F-θ物鏡的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種F-θ物鏡，該F-θ物鏡包括五個(gè)獨(dú)立的透鏡，第一獨(dú)立的透鏡L1為具有焦距f1的雙凹透鏡，第二獨(dú)立的透鏡L2為具有焦距f2的凹凸透鏡，第三獨(dú)立的透鏡L3為具有焦距f3的凹凸透鏡，第四獨(dú)立的透鏡L4為具有焦距f4的雙凸透鏡，以及第五獨(dú)立的透鏡L5為具有焦距f5的平凸透鏡，并且該F-θ物鏡的總焦距為f；其中焦距f1至f5與總焦距f之間的比率滿足下列條件：-1.0<f1/f<-0.4；+3.6<f2/f<+4.2；+2.0<f3/f<2.8；+1.4<f4/f<+1.8；+2.7<f5/f<+3.1。通過(guò)該F-θ物鏡對(duì)材料進(jìn)行加工，可以獲得均勻的毛刺形成。
【專利說(shuō)明】F- Θ物鏡【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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)】
[0002]一種用于將激光束聚焦到一個(gè)平面的像場(chǎng)中的F- Θ物鏡，該激光束以這樣一種方式入射使得它掃描相對(duì)于該F-Θ物鏡的光軸夾角為+/-Θ的一個(gè)掃描角度區(qū)域，其中在這個(gè)掃描角度區(qū)域內(nèi)，掃描角度與在該像場(chǎng)中該激光束入射點(diǎn)到該光軸距離的比率遵循一個(gè)線性函數(shù)。即是說(shuō)，以一個(gè)恒定角速度進(jìn)行掃描的激光束在該像場(chǎng)中生成了一個(gè)以恒定速度移動(dòng)的焦點(diǎn)。在此，這個(gè)焦點(diǎn)的尺寸在該像場(chǎng)中的每個(gè)位置都應(yīng)是恒定不變的。
[0003]這個(gè)焦點(diǎn)的尺寸是依據(jù)該激光材料加工的目的(例如寫(xiě)入、去除涂覆層或者切割)來(lái)決定的。
[0004]由于激光束的、與波長(zhǎng)相關(guān)的折射，當(dāng)激光束通過(guò)F- Θ物鏡時(shí)，為了獲得高的焦點(diǎn)質(zhì)量，F(xiàn)-Θ物鏡被校準(zhǔn)至所用加工激光束的波長(zhǎng)，即是說(shuō)對(duì)物鏡進(jìn)行計(jì)算使得:對(duì)于在事先限定的波長(zhǎng)和事先限定的激光束直徑、在可允許的溫度容差范圍內(nèi)的一個(gè)事先限定尺寸的像場(chǎng)來(lái)說(shuō)，這種物鏡不具有或者僅具有非常輕微的光學(xué)偏差，這種光學(xué)偏差導(dǎo)致了焦點(diǎn)尺寸的明顯的改變。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)大的像場(chǎng)以及一個(gè)大的總焦距。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]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，該大功率激光具有355nm的波長(zhǎng)以及在90mm與IlOmm之間、尤其為100mm-105mm的總焦距，該F- Θ物鏡使得激光輻射在沒(méi)有回射的情況下能夠成像并且該F-Θ物鏡應(yīng)該是一種遠(yuǎn)心構(gòu)型。因此，有可能，例如使得多個(gè)孔被垂直插入一個(gè)工件內(nèi)和/或使得多個(gè)孔在X-和Y-掃描方向上獲得相等的直徑[否則在X或Y方向上獲得橢圓]。同時(shí)，在材料加工過(guò)程中旨在由此獲得一種均勻的毛刺形成(Gratbildung)。因此，本實(shí)用新型的目的是獲得具有圓形焦點(diǎn)的更高的能量密度。
[0006]這個(gè)目的通過(guò)以下特征的F- Θ物鏡而實(shí)現(xiàn):該F- Θ物鏡包括五個(gè)獨(dú)立的透鏡，第一獨(dú)立的透鏡L1為具有焦距的雙凹透鏡，第二獨(dú)立的透鏡L2為具有焦距f2的凹凸透鏡，第三獨(dú)立的透鏡L3為具有焦距f3的凹凸透鏡，第四獨(dú)立的透鏡L4為具有焦距f4的雙凸透鏡，以及第五獨(dú)立的透鏡L5為具有焦距f5的平凸透鏡，并且該F- Θ物鏡的總焦距為f ;其中焦距至f5與總焦距f之間的比率滿足下列條件:
[0007]-1.(Kf/fX-0.4
[0008]+3.6<f2/f<+4.2
[0009]+2.0<f3 /f<2.8
[0010]+1.4<f4/f<+l.8
[0011]+2.7<f5/f<+3.10[0012]多個(gè)有利的實(shí)施例通過(guò)從屬權(quán)利要求進(jìn)行描述。
[0013]優(yōu)選地，f,/f= -0.7，f2/f = +3.9，f3/f = +2.4，f4/f = +1.6，f5/f = +2.9。
[0014]優(yōu)選地,該F- Θ物鏡的入射光瞳EP被設(shè)置于距該第一獨(dú)立的透鏡L1前方35.0mm的距離Cl1處。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]以下將參閱附圖來(lái)更詳細(xì)地說(shuō)明本實(shí)用新型。
[0016]在這個(gè)方面:
[0017]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】
[0018]一個(gè)根據(jù)本實(shí)用新型的F- Θ物鏡具有設(shè)置于該F- Θ物鏡上游一定距離處的一個(gè)入射光瞳ΕΡ，該入射光瞳可被設(shè)置于一個(gè)平面中，該平面中(或者，如果使用了兩個(gè)掃描器反射鏡，則是在對(duì)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物鏡包括五個(gè)獨(dú)立的透鏡L1到L5,它們被設(shè)置于一個(gè)公共的光軸A上。這五個(gè)獨(dú)立的透鏡L1到L5被配置為形成一個(gè)“負(fù)-正-正-正-正”的透鏡序列。即是說(shuō)該第一獨(dú)立的透鏡L1具有負(fù)焦距，而該第二至第五透鏡L2至L5具有正焦距。
[0019]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也為一個(gè)凹凸透鏡，第四透鏡L4為一個(gè)雙凸透鏡，并且第五透鏡L5為一個(gè)平凸透鏡。
[0020]這五個(gè)獨(dú)立透鏡的焦距滿足下列要求:
[0021]第一透鏡L1的焦距與總焦距f的焦距比為:-1.0<f1/f<-0.4。
[0022]第二透鏡L2的焦距f2與總焦距f的焦距比為:+3.6<f2/f<+4.2。
[0023]第三透鏡L3的焦距f3與總焦距f的焦距比為:+2.0〈f3/f〈+2.8。
[0024]第四透鏡L4的焦距f4與總焦距f的焦距比為:+1.4〈f4/f〈+l.8。
[0025]第五透鏡L5的焦距f5與總焦距f的焦距比為:+2.7<f5/f<+3.1。
[0026]可將一種防護(hù)玻璃SG設(shè)置于這五個(gè)獨(dú)立的透鏡L1到L5的下游。
[0027]通過(guò)根據(jù)本實(shí)用新型的一種F- Θ物鏡所實(shí)現(xiàn)的有益的效果是:用五個(gè)獨(dú)立的石英玻璃透鏡L1-L5,得到了一種F- Θ物鏡，該F- Θ物鏡擁有一個(gè)在90mm與IlOmm之間范圍內(nèi)的總焦距，這個(gè)總焦距適用于大功率激光并且對(duì)355nm的波長(zhǎng)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L5的光學(xué)活性表面和防護(hù)玻璃SG(如果適合的話)上產(chǎn)生的回射并未在透鏡L1至L5的光學(xué)表面或者安置在入射光瞳EP周?chē)姆瓷溏R上聚焦。這種構(gòu)型被適配為使得沒(méi)有在這些透鏡的材料中發(fā)生回射并且沒(méi)有在這些掃描器位置的地點(diǎn)發(fā)生回射。
[0028]這種F-θ物鏡的示例性實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)說(shuō)明如下。
[0029]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)正凹凸透鏡)，兩者之間有一個(gè)氣隙d3，第二透鏡前表面的半徑為r3并且后表面的半徑為r4。
[0030]此后同樣是一個(gè)正凹凸透鏡(具有厚度d6、作為第三透鏡L3),該透鏡與前一透鏡之間具有氣隙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)，該透鏡與前一透鏡之間具有氣隙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)具有厚度d1(l的平凸透鏡，該透鏡與前一透鏡之間具有氣隙d9，該透鏡前表面的半徑為r9并且后表面的半徑為r1(l。在該示例性實(shí)施例中，以一個(gè)氣隙dn，此后是一個(gè)面平行式的防護(hù)玻璃SG (其厚度為d12)。像場(chǎng)BE在距防護(hù)玻璃SG的一個(gè)距離d13處產(chǎn)生。具有折光率ne的石英玻璃被選作為所有獨(dú)立的透鏡L1至L5和防護(hù)玻璃SG的材料。
[0031]在下表1中給出了這些獨(dú)立的透鏡L1到L5的半徑以及它們的厚度和距離d。
[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種F- Θ物鏡，該F- Θ物鏡包括五個(gè)獨(dú)立的透鏡，其特征在于，第一獨(dú)立的透鏡L1為具有焦距的雙凹透鏡，第二獨(dú)立的透鏡L2為具有焦距f2的凹凸透鏡，第三獨(dú)立的透鏡L3為具有焦距f3的凹凸透鏡，第四獨(dú)立的透鏡L4為具有焦距f4的雙凸透鏡，以及第五獨(dú)立的透鏡L5為具有焦距f5的平凸透鏡，并且該F- Θ物鏡的總焦距為f ;其中焦距至f5與總焦距f之間的比率滿足下列條件:
-1.(KfVfX-0.4
+3.6<f2/f<+4.2
+2.0<f3/f<+2.8
+1.4<f4/f<+l.8
+2.7<f5/f<+3.1。
2.如權(quán)利要求1所述的F-Θ物鏡，其特征在于，
fjf = -0.7，f2/f = +3.9，f3/f = +2.4，f4/f = +1.6，f5/f = +2.9。
3.如權(quán)利要求2所述的F-Θ物鏡，其特征在于， 該F- Θ物鏡的入射光瞳EP被設(shè)置于距該第一獨(dú)立的透鏡L1前方35.0mm的距離(I1處。
【文檔編號(hào)】G02B13/00GK203786376SQ201420014576
【公開(kāi)日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月16日
【發(fā)明者】約爾格·翁德里希 申請(qǐng)人:業(yè)納光學(xué)系統(tǒng)有限公司