專利名稱：F-θ物鏡II的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種可用于激光材料加工的掃描設(shè)備的F- Θ物鏡。
背景技術(shù)：
一種用于將入射的激光束聚焦到一個(gè)平面的像場中的F-θ物鏡，該激光束在一個(gè)相對于該F-θ物鏡的光軸夾角為+/-Θ的掃描角度區(qū)域掃描，其中，在這個(gè)掃描角度區(qū)域里，掃描角度與在該像場中激光束入射點(diǎn)到光軸距離的比率遵循一個(gè)線性函數(shù)。也就是說，以一個(gè)恒定角速度進(jìn)行掃描的激光束在該像場中形成了一個(gè)以恒定速度移動的焦點(diǎn)。在此，這個(gè)焦點(diǎn)的尺寸在該像場中的每個(gè)位置都應(yīng)是恒定不變的。這個(gè)焦點(diǎn)的尺寸是由激光材料加工的目的(例如寫入、去除涂覆層或者切割)來決定的。由于激光束的、與波長相關(guān)的折射，當(dāng)激光束穿過F-θ物鏡時(shí)，為了獲得高的焦點(diǎn)質(zhì)量，將這些F- Θ物鏡校準(zhǔn)至所用加工激光束的波長，也就是說對這種物鏡進(jìn)行計(jì)算使得:對于在預(yù)先設(shè)定的波長和預(yù)先設(shè)定的激光束直徑、在可允許的溫度容差范圍內(nèi)的一個(gè)預(yù)先設(shè)定尺寸的像場來說，這種物鏡不具有或者僅具有輕微的光學(xué)偏差，這種光學(xué)偏差會導(dǎo)致焦點(diǎn)尺寸明顯的改變。特別是在激光材料加工的應(yīng)用中，F(xiàn)-θ物鏡具有一個(gè)大像場以及一個(gè)大的總焦距。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種用于大功率激光的F-θ物鏡，該F-θ物鏡具有1064nm的波長以及230至270mm優(yōu)選為255mm的總焦距，使得激光輻射在沒有回反射的情況下能夠成像。上述目的通過具有權(quán)利要求1的這些特征的F- Θ物鏡而實(shí)現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中描述了多個(gè)有利的實(shí)施方案。本實(shí)用新型將通過以下以及參閱附圖來進(jìn)行更詳細(xì)的說明。

圖1示出了根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)物鏡的幾何光學(xué)圖。
具體實(shí)施方式
根據(jù)本實(shí)用新型的F- Θ物鏡具有設(shè)置在該F- Θ物鏡上游一定距離處的一個(gè)入射光瞳(Eintrittspupile)EP,該入射光瞳可設(shè)置在一個(gè)平面中，其中(或者,如果使用了兩個(gè)掃描器反射鏡，則是在對其計(jì)算出的一個(gè)替代平面中)定位了 一個(gè)掃描器反射鏡；并且該F-θ物鏡包括四個(gè)獨(dú)立的透鏡L1到L4，它們被設(shè)置在同一光軸A上。這四個(gè)獨(dú)立的透鏡L1到L4被配置形成一個(gè)“負(fù)-正-正-正”的透鏡序列。也就是說前兩個(gè)獨(dú)立的透鏡L1至L2具有負(fù)焦距，而后兩個(gè)獨(dú)立的透鏡L3至L4具有正焦距。[0011]此處的第一透鏡L1為一個(gè)雙凹透鏡，第二透鏡L2為一個(gè)凹凸透鏡，第三透鏡L3為一個(gè)平凸透鏡，第四透鏡L4為一個(gè)雙凸透鏡。這四個(gè)獨(dú)立的透鏡的焦距滿足下列要求:第一透鏡L1的焦距與總焦距f的焦距比為:-0.6<f1/f<-0.4。第二透鏡L2的焦距f2與總焦距f的焦距比為:+7.5<f2/f<+9.0。第三透鏡L3的焦距f3與總焦距f的焦距比為:+0.7〈f3/f〈+0.9。第四透鏡L4的焦距f4與總焦距f的焦距比為:+0.9〈f4/f〈+l.0?？蓪⒁环N防護(hù)玻璃(Schutzglas) SG設(shè)置于這些獨(dú)立的透鏡L1到L4的下游。通過根據(jù)本實(shí)用新型的F- Θ物鏡，具有四個(gè)獨(dú)立的石英玻璃透鏡L1到L4，所實(shí)現(xiàn)的有益效果是:該F- Θ物鏡具有一個(gè)在230至270mm范圍內(nèi)的總焦距，這個(gè)總焦距適用于大功率激光并且對1064mm的波長進(jìn)行了校準(zhǔn)。該F-Θ物鏡的多個(gè)參數(shù)被設(shè)置為，使得在透鏡L1至L4的光學(xué)活性表面和防護(hù)玻璃SG (如果適合的話)上產(chǎn)生的回反射并未在透鏡L1至L4的表面或者設(shè)置在入射光瞳EP周圍的反射鏡上聚焦。這種F-θ物鏡的一個(gè)示例性實(shí)施方案的具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)說明如下。這個(gè)F- Θ物鏡的入射光瞳EP被定位于第一透鏡L1 (具有厚度d2的一個(gè)雙凹透鏡)的前頂點(diǎn)前方的一個(gè)距離Cl1處，第一透鏡前表面的半徑為，并且后表面的半徑為r2。這個(gè)第一透鏡L1后設(shè)有第二透鏡L2 (具有厚度d4的一個(gè)負(fù)凹凸透鏡)，兩者之間有一個(gè)空隙d3，第二透鏡前表面的半徑為r3，并且后表面的半徑為r4。第二透鏡L2之后是第三透鏡L3 (具有厚度d6的一個(gè)平凸透鏡)，與前一透鏡之間具有空隙d5，第三透鏡前表面的半徑為r5，并且后表面的半徑為r6。此后是第四透鏡L4 (具有厚度d8的一個(gè)雙凸透鏡)，與前一透鏡之間具有空隙d7，第四透鏡前表面的半徑為r7，并且后表面的半徑為r8。此后是一個(gè)成平行面的防護(hù)玻璃SG (其厚度為d1(l)，與前一透鏡之間具有空隙d9。像場BE在距防護(hù)玻璃SG的一個(gè)距離dn處產(chǎn)生。具有折光率η的石英玻璃被選作為所有獨(dú)立的透鏡L1至L4和防護(hù)玻璃SG的材料。在下表中給出這些獨(dú)立的透鏡L1到L4的半徑以及它們的厚度和距離d。
權(quán)利要求1.一種F-θ物鏡，其特征在于，所述F-θ物鏡包括四個(gè)獨(dú)立的透鏡，其中一個(gè)第一獨(dú)立的透鏡L1為一個(gè)具有焦距的雙凹透鏡,一個(gè)第二獨(dú)立的透鏡L2為一個(gè)具有焦距f2的凹凸透鏡，一個(gè)第三獨(dú)立的透鏡L3為一個(gè)具有焦距f3的平凸透鏡，以及一個(gè)第四獨(dú)立的透鏡L4為一個(gè)具有焦距f4的雙凸透鏡，并且所述F- Θ物鏡的總焦距為f ;其中焦距至f4與總焦距f的比率滿足下列條件:-0.6<f1/ -0.4 ； +7.5<f2/f<+9.0 ； +0.7<f3/f<+0.9 ；+0.9<f4/f<+l.0。
2.如權(quán)利要求1所述的F-Θ物鏡，其特征在于，Vf=-0.48，f2/f=+8.25，f3/f=+0.81，f4/f=+l.07。
3.如權(quán)利要求2所述的F-θ物鏡，其特征在于，所述F-θ物鏡的入射光瞳EP被置于距所述第一獨(dú)立的透鏡L1前方的距離Cl1為38.0mm處。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種可用于激光材料加工的掃描設(shè)備的F-θ物鏡。這些透鏡L1至L4與其之間的空隙d3、d5、d7的相繼連接的設(shè)置形成了255mm的總焦距f。該F-θ物鏡對于1064nm的波長進(jìn)行校準(zhǔn)。
文檔編號G02B13/00GK203025409SQ20122073490
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月21日
發(fā)明者約格·翁德里希, 烏爾里希·克魯格 申請人:業(yè)納光學(xué)系統(tǒng)有限公司