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消除平场扫描镜(F-Theta)的后反点的不利影响

来源:波长光电

  发布:cici

关键词:扫描镜 激光

2017-12-25

 激光扫描系统是一种将时间信息转变为可记录空问信息的系统。它使某种信息通过光调制器对激光束调制后,经光束扫描器和F-Theta激光聚焦镜头再接收形成一维或二维扫描图像。它已被广泛用于标刻机、导弹跟踪瞄准、激光打印机、传真机、集成电路激光图形发生器等激光扫描精密设备中。

激光打标是激光技术的一个重要的应用领域,它与传统的刻蚀、机刻等打标方式相比,有许多优点,如无污染、分辨率高、非接触及标记永久保持等。激光束到达工件表面的瞬间,光能转换为热能,使工件表面材料熔融甚至汽化,从而标刻出相应的图案或标记。

   激光打标机的工作原理如图1所示,激光器发出的高能量激光束依次经过动方向互相垂直的X和Y扫描振镜,入射到F-Theta物镜,由F-Theta后到达工件表面。通过转动X和Y扫描振镜,可以控制激光束在工件表面的X和Y两个方向上任意移动,实现矢量打标。振镜式激光打标具有响应速度快、打标速度快、打标质量高等许多优点。

 

图1激光打标机工作原理图

 

与普通成像物镜不同,F-Theta镜头的像高与视场角成正比。如图2所示镜头的视场角、焦距和像高满足下式所示的关系:

              (1-1)

式中θ、f、y分别表示F-Theta镜头的视场角、焦距和像高。表示当F-Theta焦距一定时,像高y与视场角θ成正比,满足线性关系。

 

图2.F-Theta镜头原理图

为满足式(1-1)的线性扫描关系,同时校正F-Theta镜头的像差,往往需要多个透镜合理布局;激光在透镜表面的后反射点(图3-图6)能量高度集中,随着工业使用中激光功率的不断提升,如果后反射点聚焦在X\Y振镜片上,会烧蚀振镜片的反射膜层,造成系统透过率的大幅降低;如果后反射点聚焦在扫描镜内部镜片上(图6),造成明显的热透镜效应,该透镜折射率随着能量的积聚发生变化,直接改变扫描镜的工作距离,反映为标记光斑变大、标记颜色变浅甚至无法标记。

 

图3 后反射点示意1

 

图4后反射点示意2

 

 

 

图5后反射点示意3

 

 

图6后反射点示意4

 

    综上在设计F-theta平场扫描镜时要仔细排查每个镜片表面的后反射点,通过改变镜片的曲率半径尽量消除后反射点的不利影响。