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消除平场扫描镜(F-Theta)的后反点的不利影响

激光打标机的工作原理是激光器发出的高能量激光束依次经过动方向互相垂直的X和Y扫描振镜,入射到F-Theta物镜,由F-Theta后到达工件表面。

  激光打标是激光技术的一个重要的应用领域,它与传统的刻蚀、机刻等打标方式相比,有许多优点,如无污染、分辨率高、非接触及标记永久保持等。激光束到达工件表面的瞬间,光能转换为热能,使工件表面材料熔融甚至汽化,从而标刻出相应的图案或标记。
  激光打标机的工作原理如图1所示,激光器发出的高能量激光束依次经过动方向互相垂直的X和Y扫描振镜,入射到F-Theta物镜,由F-Theta后到达工件表面。通过转动X和Y扫描振镜,可以控制激光束在工件表面的X和Y两个方向上任意移动,实现矢量打标。振镜式激光打标具有响应速度快、打标速度快、打标质量高等许多优点。

                         图1:激光打标机工作原理图
  与普通成像物镜不同,F-Theta镜头的像高与视场角成正比。如图2所示镜头的视场角、焦距和像高满足下式所示的关系:

  式中θ、f、y分别表示F-Theta镜头的视场角、焦距和像高。表示当F-Theta焦距一定时,像高y与视场角θ成正比,满足线性关系。

                        图2:F-Theta镜头原理图
  为满足式(1-1)的线性扫描关系,同时校正F-Theta镜头的像差,往往需要多个透镜合理布局;激光在透镜表面的后反射点(图3-图6)能量高度集中,随着工业使用中激光功率的不断提升,如果后反射点聚焦在XY振镜片上,会烧蚀振镜片的反射膜层,造成系统透过率的大幅降低;如果后反射点聚焦在扫描镜内部镜片上(图6),造成明显的热透镜效应,该透镜折射率随着能量的积聚发生变化,直接改变扫描镜的工作距离,反映为标记光斑变大、标记颜色变浅甚至无法标记。

                           图3:后反射点示意1

                          图4:后反射点示意2

                            图5:后反射点示意3

                            图6:后反射点示意4
  综上在设计F-theta平场扫描镜时要仔细排查每个镜片表面的后反射点,通过改变镜片的曲率半径尽量消除后反射点的不利影响。