激光掃描系統是一種將時間信息轉變為可記錄空問信息的系統。它使某種信息通過光調制器對激光束調制后,

經光束掃描器和F-Theta激光聚焦鏡頭再接收形成一維或二維掃描圖像。它已被廣泛用于標刻機、導彈跟蹤瞄準、

激光打印機、傳真機、集成電路激光圖形發生器等激光掃描精密設備中。

激光打標是激光技術的一個重要的應用領域,它與傳統的刻蝕、機刻等打標方式相比,有許多優點,如無污染、

分辨率高、非接觸及標記永久保持等。激光束到達工件表面的瞬間,光能轉換為熱能,使工件表面材料熔融甚至汽化,

從而標刻出相應的圖案或標記。

激光打標機的工作原理如圖1所示,激光器發出的高能量激光束依次經過動方向互相垂直的X和Y掃描振鏡,入射到

F-Theta物鏡,由F-Theta后到達工件表面。通過轉動X和Y掃描振鏡,可以控制激光束在工件表面的X和Y兩個方向上

任意移動,實現矢量打標。振鏡式激光打標具有響應速度快、打標速度快、打標質量高等許多優點。

圖1.激光打標機工作原理圖

與普通成像物鏡不同,F-Theta鏡頭的像高與視場角成正比。如圖2所示鏡頭的視場角、焦距和像高滿足下式所示的關系:y=f*θ

式中θ、f、y分別表示F-Theta鏡頭的視場角、焦距和像高。表示當F-Theta焦距一定時,像高y與視場角θ成正比,滿足線性關系。

圖2.F-Theta鏡頭原理圖

為滿足式(1-1)的線性掃描關系,同時校正F-Theta鏡頭的像差,往往需要多個透鏡合理布局;激光在透鏡表面的

后反射點(圖3-圖6)能量高度集中,隨著工業使用中激光功率的不斷提升,如果后反射點聚焦在XY振鏡片上,會

燒蝕振鏡片的反射膜層,造成系統透過率的大幅降低;如果后反射點聚焦在掃描鏡內部鏡片上(圖6),造成明顯

的熱透鏡效應,該透鏡折射率隨著能量的積聚發生變化,直接改變掃描鏡的工作距離,反映為標記光斑變大、標記顏色變淺甚至無法標記。

圖3.后反射點示意1

圖4.后反射點示意2

圖5.后反射點示意3
圖6.后反射點示意4

綜上在設計F-theta平場掃描鏡時要仔細排查每個鏡片表面的后反射點,通過改變鏡片的曲率半徑盡量消除后反射點的不利影響。

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