На снимке показано распределение размеров сфокусированного пятна полевой линзы F-Theta на плоскости изображения с плоским полем.

Левая ось и нижняя ось представляют координаты x и y в пределах диапазона сканирования, а правая ось представляет размер и радиус сфокусированного пятна в цветовых шагах .

Видно, что на плоскости изображения плоского поля размером 160×160 мм размер радиуса фокусируемого пятна мощной полевой линзы LBTEK F-Theta равен

Разница между максимальным и минимальным значением составляет менее 1 мкм, что обеспечивает хорошую согласованность размера пятна фокусировки.

Полевая линза LBTEK F-Theta – пример применения

1. Система лазерной гравировки и маркировки.

Полевая линза LBTEK F-Theta может использоваться в системах лазерной гравировки и маркировки. Источник света расширяется, а затем падает на гальванометр для получения сканирующего луча.После того, как луч попадает в линзу поля F-Theta под разными углами падения, он образует сфокусированное пятно плоского поля почти одинакового размера и хорошей однородности. В плоскости обработки высота сфокусированного пятна h имеет линейную зависимость от угла падающего света θ. Коэффициентом масштабирования является фокусное расстояние f полевой линзы F-Theta , то есть h = f × θ. Это позволяет избежать сложного угла расчеты и обеспечение обработки. Схема управления .

Рисунок 1.  Схема оптического пути применения полевой линзы F-Theta для лазерной гравировки и маркировки.

LBTEK Высокомощные полевые линзы F-Theta – Техническое описание

I. Обзор

LBTEK High-power F-Theta Lens (HPFT) — это мощная группа линз для плоского сканирования, в которой в качестве основного материала линзы используется кварцевое стекло, плавленое УФ-излучением, а затем интегрируется в группу линз особой конструкции. механический корпус. Высота его сфокусированного луча равна f×θ (θ — угол падения падающего луча), поэтому угловая скорость входного и выходного лучей прямо пропорциональна, что позволяет сканирующему зеркалу работать с постоянной угловой скоростью. Он часто используется для улучшения падения краевого луча при обнаружении. Способность детектора гомогенизировать неоднородный свет на светочувствительной поверхности детектора, компенсировать кривизну поля и искажения системы и т. д. Мощная полевая линза F-Theta может обеспечить плоское изображение при использовании и может значительно упростить схему управления.Он обладает характеристиками высокого пропускания, большого диапазона сканирования, высокого порога повреждения, низкой аберрации и низкого F-Theta. , существует большой потенциал для развития такой как маркировочные машины, гравировальные машины, лазерные принтеры, факсы, печатные машины, а также генераторы лазерных рисунков и прецизионное оборудование для лазерного сканирования для изготовления полупроводниковых интегральных схем.

По сравнению с другой полевой линзой F-Theta от LBTEK, мощная полевая линза F-Theta имеет больший диапазон сканирования, а все линзы изготовлены из материала UVFS, который имеет более высокий порог повреждения и может использоваться в некоторых приложениях с более высокими мощность лазера, используемая в сцене.

2. Структура продукта

Мощная полевая линза LBTEK F-Theta состоит из группы линз из плавленого кварца, полностью предназначенной для УФ-излучения, интегрированной в механический корпус особой конструкции.На корпусе указана модель изделия и основные параметры, на выходе имеется защитное окно. конец. Кроме того, он имеет монтажную резьбу M85×1,0 , которая подходит для большинства коммерческих систем маркировочных машин и не требует резьбового адаптера.

Рис. 1.  Структурная схема полевой линзы F-Theta высокой мощности.

3. Оптические свойства

Линза поля LBTEK F-Theta реализует линейную зависимость между углом θ падающего лазерного луча и высотой h сфокусированного пятна на плоскости изображения плоского поля. Масштабирующим коэффициентом между ними является фокусное расстояние f, то есть h. = f ×  θ , что также является источником названия полевой линзы «F-Theta».

Если высота h сфокусированного пятна пропорциональна тангенсу θ , скорость сканирования пятна на плоской плоскости изображения будет увеличиваться с увеличением угла.В сценарии обработки материала энергия, действующая на поверхность материала, увеличится из-за Увеличение и уменьшение ухудшают равномерность обработки, и для компенсации обычно используются сложные схемы управления. Линейная зависимость между углом падения полевой линзы F-Theta и высотой сфокусированного пятна оптимизирована для этого аспекта, что делает скорость пятна сканирования в плоской плоскости изображения, то есть постоянной плоскости обработки, и позволяет избежать проблемы. неравномерной глубины обработки.

Рисунок 2.  Принципиальная схема принципа работы мощной полевой линзы F-Theta.

4. Описание параметров

1. Фокусное расстояние:

Из линейной зависимости F-Theta h = f  ×θ видно, что высота пятна фокусировки пропорциональна фокусному расстоянию полевой линзы F-Theta. Если вы хотите увеличить диапазон сканирования, вы можете использовать поле объектив с большим фокусным расстоянием, но если вы хотите сохранить тот же размер сфокусированного пятна, размер падающего луча также необходимо увеличить. Кроме того, когда необходимо увеличить расстояние между полевой линзой и плоскостью обработки, обычно необходимо увеличить фокусное расстояние выбранной полевой линзы.

2. Область сканирования:

Для измерения размера области сканирования обычно используются два параметра: угол сканирования и диапазон сканирования. Угол сканирования — это угол расхождения в диагональном направлении и направлении длины стороны в пределах диапазона сканирования полевой линзы F-Theta . Если угол падающего света больше угла сканирования, луч будет заблокирован. Диапазон сканирования — это размер квадратной области сканирования в диагональном направлении и направлении длины стороны, на который влияет фокусное расстояние f. Если длина стороны области сканирования равна l, то:

3. Размер падающего луча:

Чтобы контролировать рассеянный свет и уменьшить размер оптических компонентов в приложениях по обработке материалов, диаметр падающего луча обычно контролируется на уровне 1/e² от максимального значения.

Чем больше диаметр луча, тем меньше размер пятна и наоборот. Использование луча, диаметр которого превышает максимально допустимый размер падающего света, приведет к ослаблению луча.

4. Размер фокусируемого пятна:

Форма и размер сфокусированного пятна во многом зависят от размера падающего луча, который обычно описывается коэффициентом отсечки T. T равен диаметру падающего луча d L (при 1/e²), деленному на световую _{апертуру}  d . _Э.П.. Если его соотношение ниже 0,5, луч несимметричен. Когда диаметр падающего луча d _L равен светосиле d _{EP полевой линзы} , то T = 1. При оценке размера пятна на дифракционном пределе линзы необходим дополнительный коэффициент аподизации (APO), связь между которым и коэффициентом обрезания T показана на рисунке ниже.

Рисунок 3.  Зависимость между коэффициентом аподизации AP O и коэффициентом усечения T.

Следовательно, размер фокусируемого пятна d можно рассчитать по следующей формуле:

Среди них λ — рабочая длина волны, f — фокусное расстояние полевой линзы и M ² — параметр лазера.

5. Порог повреждения:

Порог лазерно-индуцированного повреждения (LIDT) описывает предельную интенсивность (или поток) лазера без повреждения полевого зеркала, которая в основном зависит от нескольких параметров, таких как длина волны, длительность импульса и т. д., и включает в себя различные физические явления. Для непрерывных лазеров и лазеров с длинными импульсами (>10 нс) основной проблемой является накопление энергии внутри материала и последующее плавление и испарение, а для лазеров с ультракороткими импульсами (<10 пс) - лавинная ионизация, кулоновский взрыв и другие нежелательные явления. -линейные Тепловые процессы являются основной причиной повреждений.