大视场紫外激光F‑theta扫描场镜及光学扫描系统技术方案

本实用新型专利技术涉及大视场紫外激光F‑theta扫描场镜及光学扫描系统。该大视场紫外激光F‑theta扫描场镜，从激光入射方向开始，包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，其中所述的第一透镜为凹面朝向入射光侧的弯月负透镜，第二透镜为凹面朝向入射光侧的弯月正透镜，第三透镜凹面朝向入射光侧的弯月正透镜，第四透镜为双凸正透镜。与现有技术相比，本实用新型专利技术扫描场镜排布成“‑+++”的光焦度分布，在大视场角度下，扫描场镜的像差依然得到良好的校正，各视场的波像差均小于λ/10。该扫描场镜具有大的视场，而且结构紧凑简单，镜片加工容易，造价低廉。

【技术实现步骤摘要】
大视场紫外激光F-theta扫描场镜及光学扫描系统
本技术属于光学
，涉及一种大视场紫外激光F-theta扫描场镜及基于该场镜的光学扫描系统。
技术介绍
随着激光加工的不断发展，对激光加工设备的要求越来越高，不仅体现在加工效率上，还要求加工出来的线条越来越精细。波长λ＝1064nm、532nm的激光已不能满足相关加工要求。为了达到更加精细、清晰的加工效果，使用短波紫外激光，可使其聚焦光斑极小，如下式所示：艾里斑直径δ＝2.44×λ/F#由上式可以看出，在使用相同的F#的扫描场镜时，使用激光波长λ＝355nm时，其艾里斑直径δ比使用1064nm、532nm波长的激光会更小。因此，使用配备355nm激光的激光加工设备，无论是打孔、划线、还是切割，都会比配备532nm或者1064nm激光效果更好，线条更精细。目前紫外加工主要是用于超精细打标、特殊材料打标和精确划线等。如在食品、医药包装材料上打标、打微孔，在柔性PCB板上打标、切割划片，对金属或非金属镀层进行去除，在硅晶圆片上进行微孔、盲孔加工等。在使用F-theta扫描场镜进行工作时，如果扫描场镜的视场比较小，在不移动加工件或工作台情况下，一次性加工比较小的视场范围，如果要加工较大的零件，需要移动工件或工作台，严重降低了加工效率和加工精度。专利CN101846790A中所述的F-theta扫描场镜，是一款355nm的扫描场镜，但该扫描场镜的视场只有50mmx50mm，无法克服上述的加工范围比较小所带来的缺陷。
技术实现思路
本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种大视场紫外激光F-theta扫描场镜及基于该场镜的光学扫描系统。本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种大视场紫外激光F-theta扫描场镜，从激光入射方向开始，包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，其中所述的第一透镜为凹面朝向入射光侧的弯月负透镜，第二透镜为凹面朝向入射光侧的弯月正透镜，第三透镜凹面朝向入射光侧的弯月正透镜，第四透镜为双凸正透镜。第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜的焦距与扫描场镜的焦距满足：-0.8＜f1/f＜-0.2，1＜f2/f＜2，0.5＜f3/f＜1.2，1＜f4/f＜2.5，优选，f1/f＝-0.45，f2/f＝1.475，f3/f＝0.83，f4/f＝1.64，其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距，f为扫描场镜的焦距。第一透镜的第一面曲率半径满足：-70mm＜R1＜-20mm，优选为R1＝-46.39mm，R1为第一透镜的第一面曲率半径。第一透镜的两个球面S1和S2，其曲率半径分别为-46.39mm和-317.26mm，第一透镜的中心厚度为3.31mm，材料为熔石英玻璃，其折射率为Nd＝1.46，阿贝数Vd为68；第二透镜的两个球面S3和S4，其曲率半径分别为-117.21mm和-74.7mm，第二透镜的中心厚度为19.79mm，材料为熔石英玻璃，其折射率为Nd＝1.46，阿贝数Vd为68；第三透镜的两个球面S5和S6，其曲率半径分别为-441.84mm和-83.26mm，第三透镜的中心厚度为15.37mm，材料为熔石英玻璃，其折射率为Nd＝1.46，阿贝数Vd为68；第四透镜的两个球面S7和S8，其曲率半径分别为397.02mm和-397.02mm，第四透镜的中心厚度为11.05mm，材料为熔石英玻璃，其折射率为Nd＝1.46，阿贝数Vd为68。第一透镜与第二透镜之间在光轴上的空气间隙为2.5mm，第二透镜与第三透镜之间在光轴上的空气间隙为0.5mm，第三透镜与第四透镜之间在光轴上的空气间隙为0.5mm，第四透镜与像面在光轴上的空气间隙为314.3mm。所述的扫描场镜的入射光束波长为355nm。所述的扫描场镜的全视场内像面主光线与像面倾斜角<12.9°。所述的扫描场镜的全视场内波像差<λ/10。所述的扫描场镜的大的工作视场φ>240mm。一种基于所述的扫描场镜的光学扫描系统，从激光入射端开始，该光学系统包括依次设置的扩束镜、振镜、F-theta扫描场镜及像面，振镜由彼此正交的x方向反射镜和y方向反射镜组成，光束依次经过扩束镜、振镜中的x方向反射镜和y方向反射镜，x方向反射镜转动会使激光光斑在加工物件的x方向上移动，y方向反射镜转动会使激光光斑在加工物件的y方向上移动，最后通过F-theta扫描场镜将激光光束聚焦到像面上。第一透镜距离振镜的距离为20mm-50mm，优选为37.63mm。本技术扫描场镜排布成“-+++”的光焦度分布，本技术场镜的工作波长为355nm，在大视场角度下，扫描场镜的像差依然得到良好的校正，各视场的波像差均小于λ/10。与现有技术相比，本技术场镜具有视场大、像差小的特点，能满足高精度的精细微加工，而且在加工稍大零件时，也能保证加工精度和加工效率。同时，本技术结构紧凑简单，镜片加工容易，造价低廉。附图说明图1为基于大视场紫外激光F-theta扫描场镜的光学系统结构示意图。图2为本技术的大视场紫外激光F-theta扫描场镜结构示意图。图3为本技术的大视场紫外激光F-theta扫描场镜一优选实施例的光线追迹图。图4为本技术的大视场紫外激光F-theta扫描场镜一优选实施例的像散、场曲及畸变图。图5为本技术的大视场紫外激光F-theta扫描场镜一优选实施例的视场分别为0、0.3F、0.5F、0.7F以及1.0F的光程差图。图6为本技术的大视场紫外激光F-theta扫描场镜一优选实施例的视场分别为0、0.3F、0.5F、0.7F以及1.0F情况上的光学传递函数图。图7为本技术的大视场紫外激光F-theta扫描场镜一优选实施例的视场分别为0、0.3F、0.5F、0.7F以及1.0F的衍射能量集中图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术进行详细说明。图1是基于大视场紫外激光F-theta扫描场镜的光学系统结构示意图。如图1所示，该光学系统可广泛应用于激光打孔、激光打标及激光切割中。由激光光源(图中未画出)所发出的光束依次经过扩束镜、振镜中的两块反射镜，x方向反射镜和y方向反射镜，x方向反射镜转动会使激光光斑在加工物件的x方向上移动，y方向反射镜转动会使激光光斑在加工物件的y方向上移动，两反射镜彼此正交，最后通过F-theta扫描场镜将激光光束聚焦到像面5上。通过振镜中的x、y方向反射镜绕轴转动实现激光光束在成像面5上的二维扫描。为实现上述要求，采用4片熔石英镜片，且镜片采用“-+++”的光焦度分布。如图2所示，本技术的大视场紫外激光F-theta扫描场镜沿入射光依次为：第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4，第一透镜1为凹面朝向入射端的弯月负透镜，焦距为f1，第二透镜2为凹面朝向入射端的弯月正透镜，焦距为f2，第三透镜3为凹面朝向入射端的弯月正透镜，焦距为f3，第四透镜4为双凸正透镜，焦距为f4，在优选实施例中，各镜片的焦距与扫描场镜的焦距f满足：f1/f＝-0.45，f2/f＝1.475，f3/f＝0.83，f4/f＝1.64。第一透镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大视场紫外激光F‑theta扫描场镜，其特征在于，从激光入射方向开始，包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，其中所述的第一透镜为凹面朝向入射光侧的弯月负透镜，第二透镜为凹面朝向入射光侧的弯月正透镜，第三透镜为凹面朝向入射光侧的弯月正透镜，第四透镜为双凸正透镜。

【技术特征摘要】
1.一种大视场紫外激光F-theta扫描场镜，其特征在于，从激光入射方向开始，包括第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，其中所述的第一透镜为凹面朝向入射光侧的弯月负透镜，第二透镜为凹面朝向入射光侧的弯月正透镜，第三透镜为凹面朝向入射光侧的弯月正透镜，第四透镜为双凸正透镜。2.根据权利要求1所述的一种大视场紫外激光F-theta扫描场镜，其特征在于，第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜的焦距与扫描场镜的焦距满足：-0.8＜f1/f＜-0.2，1＜f2/f＜2，0.5＜f3/f＜1.2，1＜f4/f＜2.5，其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距，f为扫描场镜的焦距。3.根据权利要求1所述的一种大视场紫外激光F-theta扫描场镜，其特征在于，第一透镜的第一面曲率半径满足：-70mm＜R1＜-20mm，R1为第一透镜的第一面曲率半径。4.根据权利要求1所述的一种大视场紫外激光F-theta扫描场镜，其特征在于，第一透镜的两个球面S1和S2，其曲率半径分别为-46.39mm和-317.26mm，第一透镜的中心厚度为3.31mm，材料为熔石英玻璃，其折射率为Nd＝1.46，阿贝数Vd为68；第二透镜的两个球面S3和S4，其曲率半径分别为-117.21mm和-74.7mm，第二透镜的中心厚度为19.79mm，材料为熔石英玻璃，其折射率为Nd＝1.46，阿贝数Vd为68；第三透镜的两个球面S5和S6，其曲率半径分别为-441.84mm和-83.26mm，第三透镜的中心厚度为15.37mm，材料为熔石英玻璃，其折射率为Nd＝1.46，阿贝数Vd...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄怀港，谭羽，
申请(专利权)人：上海仪万光电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31