定义
设计用于激光扫描仪的透镜系统。
对于各种激光应用，如激光打标、钻孔、激光显示、光学相干断层扫描（OCT）和扫描激光显微镜，需要扫描激光束的方向并将其聚焦到某个平面（或沿线进行一维扫描）。 这种激光扫描仪通常是通过使用某种旋转镜或振镜与扫描透镜结合使用来实现的。 如图1所示，这种透镜将同时聚焦光束并改变其传播方向。
当使用简单的球面透镜来实现此目的时，焦点位置实际上不能全部在所需的平面上，而是位于近似的球面表面上。 因此，目标平面上的光斑尺寸将在外部区域增加。 为了解决这个问题，已经开发了平场扫描透镜，它在整个目标平面上提供近似恒定的光斑尺寸。 准确地说，这些通常不是简单的镜头，而是多元件镜头系统，具有相当大的总长度。
图1：使用旋转镜和透镜扫描激光束。只有当镜头是平场扫描镜头时，焦点始终在目标平面上。
目标平面上的光斑可能会变得有些椭圆形，特别是如果扫描透镜后的光束角很大。 因此，通常需要限制该角度。
f-θ扫描镜头
图 2：f-θ扫描镜头。来源：卓越科技
对于普通的平场扫描透镜，可以得到光斑位置对旋转镜角位置的非线性依赖性。 这种非线性会产生各种后果。 例如，显示或获取的图像可能失真，或者处理速度随位置而变化。 因此，已经开发了所谓的f-theta透镜（实际上是透镜系统），其中光斑位置线性取决于光束角θ（只有弱像差）：它大约是焦距f和光束角θ的乘积。 F-Theta透镜在激光打标和激光显示器等应用中非常常见。
由于无法进行精确的线性扫描，供应商可以指定场畸变（f-theta畸变）是偏转角的函数。 对于好的设计，失真可能远低于1%。
在某些情况下，上述扫描镜头的非线性畸变也可以用软件进行补偿，因此不需要f-theta透镜。
远心扫描镜头
对于某些应用，如激光钻孔，剩下的问题是激光束以非法线入射击中目标平面，中心点除外。 因此，还有所谓的远心扫描镜头，其设计使得目标平面的所有点都能获得法向入射（见图2）。
图3：使用远心镜头扫描激光束（实际上通常是多镜头系统）。对于任何目标点，光束对目标平面具有法线入射。
远心镜头系统有一个明显的限制，即目标平面上的扫描区域受到镜头尺寸的限制。 例如，这通常使它们不适合显示目的。 然而，一个优点是可以在整个区域上获得相当精确的恒定光斑尺寸。
主要性能参数
非远心扫描镜头最重要的参数是焦距和输出扫描角度，它们共同决定了扫描场直径。 焦距与输入光束半径（假设存在准直光束）一起决定了目标平面中的光束半径：输入光束越大，光斑尺寸越小。
从焦点到镜头系统输出侧的距离称为工作距离。 通常最好保持较大的工作距离，例如避免镜片污染。 在镜头输出附近放置一个保护性光学窗口也可能很有用。
对于远心镜头，光束偏移的最大范围很重要；它限制了目标平面中的扫描区域。
扫描镜头的特点
与其他镜头一样，扫描透镜通常设计用于一定范围的工作波长，这可能受到所用增透膜的特性和/或色差的限制。 然而，也有多光谱透镜工作良好，例如在两个不同的波长（例如1064nm和355nm，对应于三次谐波）下，两个波长的焦距大致相同。 （例如，这与多光子荧光显微镜有关。 其他设备是颜色校正的，也称为消色差，例如用于宽带超短脉冲。
对于激光材料加工中的应用，透镜系统的损伤阈值可能很重要。 它通常以J/cm2 为单位指定为光学通量。
一些扫描透镜需要以非常高的光功率操作。 因此，重要的是具有低寄生效应损耗和合适的光学材料，以避免可能影响光束形状和焦距的热效应。
