赵鑫

（武汉软件工程职业学院 电子工程学院，湖北 武汉　430205）

CO2激光打标机f-theta透镜的光学设计

赵鑫

（武汉软件工程职业学院 电子工程学院，湖北 武汉430205）

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。

F-θ镜头；畸变；衍射极限；光学设计

1　f-theta镜设计原则

激光打标机的扫描系统一般有两个振镜组成，分别完成X方向和Y方向的扫描。扫描系统出射的光束经光学系统聚焦在焦平面上。两光束的光轴夹角为θ，光学系统的焦距为f，则像高h为：

将式（1）对时间t求导：

打标机扫描振镜的扫描角速度是均匀的，则dθ/dt为常数，这样在不同的θ位置，携带图像信息的光束在加工平面上的扫描线速度dh/dt不是匀速的，θ越大，dh/dt越大，这也意味着θ越大，对于相同的转角dθ，dh越大。因此对于不考虑像差的理想光学聚焦系统，其在工件平面上形成图像的线条将是中间深边缘浅，而且图像失真量越来越大。

如果能做到h与θ满足线性关系则上述问题将不存在。

满足（3）式的光学系统称为f-theta镜头，实现的方法是利用光学系统的负畸变现象设计合适的结构使得（3）式成立，此时需要产生的畸变量VL为

实际的f-theta镜的线性度总存在偏差。设其实际像高为H，偏离线性关系的相对畸变量为η，则