光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)及激光加工設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種光學(xué)結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)及采用該光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)的激光加工設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]激光由于其高亮度、高方向性、高單色性和高相干性的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于科研、國(guó)防、工業(yè)等國(guó)民生產(chǎn)的重要方面。一般激光掃描加工設(shè)備的光路系統(tǒng)主要有三種方式:固定光路、飛行光路、半飛行光路。這三種方式的激光掃描加工設(shè)備一般包括:沿光路方向依次設(shè)置的激光器、準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡、45度角反射鏡、二維掃描振鏡以及聚焦透鏡(即平場(chǎng)透鏡或者遠(yuǎn)心透鏡)。目前，一般講激光器與準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡集成以形成激光光源，激光器產(chǎn)生的激光束由準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡進(jìn)行擴(kuò)束，以擴(kuò)大激光束的直徑且同時(shí)減小發(fā)散角，從而獲得近似平行的激光束，然后采用一片或者多片45度角反設(shè)鏡將激光束反射進(jìn)入二維掃描振鏡。二維掃描振鏡將激光束反射導(dǎo)入聚焦透鏡進(jìn)行聚焦，從而將激光束匯聚到待加工材料上，進(jìn)行激光掃描加工。二維掃描振鏡可以控制激光束的方向、移動(dòng)速度等，從而控制激光束的聚焦焦點(diǎn)在待加工材料上移動(dòng)并進(jìn)行掃描。激光束快速移動(dòng)以掃描待加工材料表面，使加工材料的表面部分發(fā)生氣化或者液化，然后采用一定方式將氣化或者液化部分除去。
[0003]在使用過(guò)程中，需要將激光光源產(chǎn)生的激光束準(zhǔn)確地與二維掃描振鏡的中心軸對(duì)準(zhǔn)并重合。然而，激光光源和二維掃描振鏡的結(jié)構(gòu)都較為復(fù)雜，尺寸較大，重量較重，所以難以將激光光源發(fā)出的激光束光軸與二維掃描振鏡的光軸調(diào)整重合。為此，一般需要設(shè)置多片45度角反射鏡，同時(shí)配合機(jī)械五維調(diào)節(jié)架以調(diào)整激光光源與二位掃描振鏡的位置。然而，機(jī)械五維調(diào)節(jié)架的調(diào)節(jié)過(guò)程較為復(fù)雜，且其穩(wěn)定性不高。另外，經(jīng)過(guò)多次45度角反射鏡的反射，激光束的能量損失嚴(yán)重，也使得45度角反射鏡吸收激光束的部分能量造成自身的熱形變，從而影響光路整體穩(wěn)定性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]基于此，有必要提供一種光路穩(wěn)定性較高的光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)及采用該光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)的激光加工設(shè)備。
[0005]一種光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)，用于激光加工設(shè)備中，包括沿激光束的傳輸方向依次設(shè)置的反射鏡、拋物面鏡及橢球面鏡，所述反射鏡可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置并相對(duì)激光束的入射方向傾斜，以使激光束沿平行于所述拋物面鏡的對(duì)稱軸的方向反射至所述拋物面鏡上，所述拋物面鏡鄰近所述反射鏡設(shè)置且其開(kāi)口背離所述反射鏡，所述拋物面鏡的外表面為第一反射面，所述橢球面鏡的內(nèi)表面為第二反射面，所述第二反射面朝向所述反射鏡及所述拋物面鏡，所述橢球面鏡的橢圓輪廓的其中一個(gè)焦點(diǎn)與所述拋物面鏡的焦點(diǎn)重合。
[0006]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述拋物面鏡與所述橢球面鏡一體成型，所述橢球面鏡的橢圓輪廓的長(zhǎng)軸與所述拋物面鏡的對(duì)稱軸平行或垂直。
[0007]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述拋物面鏡與所述橢球面鏡一體成型，所述橢球面鏡的橢圓輪廓的長(zhǎng)軸與所述拋物面鏡的對(duì)稱軸斜交。
[0008]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述拋物面鏡的外表面設(shè)有反射膜層以形成所述第一反射面，所述橢球面鏡的內(nèi)表面設(shè)置設(shè)有反射膜層以形成所述第二反射面。
[0009]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述反射鏡處于所述橢球面鏡的兩個(gè)焦點(diǎn)之間。
[0010]一種激光加工設(shè)備，包括沿激光束的傳輸方向依次設(shè)置的激光器、準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡、如上任一項(xiàng)所述的光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)，以及激光掃描機(jī)構(gòu)，所述光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)的反射鏡承接由所述準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡傳輸過(guò)來(lái)的激光束，所述激光掃描機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述橢球面鏡的兩個(gè)焦點(diǎn)之間，使激光束匯聚于預(yù)設(shè)的位置以進(jìn)行激光掃描加工。
[0011]在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述激光掃描機(jī)構(gòu)為二維掃描振鏡，其包括相互平行設(shè)置的X掃描振鏡與Y掃描振鏡。
[0012]對(duì)于上述激光加工設(shè)備，當(dāng)入射激光束沿著入射方向相對(duì)于反射鏡前進(jìn)或者后退，或者相對(duì)于其入射方向進(jìn)行偏置時(shí)，都無(wú)需對(duì)激光加工設(shè)備進(jìn)行任何調(diào)整，就能夠使得離開(kāi)橢球面鏡的激光束保持相同的聚焦位置，保證了光路的穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0013]通過(guò)附圖中所示的本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例的更具體說(shuō)明，本實(shí)用新型的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將會(huì)變得更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分，且并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本實(shí)用新型的主旨。
[0014]圖1為一實(shí)施例中的光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)除去反射鏡后的示意圖；
[0015]圖2為圖1所示光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)沿I1-1I線的剖視圖；
[0016]圖3為圖1所示光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)應(yīng)用于激光加工設(shè)備中的示意圖；
[0017]圖4為另一實(shí)施例中的光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖5為圖4所不光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)的另一狀態(tài)不意圖；
[0019]圖6為圖4所示光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)的再一狀態(tài)示意圖；
[0020]圖7為再一實(shí)施例中的光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說(shuō)明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本實(shí)用新型。但是本實(shí)用新型能夠以很多不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實(shí)用新型內(nèi)涵的情況下做類似改進(jìn)，因此本實(shí)用新型不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施的限制。
[0022]請(qǐng)參閱圖1至圖3，一實(shí)施例的激光加工設(shè)備，包括沿激光束105的傳輸方向依次設(shè)置的激光器、準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡、光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)100以及激光掃描機(jī)構(gòu)200 (參見(jiàn)圖3)。激光器產(chǎn)生激光束105，經(jīng)由準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡對(duì)激光束105進(jìn)行擴(kuò)束。此后激光束105經(jīng)由光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)100及激光掃描機(jī)構(gòu)200后抵達(dá)工件，以對(duì)工件進(jìn)行掃描加工。光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)100對(duì)激光束105產(chǎn)生聚焦作用，使得激光束105聚焦于到工件上。激光掃描機(jī)構(gòu)200控制激光束105的方向、移動(dòng)速度等參數(shù)，從而控制激光束105的聚焦焦點(diǎn)在工件上移動(dòng)以進(jìn)行掃描。在本實(shí)施方式中，入射激光束105的波長(zhǎng)范圍為200?12000納米。
[0023]光學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)100包括沿激光束105的傳輸方向依次設(shè)置的反射鏡10、拋物面鏡30以及橢球面鏡50。反射鏡10承接從準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡傳輸過(guò)來(lái)的激光束105并反射至拋物面鏡30上，拋物面鏡30將激光束105反射至橢球面鏡50上，進(jìn)而反射至激光掃描機(jī)構(gòu)200。
[0024]反射鏡10為平面鏡且相對(duì)激光束105的傳輸方向傾斜，以將激光束105反射至拋物面鏡30上。在本實(shí)施方式中，激光束105垂直向下抵達(dá)反射鏡10上，反射鏡10傾斜向上設(shè)置。拋物面鏡30鄰近反射鏡10設(shè)置，其開(kāi)口背離反射鏡10。拋物面鏡30的對(duì)稱軸31相對(duì)反射鏡10傾斜設(shè)置，且平行于反射鏡10反射過(guò)來(lái)的激光束105。拋物面鏡30的外表面33設(shè)有高反射膜層以形成第一反射面，用于將激光束105反射至橢球面鏡50上。橢球面鏡50朝向反射鏡10及拋物面鏡30，且其開(kāi)口內(nèi)表面51設(shè)置設(shè)有高反射膜層以形成第二反射面，用于將激光束105反射至激光掃描機(jī)構(gòu)200。橢球面鏡50的橢圓輪廓長(zhǎng)軸53與拋物面鏡30的對(duì)稱軸31重合，且橢球面鏡50的橢圓輪廓的一個(gè)焦點(diǎn)55與拋物面鏡30的焦點(diǎn)35重合。拋物面鏡30與橢球面鏡30由金屬材料一體成型。在本實(shí)施方式中，拋物面鏡30的開(kāi)口方向傾斜向上，與反射鏡10的傾斜方向相同，且橢球面鏡50的橢圓輪廓的