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激光扫描系统和F-THETA镜头
镜头设计 2009-05-06 23:17:55 阅读378 评论2  字号：大中小 订阅
    激光扫描系统是将时间信息转变为可记录的空间信息的一种系统。它首先使某种信息通过光调制器对激光进行调制，调制后的激光通过光束扫描器在空间改变方向，再经聚焦镜头在接收器上成一维或二维扫描像。
    在激光扫描系统中，一个关键部分是实现光束空间扫描的扫描器，光束扫描器的形式较多，目前普遍采用的是旋转多面体。
    激光扫描系统的另一个重要部件是聚焦镜头。聚焦镜头的位置可以在光束扫描器之前，也可在之后。当镜头位于扫描器之前时，由激光器发出的激光束首先经聚焦镜头聚焦，然后由置于焦点前的扫描器使焦点呈圆弧运动。由于像面是圆弧形的，与接收面不一致，故这种方案不甚理想。当聚焦镜头位在扫描器之后，扫描后的光束以不同方向射入聚焦镜头，在其后焦面上形成一维扫描像，像面是平的，但该镜头设计较困难，要求当激光束随扫描器旋转而均匀转动时，在像面上的线扫描速度必须恒定，即像面上像点的移动与扫描反射镜转动之间必须保持线性关系，所以称该镜头为线性成像镜头,又称F-THETA镜头。
线性成像镜头具有如下特点：
（1）扫描光束的运动被以时间为顺序的电信号控制，为了使记录的信息与原信息一致，像面上的光点应与时间成一一对应的关系：y=-f·theta。但是，一般的光学系统，其理想像高为：y=-f·tgtheta，显然，理想像高y与扫描角theta之间不再成线性关系。为了实现等速扫描，应使聚焦透镜产生一定得负畸变，即其实际像高应比几何光学确定的理想像高小，对应的畸变量
y*=--f·theta-(-f·tgtheta)=f (tgtheta-theta)
具有上述畸变量的透镜系统，对以等角速度的入射光束在焦面上实现线性扫描，其像高y=f·theta，所以这种线性成像物镜又称f-theta镜头。
（2）单色光成像，象质要求达到波像差小于四分之一波长，而且整个像面上的象质要求一致，像面为平面，且无渐晕存在。
（3）像方远心光路。如果系统校正了场曲，远心光路可在很大程度上实现轴上、轴外象质一致，并提高照明均匀性。大多数线性成像物镜属于小相对孔径（一般F数为5-20）大视场的远心光学系统。线性成像物镜的设计要求具有一定的负畸变，在整个视场上有均匀的光照度和分辨率，不允许轴外渐晕的存在，并达到衍射极限性能。
下面列出一个F-THETA镜头的数据及其象质
像方远心，焦距750mm，F=50，视场w=25°
以下是镜头数据

结构图

MTF

像面相对照度

畸变