一束激光被兩(liang) 片掃描振鏡反射，並且通過一片聚焦鏡。振鏡片在一個(ge) galvo-掃描器馬達的帶動下高速的來回延軸旋轉。在大多數情況下,最高偏轉角鏡是+12.5°(+10°往往是一個(ge) 較安全範圍)入射角不能偏於(yu) 45°。

在設計雙軸掃描器時，我們(men) 的目標是：

• 能夠達到理想的掃描範圍.
• 能夠達到最高的速度.
• 能夠達到最小的焦斑.
• 使得成本能夠最低.

一些要考慮到的限製因素：

• 光束質量的因素Q (Q=M2).
• 掃描角度的限製因 素.
• 光束能量減少的因素.
• 掃描器通光口徑的影響因素.

掃描器的掃描範圍

光束的掃描範圍較超過某個(ge) 角度q，等於(yu) 兩(liang) 倍的振鏡反射角。因此，在X和Y兩(liang) 個(ge) 方向上掃描的範圍可能是q=±20°。（最大的掃描範圍應該是q=±25°）。在X和Y軸上，實際的掃描麵積應該是2Ftanq。

近似值發生的原因：

通常在鏡片的設計中，會(hui) 考慮到它的失真現象。所以對於(yu) q來說掃描的位置是對稱的，而不是tanq。

在雙軸上掃描時，會(hui) 出現幾何失真的現象，這個(ge) 是與(yu) 鏡頭的屬性不相幹的。

焦斑尺寸

焦斑尺寸下限d (1/e2 亮度直徑) 相對於(yu) 激光光束直徑‘D’ (1/e2)是d = 13.5QF/D mm例如：一束TEM00(Q=1) 的直徑是13.5mm(1/e2)用一個(ge) 焦距100mm的理想聚焦鏡片，焦距出來的點的直徑是100mm（帶入一個(ge) 實際數值Q=1.5, 焦斑尺寸應該是150um.）

從(cong) 上麵的方程式可以看出，光的速度和光學畸變可導致聚焦點大小都大於(yu) 最低衍射值。

大尺寸範圍需要使用長焦距鏡頭。相反的，這會(hui) 導致更大的聚焦點，除非把光束直徑大小， 振鏡大小，和鏡頭直徑全部加大。

在大多數的掃描結果裏，焦斑的尺寸大小通常是以平均值的形式給出的。

割光現象

掃描器的口徑往往是有限的，比如說直徑是‘A ’mm。

光的衍射發生在有限的口徑中，也就是光束的能量會(hui) 被阻擋，即使是一束中心光束也一樣。對於(yu) 一束TEM00光束（Q=1），它在圓孔的能量損耗可以參考下麵的數據：

A/D	0.8	1	1.2	1.4	1.6	1.8	2
Loss%	27.8	13.5	5.6	1.98	0.6	0.15	0.03

表中顯示,那裏的掃描器口徑僅(jin) 限於(yu) A毫米直徑, 激光光束直徑D (1/e2) 必須選定一個(ge) 尺寸和功率低損耗的折衷點。對於(yu) 大多數的激光掃描係統來說D=A/1.4這個(ge) 值可以被接受。

振鏡的設計

振鏡1（或者叫振鏡X）

振鏡1的寬度是由光束的直徑所決(jue) 定的。完整光束直徑在這裏是比較容易討論的，完整的光束直徑在一定程度上是任意的。

例如,一個(ge) 係統設計師可能將DF界定為(wei) 激光射在有機玻璃留下的燒焦的光束直徑。另外DF可能被定為(wei) 一個(ge) 能量為(wei) 99%的標準能量點，或者是限定在某個(ge) 範圍內(nei) ，如1.4D – 1.6D.

考慮到鏡片的誤差，振鏡的寬W1要略微大於(yu) 所選擇的DF的值。鏡片上的最大入射角imax決(jue) 定了振鏡的長度。讓a= (90°-imax)。當振鏡的長度是L1，這裏L1=W1/sina.

振鏡2（或者叫振鏡y）

振鏡2的寬度應該等於(yu) 振鏡1的長度。振鏡2的長度就是光束打在第二個(ge) 振鏡上時同S1的距離，和最大入射角q。這些鏡片被製作並被鍍上的特定的膜層，從(cong) 而決(jue) 定用於(yu) CO₂激光還是YAG激光。他們(men) 有很高的激光損傷(shang) 值, 1000w/mm的情況下光束直徑是1/e2（D）.

F-theta 的特點

我們(men) 將鏡頭描述為(wei) F-theta鏡頭，或者‘Fq’。設計的方法是要產(chan) 生一個(ge) 離軸點的位置成正比的掃描角度。依次，就是要產(chan) 生成正比的電壓，已適用於(yu) 掃描器馬達。由於(yu) 失真是來自於(yu) 兩(liang) 個(ge) 振鏡，所以我們(men) 兩(liang) 個(ge) 軸上的掃描器要有能夠轉動F-theta的特征。

單片式鏡片設計得最好的折衷點是要同時具備最小光斑尺寸與(yu) F-θ特點。對於(yu) 單片式的鏡頭，在F-theta特征下，誤差通常是2%-3%。多片式的鏡頭，它的設計會(hui) 更加接近F-theta的特點。F-theta特征的誤差範圍是<0.36%，並且隻有75mmFL的微小差距。

鏡頭設計

所有掃描透鏡設計是基於(yu) 上述因素，對於(yu) 典型的小型掃描器係統，光束直徑的範圍在10mm或是15mm,鏡片的直徑為(wei) 48mm是比較合適的。對於(yu) 光束直徑是15mm，這時鏡片的直徑要通過S1和M2L的距離作為(wei) 參數。

每次設計鏡頭旨在提供最佳性能的打標範圍，最小最均勻的焦斑和在指定的光束直徑和振鏡位置下要具備F-theta特征。盡可能避免鏡片口徑和金屬圓孔帶來的衍射。