基于激光扫描的f-θ透镜设计

基于激光扫描的f-θ透镜设计

The Design of f-θLens Basing on Laser Scanning

摘要

随着光电科技的进步，全像光学元件在各种领域的应用日趋重要，有些产品已经正式商业化。F-θ透镜就是一种典型的全像光学元件，它被广泛应用在导弹跟踪瞄准，激光打印机，传真机等设备中。

本文主要论述了f-θ透镜的设计，介绍了f-θ透镜的相关知识，以及它的用途。简要的阐述了f-θ透镜的基本组成以及工作原理和特点。通过ABR,ADP和ZEMAX等光学设计软件的运用，对像差进行了初步计算和校正优化，最终达到设计的要求。

关键词： f-θ透镜 激光扫描 畸变

ABSTRACT

With the development of photoelectric technology, the application of full-image optic component is more and more important and some have been formal commerce. F-θlens is a typical one and has been extensively using in missile tracking and collimating、laser printer、electrograph and so on .

In this paper , it mainly discusses the design of f-θ lens and introduces some relative knowledge and its use. Expound the basic constitution of f-θand principle and characteristic simply. Calculate its aberration primary and optimize it by using ABR,ADP,ZEMAX program to achieve the demand of design.

Key words : f-θlens laser scanning aberration

目录

第一章 激光扫描概论 .............................................................................. 9

1.1 激光扫描的一些基本知识 ............................................................ 9 1.2 扫描用激光器 .............................................................................. 11

1.2.1 气体激光器原理 ................................................................ 11 1.2.2 氦氖激光器 ........................................................................ 13 1.2.3 He-Cd激光器 .................................................................... 14 1.2.4 氩离子激光器 .................................................................... 16 1.3 改善激光扫描成像质量的几种方法 .......................................... 17

1.3.1 激光扫描系统的自动调焦系统 ...................................... 18 1.3.2 提高缩小光点锐度和减小光点尺寸的辅助技术 .......... 18 1.3.3 提高图像平滑度和改善像质的方法 .............................. 19 1.3.4 光点直径与光点间隔的关系 .......................................... 19 1.3.5 像元时钟技术 .................................................................. 19 1.4 激光扫描技术在其他方面的应用 ............................................ 20 第二章 f-θ透镜相关知识 .................................................................... 21

2.1 f-θ扫描透镜简介 ....................................................................... 21

2.1.1 透镜后扫描用聚焦透镜 .................................................... 22 2.1.2 透镜前扫描和f-θ透镜 .................................................... 22 2.2 扫描物镜的成像特性和设计要求 ................................................ 23 2.3 f-θ扫描透镜用途 ....................................................................... 25 第三章 像差理论知识 ................................................................................ 26

3.1 清晰成像的原理 .......................................................................... 26 3.2 点列图用于光学系统像质评价 .................................................. 26 第四章 f-θ透镜设计过程 ........................................................................ 28

4.1设计参数 ......................................................................................... 28 4.2 数据1 ........................................................................................... 28 4.3 数据2 ............................................................................................. 33 4.3最终数据 ......................................................................................... 36 结论与总结 .................................................................................................. 38 致谢 .............................................................................. 错误！未定义书签。 参考文献 ...................................................................................................... 39

第一章 激光扫描概论

1.1 激光扫描的一些基本知识

激光扫描有各种结构和用途，但基本上由激光器、调制器、偏转器、调节反馈装置及探测器和把它们连结在一起的光学系统组成。

激光扫描装置的关键部件之一是光束偏转器。接收装置指的是打印输出，条形码扫描，图像屏幕显示、信息存储光盘等等。光学系统可以视为光束扫描器的辅助部分。

能够充当光束偏转器的有旋转多面棱镜，检流计和振镜，全息光盘衍射偏转，以及声光或电光偏转等。

我们在这里讲到的扫描实际上是飞点扫描，即高速扫描。扫描轨迹根据需要或是直线，或是曲线。所谓飞点扫描就是每次扫描多个点，而且每秒钟进行多次扫描。扫描线是由点的轨迹组成的。例如，激光打印机每个扫描行包括约3000-4500个点，纵向扫描速度达每秒钟80厘米，在每厘米的纵向长度里差不多进行50行以上的扫描。换句话说，每秒钟要进行10?106—20?106个点的扫描。这个速度是很高的，一般家用电视不过每秒钟20?106—40?106个点。

激光偏转器系统与电视不同，前者是光束偏转，而后者是电子束偏转。在电视阴极射线管内，电子束轰击荧光屏致使其发光。磁场或电场使电子束偏转，产生行扫描或栅状扫描。问题在于CRT管（即阴极射线管）作为扫描光源，亮度不够，连一个小功率的激光器也比不上。现今的激光扫描已达到或一般CRT电子束的扫描速度，所以CRT光源扫描很少再应用。

但是，光束扫描比电子束扫描实现起来要困难。不过，光束扫描受外界干扰的影响较小。电子束扫描装置必须进行磁屏蔽才能保证电子束扫描的精确度。

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