การออกแบบเลนส์ F-θ สำหรับเครื่องทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์ CO₂ แบบฟอร์แมตใหญ่

​

ภาพรวมและแอปพลิเคชันของเทคโนโลยีการทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์

โดยพื้นฐานแล้ว มันได้แทนที่วิธีการระบุแบบดั้งเดิม เช่น การตีโค้ดด้วยลมอัด (pneumatic marking) อย่างสิ้นเชิง การทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์ถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมหลากหลายประเภท ได้แก่ อุตสาหกรรมไมโครอิเล็กทรอนิกส์ การผลิตยานยนต์ อุตสาหกรรมการบินและอวกาศ อุตสาหกรรมสิ่งทอ และงานศิลปะ โดยอาศัยลำแสงเลเซอร์ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงมาทำปฏิกิริยาบนพื้นผิวของเป้าหมาย ทำให้วัสดุเกิดการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพหรือทางเคมี จึงสามารถสร้างลวดลายและตัวอักษรตามต้องการบนพื้นผิวชิ้นงานได้อย่างแม่นยำและมีความสม่ำเสมอสูง ซึ่งเรียกว่าการทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์

ความสำคัญของเลนส์ f-theta และข้อจำกัดของผลิตภัณฑ์ที่มีอยู่ในปัจจุบัน

เลนส์ f-theta เป็นองค์ประกอบหลักของเครื่องทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์ และสมรรถนะของมันมีผลโดยตรงต่อคุณภาพของกระบวนการทำเครื่องหมาย ในปัจจุบัน มีบริษัทจำนวนมากทั้งภายในประเทศและต่างประเทศที่ประกอบธุรกิจวิจัยและพัฒนาเลนส์ f-theta ตัวอย่างเช่น บริษัท Rodenstock GmbH และ Linos GmbH จากเยอรมนี บริษัท Singapore Wavelength Pte. Ltd. จากสิงคโปร์ และแผนกการประมวลผลแสงของสถาบันออปติกส์และอิเล็กทรอนิกส์ สถาบันวิทยาศาสตร์จีน (CASIOE) ต่างก็ได้พัฒนาซีรีส์ผลิตภัณฑ์ของตนเอง อย่างไรก็ตาม เมื่อพื้นที่ทำงานของเลนส์ f-theta ของพวกเขาถึง 300×300 มม. โครงสร้างของมันมักจะซับซ้อนค่อนข้างมาก หรือตัวเลนส์เองจะหนาขึ้นมาก เนื่องจาก เลเซอร์ CO₂ ปล่อยแสงอินฟราเรดที่มีความยาวคลื่น 10.6 ไมครอน และวัสดุอินฟราเรดมีราคาค่อนข้างสูง จึงจำเป็นต้องออกแบบเลนส์ f-theta ใหม่ที่มีโครงสร้างเรียบง่ายและพื้นที่ทำงานขนาดใหญ่

หลักการทำงานของเครื่องทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์

หลักการทำงานของเครื่องทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์มีดังนี้: เลเซอร์ที่ตกกระทบจะเคลื่อนผ่านระบบสแกนก่อน จากนั้นลำแสงที่ออกจากระบบสแกนจะถูกโฟกัสลงบนระนาบโฟกัสด้วยระบบออปติก ทำให้สามารถทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์ได้

รูปแบบการออกแบบและสมรรถนะของเลนส์ f-theta แบบสองชิ้น

ได้มีการออกแบบเลนส์ f-theta แบบสองชิ้นไว้แล้ว โดยภายใต้เงื่อนไขของการทำให้โครงสร้างเรียบง่ายที่สุดและทำให้เลนส์บางที่สุด บริเวณการสแกนได้รับการขยายเพิ่มขึ้น จุดโฟกัสโดยเฉลี่ยของระบบในตำแหน่งมุมมองศูนย์ (zero field of view) มุมมอง 0.7 (0.7 field of view) และมุมมองเต็ม (full field of view) ล้วนอยู่ภายในดิสก์แอรี (Airy disks) ที่สอดคล้องกัน ขณะที่เส้นโค้ง MTF (Modulation Transfer Function) ของระบบอยู่ใกล้กับค่าการแพร่เลี้ยวเบน (diffraction limit) ซึ่งเป็นไปตามข้อกำหนด เครื่องทำเครื่องหมายด้วยเลเซอร์ CO₂ สำหรับเลนส์ f-theta ผลลัพธ์การออกแบบแสดงให้เห็นว่า แม้จะมีการลดทอนโครงสร้างและลดต้นทุนลง แต่ระบบเลนส์ f-theta นี้ยังสามารถให้พื้นที่ทำงานขนาดใหญ่ พร้อมคุณสมบัติในการโฟกัสแบบ flat-field ที่ยอดเยี่ยม มีความสามารถในการโฟกัสที่ดี และให้การบิดเบือนต่ำ

​