[发明专利]f-theta光学镜头

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学镜头，特别是关于一种应用于紫外激光的f-theta光学镜头。

背景技术

随着激光加工的不断发展，需要加工的介质品种日益增加，要求加工出来的效果也越来越精细，尤其是一些特殊材料，它们对激光的波长都有不同的要求，一种传统的激光应用f-theta光学镜头系统的结构如图1所示。有一些材料用以往常用的激光波长λ＝1064nm或者532nm已不能满足这些介质的加工要求。还有一些材料是即使能用波长为1064nm或532nm的激光来加工，但为了达到更加精细、清晰的效果，还是改用短波紫外激光加工，这是因为其聚焦光斑(瑞利斑)极小，如下式所示：

瑞利斑直径δ＝2.44λf/D

由上式可以看出，在使用相同的f/D的光学镜头时，使用激光波长λ＝355nm时，其瑞利斑直径比用1064nm或532nm波长的激光更小至1/3-1/1.5。所以无论是切割、划线，效果会更精细，而且由于短波加工能量更加集中，对加工区热影响微乎其微等，因此用紫外激光加工会有更高的工作效率，应用也越来越广泛。目前紫外激光加工主要是用于超精细打标、特殊材料打标及刻划等，如在食品、医药包装材料上打标、打微孔(孔径d≤10μm)；在柔性PCB板上打标，划片；对金属或非金属镀层去除；在硅晶圆片上进行微孔、盲孔加工等。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种整体结构紧凑的f-theta光学镜头。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种f-theta光学镜头，其包括沿入射光线传输方向设置的第一透镜，第二透镜，以及第三透镜，其中所述的第一透镜为双凹型透镜，第二透镜为弯月型透镜，且曲面均向着光线入射方向弯曲，第三透镜为双凸型透镜，该镜头的焦距为160mm，入瞳直径为12mm，入射光波长为355nm，视场角为ω，其中2ω＝50°，加工面积为100*100mm²。

本发明解决进一步技术问题的方案是：所述的第一透镜包括曲率半径分别为R1、R2的两个曲面S1、S2，其光轴上的中心厚度d1，其材料为Nd1(折射率):Vd1(阿贝数)，所述的R1为-35mm，R2为340mm，Nd1:Vd1为1.5/70，d1为3mm。

本发明解决进一步技术问题的方案是：所述的第二透镜包括曲率半径分别为R3、R4的两个曲面S3、S4，其光轴上的中心厚度d3，其材料为Nd3(折射率):Vd3(阿贝数)，所述的R3为-120mm，R4为-55mm，Nd3:Vd3为1.6/41，d3为6mm。

本发明解决进一步技术问题的方案是：所述的第三透镜包括曲率半径分别为R5、R6的两个曲面S5、S6，其光轴上的中心厚度d5，其材料为Nd5(折射率):Vd5(阿贝数)，所述的R5为350mm，R6为-60mm，Nd5:Vd5为1.6/41，d5为12mm。

本发明解决进一步技术问题的方案是：第一透镜与第二透镜在光轴上的间距为d2，第二透镜与第三透镜在光轴上的间距为d4，所述的d2为4mm，d4为0.1mm。

本发明解决进一步技术问题的方案是：所述的第三透镜与成像面之间进一步设置保护镜，该保护镜为双平板透镜，其包括平面S7，S8，该保护镜光轴上的中心厚度为3mm，所述的平面S7的材料为Nd7(折射率):Vd7(阿贝数)，Nd7:Vd7为1.5/70。

本发明解决进一步技术问题的方案是：所述的第三透镜与保护镜在光轴上的间距为2mm。

本发明解决进一步技术问题的方案是：所述的曲面曲率半径，曲面间隔以及材料参数的修正范围为±5％。

本发明的f-theta光学镜头整体结构非常紧凑，加工聚焦光斑小、能量更加集中，可在某些要求加工出来的效果超精细的特殊材料上进行打标或刻划，使平象场要求得到满足，所有像差的校正都几乎达到了理想分辨率，而且当光学参数与λ＝532nm相同的情况下，该f-theta光学镜头的结构和大小基本与之一致，且最后成像结果也基本相同，均能达到理想的使用效果。

附图说明

图1是一种现有技术中的f-theta光学镜头的结构示意图。

图2是本发明的f-theta光学镜头的光学系统结构示意图。

图3为本发明的f-theta光学镜头一较佳实施例中的弥散斑图。

图4为本发明的f-theta光学镜头一较佳实施例中的像散、场曲、畸变图。

图5为本发明的f-theta光学镜头一较佳实施例中的光学传递函数MTF图。

具体实施方式