本发明专利技术涉及一种应用于紫外激光打标的F-theta光学镜头，其包括沿光传播方向依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜；第一透镜为双凹型透镜；第二透镜为弯月型透镜，其曲面向着入射光方向弯曲；第三个透镜为双凸型透镜；第四个透镜为弯月型透镜，其曲面为背向入射光方向弯曲；在F-theta光学镜头中加入接近同心球的广角弯月型第二透镜实现对镜头加工范围的扩大；在系统焦距受到控制的条件下，加入另一块弯月型第四透镜将镜头光学系统主面沿着入射光方向外移以加长镜头后工作距离，减少打标产物污染镜头表面之几率；同时整个镜头中采用近远心结构以控制大视场像方主光线与像面之间的倾角，使加工微孔时倾斜问题得到改善。
【技术实现步骤摘要】
-种应用于紫外激光打标的F-theta光学镜头
本专利技术涉及一种应用于紫外激光打标的F-theta光学镜头。
技术介绍
随着激光加工的不断发展，需要加工的介质种类层出不穷，对激光加工的需求效 果也趋于精细。激光打标是激光加工的重要方式之一，其利用能量高度集中的光束在各种 不同的物质表面留下永久的标记，具有效率高、灵活性强、耗材少、标记永久等优点，广泛应 用于电子元件、精密机械、高分子材料加工等领域。 目前市面上常见的激光打标机主要WC02激光打标机W及YAG激光打标机为主， 其工作波长分别为10.6ym、1. 064ym，而为了达到更加精细、清晰的效果，应改用短波段的 紫外激光进行加工，其聚焦光斑极小，如下式所示： 激光焦斑直径5 =^^^^，式中。是激光光束质量因子，A为激光波长^为光学系统 血 焦距，D为入射光束直径； 由上式可知，在使用具有相同F/#的镜头前提下，采用波长入=355nm的激光工作时，相 比采用波长A=10.6ym、1. 064ym的激光得到的激光焦斑直径小，因而加工效果更精细。 典型的F-theta镜光学系统要求像面上的像高n与扫描角0成线性关系，即； n=fX0 (Sr),其中，f为镜头的焦距，0振镜的扫描角，（单位为弧度)。光学系统设计应 引入适当的桶形崎变W满足该项要求。 典型的F-theta镜光学系统的另一要求是在全视场上成像均匀，没有渐晕存在， 光学设计应适当校正像差W满足该项要求。 激光打标通过聚焦高能量光束在物体表面，令表层物质蒸发，或引发化学物理变 化，或烧掉部分物质而刻出图案或微孔，由此，镜头距离打标表面距离过近会被打标产生的 污物而污染，表层物质蒸发甚至会在镜头表面锻上无用的薄膜，需经常清洁或更换保护玻 璃，影响使用效果、寿命及降低工作效率，故在光学系统设计中应适当优化镜头的后工作距 离不能过小。 普通的F-theta光学镜头在打标时，由于其像方主光线与像面之间存在一定倾 角，尤其在视场较大的区域，该倾角可达到15-20°，用普通的F-theta光学镜头打的微孔 将倾斜，而专利CN200710073161提出采用具有远也结构的光学系统解决该问题，使像方主 光线相互平行且像方主光线与像面在全视场上相互垂直，但远也镜头有效口径至少要与加 工区域口径一致，而镜头有效口径因加工能力要求及成本较高等因素受到限制，导致远也 镜头的可加工范围较小。并且，专利CN200710073161所述镜头只适用于波长为266皿的紫 外激光工作，不适用于更为普遍的紫外激光打标机，其工作波长为355nm。 根据专利CN201010198683所述紫外激光应用的光学镜头存在系统焦距小、加工 范围小、后工作距离短的缺点，其系统焦距为80mm、加工范围为50mmX50mm、后工作距离小 于100mm，无法满足在要求大加工范围、长工作距离的紫外激光打标中使用，由此对紫外激 光打标的应用领域有一定限制。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种光学系统焦距大、加工范围大、后工作距离 长、具有近远也结构的应用于紫外激光打标的F-theta光学镜头，解决现有紫外激光打标 镜头焦距小、加工范围小、后工作距离短的问题，并改善激光打标时打标产物易污染镜头表 面的问题、改善因镜头像方主光线与像面之间存在一定倾角导致的加工微孔倾斜问题。 为了达到上述目的，本专利技术一种应用于紫外激光打标的F-theta光学镜头，其包 括沿光传播方向依次排列的第一透镜、第二透镜、第H透镜W及第四透镜；所述第一透镜为 双凹型透镜；所述第二透镜为弯月型透镜，其曲面向着入射光方向弯曲；所述第H个透镜 为双凸型透镜；所述第四个透镜为弯月型透镜，其曲面为背向入射光方向弯曲；并且，所述 第一透镜、第二透镜、第H透镜W及第四透镜的焦距分别与所述F-theta光学镜头的系统 焦距的比率满足W下要求： -0. 95<fi/f/-l. 05, -0. 35<f2/f/-0. 5, Kf3/f/2. 5, 0. 2<f4/f/0. 4, 其中fl、f2、f3、f4分别为第一透镜、第二透镜、第H透镜W及第四透镜的焦距，f；为所述F-theta光学镜头的系统焦距。 优选地，所述F-theta光学镜头的入射光波长为355皿。 优选地，所述F-theta光学镜头的扫描范围为126mmX126mm。 优选地，所述F-theta光学镜头的焦距为214mm，后工作距离为250mm。 优选地，所述F-theta光学镜头采用负-负-正-正分离的光焦度系统对高阶 像差进行相互补偿，使所述镜头的高阶像差得到校正。所述第一透镜、第二透镜、第H透镜 W及第四透镜的焦距分别与所述F-theta光学镜头的系统焦距的比率满足W下要求；fi/ 01，f2/f；=-〇. 39,f3/fw=l. 57,f4/fw=〇. 30 ;其中fi、f2、fs、f4 分别为第一透镜、第二透 镜、第H透镜W及第四透镜的焦距，f；为所述F-theta光学镜头的系统焦距。 优选地，所述F-theta光学镜头的入瞳直径为13mm。 优选地，所述第一透镜由曲率半径分别为Rl=-326. 97mm、R2=145. 69mm的表面S1 和S2构成，其中也厚度dl=3mm;第一透镜与第二透镜在光轴上空气间隔厚度d2=12. 5mm; 第二透镜由曲率半径分别为R3=-23. 79mm、R4=-28. 61的表面S3和S4构成，其中也厚度 d3=6. 9mm;第二透镜与第H透镜在光轴上空气间隔厚度d4=0. 1mm;第H透镜由曲率半径分 别为贴=-790. 09mm、R6=-60. 42mm的表面S5和S6构成，其中也厚度d5=14. 20mm;第H透镜 与第四透镜在光轴上空气间隔厚度d6=0. 1mm;第四透镜由曲率半径分别为R7=l16. 98mm、 R8=173. 75mm的表面S7和S8构成，其中也厚度d7=10mm;其中，所有第一透镜、第二透镜、第 H透镜W及第四透镜的曲率半径公差范围为5%，中也厚度公差范围为5%，所有空气间隔厚 度公差范围为5%。 优选地，所述第一透镜、第二透镜、第H透镜w及第四透镜的材料满足；折射率/ 色散系数=Nd/Vd=l. 46/68,其公差范围为5%。 所述F-theta光学镜头焦距大、加工范围大、后工作距离长、具有近远也结构，其 通过将所述F-theta光学镜头的焦距及入射光瞳直径控制在一定范围内使激光焦斑小于 0.01mmW实现超精细打标。在所述F-theta光学镜头中加入接近同也球的广角弯月型第二 透镜实现对镜头加工范围的扩大；在镜头光学系统焦距受到控制的条件下，在镜头光学系 统加入另一块弯月型第四透镜将镜头光学系统主面沿着入射光方向外移W加长镜头后工 作距离，减少打标产物污染镜头表面之几率；同时整个镜头系统中采用近远也结构W控制 大视场像方主光线与像面之间的倾角，使加工微孔时倾斜问题得到改善。 此外，上述F-theta光学镜头采用负-负-正-正分离互补的光焦度系统，对系 统的像散及场曲有很好的校正，在全视场上成像均匀，没有渐晕，分辨率达到理想本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种应用于紫外激光打标的F‑theta光学镜头，其特征在于，其包括沿光传播方向依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜；所述第一透镜为双凹型透镜；所述第二透镜为弯月型透镜，其曲面向着入射光方向弯曲；所述第三个透镜为双凸型透镜；所述第四个透镜为弯月型透镜，其曲面为背向入射光方向弯曲；并且，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜的焦距分别与所述F‑theta光学镜头的系统焦距的比率满足以下要求：‑0.95<f1/fw<‑1.05，‑0.35<f2/fw<‑0.5，1<f3/fw<2.5，0.2<f4/fw<0.4，其中f1、f2、f3、f4分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜的焦距，fw为所述F‑theta光学镜头的系统焦距。
【技术特征摘要】
1. 一种应用于紫外激光打标的F-theta光学镜头，其特征在于，其包括沿光传播方向 依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜；所述第一透镜为双凹型透镜；所 述第二透镜为弯月型透镜，其曲面向着入射光方向弯曲；所述第三个透镜为双凸型透镜； 所述第四个透镜为弯月型透镜，其曲面为背向入射光方向弯曲；并且，所述第一透镜、第二 透镜、第三透镜以及第四透镜的焦距分别与所述F-theta光学镜头的系统焦距的比率满足 以下要求： -0. 95<^/^<-1, 05, -0. 35<f2/fw<-0. 5, l<f3/fw<2. 5, 0. 2<f4/fw<0. 4, 其中4、4、心、&分别为第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜的焦距，匕为所述 F-theta光学镜头的系统焦距。2. 根据权利要求1所述的一种应用于紫外激光打标的F-theta光学镜头，其特征在于， 所述F-theta光学镜头的入射光波长为355nm。3. 根据权利要求1所述的一种应用于紫外激光打标的F-theta光学镜头，其特征在于， 所述F-theta光学镜头的扫描范围为126mmX 126mm。4. 根据权利要求1所述的一种应用于紫外激光打标的F-theta光学镜头，其特征在于， 所述F-theta光学镜头的焦距为214mm，后工作距离为250mm。5. 根据权利要求1所述的一种应用于紫外激光打标的F-theta光学镜头，其特征在于， 所述第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜的焦距分别与所述F-theta光学镜头的 系统焦距的比率满足以下要求 01，f2/fw=_〇. 39, f3/fw...
【专利技术属性】
技术研发人员：毛卫平，
申请(专利权)人：东莞市兰光光学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44
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