔化零件成型的高精度要求。

F-Theta光学镜头的畸变标定及测角精度分析

对于精密测角定位系统来说,畸变的存在会直接影响测量的几何精度,因此需要对光学系统进行畸变标定以便于后期的畸变校正。为了解决F-Theta光学镜头的畸变标定问题,建立了一种基于精密测角法的标定系统,并详细论述了畸变标定过程。通过实验测得了视场与绝对畸变量之间的关系。利用基于曲线拟合的最小二乘逼近方法求解出了F-Theta光学镜头的焦距。最后对F-Theta光学镜头的测角精度进行了分析。结果表明,该镜头满足秒级测角精度的要求。

支撑应力对光刻透镜透射波前畸变的影响

为了设计光刻物镜的支撑结构,建立了支撑应力对透镜透射波前影响的模型,研究了该模型中支撑应力与折射率的关系及支撑应力对透镜透射波前畸变的影响。首先,根据晶体理论,建立了融石英透镜波前畸变与支撑应力之间关系的仿真模型。然后,分析了不同支撑结构下支撑应力与融石英透镜波前的关系。最后,分析了支撑应力造成的透射波前畸变的性质,并选择合适的物镜支撑结构。研究结果表明:光刻物镜支撑结构的支撑应力对透镜的透射波前有很大的影响:3点支撑的波前畸变PV值为3.69 nm;随着支撑点数量的增加,支撑应力造成的透射波前畸变逐渐减少;采用大于9点的支撑结构即可满足光刻投影物镜的元件支撑需求。