專利名稱：：光學鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及光學鏡頭，尤其涉及進行激光內(nèi)雕工藝處理的F-theta光學鏡頭。
背景技術(shù)：
：目前，F(xiàn)-theta光學鏡頭已經(jīng)廣泛應用于激光內(nèi)雕工藝中，在中國專利200520061518.2所公開的一種水晶激光內(nèi)雕機中，起聚焦作用的F-theta光學鏡頭是設置在掃描Y軸振鏡與待加工物體之間，以將波長為532nm的激光的能量聚焦到水晶或玻璃等材質(zhì)為高熔點的Si02材質(zhì)的待加工物體內(nèi)部，通過激光在極短時間內(nèi)產(chǎn)生的巨脈沖，起能量能夠在瞬間使材質(zhì)受熱破裂，從而產(chǎn)生極小的白點，而在待加工物體內(nèi)部雕出設定的圖案，而待加工物體的表面卻能夠完好無損地保持原樣?，F(xiàn)有的F-theta光學鏡頭，如中國專利200520062061.7所公開的一種激光內(nèi)雕鏡頭，焦距為80mm，采用四個透鏡構(gòu)成，其中面向入射光的第一面透鏡為凹透鏡，其它三面透鏡均為凸透鏡。然而，隨著時間的推移，內(nèi)雕技術(shù)越來越細微，要求達到"照相"的效果，這就對F-theta光學鏡頭有了更高的要求不僅要具有更大的相對孔徑，還要達到比照相物鏡更高的成像質(zhì)量。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提出一種能夠具有更大的相對孔徑，并且能夠達到比照相物鏡更高的成像質(zhì)量的F-theta光學鏡頭。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，設計制造一種光學鏡頭，包括根據(jù)光線的入射方向依次排列的第一至第四透鏡，該第一透鏡為凹平型透鏡；該第二透鏡為彎月型透鏡，曲面向著光線的入射方向彎曲；該第三透鏡為彎月型透鏡，曲面向著光線的入射方向彎曲；該第四透鏡為凸平型透鏡；該光學鏡頭的焦距為120mm、相對孔徑為1:2.7;入射激光經(jīng)過該光學鏡頭后可在待加工材質(zhì)內(nèi)最大為60*60*100mm3的空間范圍實現(xiàn)精細內(nèi)雕。該光學鏡頭的視場角為46。，當入射激光到達該第一透鏡的行程為20-60mm，出射激光到達待加工材質(zhì)表面的行程為53-121mm距離，并且待加工材質(zhì)的厚度為150-50mm時，入射激光經(jīng)過該光學鏡頭后，在待加工材質(zhì)內(nèi)的內(nèi)雕空間的成像斑點的大小在10m以內(nèi)，能量完全集中在lOiim以內(nèi)。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的光學鏡頭，相對孔徑可增大1.5倍，實現(xiàn)了較大的相對孔徑聚焦，并且像點更細、清晰并且不會變形。圖1為本發(fā)明的光學鏡頭實施例的光學系統(tǒng)示意圖。圖2為本發(fā)明的光學鏡頭實施例的光線追跡示意圖。圖3為本發(fā)明的光學鏡頭實施例的成像點的彌散斑示意圖。圖4為本發(fā)明的光學鏡頭實施例的能量集中度示意圖。圖5為本發(fā)明的光學鏡頭實施例的MTF(光學傳遞函數(shù))示意圖。具體實施例方式以下結(jié)合各附圖所示之最佳實施例作進一步詳述。本發(fā)明實施例的光學鏡頭，如圖1所示，由四個透鏡L1、L2、L3和L4構(gòu)成，波長為532nm的激光是通過X軸振鏡1和Y軸振鏡2而入射透鏡Ll。其中，第一透鏡Ll距Y振鏡2距離d0為20-60mm，第一透鏡Ll為凹平型透鏡；第二透鏡L2為彎月型透鏡，曲面向著Y軸振鏡2的方向彎曲；第三透鏡L3為彎月型透鏡，曲面向著Y軸振鏡2的方向彎曲；第四透鏡L4為凸平型透鏡。四個透鏡的具體結(jié)構(gòu)及參數(shù)為第一透鏡L1分別由曲率半徑為R1、R2的兩個曲面S1、S2構(gòu)成，其光軸上的中心厚度dl，材料為Ndl:Vdl;第二透鏡L2分別由曲率半徑為R3、R4的兩個曲面S3、S4構(gòu)成，其光軸上的中心厚度d3，材料為Nd3:Vd3;第三透鏡L3分別由曲率半徑為R5，R6的兩個曲面S5、S6構(gòu)成，其光軸上的中心厚度d5，材料為Nd5:Vd5;第四透鏡L4分別由曲率半徑為R7、R8的兩個曲面S7、S8構(gòu)成，其光軸上的中心厚度d7，材料為Nd7:Vd7;并且，第一透鏡Ll與第二透鏡L2在光軸上的間距為d2，第二透鏡L2與第三透鏡L3在光軸上的間距為d4，第三透鏡L3與第四透鏡L4在光軸上的間距為d6，第四透鏡L4與被雕刻材質(zhì)的第一面在光軸上的間距為d8，被雕刻材質(zhì)的厚度為d9。結(jié)合以上的參數(shù)，本發(fā)明給出了一個F-theta光學鏡頭的具體設計，針對波長為532nm的激光，其具體數(shù)據(jù)有f(焦距)=120mm;D/f(相對孔徑)=1:2.7;2"(視場角)=46°;d9=150-50mm;內(nèi)雕范圍為60*60*100mm3。本發(fā)明的光學鏡頭實施例的具體設計參數(shù)的典型值，如下表序號曲率R(咖)面間隔d(mm)材料Nd/Vd1-483.51.5/642011.93-8471.8/254-750.55-770121.8/254<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>其中，各結(jié)構(gòu)參數(shù)的動態(tài)設計范圍有AR1-8《±5%*(R1_R8);Adl-7《±5%*(dl_d7);ANdl—7/AVdl_7《±5%*(Ndl/Vdl—Nd7/Vd7)。本發(fā)明的F-theta光學鏡頭實施例的具體成像質(zhì)量如下參見圖2所示的光線追跡，本發(fā)明的光學鏡頭實施例是一個沒有漸暈的遠心系統(tǒng)。參見圖3所示的幾何彌散斑，只有l(wèi)Oi!，表明具有很高的成像質(zhì)量。參見圖4所示的能量集中度，表明能量也是集中在AS=lOii左右。參見圖5所示的MTF，本發(fā)明的光學鏡頭實施例的鏡頭綜合成像評價，也接近理術(shù)巨與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實施例的光學鏡頭，增大了相對孔徑達1.5倍，實現(xiàn)了大相對孔徑聚焦，像差校正后的聚焦點更小，當焦距f=120mm時，可在Si02材質(zhì)內(nèi)最深達50-100咖、最大達60*60*100咖3的空間范圍內(nèi)實現(xiàn)內(nèi)雕，而像點更細、清晰并且不會變形。以上，僅為本發(fā)明之較佳實施例，意在進一步說明本發(fā)明，而非對其進行限定。凡根據(jù)上述之文字和附圖所公開的內(nèi)容進行的簡單的替換，都在本專利的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。權(quán)利要求一種光學鏡頭，包括根據(jù)光線的入射方向依次排列的第一至第四透鏡，其特征在于，該第一透鏡為凹平型透鏡；該第二透鏡為彎月型透鏡，曲面向著光線的入射方向彎曲；該第三透鏡為彎月型透鏡，曲面向著光線的入射方向彎曲；該第四透鏡為凸平型透鏡；該光學鏡頭的焦距為120mm、相對孔徑為1∶2.7；入射激光經(jīng)過該光學鏡頭后可在待加工材質(zhì)內(nèi)最大為60*60*100mm3的空間范圍實現(xiàn)精細內(nèi)雕。2.如權(quán)利要求1所述的光學鏡頭，其特征在于，該光學鏡頭的視場角為46。，當入射激光到達該第一透鏡的行程為20-60mm，出射激光到達待加工材質(zhì)表面的行程為53-121mm距離，并且待加工材質(zhì)的厚度為150-50mm時，入射激光經(jīng)過該光學鏡頭后，在待加工材質(zhì)內(nèi)的內(nèi)雕空間的成像斑點的大小在10iim以內(nèi)，能量完全集中在10iim以內(nèi)。3.如權(quán)利要求1或2所述的光學鏡頭，其特征在于，該第一透鏡由曲率半徑為R1、R2的兩個曲面Sl、S2構(gòu)成，Rl的值為-48mm±5%，R2的值為Omm士5%，該第一透鏡的光軸上的中心厚度為3.5mm±5%。4.如權(quán)利要求1或2所述的光學鏡頭，其特征在于，該第二透鏡由曲率半徑為R3、R4的兩個曲面S3、S4構(gòu)成，R3的值為-84mm±5%，R4的值為_75mm±5%，該第二透鏡的光軸上的中心厚度為7mm±5%。5.如權(quán)利要求1或2所述的光學鏡頭，其特征在于，該第三透鏡由曲率半徑為R5、R6的兩個曲面S5、S6構(gòu)成，R5的值為-75mm±5%，R6的值為_770mm±5%，該第三透鏡的光軸上的中心厚度為12mm±5%。6.如權(quán)利要求1或2所述的光學鏡頭，其特征在于，該第四透鏡由曲率半徑為R7、R8的兩個曲面S7、S8構(gòu)成，R7的值為185mm±5%，R8的值為0mm±5%，該第四透鏡的光軸上的中心厚度為8mm±5%。7.如權(quán)利要求1或2所述的光學鏡頭，其特征在于，該第二透鏡與第一透鏡之間的光軸上的間距為11.9mm±5%。8.如權(quán)利要求1或2所述的光學鏡頭，其特征在于，該第三透鏡與第二透鏡之間的光軸上的間距為0.5mm±5%。9.如權(quán)利要求1或2所述的光學鏡頭，其特征在于，該第四透鏡與第三透鏡之間的光軸上的間距為0.5mm±5%。10.如權(quán)利要求l或2所述的光學鏡頭，其特征在于，該第一透鏡的材質(zhì)為Nd:Vd=1.5:64，±5%的誤差范圍；該第二、三以及第四透鏡的材質(zhì)均為Nd:vd=i.8:25，±5%的誤差范圍。全文摘要一種光學鏡頭，包括根據(jù)光線的入射方向依次排列的第一至第四透鏡，其特征在于，該第一透鏡為凹平型透鏡；該第二透鏡為彎月型透鏡，曲面向著光線的入射方向彎曲；該第三透鏡為彎月型透鏡，曲面向著光線的入射方向彎曲；該第四透鏡為凸平型透鏡；該光學鏡頭的焦距為120mm、相對孔徑為1∶2.7；入射激光經(jīng)過該光學鏡頭后可在待加工材質(zhì)內(nèi)最大為60*60*100mm3的空間范圍實現(xiàn)精細內(nèi)雕。實現(xiàn)了大相對孔徑聚焦，并且像點更細、清晰并且不會變形。文檔編號G02B13/18GK101762869SQ200910109868公開日2010年6月30日申請日期2009年11月25日優(yōu)先權(quán)日2009年11月25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