F-theta объектив для сканирующей системы лазерной развертки

Полезная модель относится к F-theta объективам для использования в системах стереолитографии (3D печати) в коротковолновой части оптического спектра.
Известны следующие F-theta объективы [1-3]. Недостатком данных объективов является наличие асферических и торических поверхностей, что определяет сложность изготовления, большую трудоемкость и высокую стоимость технической реализации для малых партий <100 шт.
Наиболее близким к заявленному решению по технической сущности является принятый за прототип [4] F-theta объектив для лазерной гравировки (см. Рисунок 1), работающий на длине волны 1064 нм, имеющий угловое поле в пространстве изображений 50 градусов, эффективное фокусное расстояние 433.3 мм и состоящий из 3х оптических элементов выстроенных по оптической оси в порядке следования оптического луча: отрицательный мениск, положительный мениск и плосковыпуклая линза или положительный мениск.
Недостатки прототипа сводятся к тому, что из-за дифракционных ограничений, обусловленными длинным фокальным отрезком, его оптимизации на работу в коротковолновой части оптического спектра не выполнима при сохранении заявленного качества.
Цель данной полезной модели заключается в оптимизации прототипа на диапазон 395-415 нм, при сохранении малой дисторсии, кривизны поля и максимального удешевления конструкции. Для этого в заявляемом устройстве:
1. Выбираются легко доступные материалы оптических стекол, которые легко удовлетворяют параметрам бессвильности и пузырчатости.
2. Оптические поверхности данного F-theta объектива разработаны так, чтобы диаметры линз имели достаточно большие оптические промежутки и легко помещались в объектив насыпным способом.
3. В объективе используются только сферические и цилиндрические поверхности.
На рисунке 2 представлена схема заявляемого F-theta объектива. F-theta объектив содержит следующие элементы: два положительных мениска, один отрицательный мениск и цилиндрическую линзу в последовательности, представленной на рисунке 2.
Основные технические данные заявляемого F-theta объектива
1. Угловое поле предмета, 2ω=50°.
2. Размер развертки в плоскости изображения, 2у'=212 мм.
3. Рабочая длина волны, λ=405 нм.
4. Диаметр входного зрачка Sp, 5 мм.
Конструктивные параметры заявляемого F-theta объектива.
Таблица 1. Параметры объектива.
На рисунках 2-4 представлены результаты математического моделирования.
Рассмотрим соответствие заявляемого решения критерию существенных отличий.
Отличие 1. Объектив работает в коротковолновой части спектра в отличие от прототипа, работающего в ИК спектре
Отличие 2. В объективе используются 4 линзы, компоновка линз отличается от прототипа.
Отличие 3. Использование цилиндрической поверхности в 4ой линзе. Следовательно, данное решение обладает существенными отличиями.
Литература
[1] Scanning and imaging lens, optical scanning device and image forming apparatus, US6448998.
[2] Optical scanning apparatus and asymmetrical aspheric scanning lens, US 5025268.
[3] Telecentric f-θ lens system for laser COM, US 4880299.
[4] Optical lens, US 20110043931 A1.