YAG激光打標機f-theta透鏡的光學設計

趙鑫

摘 要：隨著激光應用技術的發展，F-θ透鏡被廣泛地應用于紅外、激光等掃描系統中。文章基于F-θ透鏡的原理和特性，根據使用要求，利用ZEMAX軟件，設計一個F-θ鏡頭。該鏡頭焦距160mm，視場角false。優化設計后，像散值在像差容限范圍內，滿足平場要求；F-θ鏡頭相對畸變小于false；光能利用率好，聚焦性能接近衍射極限。該鏡頭結構簡單，符合使用要求。

關鍵詞：F-θ鏡頭；畸變；衍射極限；光學設計

激光打標技術廣泛用于汽車、航空、微電子等領域[ 1 - 3 ]。YAG激光打標機輸出波長是1.064μm屬紅外光。金屬材料能夠很好地吸收此光譜。激光束被聚焦后，聚焦光斑小，適合在金屬材料表面上進行標記，有很大的市場。f-theta鏡頭將掃描光束聚焦在工件的平面上，打出線性不失真的圖像。激光掃描方式可以分為物鏡前掃描和物鏡后掃描，通常要求高的掃描裝置都是透鏡前掃描。

本文利用ZEMAX軟件設計了YAG激光打標機的f-theta鏡頭，該鏡頭工作波長是1.064μm，由3片球面鏡組成，結構簡單，會聚光斑質量良好，符合激光打標的技術要求。

1 f-theta鏡設計原則

3 結語

本文利用ZEMAX軟件，基于F-θ透鏡特點，設計F-θ掃描鏡頭。根據像差理論，建立合理的評價函數，優化設計得到了焦距160mm符合實際使用要求的F-θ鏡頭。該鏡頭成像質量良好，結構簡單緊湊，成本低，加工可行性強。

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Optical Design of F-theta Lens for YAG Laser Marking Machine

Zhao Xin（Institute of Electrical Engineering， Wuhan Vocational College of Software and Engineering， Wuhan 430205， China）

Abstract： With the development of laser application technology， a f-theta lens is widely application in infrared and laser scanning system. This paper based on the principle and characteristics of the f-theta lens， according to the requirements of the user， with ZEMAX software， a f-theta lens design. The lens focal length is 500mm and the field of view isfalse. After optimization design， astigmatism values in aberration capacity within the limit， meet the flat field requirements； f-theta lens relative distortion is lessthanfalse； light energy utilization rate， the focusing performance is close to the diffraction limit. The lens has the advantages of simple structure， in line with the requirements.

Key words： F-theta lens； distortion； diffraction-limited； optical design