專利名稱：：光學(xué)鏡頭的制作方法光學(xué)鏡頭
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種激光應(yīng)用的光學(xué)鏡頭，尤其是指在激光加工使用的F-theta(/^)光學(xué)鏡頭。
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。theta)鏡頭是一種大視場、中小孔徑、中長焦距的照相物鏡，從它要負(fù)擔(dān)的參數(shù)來說，選用"三片"型的照相物鏡，應(yīng)該是較為合適的。激光振鏡打標(biāo)機(jī)是因?yàn)橛辛?0(F-theta)鏡頭才得以實(shí)現(xiàn)。圖1是一種典型的"鏡光學(xué)系統(tǒng)，光束順次經(jīng)兩塊繞x軸和y軸轉(zhuǎn)動(dòng)的振鏡1、2，最后通過"鏡3聚焦在像面4上，由振鏡掃描形成圖像。^鏡頭3是一種平像場的聚焦鏡，在打標(biāo)時(shí)，要求在成像面上像高ri與X振鏡1和Y振鏡2的掃描角度P成線性關(guān)系即；;=/^(&)。其中，./為"鏡頭3的焦距，0為振鏡的掃描角度(單位為弧度)。由高斯光學(xué)成像理論矢Il像高;/與鏡頭焦距/和振鏡轉(zhuǎn)角e為下列關(guān)系7=/.《e。它不滿足"/.e(&)關(guān)系式。因此，激光打標(biāo)系統(tǒng)用常規(guī)的鏡頭是不可行的，這是因?yàn)橄窀?與振鏡的轉(zhuǎn)角^不是呈線性關(guān)系變化，所雕刻出來的圖形與實(shí)物不相似，反而是一個(gè)變形的圖像。為了解決這個(gè)問題，要求在光學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)的象差校正中，有意引入畸變A;/，使得滿足下式所示關(guān)系；/=(/ge-A7)=/e。這個(gè)結(jié)論是非常重要的。雖然A;/是有意引入的，但決不意味著畸變就可以不考慮，隨意大小都可以，A;;應(yīng)滿足下式-A"/.妙-/如/(妙-0上式表明畸變應(yīng)為振鏡轉(zhuǎn)角的正切和弧度之差與鏡頭焦距/的乘積時(shí)才能滿足要求。能滿足這個(gè)條件的才能稱作^光學(xué)系統(tǒng)。光學(xué)設(shè)計(jì)的另一個(gè)特點(diǎn)，就是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。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所欲解決的技術(shù)問題在于提供一種鏡頭入射光束口徑大的中短焦距、能與現(xiàn)有的鏡頭安裝尺寸進(jìn)行呼喚的小型化光學(xué)^鏡頭。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種用于激光加工使用的光學(xué)^鏡頭，包括透鏡組和光闌，所述光闌位于透鏡組的前方，透鏡組包括三個(gè)透鏡，分別為第一、第二、第三透鏡，依次排列為"負(fù)一正一正"分離的光焦度系統(tǒng)，其中，所述第一透鏡為雙凹型負(fù)透鏡，第二透鏡為彎月型正透鏡，第三透鏡為雙凸型正透鏡，第二透鏡的兩^個(gè)曲面均向著光闌方向彎曲，且整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距為f，第一、第二、第三透鏡的焦距分別為fl、f2、f3，各透鏡的焦距與整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距f比率滿足以下要求要求--0.7<fl/f<-0.51.0<f2/f〈1.30.8<f3/f<1.0o其中，fl/f=-0.62;f2/f=l.ll;f3/f=0.92。其中，所述第一透鏡與光闌的距離為25—60mm。本發(fā)明所提供的光學(xué)W鏡頭，使得系統(tǒng)的的球差、彗差與場曲都達(dá)到較好的平衡，使得成像結(jié)果良好且在整個(gè)像面上成像均勻，且該結(jié)構(gòu)應(yīng)用于大口徑入射的^鏡頭的小型化取得較好的效果，且又能與現(xiàn)有的鏡頭安裝尺寸進(jìn)行互換，同時(shí)，在透鏡總個(gè)數(shù)仍為三片的情況下，使得孔徑、慧差、球差與像散得到較好的平衡。圖1是一種典型的^鏡頭光學(xué)系統(tǒng)示意圖。圖2是本發(fā)明鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明/9鏡頭較佳實(shí)施例1中的光線追跡圖。圖4為本發(fā)明"鏡頭較佳實(shí)施例1中的像散、場曲及畸變。圖5為本發(fā)明^鏡頭較佳實(shí)施例1中的視場分別為0、0.3、0.5、0.7、0.85以及1.0各視場上的光程差圖。圖6為本發(fā)明W鏡頭較佳實(shí)施例1中的光學(xué)傳遞函數(shù)MTF圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一段步說明。"(F-theta)鏡頭是一種大視場、中小孔徑、中長焦距的照相物鏡，從它要負(fù)擔(dān)的參數(shù)來說，選用"三片"型的照相物鏡，應(yīng)該是較為合適的。我們采用"負(fù)一正一正"的光焦度分布型式。其入瞳在鏡頭外產(chǎn)生的畸變，正好也是^鏡所需要的，此畸變很容易達(dá)到^鏡要求，是一種"無變形"的打標(biāo)。同時(shí)，它是一個(gè)大視場的照相物鏡，與照相物鏡一樣，它是一個(gè)"平像場"的物鏡。如圖2，本發(fā)明采用.三片式"負(fù)一正一正"的光焦度分布進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括透鏡組和光闌(振鏡)1，所述光闌(振鏡)l位于透鏡組的前方，透鏡組包括三個(gè)透鏡，分別為第一、第二、第三透鏡L1、L2、L3，其中第一透鏡的光焦度l/fl為負(fù)的厚透鏡，其厚度為30mm左右，且由于第一透鏡是厚透鏡，可使整個(gè)透鏡在三片的情況下，使得孔徑高級球差與像散得到較好的平衡；第二透鏡的光焦度1/f2與第三透鏡的光焦度1/f3均為正其中各透鏡的焦距與整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距f比率按以下要求<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>其中，整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距為f，第一、第二、第三透鏡的焦距分別為fl、f2、f3.其中，第一透鏡L1距光闌(振鏡)的距離d0為25-60mm，第一透鏡L1為雙凹型的負(fù)厚透鏡；第二透鏡L2為彎月型正透鏡，第二透鏡L2的兩個(gè)曲面均向著光闌(振鏡)1方向彎曲；第三透鏡L3為雙凸型正透鏡，第三透鏡L3到焦平面4的距離為d6。它們的具體結(jié)構(gòu)及參數(shù)表述為系統(tǒng)由L1、L2、L3三個(gè)透鏡構(gòu)成，L1分別由曲率半徑為R1、R2的兩個(gè)曲面S1、S2構(gòu)成，其中心厚度dl，材料光學(xué)參數(shù)為Ndl:Vdl;L2分別由曲率半徑為R3、R4的兩個(gè)曲面S3、S4構(gòu)成，其中心厚度d3，材料光學(xué)參數(shù)為Nd3:Vd3;L3分別由曲率半徑為R5、R6的兩個(gè)曲面S5、S6構(gòu)成，其中心厚度d5，材料光學(xué)參數(shù)為Nd5:Vd5;第一透鏡Ll與第二透鏡L2的間隔為d2，第二透鏡L2與第三透鏡L3的間隔為d4。結(jié)合以上的參數(shù)，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一組鏡頭，其具體參數(shù)分別如下所示第一-透鏡L1分別由曲率半徑為Rl=-56.116mm、R2=776.87mm的兩個(gè)曲面S1、S2構(gòu)成，其光軸上的中心厚度011=30mm，材料為Ndl:Vdl約為1.52/64;第二透鏡L2分別由曲率半徑為R3=_361.22mm、R4卜102.494mm的兩個(gè)曲面S3、S4構(gòu)成，其光軸上的中心厚度d3二9mm，材料為Nd3:Vd3約為1.8/25.4;第三透鏡L3分別由曲率半徑為R5=339.46mm、R6=-175.248mm的兩個(gè)曲面S5、S6構(gòu)成，其光軸上的中心厚度d5=6ram，材料為Nd5:Vd5約為1.8/25.4;第一透鏡Ll與第二透鏡L2在光軸上的間隔為d2=6mm，第二透鏡L2與第三透鏡L3在光軸上的間隔為d4二0.2mm，第三透鏡L3與成象面在光軸上的距離為d6=213.5mm。并列表如下<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>根據(jù)上表，可得出數(shù)據(jù)如下:f=164.3咖D/f=l:8入二1064nm2co=50°fl/f二-0.62f2/f二1.11f3/f=0.92由于fl/f=-0.62滿足-O.7<fl/f〈-0.5，f2/f=l.11滿足1.0〈f2/f<l.3，f3/f二0.92滿足0.8〈f3/f<l.0。圖3為上例中的光線追跡圖，圖4為像散、場曲及畸變分布圖，圖5為視場分別為0、0.3、0.5、0.7、0.85以及1.0各視場上的光程差圖，圖6為光學(xué)傳遞函數(shù)MTF圖。由上以各圖說明系統(tǒng)的像散與場曲得到很好的較正，光程差最大也不超過0.3A，且從光學(xué)傳遞函數(shù)MTF圖上看，各視場的MTF值均較一致，說明在全視場上成像均勻，沒有漸暈存在，且在系統(tǒng)的入射光束口徑較大，采用的與一般的/^光學(xué)系統(tǒng)不同的結(jié)構(gòu)形式，使得該系統(tǒng)的產(chǎn)品能夠與一般小入射光束口徑的產(chǎn)品進(jìn)行互換，達(dá)到小型化設(shè)計(jì)，且又能與現(xiàn)有的鏡頭安裝尺寸進(jìn)行互換，同時(shí)，在透鏡總個(gè)數(shù)仍為三片的情況下，使得孔徑、慧差、球差與像散得到較好的平衡。權(quán)利要求1.一種用于激光加工使用的光學(xué)fθ鏡頭，包括透鏡組和光闌，其特征在于所述光闌位于透鏡組的前方，透鏡組包括三個(gè)透鏡，分別為第一、第二、第三透鏡，依次排列為“負(fù)—正—正”分離的光焦度系統(tǒng)，所述第一透鏡為雙凹型負(fù)透鏡，第二透鏡為彎月型正透鏡，第三透鏡為雙凸型正透鏡，第二透鏡的兩個(gè)曲面均向著光闌方向彎曲，且整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距為f，第一、第二、第三透鏡的焦距分別為f1、f2、f3，各透鏡的焦距與系統(tǒng)的焦距f比率以下要求-0.7<f1/f<-0.51.0<f2/f<1.30.8<f3/f<1.0。2.如權(quán)利要求1所述光學(xué)^鏡頭，其特征在于fl/f=_0.62;f2/f二l.11;f3〃=0.92。3.如權(quán)利要求l所述光學(xué)/e鏡頭，其特征在于所述第一透鏡與光闌的距離為25-60mm。4.如權(quán)利要求l所述光學(xué)/9鏡頭，其特征在于所述第一透鏡的厚度為30咖左右。全文摘要一種用于激光加工使用的光學(xué)fθ鏡頭，包括透鏡組和光闌，所述光闌位于透鏡組的前方，透鏡組包括三個(gè)透鏡，分別為第一、第二、第三透鏡，依次排列為“負(fù)-正-正”分離的光焦度系統(tǒng)，所述第一透鏡為雙凹型負(fù)透鏡，第二透鏡為彎月型正透鏡，第三透鏡為雙凸型正透鏡，第二透鏡的兩個(gè)曲面均向著光闌方向彎曲，且整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距為f，第一、第二、第三透鏡的焦距分別為f1、f2、f3，各透鏡的焦距與系統(tǒng)的焦距f比率滿足以下要求關(guān)系-0.7＜f1/f＜-0.5；1.0＜f2/f＜1.3；0.8＜f3/f＜1.0。本發(fā)明所提供的光學(xué)fθ鏡頭，使得系統(tǒng)的球差、彗差與場曲都達(dá)到較好的平衡，使得成像結(jié)果良好且在整個(gè)像面上成像均勻，且該結(jié)構(gòu)應(yīng)用于大口徑入射的fθ鏡頭的小型化取得較好的效果。文檔編號B23K26/02GK101369046SQ20081006690公開日2009年2月18日申請日期2008年4月28日優(yōu)先權(quán)日2008年4月28日發(fā)明者周朝明,博孫,張維臣,李家英,李紅梅,高云峰,鮑瑞武申請人:深圳市大族激光科技股份有限公司