專利名稱：一種F-theta鏡頭及其光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
一種F-theta鏡頭及其光學(xué)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到的是一光學(xué)鏡頭，尤其是涉及到一種大范圍F-theta鏡頭及使用該光學(xué)透鏡的光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，激光應(yīng)用已深入到我們現(xiàn)代生活的各個(gè)方面，在激光應(yīng)用中便離不開為了符合各種工藝要求的各種應(yīng)用光學(xué)系統(tǒng)。在目前市場上激光打標(biāo)機(jī)，以其速度快，靈活性強(qiáng)，無耗材，標(biāo)記永久性等特點(diǎn)，已逐漸地替代各種印字機(jī)，絲印機(jī)等。F-theta鏡頭是一種大視場、中小孔徑、中長焦距的照相物鏡。激光振鏡打標(biāo)機(jī)是因?yàn)橛辛?F-theta鏡頭才得以實(shí)現(xiàn)。圖I是一種典型的F-Theta鏡光學(xué)系統(tǒng)，光束順次經(jīng)兩塊繞X軸和Y軸轉(zhuǎn)動的振鏡1，2，最后通過F-theta鏡頭聚焦在像面4上，由振鏡掃描形 成圖像。F-theta鏡頭要求所有在成像范圍內(nèi)的聚焦點(diǎn),應(yīng)有相似的聚焦質(zhì)量,且不允許有漸暈，以保證所有“刻出”的像點(diǎn)都相一致和清晰。但是，視場越大，掃描范圍越大，像差校正越困難。而目前市場上的鏡頭掃描范圍都有限,還沒有掃描范圍超過600mmX 600mm的F-theta鏡頭，尤其還沒有掃描范圍超過600mmX 600mm的C02 F-theta鏡頭。

發(fā)明內(nèi)容針對上述的問題,本發(fā)明提供一種F-theta鏡頭,該F-theta鏡頭包括沿光傳播方向依次排列的第一透鏡和第二透鏡，所述的第一透鏡為彎月型負(fù)透鏡，所述的第二透鏡為彎月型正透鏡，曲面均向著光線入射方向彎曲；該鏡頭的視場角2 =70°，入光孔徑30mm，其掃描范圍為608_X608mm。同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種使用該F-theta鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括可繞X軸和Y軸轉(zhuǎn)動且引導(dǎo)光束在該F-theta鏡頭掃描的振鏡系統(tǒng),該振鏡系統(tǒng)包括第一振鏡和第二振鏡，所述的F-theta鏡頭包括沿光傳播方向依次排列的第一透鏡和第二透鏡，所述的第一透鏡為彎月型負(fù)透鏡，所述的第二透鏡為彎月型正透鏡，曲面均向著光線入射方向彎曲；該F-theta鏡頭的視場角2 =70°，入光孔徑30mm，其掃描范圍為608mmX608mm。本發(fā)明是采用雙片式“負(fù)-正”的光焦度分布進(jìn)行設(shè)計(jì)的一種大范圍F-theta鏡頭，其在保證激光的能量集中、聚焦光斑小的前提下，進(jìn)一步提高可掃描范圍，有利于擴(kuò)大激光加工工業(yè)的應(yīng)用范圍。

下面參照附圖結(jié)合實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。圖I為一種典型的F-Theta鏡光學(xué)系統(tǒng)的原理不意圖；圖2為本發(fā)明F-theta鏡頭及其光學(xué)系統(tǒng)的原理不意圖；圖3為本發(fā)明提供的F-theta鏡頭的光線追跡圖4為本發(fā)明提供的F-theta鏡頭的各視場角的彌散光斑圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合

及具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)一步說明。實(shí)施例1，如圖2所示，本發(fā)明提供的是一種雙片式的F-theta鏡頭，其包括沿著光線入射的方向依次排列的第一透鏡LI和第二透鏡L2，第一透鏡LI為彎月型負(fù)透鏡，第二透鏡L2為彎月型正透鏡，該兩透鏡的曲面均向著光線入射方向彎曲；該鏡頭的視場角2 =70°，入光孔徑30mm，其掃描范圍為608mmX 608mm。在本實(shí)施例中，各所述透鏡的焦距分別與該F-theta鏡頭的系統(tǒng)焦距滿足-I. 2 < fl/f < -I 0. 5 < f2/f < 0. 7其中，fl為所述第一透鏡的焦距，f2為所述第二透鏡的焦距，f為該F-theta鏡頭的系統(tǒng)焦距。優(yōu)選地，各所述透鏡的焦距分別與該F-theta鏡頭的系統(tǒng)焦距進(jìn)一步滿足fl/f=-I. 168 ；f2/f = 0. 597。在本實(shí)施例中，該鏡頭的入射激光波長為10. 6um。在每片鏡片均鍍有針對10. 6um波長的增透膜，從而增加透射光的強(qiáng)度，使光學(xué)系統(tǒng)成像更清晰。進(jìn)一步地，該F-theta鏡頭可以運(yùn)用于C02激光器上。實(shí)施例2，在滿足以上條件下，本發(fā)明進(jìn)一步提供一實(shí)施例。如圖2所示，第一透鏡LI包括曲率半徑分別為Rl、R2的兩個(gè)曲面SI、S2，其中心厚度為 dl，其中，Rl = -108. 029mm、R2 = -128. 433mm, dl = 13. 288mm ;第二透鏡 L2 包括曲率半徑分別為R3、R4的兩個(gè)曲面S3、S4，其中心厚度為d3，其中，R3 = -277. 299mm、R4=-188. 451mm, d3 = 7. 441mm ;第二透鏡L2與成像面在光軸上的距離為d4, d4為743. 3mm。其中，第一透鏡LI和第二透鏡L2在光軸上的間距為d2，d2為19. 271mm。進(jìn)一步地，第一透鏡LI和第二透鏡L2均采用材料ZnSe。上述具體的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表
透鏡編面編面曲率R 間隔編號
面d (mm) 材料 ， 號號 (mm)
51-108.029I 13.288 ZnSeLI-----
52-128.4332 19.271
53-277.2993 7.441 ZnSe
L2-----
54-188.4514 743.3注負(fù)數(shù)的含義是曲面的球心位于曲面的左邊。實(shí)施例3，在實(shí)施例I或?qū)嵤├?的基礎(chǔ)上，提供一種光學(xué)系統(tǒng)，如圖1、2所示，其包括可繞X軸和Y軸轉(zhuǎn)動且引導(dǎo)光束在F-theta鏡頭3掃描的振鏡系統(tǒng)，其中振鏡系統(tǒng)包括第一振鏡I和第二振鏡2，該F-theta鏡頭3包括沿光傳播方向依次排列的第一透鏡LI和第二透鏡L2，第一透鏡LI為彎月型負(fù)透鏡，所述的第二透鏡L2為彎月型正透鏡，曲面均向著光線入射方向彎曲；該鏡頭的視場角2 =70°，入光孔徑30mm，其掃描范圍為608mmX 608mm。第一、二透鏡的焦距分別與該F-theta鏡頭的系統(tǒng)焦距滿足-I. 2 < fl/f < -I0. 5 < f2/f < 0. 7其中，fl為所述第一透鏡的焦距，f2為所述第二透鏡的焦距，f為該F-theta鏡頭的系統(tǒng)焦距。
優(yōu)選地，各所述透鏡的焦距分別與該F-theta鏡頭的系統(tǒng)焦距進(jìn)一步滿足fl/f=-I. 168 ；f2/f = 0. 597。在本實(shí)施例中，該光學(xué)系統(tǒng)的F-theta鏡頭的入射激光波長為10. 6um。在每片鏡片均鍍有針對10. 6um波長的增透膜，從而增加透射光的強(qiáng)度，使光學(xué)系統(tǒng)成像更清晰。進(jìn)一步地，該F-theta鏡頭可以運(yùn)用于C02激光器上。在本實(shí)施例中，第一透鏡與第一振鏡I的光學(xué)距離在25mm-62mm之間。在本實(shí)施例中，第一透鏡與第二振鏡2的光學(xué)距離在25mm-62mm之間。根據(jù)上述的方案，通過計(jì)算機(jī)可以檢測如圖3、4的處理效果。其中，圖3為光線追跡圖，從圖中的激光掃描半徑r為430mm，因此該掃描范圍可達(dá)到860mm直徑范圍，由于一般要求激光光束垂直于待加工工件，因此可掃描的有效直徑為 860*0. 707 = 608mm，可掃描的有效范圍 608mmX608mm。圖4為各視場角的彌散光斑圖，從圖中可以看出彌散光斑都在艾里斑內(nèi)，及像差校正已經(jīng)達(dá)到了衍射極限，得到了很好的校正。本發(fā)明的實(shí)施，并不限于以上實(shí)施例所公開的方式，凡基于上述設(shè)計(jì)思路，進(jìn)行簡單推演與替換，得到的具體的F-theta鏡頭及其光學(xué)系統(tǒng)，都屬于本發(fā)明的實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種F-theta鏡頭，其特征在于其包括沿光傳播方向依次排列的第一透鏡和第二透鏡，所述的第一透鏡為彎月型負(fù)透鏡，所述的第二透鏡為彎月型正透鏡，曲面均向著光線入射方向彎曲；該鏡頭的視場角2 = 70°，入光孔徑30mm，其掃描范圍為608mmX608mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的F-theta鏡頭，其特征在于各所述透鏡的焦距分別與所述的F-theta鏡頭的系統(tǒng)焦距滿足 -I. 2 < fl/f < -I0.5 < f2/f < 0. 7 其中，fl為所述第一透鏡的焦距，f2為所述第二透鏡的焦距，f為所述的F-theta鏡頭的系統(tǒng)焦距。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的F-theta鏡頭，其特征在于各所述透鏡的焦距分別與所述的F-theta鏡頭的系統(tǒng)焦距滿足fl/f = -I. 168 ；f2/f = 0. 597。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的F-theta鏡頭，其特征在于所述的F-theta鏡頭的入射光波長為10. 6um。
5.一種光學(xué)系統(tǒng)，其包括可繞X軸和Y軸轉(zhuǎn)動且引導(dǎo)光束在所述的F-theta鏡頭掃描的振鏡系統(tǒng)，其中該振鏡系統(tǒng)包括第一振鏡和第二振鏡，其特征在于所述的F-theta鏡頭包括沿光傳播方向依次排列的第一透鏡和第二透鏡，所述的第一透鏡為彎月型負(fù)透鏡，所述的第二透鏡為彎月型正透鏡，曲面均向著光線入射方向彎曲；該F-theta鏡頭的視場角2w =70。，入光孔徑30_，其掃描范圍為608_X608mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的F-theta鏡頭的各所述透鏡的焦距分別與所述的F-theta鏡頭的系統(tǒng)焦距滿足-I. 2 < fl/f < -I0.5 < f2/f < 0. 7 其中，fl為所述第一透鏡的焦距，f2為所述第二透鏡的焦距，f為所述的F-theta鏡頭的系統(tǒng)焦距。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的F-theta鏡頭的各透鏡的焦距分別與所述的F-theta鏡頭的系統(tǒng)焦距滿足fl/f = -I. 168 ；f2/f = 0. 597。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的F-theta鏡頭的入射光波長為 10. 6umo
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的第一透鏡與第一振鏡的光學(xué)距離在25mm_62_之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的第一透鏡與第二振鏡的光學(xué)距離在25mm_62_之間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種F-theta鏡頭及其光學(xué)系統(tǒng)，該F-theta鏡頭包括沿光傳播方向依次排列的第一透鏡和第二透鏡，所述的第一透鏡為彎月型負(fù)透鏡，所述的第二透鏡為彎月型正透鏡，曲面均向著光線入射方向彎曲；該鏡頭的入射光波長為10.6um，視場角2ω＝70°，入光孔徑30mm，其掃描范圍為608mm×608mm。本發(fā)明是采用雙片式“負(fù)-正”的光焦度分布進(jìn)行設(shè)計(jì)的一種大范圍平場鏡頭，其在保證激光的能量集中、聚焦光斑小的前提下，進(jìn)一步提高可掃描范圍，有利于擴(kuò)大激光加工工業(yè)的應(yīng)用范圍。
文檔編號G02B13/18GK102809804SQ20111014466
公開日2012年12月5日 申請日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者汪玉樹, 高云峰 申請人:深圳市大族激光科技股份有限公司