1. 概述

在成像系统设计中，激光扫描系统占了相当一部分，从简单的一维线性扫描，到二维平面扫描或三维立体扫描，这些激光扫描系统已经广泛地应用于多种场合。如激光打标，激光刻蚀，三维轮廓扫描仪，激光条码扫描仪等等。这些系统光路在设计原理上并不是十分复杂，通过配合激光扩束器、分束器、扫描振镜、扫描电机等组合成完整的扫描系统。
其原理图类似下图，振动镜是可以旋转的。

扫描系统分类：

以上各种扫描系统都可以在ZEMAX中实现，并可以动态演示扫描效果。我们以最简单的一维线性扫描为例来看扫描系统的完整设计过程。

2.设计过程

2.1 先设计一个单透镜代替整个扫描镜头组。

我们需要设计一个透镜，一个绕自身中心旋转的平面反射镜，反射镜通过旋转不同角度将激光聚焦于像面不同位置处，形成扫描。我们知道一束光在一个旋转角度下只能聚焦于某一位置，若想同时模拟在不同旋转角度下光路位置，需使用多重组态功能（在变焦系统中介绍过）。

先使用一片单透镜来代替整个扫描镜头组，其规格为：

入瞳直径 10
焦距 100
材料 BK7
厚度 15
波长 0.6328um

第3面的曲率半径是F/#=10求解出来的。

输入完成之后，设置优化参数，优化对象为RMS 点列图，质心。设置两个变量。

之后开始执行优化。

2.2 添加反射镜

我们需要在透镜前方添加振镜，假如距离透镜50mm，我们将光阑STO面(目前第一个表面)厚度设置为50mm，为了能看到入射光束，在光阑面前面再插入一个虚拟面，厚度同样设置为50mm:

之后，将第1面设置为反射镜。

我们看到在L3d视图中变成以反射镜面为全局参考面：

为了将入射光束（假设激光器出口）设置为全局参考，可以直接在第一个表面上点右键，打开表面属性对话框，设置为全局坐标参考面：

2.3 多重结构下的扫描角度设置

我们需要模拟反射镜的旋转，使用坐标断点面可实现元件的各种旋转，在这里我们直接使用快揵方式来旋转元件。假如此扫描系统扫描全角度为40度，则反射镜旋转半角为10度。

做如下设置：

在透镜数据编辑器中将自动插入两个坐标断点面，实现了单个反射镜的旋转，其它元件保持不变：

我们要模拟反射镜旋转不同角度状态，这时需使用多重组态功能，在变焦系统设计时我们对多重组态工具有详细讲解。

按下F7打开多重组态编辑器，假如我们要模拟五个不同角度状态，这时再插入四个组态。

反射镜旋转不同角度形成了扫描状态，我们需要把控制反射镜旋转角度的参数提取到多重组态下，让它们单独变化。控制旋转角度的就是当前第3个表面的倾斜 X参数。

在多重组态编辑器下选择这个参数的操作数，即Par3/3。选择这个操作数以后，在五个组态下分别输入角度值：-10，-5，0，5，10：

打开3d图，在图上点击右键打开设置对话框，选择显示所有组态，光线颜色按组态区分：

我们也可以一个组态一个组态单独显示，结构选中当前，使用快捷键：Ctrl+A对组态进行切换。

从视图上可明显看到由于场曲导致的外视场像差很大，点列图选择右上角的所有，查看点列图：
可以在打开评价函数直接进行优化即可。

3. 总结

此时我们一维扫描系统设计就全部结束了，可以在这个基础上加入另一片振镜形成二维平面扫描，或再加入电动扩束系统形成三维立体扫描。在ZEMAX高级应用中，也可以利用编程语言实现自动扫描。

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