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激光扫描系统中f-θ透镜的光学设计

作　者: 张双翼
导　师: 徐熙平
学　校: 长春理工大学
专　业: 光学工程
关键词: 激光扫描系统 f-θ透镜光学设计
分类号: TH744.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

在激光扫描系统中f-θ透镜是重要的必不可少的部件,它在激光打标机、传真机、印刷机和用于制作半导体集成电路的激光图形发生器以及激光扫描精密计量设备等等光电系统中得到广泛的应用。本文将设计用于非接触在线检测工件尺寸的f-θ透镜。这种透镜的特点是一种负畸变透镜,属于像方远心光路,工作波长为单色光,像质要求波像差要小于λ/4,而且要求整个像面成平面且像质一致,无渐晕存在。本文从初级像差理论出发,首先通过平像场条件、像差特征和近轴光线追迹从而获得一阶光学参数,然后采用P—W法计算得到f-θ透镜相应的初始结构参数。结合实际使用时的具体要求,利用ZEMAX光学设计软件,建立合理的绩效函数,优化设计得到最佳的f-θ透镜,并详细给出了f-θ透镜的像质评价和公差分析。所设计的f-θ透镜结构简单紧凑、焦距小、扫描精度高、加工成本较低、性能达到衍射极限、像面上照度分布均匀、能量集中度高和相对畸变小等优点。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-8
第一章绪论  8-11
  1.1 引言  8-9
  1.2 f-θ透镜的国内外现状  9-10
  1.3 本文的内容和目的  10-11
第二章 f-θ透镜的设计思想  11-14
  2.1 f-θ透镜的由来和特点  11-12
  2.2 f-θ透镜主要参数的确定  12
    2.2.1 激光扫描系统中的F数  12
    2.2.2 激光扫描系统的焦距  12
  2.3 其他像差的分析  12-14
第三章光学设计和初级像差理论  14-21
  3.1 简单介绍光学设计  14-15
  3.2 初级像差理论  15-21
    3.2.1 薄透镜系统的初级像差公式  15-17
    3.3.2 薄透镜组像差的普遍性质  17-18
    3.2.3 像差特性参数P,W,C的归化  18-21
第四章系统像质评价和公差的分析计算  21-35
  4.1 概述  21-22
  4.2 波像差法  22-23
  4.3 中心点亮度  23-24
  4.4 分辨率  24-25
  4.5 点列图  25-26
  4.6 光学传递函数  26-31
    4.6.1 线性和空间不变性  27-28
    4.6.2 光学传递函数的计算  28-31
  4.7 公差分析与计算  31-35
第五章 f-θ透镜的设计  35-50
  5.1 设计要求  35
  5.2 焦距为75mm的f-θ透镜  35-45
    5.2.1 初步设计  35-40
    5.2.2 套用样板后的设计  40-43
    5.2.3 公差分析  43-45
  5.3 焦距为100mm的f-θ透镜  45-50
    5.3.1 设计结果  45-49
    5.3.2 公差分析  49-50
总结与展望  50-51
参考文献  51-53
致谢  53-54
研究生期间以第一作者发表的论文  54

激光扫描系统中f-θ透镜的光学设计

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