[发明专利]一种短焦距大工作范围场镜的光学系统

说明书

本发明公开了一种短焦距大工作范围场镜的光学系统，包含沿光线入射方向依次设置的第一光组、第二光组和第三光组；沿光线入射方向，第一光组包括第一透镜和第二透镜，第二光组包括第三透镜，第三光组包括第四透镜和第五透镜；第一透镜、第二透镜、第三透镜和第五透镜均为正透镜，第四透镜为负透镜。本发明短焦距大工作范围场镜的光学系统，利用光学角放大原理，实现短焦距大工作范围，适用于大范围切割及打标等激光加工，具有更高的加工效率，可实现对金属、PCB板、布料等材料的加工。

技术领域

本发明涉及一种短焦距大工作范围场镜的光学系统，属于激光加工技术领域。

背景技术

随着激光加工技术在工业生产加工中发挥越来越重要的作用，普通的F-θ场镜因焦距和光学角度的限制，只能实现与焦距和角度正相关的扫描区域。如果需要大的扫描范围，势必要通过增大焦距来实现，增大焦距带来的后果就是聚焦光斑大小直线增大，达不到需要加工的性能。光学角度也因为其他机械部件的影响，无法自由的增大，这也制约着加工的效率。因此需要一款短焦距大工作范围的F-θ场镜来突破此限制。

发明内容

本发明提供一种短焦距大工作范围场镜的光学系统，利用光学放大原理，在焦距一定且满足机械角度的情况下，直接对光学角度进行放大，实现了短焦大工作范围，且光斑大小不会增大，满足对光斑有要求、且希望能大幅面工作的激光加工。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种短焦距大工作范围场镜的光学系统，包含沿光线入射方向依次设置的第一光组、第二光组和第三光组；沿光线入射方向，第一光组包括第一透镜和第二透镜，第二光组包括第三透镜，第三光组包括第四透镜和第五透镜；第一透镜、第二透镜、第三透镜和第五透镜均为正透镜，第四透镜为负透镜。

为了实现光学角度的放大，需要对第一光组和第二光组的焦距进行固定设计，使其比值约等于f1/f2＝θ2/θ1,实现光学角度的放大，其中，f1为第一光组的焦距，f2为第二光组的焦距，θ1为第一光组前光线入射角，θ2为第二光组后光线入射角。优选，θ1为28°，θ2为56°。

为了满足短焦距大工作范围，同时提高聚焦效果，第一光组的焦距f1＝220mm，第二光组的焦距f2＝110mm，第三光组的焦距f3＝150mm。

本发明的所选用的镜片材质均为国产普通光学玻璃，可根据不同的激光器和使用场景来搭选不同的材料。优选，本申请采用冕类和火石类玻璃，玻璃材料的稳定性好，为了实现更好的消色差效果，优选，第一透镜所用材质为冕玻璃，第二透镜、第三透镜和第五透镜所用材质均为重火石玻璃，第四透镜所用材质为轻冕玻璃。

为了提高系统的稳定性，同时进一步确保聚焦效果，第一透镜的中心厚度为4±0.05mm，第二透镜的中心厚度为4.6±0.05mm，第三透镜的中心厚度为6.2±0.05mm，第四透镜的中心厚度为3.1±0.05mm，第五透镜的中心厚度为4.8±0.05mm。

为了提高切割效率，第一光组和第二光组之间的中心间隔为236±0.03mm，第二光组和第三光组之间的中心间隔为94±0.03mm；第一透镜和第二透镜之间的中心间隔为3.1±0.01mm，第四透镜和第五透镜之间的中心间隔为1.3±0.01mm。