【正文】 要求。圖 320 所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的二維結(jié)構(gòu)圖（2）像質(zhì)評價(jià)圖 321 系統(tǒng)的場曲和畸變圖 322 場曲和畸變設(shè)置注意：由于設(shè)計(jì)的是 fθ 系統(tǒng)，所以評判的基準(zhǔn)為 FTheta 像面，而不是普通成像系統(tǒng)的高斯像面。由圖 320 可知，所設(shè)計(jì)的 fθ 透鏡相對畸變在 %以內(nèi)，最大約 %左右，滿足設(shè)計(jì)要求。圖 323 點(diǎn)列圖 圖 324 全視場矩陣點(diǎn)列圖 從點(diǎn)列圖來看，光斑已經(jīng)優(yōu)化至艾利斑范圍內(nèi)，接近衍射極限。從全視場矩陣點(diǎn)列圖來看，均勻分布的不同視場（0，1，3，5，...，15 度視場） ，其光斑中心從上至下大致均勻分布，說明了 fθ 透鏡的掃描特性。圖 325 網(wǎng)格失真 圖 326 幾何像分析（網(wǎng)格）從以上網(wǎng)格失真圖和網(wǎng)格幾何成像圖可知，本文所設(shè)計(jì)的 fθ 透鏡最后所成像確實(shí)具備桶形畸變（負(fù)畸變） ，符合 fθ 透鏡的特性要求。4 系統(tǒng)掃描線性改善方法Fθ透鏡被廣泛的應(yīng)用于紅外、激光等掃描系統(tǒng)中，同時(shí)對Fθ透鏡在整個(gè)市場內(nèi)改善掃描線性提出越來越高的要求。物鏡前掃描系統(tǒng)中，F(xiàn)θ透鏡的成象半高 ，因此由高速轉(zhuǎn)鏡或類似機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)???fH動所形成的平行光束的掃描速度與象點(diǎn)的運(yùn)動速度成正比。顯然Fθ透鏡除要滿足球差、象面彎曲、象散、慧差以及綜合彌散斑的要求之外，掃描線性也必須嚴(yán)格地控制。由于Fθ透鏡需要校正的是負(fù)畸變，從設(shè)計(jì)的最基本的光學(xué)結(jié)構(gòu)模型考慮，應(yīng)是一負(fù)一正的兩片式透鏡組合的“ 凸凹 ”型系統(tǒng)。由本設(shè)計(jì)過程中整理的參考資料可知， “凸凹”型二片式透鏡部分技術(shù)參數(shù)如圖41圖41 透鏡部分技術(shù)參數(shù)兩片式型式簡單，加工成本低廉，是一種滿足中等技術(shù)要求和掃描性性能的可行結(jié)構(gòu)。對于高精度技術(shù)要求的掃描系統(tǒng)，改善整個(gè)視場的掃描線性性，是設(shè)計(jì)Fθ透鏡的關(guān)鍵問題?！鞍纪埂毙投降腇θ透鏡，由于正透鏡在后面，主光線在正透鏡上的投射位置較高，可獲得一定負(fù)畸變，只要設(shè)計(jì)適當(dāng)，實(shí)現(xiàn) 的中等精度是不困難的。倘若，???fy要使 線性性很好，并且在整個(gè)掃描視場中均勻，高級畸變必須要平衡到一個(gè)適當(dāng)??f的值。為了達(dá)到上述目的，同時(shí)獲得好的象質(zhì)，就必須在“凹凸” 型二片式的基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上復(fù)雜化。復(fù)雜化方法包括分裂透鏡和加過濾透鏡。分裂透鏡使前后兩片透鏡分別分裂成兩片或三片，原先每片負(fù)、正透鏡所承擔(dān)的光焦度則有兩片或三片透鏡分擔(dān)，此時(shí)“凹凸” 兩部分的總光焦度分配沒有變化，但每一片透鏡的光焦度減少了。圖 42 所示為“凹凸” 型兩片式負(fù)、正透鏡分別分裂成兩片與三片的組合情況。圖 42 分裂透鏡加過渡透鏡過渡透鏡一般為一片或兩片，形式為等曲率半徑或接近的曲率半徑的彎月形正透鏡。若其折射面全部彎向光欄，對于已平衡好的負(fù)畸變影響不大，但卻平衡了系統(tǒng)校正過頭的匹茲伐場曲；若其折射面背向光欄時(shí)，則對校正系統(tǒng)的高級畸變提供了可能性。在圖 42 分裂透鏡的基礎(chǔ)上，在負(fù)組與正組之間加入兩片過渡透鏡 1 和 的形式皆為彎月形透鏡，兩面曲率半徑幾乎相等，僅具有很小的折射能力。放入時(shí)，過渡透鏡 1 背向光欄，過渡透鏡 2 彎向光欄，如圖 43 所示。圖43 加過渡透鏡由平行平板的性質(zhì)的性質(zhì)可知，當(dāng)主光線以入射角θ入射到平行平板上時(shí)，象散和場曲是 的函數(shù)，畸變是 的函數(shù)。按此性質(zhì)，過濾透鏡1與反向的過濾透鏡2則有可2?3?能校正高級畸變。此外，要獲得一個(gè)接近于衍射極限的光斑直徑，必須要很好地校正軸上點(diǎn)和軸外點(diǎn)的象差?？讖焦鈾谖挥诩す馐紫鹊竭_(dá)的掃描振鏡處，口徑等于入射激光束直徑，約為，Airy斑的半寬度a為 。Da??計(jì)算得a約為 75um。為獲得盡可能高的標(biāo)刻分辨率，光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)具有達(dá)到或接近理論極限的聚焦特性。透鏡使勻速掃描系統(tǒng)中的一個(gè)重要部件，它應(yīng)具有較小的 F 值、大的視場角??f和緊湊的結(jié)構(gòu)。因此在設(shè)計(jì)一個(gè)理想的高質(zhì)量的 透鏡時(shí)，應(yīng)統(tǒng)籌考慮掃描線性性、??f綜合象差以及上述幾方面的要求。一般 透鏡設(shè)計(jì)成球面型的。顯然，旋轉(zhuǎn)多面體反射表面的端面的不垂直性產(chǎn)f生光束偏折后的位置誤差，或稱為傾斜誤差。傾斜誤差使掃描點(diǎn)偏離正常的掃描直線，因而使掃描直線性和掃描點(diǎn)節(jié)距均勻性發(fā)生畸變。因此，要獲得一個(gè)均勻光點(diǎn)掃描速度而又同時(shí)修正傾斜誤差，必須采用柱面透鏡才能實(shí)現(xiàn)。圖 45 所示為修正傾斜誤差的原理， 為傾斜誤差， 為掃描直線偏離量。第一個(gè)柱面透鏡系統(tǒng) 1 僅在多面體??H?的偏折面內(nèi)具有光焦度，實(shí)現(xiàn)光點(diǎn)均勻掃描；第二個(gè)柱面透鏡 2 僅在垂直于偏折面內(nèi)具有光焦度，修正傾斜誤差，所以兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)是互為獨(dú)立的。即傾斜誤差的修正和光點(diǎn)均勻掃描的獲得分別在兩個(gè)互為正交的平面上完成。圖 45 修正傾斜誤差原理結(jié) 論本文所研究基于 Fθ 透鏡特點(diǎn)，線性地保持掃描角度和掃描位置關(guān)系，設(shè)計(jì) Fθ 掃描物鏡，研究改善掃描線性性的方法。介紹了 Fθ 鏡頭的光學(xué)設(shè)計(jì)方法。以初級像差理論為基礎(chǔ)，借助 ZEMAX 光學(xué)設(shè)計(jì)軟件，通過建立合理的品質(zhì)函數(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)得到了符合實(shí)際使用要求、工作面積大小不同的 Fθ 聚焦物鏡。Fθ 透鏡是勻速掃描系統(tǒng)中的一個(gè)重要部件，它應(yīng)具有較小的 F 值、大的視場角和緊湊的結(jié)構(gòu)。因此在設(shè)計(jì)一個(gè)理想的高質(zhì)的 Fθ 透鏡時(shí)，應(yīng)統(tǒng)籌考慮掃描線性性。綜合像差及上述幾方面的要求。對于 Fθ 透鏡系統(tǒng)在 F 數(shù) ≤25 的情況下，按一般光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，只要控制畸變及平衡軸上點(diǎn)與軸外點(diǎn)彌散，就可得到較適合的激光線性掃描系統(tǒng)。關(guān)于球差、慧差、象散和場曲的平衡問題，由于 D/F’比較小，球差比較容易校正，慧差與口徑平方成正比列并與視場的一次方成正比。對小口徑大視場的 Fθ 系統(tǒng)，也是比較容易控制、主要象差是象散與場曲，在選擇較小場曲的結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)上，那個(gè)象散來平衡場曲。為了達(dá)到視場中心至邊緣整個(gè)視場彌散的一致，可采取兩種方案：一是離焦，二是增加中心視場球差，以校正邊緣視場的象散及場曲。Fθ 透鏡系統(tǒng)在 F25 的情況下，按一般光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，只要控制畸變及平衡軸上點(diǎn)與軸外點(diǎn)彌散，就?可得到較合適的激光線性掃描系統(tǒng)。Fθ透鏡的設(shè)計(jì)必須滿足平場條件，需要引入負(fù)畸變（桶形畸變） ，光學(xué)系統(tǒng)中必須正負(fù)光焦度相分離，場曲的校正在可以根據(jù)平常條件來校正，評價(jià)Fθ鏡頭成像質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)還必須看它的能量集中度和像面輻照度分布。要求激光束在工件表面的輻照度分布均勻、能量集中，相對照度分布應(yīng)好于90%。設(shè)計(jì)過程中對激光掃描系統(tǒng)、激光打標(biāo)機(jī)、ZEMAX軟件有了進(jìn)一步了解。致 謝本文是在導(dǎo)師包佳祺老師的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下順利完成的，導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的學(xué)識和開闊的思維均是作者今后學(xué)習(xí)和工作中的楷模，從包老師那里作者不僅學(xué)到了豐富的理論知識，而且學(xué)到了先進(jìn)的科學(xué)思維方法和創(chuàng)新精神。這段時(shí)間的學(xué)習(xí)經(jīng)歷必將對我今后的學(xué)習(xí)工作和生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，在此謹(jǐn)向我尊敬的導(dǎo)師致以崇高的敬意和衷心的感謝！在論文的寫作過程中，還得到了同學(xué)多方面的指導(dǎo)和幫助，在此表示感謝！在多年的求學(xué)生涯中，作者的家人始終如一地給予理解、鼓勵和支持，在此向他們表示深深的謝意！參考文獻(xiàn)[1]，， “A design Fθ lens for bio 一m edi cal sy stem”IEEE，2022，p52一54[2] 朱林泉等， “激光掃描系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)”，新技術(shù)新工藝， 1998年，第6期，P6~8[3] 光電論壇 “Fθ Lens(平場透鏡) ”，photoelectricforum(in Chinese),2022年5月[4] 雷璧華， “LMS一60激光打標(biāo)機(jī)及標(biāo)記刻劃”, 工具技術(shù)，1996年第29卷，第4期 ， P29[5] 姜晶、張國雄、吳學(xué)芹等，“ 具有傾斜校正作用的激光掃描光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)” ，應(yīng)用光學(xué),1995年，第16卷，第4期，P49[6] 陳海清， 《現(xiàn)代實(shí)用光學(xué)系統(tǒng)》，武漢，華中科技大學(xué)出版社2022年5月,第 一 版[7] 趙曰峰，陳興海，孫元峰等，“ 振鏡式在線激光打標(biāo)機(jī)精確定位方案的實(shí)現(xiàn)” ，激光雜志,2022年,第25卷，第1期，P6566[8] , , “TELECENTRIC Fθ LENS FOR LASER MICROFILM PRINTER”,US 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