本發(fā)明涉及一種光學(xué)鏡頭，尤其涉及一種F-theta光學(xué)鏡頭，主要用于大幅面RGB三色光打印系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著科技的不斷發(fā)展，激光應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)深入到目前的現(xiàn)代生活中。例如，激光打標(biāo)機以其速度快等優(yōu)勢在不斷擴大其應(yīng)用范圍。目前，激光正在擴展其在各行各業(yè)的應(yīng)用。

在印刷行業(yè)中，經(jīng)常會遇到大幅面打印需求，其工作幅面通常能達(dá)到830mm(A0,A1圖紙)以上。為了達(dá)到大幅面打印的目的，目前業(yè)界的做法是：選擇一個消色差的聚焦鏡頭，將該鏡頭固定在一個具有高速且精確定位的一維運動部件上，在鏡頭運動時，滾筒帶著紙做轉(zhuǎn)動，這樣就構(gòu)成一個二維運動平臺，可以對圖紙做二維掃描運動。其中，鏡頭運動范圍最少等于圖紙最窄部分的長度。該方法中，需要用不同的反射鏡和合束鏡，將所需要的RGB(三色)光合并，匯入到聚焦鏡頭上，由聚焦鏡頭將RGB三色光聚焦在工作面上。聚焦鏡在高速運動時由于慣性而導(dǎo)致聚焦鏡部件振動，這種振動會使打印在圖紙上的圖像變得模糊，因此這種一維運動方式打印大幅面的效率與打印質(zhì)量都不夠高。

F-Theta鏡頭也叫掃描聚焦鏡，主要用來實現(xiàn)掃描打印功能，多用于激光打標(biāo)機、舞臺燈光中，也可用于科學(xué)試驗和激光測量儀器中。光學(xué)系統(tǒng)中，F(xiàn)-theta鏡帶有特殊分布的畸變，而正是這種畸變使得掃描算法變成線性算法，使得掃描更加易于控制。其具體算法為：

Y＝f×theta

其中Y為工作距離，f為鏡頭焦距，theta為入射角度無疑，控制旋轉(zhuǎn)角度比在一個長導(dǎo)軌上控制一個點的精確位置來的容易得多。所以，為了實現(xiàn)高效打印功能，只需要找到一個具有消色差功能的大幅面F-theta鏡頭，用它來實現(xiàn)多色光掃描打印。然而該系統(tǒng)的設(shè)計加工十分困難，如何實現(xiàn)低成本高效率的F-theta鏡頭是業(yè)界急需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種大幅面復(fù)消色差F-theta鏡頭，在保持F-theta透鏡畸變性能的同時，實現(xiàn)RGB三色光的消色差處理，以滿足三色光掃描打印的使用要求。

為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種大幅面復(fù)消色差F-theta鏡頭，包括沿入射光方向依次排列的第一、第二、第三、第四和第五透鏡，各透鏡在光軸上同軸設(shè)置，其中，所述第一透鏡為凹面朝向入射光的具有負(fù)焦距的彎月透鏡，所述第二透鏡為正透鏡，所述第三透鏡為凹面朝向入射光的具有負(fù)焦距的彎月透鏡，所述第四透鏡為正透鏡，所述第五透鏡為凹面朝向入射光的具有正焦距的彎月透鏡。

上述技術(shù)方案中，所述第一、第二、第三透鏡構(gòu)成負(fù)透鏡組，具有負(fù)焦度，起到擴束作用；所述第四、第五透鏡構(gòu)成正透鏡組，起到壓縮張角的作用。

上述技術(shù)方案中，沿光軸方向第一，第二第三透鏡組成的負(fù)透鏡組位于第四第五透鏡組成的正透鏡組前端，入射光先經(jīng)負(fù)透鏡組的擴散然后經(jīng)正透鏡組成像到圖紙上。

上述技術(shù)方案中，為了消除大幅面復(fù)消色差F-theta鏡頭色差，就需要采用折射率和阿貝數(shù)交錯開的玻璃來達(dá)到消色差的目的。系統(tǒng)中，第一和第三透鏡采用同種材料折射率為n1，阿貝數(shù)為V 1；第二、第四和第五透鏡使用同種材料，折射率為n2，阿貝數(shù)為V2；其中折射率n1>n2且阿貝數(shù)V1<V2。本方案中，第一種材料折射率大于第二種材料的折射率很多，且第一種材料的阿貝數(shù)小于第二種材料的阿貝數(shù)。一般而言，光學(xué)車間使用最多的且性能比較穩(wěn)定，加工工藝性比較穩(wěn)定的有ZF類、SF類、K類材料。通過比對，本技術(shù)方案中選擇使用SF類材料和k類材料。明顯SF材料折射率比較高而阿貝數(shù)很低，k類材料折射率較SF類材料低多了而阿貝數(shù)則高很多。

優(yōu)選技術(shù)方案：所述第二透鏡可采用平凸型正透鏡或彎月正透鏡或者雙凸正透鏡；第一、第二、第三透鏡構(gòu)成的透鏡組具有負(fù)焦度，具有擴束作用；所述第四透鏡的焦距和方向不限，只要使第四、第五透鏡構(gòu)成的透鏡組為正透鏡組，具有壓縮張角的作用。

上述技術(shù)方案中，為了降低加工與制造難度，所有的面均為球面，這使得單個零件的加工與制作成本大幅度降低。

由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點：

1.本發(fā)明提出了一種使用多種材料結(jié)合起來消色差的掃描鏡組，5片透鏡構(gòu)成了f-theta鏡組，在RGB三色光之間進(jìn)行消色差處理，成像質(zhì)量高，畸變小。

2.本發(fā)明的透鏡只使用了兩種材料，并且選用比較適合光學(xué)加工的普通SF與K類材料，價格便宜，加工性能好，適于工業(yè)化應(yīng)用。

附圖說明

圖1是一種采用F-theta鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例一中負(fù)透鏡組結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例一中正透鏡組結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例一中F-theta鏡頭的光線追跡圖；

圖5是本發(fā)明實施例一中畸變示意圖；

圖6是本發(fā)明實施例一中能量匯集度示意圖；

圖7是本發(fā)明實施例一中點列圖；

其中：

1為第一透鏡；

2為第二透鏡；

3為第三透鏡；

4為第四透鏡；

5為第五透鏡。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述：一種大幅面復(fù)消色差F-theta鏡頭，要求：使用光波長為RGB三色光(0.486μm/0.587μm/0.656μm)要求掃描直徑達(dá)830mm(配A0，A1號圖紙使用)，相對畸變控制在0.3％內(nèi)，光斑尺寸在100um以內(nèi)。

F-theta鏡頭需要在大視場時矯正象散，系統(tǒng)選用如圖1所示的形式，正負(fù)透鏡組分離，為了平象場，所以正透鏡組在后，負(fù)透鏡組在前。如圖2和圖3所示，F(xiàn)-theta鏡頭，包括沿入射光方向依次排列的第一、第二、第三、第四和第五透鏡，其中，所述第一透鏡為凹面朝向入射光的具有負(fù)焦距的彎月透鏡，所述第二透鏡為正透鏡，所述第三透鏡為凹面朝向入射光的具有負(fù)焦距的彎月透鏡，所述第四透鏡為彎月透鏡，所述第五透鏡為凹面朝向入射光的具有正焦距的彎月透鏡；所述第一、第二、第三透鏡構(gòu)成負(fù)透鏡組；所述第四、第五透鏡構(gòu)成正透鏡組。

鏡頭是使用在多色光環(huán)境下的，所以需要對這三種色光進(jìn)行消色差設(shè)計，于是就需要選用不同材料，工業(yè)化生產(chǎn)的鏡頭中，穩(wěn)定性比較好的為BK類材料(國內(nèi)叫做K類材料)、SF類、ZK類材料。本實施例選擇最常用的材料BK7與SF6。BK7材料折射率為1.517，阿貝系數(shù)為64.167，SF6材料折射率為1.805，阿貝系數(shù)為25.432。

結(jié)合以上設(shè)計，本發(fā)明提供兩個優(yōu)選的設(shè)計實例，其具體數(shù)據(jù)分別如下所示：

實施例一：

第一透鏡1分別由曲率半徑為-62.32mm和-68.78mm的兩個曲面S1、S2構(gòu)成，其中心厚度為13.2mm，材料為SF6，焦距為-9398mm；

第二透鏡2分別由曲率半徑為-716.91mm和-229.26mm的兩個曲面S3、S4構(gòu)成，其中心厚度為20mm，材料為BK7，焦距為643.2mm；

第三透鏡3分別由曲率半徑為-152.69mm和-249.13的兩個曲面S5、S6構(gòu)成，其中心厚度為14.74mm，材料為SF6，焦距為-525.75mm；

第四透鏡4分別由曲率半徑為-2456.1mm和-555.56mm的兩個曲面S7、S8構(gòu)成，其中心厚度為9.13mm，材料為BK7，焦距為1387mm；

第五透鏡5分別由曲率半徑為-604.07mm和-336.65mm的兩個曲面S9、S10構(gòu)成，其中心厚度為19.9mm，材料為BK7，焦距為1435.1mm；

列表如下：

根據(jù)上述設(shè)計方案，通過計算機模擬可以得到圖4至圖7的模擬結(jié)果。其中，圖4是上述實施例的光路布局示意圖；圖5是畸變分布圖；圖6是能量集中度示意圖；圖7是點列圖。從上述各圖中可以看出：系統(tǒng)的畸變小于0.25％，在100um的像元尺寸內(nèi)，能量集中度大于80％，該系統(tǒng)滿足大幅面打印需求。

實施例二：

第一透鏡分別由曲率半徑為-72.7mm和-80.24mm的兩個曲面S1、S2構(gòu)成，其中心厚度為15.4mm，材料為SF6，焦距為-10964mm；

第二透鏡分別由曲率半徑為-836.39mm和-267.46mm的兩個曲面S3、S4構(gòu)成，其中心厚度為23.3mm，材料為BK7，焦距為750.4mm；

第三透鏡分別由曲率半徑為-178.14mm和-290.66的兩個曲面S5、S6構(gòu)成，其中心厚度為17.2mm，材料為SF6，焦距為-613.4mm；

第四透鏡分別由曲率半徑為-2865.5mm和-648.16mm的兩個曲面S7、S8構(gòu)成，其中心厚度為10.7mm，材料為BK7，焦距為1618mm；

第五透鏡分別由曲率半徑為-704.74mm和-392.76mm的兩個曲面S9、S10構(gòu)成，其中心厚度為23.2mm，材料為BK7，焦距為1674.3mm；

列表如下：

本發(fā)明提出了的5片透鏡構(gòu)成的f-theta鏡組，在RGB三色光之間進(jìn)行消色差處理，透鏡畸變小，成像質(zhì)量高；透鏡可以只使用兩種材料，并且選用比較適合光學(xué)加工的普通SF與K類材料，價格便宜，加工性能好，適于工業(yè)化應(yīng)用。如果不考慮成本因素，在技術(shù)方案的基礎(chǔ)上適當(dāng)增加透鏡的個數(shù)或者在5片透鏡的前后面上使用非球面可以優(yōu)化獲得更好的成像效果。