能调节光斑直径的光学装置、方法及激光成像设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种能调节光斑直径的光学装置、方法及激光成像设备，装置包括：在光路上依次设置的发光光源、准直镜、成像透镜、圆形挡光片以及聚焦平面；发光光源发出的光入射至成像透镜后，外围部分的环形光在聚焦平面上汇聚成衍射图案，中间部分的光束被圆形挡光片遮挡；发光光源的波长为，成像透镜的焦距为f,成像透镜的外直径为a,因圆形挡光片遮挡导致发光光源不能聚焦到聚焦平面上的那部分光束在成像透镜上投射形成的圆形区域的直径为b,b=k

【技术实现步骤摘要】
能调节光斑直径的光学装置、方法及激光成像设备


[0001]本专利技术属于光学设备领域，尤其是涉及到能调节光斑直径的光学装置、方法及激光成像装置。

技术介绍

[0002]参考图1，发光光源10发出的光经过准直镜20准直后，平行射出至聚焦透镜30，经聚焦透镜30聚焦后，汇聚在成像面40上，形成直径为h的光斑。为了减小光斑直径h，现有技术的通常做法是在准直镜20和聚焦透镜30之间的光路上插入内直径d大小可调的环形光阑片50。通过调节环形光阑片50的内直径d的大小，来改变光斑直径h的大小。然而事实上，无论怎么调节环形光阑片50的内直径d的大小，光斑直径h只能调大，不能调小。由于光斑直径不能调小，这极大的制约了诸如PCB(printedcircuitboard，印刷电板)行业、光刻机行业的发展。例如：对于PCB板而言，光斑直径越小，在PCB板上所占面积越小，在PCB板上的利用激光印制的东西越多越精细；对光刻机而言，光斑越小，光刻精度越高。

技术实现思路

[0003]本专利技术公开了一种能调节光斑直径的光学装置，其目的在于解决光斑直径不能调小以至于不能提高图像分辨率的问题。
[0004]本专利技术的方案如下：能调节光斑直径的光学装置，包括：在光路上依次设置的发光光源、准直镜、成像透镜、圆形挡光片以及聚焦平面；发光光源发出的光经准直镜准直后平行入射至成像透镜，经成像透镜透射后，中间部分的光束被遮挡于圆形挡光片，不能聚焦到聚焦平面上，外围部分的环形光在聚焦平面形成衍射图案；其中，发光光源的波长为，成像透镜的焦距为f,成像透镜的外直径为,因圆形挡光片遮挡导致发光光源不能聚焦到聚焦平面上的那部分光束在成像透镜上形成的圆形区域直径为b,b=k
×
a，k∈(0,1)，b值大小可调，k为随b增大而增大的第一变量值，位于衍射图案的圆心的圆形亮斑的半径,n为随k增大而减小的第二变量值；在成像透镜上的直径为b以内的部分为球面透镜区域，成像透镜上在直径b和直径a之间的部分为非球面透镜区域。
[0005]进一步地：b值增加，则k增加，n值减小，r减小。
[0006]进一步地：增加b值的方法为：减小圆形挡光片到成像透镜的距离L和/或增大圆形挡光片的直径c。
[0007]进一步地：k=0.25，n=0.58。
[0008]进一步地：k=0.5，n=0.51。
[0009]进一步地：k=0.75，n=0.42。
[0010]本专利技术还公开了一种利用上述光学装置调节光斑直径的方法，包括如下步骤：步骤1：在光路上依次设置发光光源、准直镜、成像透镜、圆形挡光片以及聚焦平面；步骤2：打开发光光源，使发光光源发出的光经准直镜准直后平行入射至成像透镜，经成像透镜透射后，中间部分的光束被遮挡于圆形挡光片，不能聚焦到聚焦平面上，外围部分的环形光在聚焦平面上形成衍射图案；步骤3： 根据公式，调节位于衍射图案圆心的圆形亮斑的半径r。
[0011]进一步地：通过增加b以增加的值减小。
[0012]进一步地：增大b的方法为减小圆形挡光片到成像透镜的距离L和/或增大圆形挡光片的直径c。
[0013]本专利技术还公开了一种激光成像设备，激光成像设备包括前述的能调节光斑直径光学装置。
[0014]本光学装置的有益技术效果：1、通过在成像透镜和聚焦平面的光路上设置圆形挡光片，使经成像透镜透射的出射光形成中空的环形光，环形光汇聚在聚焦平面上；通过增大b, b为因圆形挡光片遮挡导致发光光源不能聚焦到聚焦平面上的那部分光束在成像透镜上形成的圆形区域直径,进而增大k值，由于n值随k的增大而减小，根据公式，又由于成像透镜的外直径a不能无限制的变大，所以在中空环形光波长及成像透镜的焦距f为定值的情况下，通过减小n值，可减小位于衍射图案圆心的圆形亮斑的半径r，以实现调小光斑直径，提高图像分辨率的目的。
[0015]2、本技术方案由于能减小光斑的半径，将该技术运用在激光制版领域，将大大提高激光制版的图像印制精度；运用在PCB板行业，也能提高PCB板的电路印制精度，使得在同样的PCB板上能够印制更多更细小的线路，提高PCB板的利用率。对于其他行业，例如激光手术，随着光斑变小，则可以用于要求更高的微创手术。还比如说激光焊接和切割行业，由于光斑变小，则焊缝变得更细，适合精密仪器的焊接。当然，这些应用仅仅是示例性的，在此不做限制。
[0016]3、在制作成像透镜时，只需要将成像透镜用于供发光光源透射但并未经圆形挡光片遮挡的外侧的环形部分设计成非球面透镜，而内侧圆周因圆形挡光片遮挡的那部分光束不被利用，不需要设计成高精度的非球面透镜，所以设计成精度要求不如非球面透镜高的球面透镜，大大降低了成像透镜的工艺制造难度，降低了成本，减少了整个光路的光程差。
[0017]本方法的有益效果:根据公式，增大b值，就能增大k值，n随着减小，于是便能将位于衍射图案圆心的圆形亮斑半径r调小，从而提高提高激光成像的分辨率。增大b的方法有：减小圆形挡光片到成像透镜的距离L和/或增大圆形挡光片的直径c。
[0018]本专利技术公开的激光成像设备，由于里面包含了能调节光斑直径的光学系统，因此该激光成像设备能够减小聚焦光斑直径，提高激光成像的分辨率。
附图说明
[0019]图1为发光光源在光路中成像的光路结构示意图；图2为现有技术中在光路中插入了环形光阑片50以期减小光斑的直径h的光路图；图3为本专利技术的光路结构示意图；图4为图3中成像透镜60的直径a和直径b之间的区域示意图；图5为图3中的发光光源10在聚焦平面40上形成的光的衍射图案的示意图；图6为通过调节本装置得到的位于衍射图案圆心的圆形亮斑的实物照片；图中各部件对应的名称及序号分别为：发光光源10、准直镜20、聚焦透镜30、聚焦平面40、环形光阑片50、成像透镜60、圆形挡光片70、位于衍射图案圆心的圆形亮斑80。
具体实施方式
[0020]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]参考图1，发光光源10发出的光经过准直镜20准直后平行射出，经过聚焦透镜30聚焦在聚焦平面40上形成直径为h的光斑。对于许多行业，例如激光印刷制版行业、医学设备、PCB板行业以及光刻机领域，都希望光斑直径能做到越小越好，光斑直径h越小，则成像分辨率越高，成像精度越高。参考图2，为了调小光斑直径h，目前，人们采取的措施是在准直镜20和聚焦透镜30之间插入内直径d大小可调的环形光阑片50。希望通过调节环形光阑片50的内直径d的大小，来减小光斑直径h。然而事实上，无论怎么调节环形光阑片50的内直径d的大小，光斑直径h只能调大，不能调小，无法实现人们的预期目的。
[0022]参考图3，本专利技术公开了一种能调节光斑直径的光学装置，包括:在光路上依次设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.能调节光斑直径的光学装置，其特征在于：包括：在光路上依次设置的发光光源、准直镜、成像透镜、圆形挡光片以及聚焦平面；所述发光光源发出的光经所述准直镜准直后平行入射至所述成像透镜，经所述成像透镜透射后，中间部分的光束被遮挡于所述圆形挡光片，不能聚焦到所述聚焦平面上，外围部分的环形光在所述聚焦平面形成衍射图案；其中，所述发光光源的波长为λ，所述成像透镜的焦距为f,所述成像透镜的外直径为a,因所述圆形挡光片遮挡导致所述发光光源不能聚焦到聚焦平面上的那部分光束在所述成像透镜上形成的圆形区域直径为b,b=k
×
a，k∈(0,1)，b值大小可调，k为随b增大而增大的第一变量值，位于所述衍射图案的圆心的圆形亮斑的半径,n为随k增大而减小的第二变量值；在所述成像透镜上的直径为所述b以内的部分为球面透镜区域，所述成像透镜上在所述直径b和所述直径a之间的部分为非球面透镜区域。2.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于：b值增加，则k增加，n值减小，r减小。3.如权利要求2所述的光学装置，其特征在于：增加b值的方法为：减小所述圆形挡光片到所述成像透镜的距离L和/或增大所述圆形挡光片的直径...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈乃奇，张向非，
申请(专利权)人：深圳市先地图像科技有限公司，
类型：发明
国别省市：