雷射掃描f－theta鏡頭的製作方法

2023-04-30 01:45:06 2

專利名稱：雷射掃描f－theta鏡頭的製作方法
技術領域：
本發明是一種用於六稜鏡雷射束掃描的F-THETA鏡頭系統，適用於多種使用六稜鏡掃描的數碼圖像雷射輸出系統，如雷射印表機、數碼複印機、醫療影像設備以及其他數碼影像設備等。
背景技術：
多稜鏡雷射掃描系統，利用高速旋轉的多稜鏡，反射經過調製的、包含著圖像數據且圖像數據隨著時間線性展開的雷射束，經過一組F-THETA鏡頭，校正後聚焦於影像感測元件的感光表面並形成行掃描，同時，利用感光表面的垂直於行掃描方向的機械移動，將圖像數據以雷射點的形式在影像感測元件的感光表面恢復，再現原圖像。這裡的影像感測元件在現代醫療影像設備中就是感光膠片，在雷射印表機、數碼複印機中就是感光鼓。
多稜鏡雷射掃描系統是現代數碼影像設備的必備的數碼圖像輸出系統，它採用的是現代最先進的、唯一的數碼圖像雷射輸出方式，目前還沒有任何其他方式可以取代。
多稜鏡雷射掃描系統包括低速、高速、單雷射束、多雷射束、黑白、彩色等，其最常用的解析度是600DPI，當然還可以提供更高的解析度，是各種數碼影像設備必備的重要部件。
在我國年需求數千萬套多稜鏡雷射掃描系統，一直依賴進口。
因此，開發一種光學性能好、成像品質高、結構緊湊且成本低廉的多稜鏡雷射掃描系統是非常必要的。

發明內容
本發明的目的在於提供一種光學性能好、成像品質高、結構緊湊且製造成本低的六稜鏡雷射掃描系統F-THETA鏡頭。
本發明的另一目的在於提供應用該F-THETA鏡頭的六稜鏡雷射掃描系統模組。
本發明是一種六稜鏡雷射掃描系統F-THETA鏡頭，其從物方至像方依次包括一第一透鏡，一第二透鏡。第一透鏡為雙面Y向非球面、X向柱面組合面透鏡，包括第一Y向非球面和X向柱面組合面與第二Y向非球面和X向柱面組合面，其材質為塑膠，第二透鏡為雙面Y向非球面、X向柱面組合面透鏡，包括第三Y向非球面和X向柱面組合面與第四Y向非球面和X向柱面組合面，其材質為塑膠。第一透鏡、第二透鏡皆為Y向軸對稱和X向軸對稱的矩形鏡片。
本發明雷射掃描F-THETA鏡頭，採用兩片Y向非球面和X向柱面組合面的塑膠鏡片，保證了其較好的通光性能，且通過非球面係數的優化，修正了各種像差，從而既簡化了結構、縮短了總跡、改善了成像品質又提高了解析度；該高解析度、A3(297毫米)掃描寬度的六稜鏡雷射掃描F-THETA鏡頭設計，其總跡小於247毫米，其模組長度可小於160毫米，使其既可適用於小型數碼影像設備，如雷射印表機，較好的滿足了小型化的要求，又可適用於大型數碼影像設備，如醫療影像設備，在大空間中當然更容易安裝；由於採用塑膠鏡片，可射塑大批量加工，降低加工成本。


圖1是本發明雷射掃描F-THETA鏡頭的結構示意圖；圖2是本發明雷射掃描F-THETA鏡頭的衍射像分析圖。
具體實施例方式
參照圖1，本發明雷射掃描F-THETA鏡頭50其從物方至像方依次包括一第一透鏡1，一第二透鏡2。其中線AB代表鏡頭50的主光軸，A代表物方，B代表像方。該雷射掃描F-THETA鏡頭還包括位於物方位置上，置於第一透鏡1前的六稜鏡4、置於六稜鏡4前的光束整形透鏡5、置於光束整形透鏡5前的光欄6和位於像方位置上，置於第二透鏡2後的影像感測元件3，該影像感測元件3包括一成像面31。
第一透鏡1為雙面Y向非球面、X向柱面組合面透鏡，包括第一Y向非球面和X向柱面組合面11與第二Y向非球面和X向柱面組合面12；第二透鏡2為雙面Y向非球面、X向柱面組合面透鏡，包括第三Y向非球面和X向柱面組合面21與第四Y向非球面和X向柱面組合面22。第一透鏡1、第二透鏡2皆為以主光軸AB為軸分別Y向軸對稱和X向軸對稱的矩形鏡片。
第一透鏡1採用光學塑膠材料，其折射率和色散滿足如下條件1.47＜n＜1.55，50＜v＜60。第一透鏡1材質採用PMMA，其折射率和色散分別為n1＝1.492，v1＝57.441。
第二透鏡2採用光學塑膠材料，其折射率和色散滿足如下條件1.47＜n＜1.55，50＜v＜60。第二透鏡2材質採用PMMA，其折射率和色散分別為n2＝1.492，v2＝57.441。
六稜鏡4位於物方位置上，置於第一透鏡1前，包括六個反射鏡面，利用其旋轉，反射入射光7後形成本發明雷射掃描F-THETA鏡頭50的入射視場角θ，以及θ角的掃描並最終形成數據光點在成像面31上的行掃描。置於六稜鏡4前的光束整形透鏡5，可將入射光7的光束形狀進行預整形。置於光束整形透鏡5前的光欄6，可利用光欄孔的大小和形狀調整進光量和衍射光斑。位於像方位置上，置於第二透鏡2後的影像感測元件3，包括一成像面31，通常可以是感光膠片、感光帶、感光鼓之類光敏器件。
參照表1，本發明雷射掃描F-THETA鏡頭光學系統的相關參數值，其依次從第一透鏡1的第一面11至第二透鏡2的第四面22加以描述，其中曲率半徑Rx和Ry分別為各面與主光軸AB相交曲面的X向和Y向的曲率半徑；間距為沿主光軸AB方向由物方A開始前面相對於後面的距離；有效通光口徑Dx和Dy分別為各面的X方向和Y方向的最大有效通光口徑。其中Dx可依據光學和結構的需要人為設定。

表1本發明雷射掃描F-THETA鏡頭的第一透鏡1和第二透鏡2皆為以主光軸AB為軸在Y方向軸對稱的非求面和在X方向軸對稱的柱面組合面透鏡，其Y方向非球面的設計滿足如下的非球面方程f(y)＝(Y2/Ry)/{1+[1-(1+k)×(Y/Ry)2]1/2}+aY2+bY4+cY6+dY8+eY10式中f(y)為光線與各面11、12、21、22的Y方向非球面交點在主光軸AB方向的距離；Y為光線與各面11、12、21、22的Y方向非球面交點在Y方向的距離；Ry為Y方向曲率半徑；k為圓錐係數；a、b、c、d、e分別為二次、四次、六次、八次和十次偏離項係數。各面11、12、21、22的Y方向非球面的形狀均通過上述方程確定，其曲率半徑Ry值在表1中表述，圓錐係數k和偏離項係數a、b、c、d、e的數值在表2中表述。

表2圖2描述了本發明雷射掃描F-THETA鏡頭50在入射視場角θ為0度時的衍射像分析。
本發明雷射掃描F-THETA鏡頭50的最大入射視場角θ可以達到±51度，在成像面31可以形成超過297毫米(A3寬度)的行掃描寬度，且可以達到較高的光學解析度，其模組總長度包括六稜鏡在內可小於160毫米，非常適合A3幅面的數碼圖像雷射輸出系統，如A3幅面的數碼複印機和A3幅面的醫療影像設備等。
可以理解，本發明雷射掃描F-THETA鏡頭模組裝置在一專用的單元盒中，在第二透鏡2之後，第二透鏡2和成像面31之間可以增加平板玻璃作為單元盒的防塵玻璃，而不會影響最終在成像面31上的成像品質。
可以理解，考慮到計算精度，本發明雷射掃描F-THETA鏡頭的在表1和表2中描述的各項參數值，經四捨五入之類取捨後仍屬本發明的範圍。
可以理解，本發明雷射掃描F-THETA鏡頭在實際應用中，其各鏡片實際口徑數值應比表1中描述的有效通光口徑數值稍大，應仍屬於本發明的範圍。
可以理解，本發明雷射掃描F-THETA鏡頭模組在實際應用中，可將六稜鏡更換為八稜鏡或十二稜鏡等，以得到不同需求的行掃描。
可以理解，本發明雷射掃描F-THETA鏡頭可以應用於多種數碼圖像雷射掃描輸出系統，如雷射印表機、數碼複印機、數碼X光機、CT掃描儀、核磁共振掃描儀等。
權利要求
1.一種雷射掃描F-THETA鏡頭，其從物方至像方依次包括一第一透鏡，一第二透鏡。其特徵在於該第一透鏡為雙面Y向非球面、X向柱面組合面透鏡，包括第一Y向非球面和X向柱面組合面與第二Y向非球面和X向柱面組合面，該鏡片由塑膠材質製成；該第二透鏡為雙面Y向非球面、X向柱面組合面透鏡，包括第三Y向非球面和X向柱面組合面與第四Y向非球面和X向柱面組合面，該鏡片由塑膠材質製成。
2.如權利要求1所述的雷射掃描F-THETA鏡頭，其特徵在於該第一透鏡、第二透鏡均為Y向軸對稱和X向軸對稱的矩形鏡片。
3.如權利要求1所述的雷射掃描F-THETA鏡頭，其特徵在於該第一透鏡、第二透鏡的折射率均大於1.47小於1.55，其色散均大於50小於60。
4.如權利要求1所述的雷射掃描F-THETA鏡頭，其特徵在於該雷射掃描F-THETA鏡頭進一步包括一六稜鏡，其置於第一透鏡的前面。
5.如權利要求1所述的雷射掃描F-THETA鏡頭，其特徵在於該雷射掃描F-THETA鏡頭進一步包括一光束整形透鏡，其置於六稜鏡的前面。
6.如權利要求1所述的雷射掃描F-THETA鏡頭，其特徵在於該雷射掃描F-THETA鏡頭進一步包括一光欄，其置於光束整形透鏡的前面。
7.一種應用權利要求1所述的雷射掃描F-THETA鏡頭的雷射掃描系統模組，其包括一光欄，一光束整形透鏡，一六稜鏡，一雷射掃描F-THETA鏡頭，一影像感測元件，該影像感測元件具有一成像面，其特徵在於該雷射掃描F-THETA鏡頭，其從物方至像方依次包括一第一透鏡，一第二透鏡，該第一透鏡為雙面Y向非球面、X向柱面組合面透鏡，包括第一Y向非球面和X向柱面組合面與第二Y向非球面和X向柱面組合面；該第二透鏡為雙面Y向非球面、X向柱面組合面透鏡，包括第三Y向非球面和X向柱面組合面與第四Y向非球面和X向柱面組合面；所述雷射掃描F-THETA鏡頭參數是
。
8.如權利要求7所述的雷射掃描F-THETA鏡頭，其特徵在於其圓錐係數k和偏離項係數a、b、c、d、e的數值是
。
全文摘要
一種六稜鏡雷射掃描系統F－THETA鏡頭，其從物方至像方依次包括一第一透鏡，一第二透鏡。其材質均為塑膠。適用於A3幅面的數碼圖像雷射輸出系統，如雷射印表機、醫療影像設備等。本發明雷射掃描F－THETA鏡頭光學性能好、成像品質高、結構緊湊且製造成本低。
文檔編號G02B26/12GK1844969SQ200610013649
公開日2006年10月11日 申請日期2006年5月11日 優先權日2006年5月11日
發明者王路 申請人:王路