高精度半導(dǎo)體激光打標(biāo)機(jī)F-θ鏡頭設(shè)計(jì)

李圓圓，王春艷，王志強(qiáng)

（長春理工大學(xué) 光電工程學(xué)院，吉林 長春 130022）

引言

激光打標(biāo)系統(tǒng)[1-2]主要由光束掃描器、電路系統(tǒng)、光調(diào)制器、聚焦系統(tǒng)等組成，其中聚焦系統(tǒng)的作用是將經(jīng)光束掃描器反射后的激光束聚焦于接收屏上，形成所需要的一維或二維圖像，該聚焦系統(tǒng)主要采用F-θ鏡頭[3-4]。

激光打標(biāo)機(jī)主要分為：YAG 激光打標(biāo)機(jī)[5]、CO2激光打標(biāo)機(jī)[6-7]、光纖激光打標(biāo)機(jī)等。其中YAG 激光打標(biāo)機(jī)系列中性價比最高的產(chǎn)品是半導(dǎo)體激光打標(biāo)機(jī)，它是目前打標(biāo)質(zhì)量精度高、操作簡單方便、價格適中的一款激光打標(biāo)機(jī)，能夠標(biāo)記金屬以及非金屬材料，基于其許多優(yōu)點(diǎn)被人們廣泛關(guān)注。其中F-θ鏡頭是激光打標(biāo)機(jī)的重要組成部分，設(shè)計(jì)F-θ鏡頭的關(guān)鍵是在大的成像面[8-10]內(nèi)獲得高質(zhì)量的清晰像點(diǎn)。隨著半導(dǎo)體激光打標(biāo)應(yīng)用需求的不斷擴(kuò)大，研制相對畸變小、工作面積大、聚焦性能高的F-θ鏡頭顯得非常必要。

本文設(shè)計(jì)的F-θ鏡頭是應(yīng)用在半導(dǎo)體激光打標(biāo)系統(tǒng)中，工作波長為1 064 nm，焦距為250 mm，全視場角為25°，系統(tǒng)相對畸變量優(yōu)于0.5%，且系統(tǒng)波像差PV 值小于λ/4。本系統(tǒng)采用2 片彎月透鏡作為初始結(jié)構(gòu)，根據(jù)1 064 nm 半導(dǎo)體激光打標(biāo)機(jī)的光源成像要求，選擇合適的玻璃材料，使用ZEMAX 軟件優(yōu)化，最終設(shè)計(jì)出滿足技術(shù)指標(biāo)的鏡頭。

1 設(shè)計(jì)思想

1.1 F-θ 鏡頭的特征

激光打標(biāo)系統(tǒng)原理如圖1 所示。入射激光束首先經(jīng)過光調(diào)制器解調(diào)，然后經(jīng)由勻速轉(zhuǎn)動電機(jī)帶動的光束掃描器反射后，由F-θ鏡頭聚焦在接收屏上，從而實(shí)現(xiàn)激光打標(biāo)[11]。本文重點(diǎn)研究激光打標(biāo)系統(tǒng)中F-θ鏡頭的設(shè)計(jì)?！?br>