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线性成像物镜的光学参数

发布时间:2022-10-11 10:12:08 浏览量:1262 作者:Joe

摘要

线性成像物镜是激光扫描系统中一种常用的具有特殊要求的透镜系统。激光扫描系统用某种信息经电光效应、声光效应调制的激光束,经扩束镜扩束后再经旋转反射镜或旋转多面体的扫描元件而改变方向,最后经聚焦用的线性成像物镜在接收器上成一维或二维的扫描像。从而,激光扫描系统将时间信息变成了可记录的空间信息。


正文


线性成像物镜的光学参数


线性成像物镜是激光扫描系统中一种常用的具有特殊要求的透镜系统。激光扫描系统如下图1所示。用某种信息经电光效应、声光效应调制的激光束,经扩束镜扩束后再经旋转反射镜或旋转多面体的扫描元件而改变方向,最后经聚焦用的线性成像物镜在接收器上成一维或二维的扫描像。因此,激光扫描系统将时间信息变成了可记录的空间信息。根据扫描器和聚焦透镜的位置不同,可分为透镜前扫描(图a)和透镜后扫描(图b)两种。



上次,我们简要介绍了线性成像物镜的结构,这一篇来介绍下线性成像物镜的光学参数。线性成像物镜的光学参数应由使用要求出发,并考虑光信息传输中各环节(光源、调制器、偏转器、记录介质)的性能来确定。


一是F数。由于使用高亮度的激光光源,所以不必依据亮度,而应根据记录的光点尺寸来确定下数。由于像质达到衍射极限,像点的尺寸即为衍射斑直径d,其大小为



式中,D由透镜通光直径、扫描器通光直径和高斯光束的光斑直径所确定,不是与实际通光孔径形状有关的常数,。若通光孔为圆孔,则光斑为艾里斑。根据用途不同,激光扫描记录仪的光点尺寸也不同。

二是焦距。焦距由要求扫描的像点排列的长度L和扫描角度决定,即



当扫描长度一定时,呈反比关系。在F数一定时,应尽可能用大的角,小的,以减小透镜和反射镜尺寸,从而减小棱镜表面角度的不均匀性和扫描轴承的不稳定性造成的不利影响。又由于入射光瞳位于扫描器上,在实现像方远心光路时,小可以使物镜与扫描器之间的距离减小,使仪器轴向尺寸减小。但L一定时,就大,这给光学设计带来了困难,使光学系统复杂,加工制造成本增大。反之,仪器纵向尺寸加大,使用不便。实际工作中,应综合考虑各方面因素,反复权衡,才能最后确定。


大多数线性成像物镜属于小相对孔径(一般下F数为)大视场远心光学系统,要求具有一定的负畸变,在整个视场上有均匀的光强度和分辨率,不允许轴外渐晕存在,并要达到衍极限性能。玻璃材料的质量与透镜表面的均匀性要求比一般透镜更为严格。


相关文献:

《几何光学 像差 光学设计》(第三版)——李晓彤 岑兆丰


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