在激光掃描器的應(yīng)用中會(huì)有很多因素影響到它的最終效果。本文主要分析掃描鏡片對(duì)激光掃描系統(tǒng)效果的影響，我們將從鏡片表面精度，導(dǎo)熱能力，材料的硬度和重量以及組裝等因素進(jìn)行潛入的分析。

鏡片的表面精度

鏡片的表面精度會(huì)直接影響到打標(biāo)的最終結(jié)果，所以做到盡可能好的表面精度是至關(guān)重要，然而在鏡片加工過(guò)程中并不能達(dá)到絕對(duì)的平整，我們一般會(huì)按照鏡片圖紙要求的表面精度例如：1/0.5或是3/1等進(jìn)行加工，使得鏡片表面精度盡可能的滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。反射鏡表面的凹凸特性也會(huì)對(duì)光束的質(zhì)量有很大的影響，我們通過(guò)干涉儀對(duì)光學(xué)表面進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)干涉儀給出的3D圖像，會(huì)發(fā)現(xiàn)鏡片在滿(mǎn)足平整度要求的同時(shí)，也會(huì)出現(xiàn) 凹面或者凸面的狀況，俗稱(chēng)低光圈和高光圈。如果鏡片表面精度的要求為1 / 0.5。在圖一中，兩個(gè)鏡片的數(shù)值分別以0.352 / 0.28和0.99 / 0. 49均在要求范圍以?xún)?nèi)，但這并不意味著兩個(gè)鏡片掃描的效果都符合要求。輸出光束的質(zhì)量好壞，取決于鏡片的凹凸特性。凸面狀態(tài)會(huì)引起光束產(chǎn)生發(fā)散現(xiàn)象，使得聚焦點(diǎn)變大。而凹面鏡使得光斑會(huì)聚，從而產(chǎn)生更好的聚焦光斑和更強(qiáng)的能量。

圖一：低光圈（凹面）鏡面和高光圈（凸面）鏡面圖

導(dǎo)熱特性

散熱能力強(qiáng)的基板可以防止反射涂層由于過(guò)熱而蒸發(fā)。除此之外，基板還必須具有足夠的熱膨脹系數(shù)，以避免涂層應(yīng)力引起的彎曲，這將導(dǎo)致傾斜像差并導(dǎo)致光束偏差。

圖二：不同鏡面基板材料的硬度和導(dǎo)熱性

       由圖可看出，鈹是優(yōu)于其他鏡面基板使用的材料，但在加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生毒性粉塵對(duì)人體造成危害，因此使用它還是相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性的，但是目前已經(jīng)有一些掃描器廠家開(kāi)始使用以鈹作為基板的反射鏡，應(yīng)用于超快速的掃描器中。另外碳化硅的剛性和導(dǎo)熱性也比較適合作為反射鏡基板材料，但加工工藝也較為復(fù)雜，因此目前我們還是較多的在使用硅和熔融二氧化硅制作鏡面基板。

材料的硬度和重量

      鏡片必須具有很高的硬度才能實(shí)現(xiàn)伺服掃描儀的穩(wěn)定。鏡片也必須有足夠硬度，施加的應(yīng)力才不會(huì)引起彎曲。如果涂層彎曲鏡片，它將隨溫度改變曲率，并影響光束的會(huì)聚角度以及光斑直徑。 基板的重量是另一個(gè)要考慮的因素。由于電機(jī)的功率是設(shè)定好的，因此基板和鏡座的重量是掃描速度的唯一變量?；搴顽R座越重，掃描速度越慢，輸出質(zhì)量越低。

圖三：不同類(lèi)型的鏡座機(jī)械圖                                             

鏡座設(shè)計(jì)

有幾種不同類(lèi)型的鏡座可以與不同類(lèi)型的鏡片相結(jié)合。圖三展示了三種不同類(lèi)型的鏡座設(shè)計(jì)，區(qū)別在于它們的支架和可支撐的重量，以及鏡座和鏡片裝配時(shí)產(chǎn)生的影響。如圖三所顯示，A款設(shè)計(jì)，鏡座與鏡片結(jié)合處僅預(yù)留1.5mm，鏡座設(shè)計(jì)也相對(duì)輕巧，這意味著它只能支撐輕型鏡片。輕重量的鏡座配合同樣輕重量的鏡片是高速掃描的理想選擇，因?yàn)樗梢赃_(dá)到最大限度的掃描速度并產(chǎn)生高質(zhì)量的輸出。同時(shí)鏡片也必須夠堅(jiān)固以承受電機(jī)的高速運(yùn)動(dòng)。 

目前，圖三中的B款是最常用的設(shè)計(jì)，鏡座與鏡片結(jié)合處預(yù)留位置為3mm。隨著接觸的表面積增加，使得其可粘接較重的鏡片。當(dāng)鏡座和鏡片的重量增加時(shí)，輸出的質(zhì)量將受到影響，因?yàn)檫@將降低掃描速度。除了重量之外，鏡片和鏡座的公差配合也是極其重要的，鏡片的厚度必須為負(fù)公差，范圍一般設(shè)定在-0.03/-0.05mm，鏡座裝夾鏡片部位為正公差，范圍一般設(shè)定在+0.03/+0.05mm。這樣在通過(guò)特殊夾具粘接與鏡座時(shí)，可使鏡片的鍍膜表面（反射面）不與鏡座的頂部接觸，從而減少或消除其在粘接時(shí)產(chǎn)生的壓力導(dǎo)致鏡片面形出現(xiàn)變形，但這種設(shè)計(jì)對(duì)鏡片加工和機(jī)械鏡座加工精度要求較高，很多時(shí)候由于加工問(wèn)題，在粘接過(guò)程中導(dǎo)致鍍膜面產(chǎn)生應(yīng)力變形。所以出現(xiàn)了圖三中C款的鏡座設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)切除了鏡座與鏡片反射面接觸部分，從而消除了裝配過(guò)程對(duì)鏡片面形產(chǎn)生的影響。

鏡片組裝

由于慢干形凝環(huán)氧樹(shù)脂膠張力和延展性較快干膠優(yōu)越，所以在組裝時(shí)一般會(huì)選用慢干形凝環(huán)氧樹(shù)脂膠。盡管慢干形凝環(huán)氧樹(shù)脂膠張力較小，但是在組裝過(guò)程中，也需要盡可能的確保凝環(huán)氧樹(shù)脂膠不與鏡座的頂部表面接觸，以避免膠水與鏡片鍍膜面接觸，因?yàn)楫?dāng)鏡片鍍膜面與凝環(huán)氧樹(shù)脂膠接觸時(shí)，在膠水固化過(guò)程中，鏡片表面可能會(huì)變形（如同圖四），鏡片面形會(huì)發(fā)生無(wú)規(guī)則的扭曲，面精度通常會(huì)增加0.3-0. 5個(gè)條紋。當(dāng)條紋增加時(shí)，對(duì)精度要求較高的掃描打標(biāo)結(jié)果影響很明顯。這種情況下一般我們使用上面提到的控制鏡座與鏡片公差或是去除鏡座頂部的方法（如圖三的C款設(shè)計(jì)所顯示），從而避免或減小這種這種狀況，應(yīng)用的慢凝環(huán)氧樹(shù)脂膠也必須均勻鋪展，以使鏡片底部與鏡座底部能緊密粘接，避免鏡片從鏡座上脫落。

圖4：扭曲的鏡面圖

總體來(lái)說(shuō)在組裝過(guò)程中，不同類(lèi)型的鏡片在選用和設(shè)計(jì)鏡座時(shí)需要采用不同的設(shè)計(jì)和粘接方法，從而使的在裝配過(guò)程中產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力和膠水應(yīng)力對(duì)掃描結(jié)果產(chǎn)生的影響降到最低。（作者：洪莉結(jié)/陳莉      校對(duì)：夏偉/文青/黃勝弟(南京波長(zhǎng)光電科技股份有限公司))