[发明专利]一种动态聚焦扫描振镜系统的优化方法及光路结构

权利要求书

1.一种动态聚焦扫描振镜系统的优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，对动态聚焦扫描振镜系统进行模块化设计，将所述动态聚焦扫描振镜系统分为动态聚焦模块、振镜模块和F-Theta场镜模块，并分别进行初步优化；

步骤S2，对将所述步骤S1中的动态聚焦模块、振镜模块和F-Theta场镜模块分别进行初步优化之后，组合在一起，对所述动态聚焦扫描振镜系统进行整体优化。

2.根据权利要求1所述的一种动态聚焦扫描振镜系统的优化方法，其特征在于，所述步骤S1进一步包括：

步骤S11，设计所述动态聚焦模块，实现通过控制动态聚焦镜的位置来改变聚焦光斑在Z轴方向上的聚焦位置，并进行初步优化；

步骤S12，设计所述F-Theta场镜模块，并对其中的场镜进行初步优化，通过场镜的平场特性补偿扫描平面上的离焦误差，实现动态聚焦扫描振镜系统在X、Y方向上的扫描；

步骤S13，设计所述振镜模块；在初步优化后的F-Theta场镜模块中加入振镜模块，所述振镜模块包括X轴振镜和Y轴振镜，并且优化X轴振镜与Y轴振镜间距、Y轴振镜与场镜间距这两个参数。

3.根据权利要求2所述的一种动态聚焦扫描振镜系统的优化方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括：对经初步优化的三个模块进行组合，进行进一步优化，模拟动态聚焦扫描振镜系统中动态聚焦镜和振镜在不同状态下的聚焦光斑的质量。

4.根据权利要求3所述的一种动态聚焦扫描振镜系统的优化方法，其特征在于，所述步骤S2对于在动态聚焦镜的位置为-2mm、0mm和+2mm处时，X轴振镜和Y轴振镜分别偏转0°、3°、5°、7°和10°的工作状态下的光线进行追迹，获得激光束在工作区域内的聚焦情况，通过约束追迹光线的聚焦位置来提升整个系统的成像质量和聚焦光斑的圆度。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的优化方法设计的动态聚焦扫描振镜系统的光路结构，其特征在于，包括动态聚焦模块、振镜模块和F-Theta场镜模块；

所述动态聚焦模块包含第一透镜和第二透镜，第一透镜为动态聚焦镜，动态移动范围为±2mm，控制的聚焦光斑可变化的范围为±10mm；

所述F-Theta场镜模块包含第三透镜，第四透镜、第五透镜和第六透镜，所述F-Theta场镜模块的焦距为250mm，视场角为±25°；

所述振镜模块包含X轴振镜和Y轴振镜，两轴振镜的特性为平面反射镜，最大的机械偏转角度为±10°；

激光束依次经过第一透镜、第二透镜、X轴振镜、Y轴振镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜后聚焦在焦平面上。

6.根据权利要求5所述的光路结构，其特征在于，所述第一透镜为双凹型负透镜，所述第二透镜为双凸透镜型正透镜，所述第三透镜为双凹透镜，所述第四透镜为弯月型正透镜，所述第五透镜为弯月型正透镜，所述第六透镜为双凸型正透镜。

7.根据权利要求6所述的光路结构，其特征在于，所述第一透镜的前表面曲率半径为-20.5mm，后表面曲率半径为-83.1mm；所述第一透镜的中心厚度为2.0mm，所述第一透镜与所述第二透镜的间隔为49.2mm；所述第一透镜材料的折射率为1.46，阿贝尔系数为67.8。

8.根据权利要求6所述的光路结构，其特征在于，所述第二透镜的前表面曲率半径为137.7mm，后表面曲率半径为-75.9mm；所述第二透镜的中心厚度为2.3mm，所述第二透镜与X轴振镜的间隔为80.0mm；所述第二透镜材料的折射率为1.46，阿贝尔系数为67.8。

9.根据权利要求6所述的光路结构，其特征在于，所述X轴振镜与所述Y轴振镜之间间隔为20.9mm，所述的Y轴振镜与第三透镜之间间隔为35.2mm。

10.根据权利要求5-9中任一项所述的光路结构，其特征在于，所述激光束的波长为1064nm，入瞳直径为5.6mm。