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(/0)光學(xué)鏡頭。
背景技術(shù)：
：目前，激光應(yīng)用己深入到我們現(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(chǎng)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。W(F-theta)鏡頭是一種大視場(chǎng)、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)橛辛薟(F-theta)鏡頭才得以實(shí)現(xiàn)。圖1是一種典型的W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/P鏡3聚焦在像面4上，由振鏡掃描形成圖像。W鏡頭3是一種平像場(chǎng)的聚焦鏡，在打標(biāo)時(shí)，要求在成像面上像高tl與X振鏡1和Y振鏡2的掃描角度P成線性關(guān)系艮卩7=/.^^)。其中，/為"鏡頭3的焦距，^為振鏡的掃描角度(單位為弧度)。由高斯光學(xué)成像理論知像高/7與鏡頭焦距/和振鏡轉(zhuǎn)角^為下列關(guān)系/7=/.《"它不滿足/7=/.^(&)關(guān)系式。因此，徵光打稱系統(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e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;7，使得滿足下式所示關(guān)系7=A7)=/6。這個(gè)結(jié)論是非常重要的。雖然A7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△77=/-^-/^=/Og")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)問題在于提供一種在全視場(chǎng)上成像均勻、沒有漸暈存在的激光應(yīng)用光學(xué)W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)y^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，所述第一透鏡為彎月型負(fù)透鏡，第二透鏡為彎月型正透鏡，第三透鏡為雙凸型或彎月型正透鏡，第一透鏡與第二透鏡所有的曲面均向著光鬧方向彎曲，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比率以下要求-0.6<f1/f<-0，40.5<f2/f〈0.80.9<f3/f〈1.2。其中，fl/f=—0.49;f2/f=0.69;f3/f=1.03。其中，fl/f=_0.49;f2/f=0.58;f3/f=1.01。其中，所述第一透鏡與光闌的距離為30—80mm。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(chǎng)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W鏡頭的小型化取得較好的效果，且在系統(tǒng)的入射光束口徑較大，采用的與一般的/0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)。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/P鏡頭較佳實(shí)施例1中的光線追跡圖。圖4為本發(fā)明/e鏡頭較佳實(shí)施例1中的像散、場(chǎng)曲及畸變。圖5為本發(fā)明/e鏡頭較佳實(shí)施例1中的視場(chǎng)分別為0、0.3、0.5、0.7、0.85以及1.0各視場(chǎng)上的光程差圖。圖6為本發(fā)明/P鏡頭較佳實(shí)施例1中的光學(xué)傳遞函數(shù)MTF圖。圖7為本發(fā)明"鏡頭較佳實(shí)施例2中的光線追跡圖。圖8為本發(fā)明/e鏡頭較佳實(shí)施例2中的像散、場(chǎng)曲及畸變。圖9為本發(fā)明/^鏡頭較佳實(shí)施例2中的視場(chǎng)分別為0、0.3、0.5、0.7、0.85以及1.0各視場(chǎng)上的光程差圖。圖10為本發(fā)明/^鏡頭較佳實(shí)施例2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(duì)本發(fā)明作進(jìn)一段步說明。W(F-theta)鏡頭是一種大視場(chǎng)、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(chǎng)的照相物鏡，與照相物鏡一樣，它是一個(gè)"平像場(chǎng)"的物鏡。如圖2，本發(fā)明光學(xué)^鏡頭采用三片式"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)，所述光闌(振鏡)1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Ll的光焦度l/fl為負(fù)透鏡，第二透鏡L2的光焦度1/f2與第三透鏡L3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的比率按以下要求-0.6<f1/f<-0.40.5<f2/f<0.80.9〈f3/f<1.2。其中，整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距為f，第一、第二、第三透鏡L1、L2、L3的焦距分別為fl、f2、f3。其中，第一透鏡Ll距光闌(振鏡)1的距離d0為25-60mm，第一透鏡L1為彎月型的負(fù)透鏡、第二透鏡L2為彎月型正透鏡，兩個(gè)透鏡的所有曲面均向著光闌(振鏡)l方向彎曲，第三透鏡L3為平凸型或彎月型正透鏡，它們所有的曲面向著光闌(振鏡)l方向彎曲，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)了兩個(gè)鏡頭，其具體參數(shù)分別如下所示實(shí)例h第一透鏡L1分別由曲率半徑為Rl=-38.973mm、R2=-85.54mm的兩個(gè)曲面S1、S2構(gòu)成，其光軸上的中心厚度dl二4.4mm，材料為Ndl:Vdl約為1.52/64;第二透鏡L2分別由曲率半徑為R3=_85.54mm、R4=-50.275mm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:^、R6=-162.62mm的兩個(gè)曲面S5、S6構(gòu)成，其光釉上的中心厚度d5=6mm,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=2.5mm,第二透鏡L2與第三透鏡L3在光軸上的間隔為d4=0.5mm,第三透鏡L3與成象面在光軸上的距離為d6=235mm。并列表如下<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>由于fl/f=-0.49滿足-O.6〈fl/f<-0.4，f2/f=0.69滿足0.5〈f2/f<0.8，f3/f=l.03滿足0.9〈f3/f〈l.2。圖3為上例中的光線追跡圖，圖4為像散、場(chǎng)曲及畸變分布圖，圖5為視場(chǎng)分別為0、0.3、0.5、0.7、0.85以及1.0各視場(chǎng)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(chǎng)曲得到很好的較正，光程差最大也不超過O.15入，且從光學(xué)傳遞函數(shù)MTF圖上著，各視'場(chǎng)的MTF值均較一致，說明在全視場(chǎng)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)行互瓶達(dá)到小型化設(shè)計(jì)。實(shí)例2:第一透鏡Ll分別由曲率半徑為Rl=_63.66諷R2二一156.46mm的兩個(gè)曲面S1、S2構(gòu)成，其光軸上的中心厚度dP5.9mm，材料為Ndl:Vdl約為1.52/64第二透鏡L2分別由曲率半徑為R3二一122.14mm、R4=_78.585mm的兩個(gè)曲面S3、S4構(gòu)成，其光軸上的中心厚度d3:ll腿，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=—744.74mm、R6=—232.62mm的兩個(gè)曲面S5、S6構(gòu)成，其光軸上的中心厚度d5=8腿，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=3.2鵬第二透鏡L2與第三透鏡L3在光軸上的間隔為d4^.3mm，第三透鏡L3與成象面在光軸上的距離為d6=485mm。并列表如下<table>complextableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>根據(jù)上表，可得出數(shù)據(jù)如下f=433.3mmD/f=l:14入二1064nm2co二5(Tfl/f=-0.49f2/f=0.58f3/f=l.01由于fl/f=-0.49滿足-O.6〈fl/f〈-0.4，f2/f=0.58滿足0.5〈f2/f<0.8,f3/f=l.01滿足0.9<f3/f<l.2。圖7為上例中的光線追跡圖，圖8為像散、場(chǎng)曲及畸變分布圖，圖9為視場(chǎng)分別為0、0.3、0.5、0.7、0.85以及l(fā).O各視場(chǎng)上的光程差圖，圖IO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(chǎng)曲得到很好的較正，光程差最大也不超過0.2入，且從光學(xué)傳遞函數(shù)MTF圖上看，各視場(chǎng)的MTF值均較一致，說明在全視場(chǎng)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)。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)，其中，所述第一透鏡為彎月型負(fù)透鏡，第二透鏡為彎月型正透鏡，第三透鏡為平凸型或彎月型正透鏡，第一透鏡、第二透鏡及第三透鏡所有的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，各透鏡的焦距與整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距f比率以下要求-0.6<f1/f<-0.40.5<f2/f<0.80.9<f3/f<1.2。2.如權(quán)利要求l所述光學(xué)/e鏡頭，其特征在于fl/f二-0.49;f2/f=0.69;f3/f=1.03。3.如權(quán)利要求l所述光學(xué)/^鏡頭，其特征在于fl/f二-0.49;f2/f=0.58;f3/f二1.01。4.如權(quán)利要求1所述光學(xué)/^鏡頭，其特征在于所述第一透鏡與光闌的距離為30—80mm。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，該三個(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)，其中，所述第一透鏡為彎月型負(fù)透鏡，第二透鏡為彎月型正透鏡，第三透鏡為平凸型或彎月型正透鏡，第一透鏡、第二透鏡及第三透鏡所有的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，各透鏡的焦距與整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的焦距f比率滿足以下要求關(guān)系-0.6＜f1/f＜-0.4；0.5＜f2/f＜0.8；0.9＜f3/f＜1.2。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(chǎng)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(hào)B23K26/02GK101369047SQ20081006690公開日2009年2月18日申請(qǐng)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(qǐng)人:深圳市大族激光科技股份有限公司