專利名稱：：激光內(nèi)雕聚焦光學(xué)鏡頭及其使用方法激光內(nèi)雕聚焦光學(xué)鏡頭及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種光學(xué)鏡頭，尤其涉及一種激光內(nèi)雕聚焦光學(xué)鏡頭及其使用方法。
背景技術(shù)：
：激光要能雕刻玻璃，它的能量密度必須大于使玻璃破壞的某一臨界值，也稱為破壞閾值，而激光在某處的能量密度與它在該點光斑的大小有關(guān)，同一束激光，光斑越小的地方產(chǎn)生的能量密度越大。聚焦光學(xué)鏡頭通過適當(dāng)聚焦，可以使激光的能量密度在進(jìn)入玻璃及到達(dá)加工區(qū)之前低于玻璃的破壞閾值，在希望加工的區(qū)域則超過這一臨界值，在極短的時間內(nèi)其能量能夠在瞬間使水晶受熱破裂，從而產(chǎn)生極小的白點，在玻璃內(nèi)部雕出預(yù)定的形狀，而玻璃或水晶的其余部分則保持原樣完好無損。目前使用的最廣泛的激光內(nèi)雕光學(xué)鏡頭是f-e光學(xué)鏡頭，f-e光學(xué)鏡頭的作用是將平行入射成像在成像面上，隨著內(nèi)雕技術(shù)的推廣應(yīng)用，不但要求能內(nèi)雕各種介質(zhì)材料越來越精細(xì)、強(qiáng)烈的立體感，且還要畫幅越來越大。一般情況下，立體畫幅超過iooxioox100咖3再使用f-e光學(xué)鏡頭已不可能達(dá)到理想水平，這是因為一般內(nèi)雕所用的f-e光學(xué)鏡頭的像方主光線與成像面之間有一定的傾角，如果要雕刻的范圍較大，則鏡頭的焦距較長，造成能量分布不均勻，成像范圍內(nèi)中心和邊緣的成像質(zhì)量不一致等，嚴(yán)重影響成像質(zhì)量。
發(fā)明內(nèi)容基于此，有必要針對目前技術(shù)中能量分布不均勻、不能對大幅面進(jìn)行內(nèi)雕的缺陷，提供一種能夠?qū)Υ蠓孢M(jìn)行內(nèi)雕的激光內(nèi)雕聚焦光學(xué)鏡頭及其使用方法。激光內(nèi)雕聚焦光學(xué)鏡頭，包括依次設(shè)置的第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡，其特征在于，所述第一透鏡是凸面朝向被雕物件的厚彎月型透鏡，所述第二透鏡是雙凸型透鏡，所述第三透鏡是凹面朝向被雕物件的彎月型透鏡，且所述第一透鏡、所述第二透鏡和所述第三透鏡布局為遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)。在優(yōu)選的實施方式中，所述激光內(nèi)雕聚焦光學(xué)鏡頭的焦距是60mm，相對孔徑是1!2。在優(yōu)選的實施方式中，所述第一透鏡、所述第二透鏡和所述第三透鏡的參數(shù)是3<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>在優(yōu)選的實施方式中，每個曲率的誤差在±5%之間。在優(yōu)選的實施方式中，每個曲面與后一個面的間隔的誤差在±5%之間。在優(yōu)選的實施方式中，每個折射率/色散系數(shù)的誤差在±5%之間。還提供一種上述激光內(nèi)雕聚焦光學(xué)鏡頭的使用方法，包括使入射光依次穿過第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡而到達(dá)被雕物件，其中，所述被雕物件的厚度是85-5mm，所述被雕物件在光軸上與所述第三透鏡的間距是8-62mm。在優(yōu)選的實施方式中，所述入射光的波長為532nm。上述激光內(nèi)雕聚焦光學(xué)鏡頭通過將三個依次為厚彎月型透鏡、雙凸型透鏡，彎月型透鏡的透鏡布局為遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，該激光內(nèi)雕聚焦光學(xué)鏡頭的所有聚焦點均為相似的圓點，理論上能夠不受被雕物件的幅面大小的限制。圖1是本發(fā)明最佳實施方式的鏡頭光線追跡圖；圖2是本發(fā)明最佳實施方式的鏡頭結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明最佳實施方式的鏡頭的成像點的彌散斑圖像；圖4為本發(fā)明最佳實施方式的鏡頭的能量集中度圖像；圖5為本發(fā)明最佳實施方式的鏡頭綜合成像評價的MTF圖像。具體實施方式以下結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。本實施方式中的激光內(nèi)雕聚焦光學(xué)鏡頭，如圖l所示，包括沿入射光方向依次設(shè)置的第一透鏡Ll、第二透鏡L2和第三透鏡L3，第一透鏡Ll是凸面朝向被雕物件的厚彎月型透鏡，第二透鏡L2是雙凸型透鏡，第三透鏡L3是凹面朝向被雕物件的彎月型透鏡。"厚"透鏡可按照以下的定義，厚透鏡看成兩個折射面之間包含有一定厚度的光學(xué)透明體，厚透鏡的總焦度應(yīng)等于兩折射面鏡度加上這一定厚度的光學(xué)透明體的鏡度。厚透鏡有一對主點(物方主點與像方主點)，一對節(jié)點(物方節(jié)點和像方節(jié)點)，一對焦點(前焦點及后焦點)。參見圖1，本實施方式通過將三個依次為厚彎月型透鏡、雙凸型透鏡，彎月型透鏡的透鏡布局為一個出射瞳孔位于無限遠(yuǎn)處的系統(tǒng)，也就是一個遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，該激光內(nèi)雕聚焦4光學(xué)鏡頭的所有聚焦點均為相似的圓點，理論上能夠不受被雕物件的幅面大小的限制。作為較佳實施方式，激光內(nèi)雕聚焦光學(xué)鏡頭的焦距(f)是60mm，相對孔徑(D/f)是1:2，入射光波長(A)為532nm，被雕物件M的厚度介于85_5mm之間，被雕物件在光軸上與鏡頭的間距介于8-62mm?？梢钥闯霰緦嵤┓绞降募す鈨?nèi)雕聚焦光學(xué)鏡頭是一種相對孔徑大、工作距離長的聚焦光學(xué)鏡頭。對每個透鏡參數(shù)進(jìn)行了如下選擇，作為最優(yōu)實施方式<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>以下，是對每個透鏡參數(shù)的誤差做的規(guī)定每個曲率的誤差在±5%之間；每個與后一個面的間隔的誤差在±5%之間；每個折射率/色散系數(shù)的誤差在±5%之間。用&表示透鏡上的曲面，沿入射光線方向依次&至Re，所述曲率誤差則可以表示為AR卜6《±5%(RrR6);用di表示曲面間的距離，沿入射光線方向依次4至d5，如圖2所示，所述與后一個面的間隔的誤差則可以表示為Ad卜5《±5%(d「cQ;用Ndi表示透鏡的折射率、Vdi表示透鏡的色散系數(shù)，所述透鏡材料誤差則可以表示為ANd卜乂AVd卜3《±5%(NVVdfNds/Vds)。本實施方式的激光內(nèi)雕聚焦光學(xué)鏡頭，平衡了光在雕體內(nèi)的光程的像差、以及會影響聚焦點形狀的聚焦鏡的焦深、內(nèi)雕深度等因素上述各因素之間的關(guān)系，不僅能保證高質(zhì)量的成像質(zhì)量，而且自然的就是遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)(如附圖l所示)，所有的聚焦點均為相似的圓點，理論上不受幅面大小的限制。圖3為該鏡頭的成像點的彌散斑，可以看出完全是一個理想的瑞利斑；圖4為該鏡頭的能量集中度，其最大的圓點也只有3i!;圖5為該鏡頭綜合成像評價的MTF(ModulationTransferFunction，調(diào)制傳遞函數(shù))，也完全達(dá)到了理想分辨率?？梢缘贸鲞@是一種相對孔徑大、工作距離長的聚焦光學(xué)鏡頭。還提供一種上述激光內(nèi)雕聚焦光學(xué)鏡頭的使用方法，包括使入射光依次穿過第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡而到達(dá)被雕物件，所述被雕物件的厚度是85-5mm，所述被雕物件在光軸上與所述第三透鏡的間距是8-62mm。。在優(yōu)選的實施方式中，所述入射光的波長為532nm。在所述范圍內(nèi)使用上述激光內(nèi)雕聚焦光學(xué)鏡頭，將達(dá)到最佳的使用效果。以上僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。權(quán)利要求一種激光內(nèi)雕聚焦光學(xué)鏡頭，包括依次設(shè)置的第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡，其特征在于，所述第一透鏡是凸面朝向被雕物件的厚彎月型透鏡，所述第二透鏡是雙凸型透鏡，所述第三透鏡是凹面朝向被雕物件的彎月型透鏡，且所述第一透鏡、所述第二透鏡和所述第三透鏡布局為遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光內(nèi)雕聚焦光學(xué)鏡頭，其特征在于，所述激光內(nèi)雕聚焦光學(xué)鏡頭的焦距是60mm，相對孔徑是l:2。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光內(nèi)雕聚焦光學(xué)鏡頭，其特征在于，所述第一透鏡、所述第二透鏡和所述第三透鏡的參數(shù)是<table>tableseeoriginaldocumentpage2</column></row><table>4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光內(nèi)雕聚焦光學(xué)鏡頭，其特征在于，每個曲率的誤差在±5%之間。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光內(nèi)雕聚焦光學(xué)鏡頭，其特征在于，每個曲面與后一個面的間隔的誤差在±5%之間。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光內(nèi)雕聚焦光學(xué)鏡頭，其特征在于，每個折射率/色散系數(shù)的誤差在±5%之間。7.—種如權(quán)利要求1所述的激光內(nèi)雕聚焦光學(xué)鏡頭的使用方法，包括使入射光依次穿過第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡而到達(dá)被雕物件，其特征在于，所述被雕物件的厚度是85-5mm，所述被雕物件在光軸上與所述第三透鏡的間距是8-62mm。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光內(nèi)雕聚焦光學(xué)鏡頭的使用方法，其特征在于，所述入射光的波長為532nm。全文摘要本發(fā)明公開了一種激光內(nèi)雕聚焦光學(xué)鏡頭及其使用方法，激光內(nèi)雕聚焦光學(xué)鏡頭包括依次設(shè)置的第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡，其中，所述第一透鏡是凸面朝向被雕物件的厚彎月型透鏡，第二透鏡是雙凸型透鏡，第三透鏡是凹面朝向被雕物件的彎月型透鏡，且所述第一透鏡、所述第二透鏡和所述第三透鏡布局為遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)。上述激光內(nèi)雕聚焦光學(xué)鏡頭的透鏡布局為遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)，該激光內(nèi)雕聚焦光學(xué)鏡頭的所有聚焦點均為相似的圓點，理論上能夠不受被雕物件的幅面大小的限制。文檔編號B44B1/00GK101776790SQ200910188810公開日2010年7月14日申請日期2009年12月10日優(yōu)先權(quán)日2009年12月10日發(fā)明者周朝明,李家英,高云峰申請人:深圳市大族激光科技股份有限公司