專利名稱：：光學鏡頭的制作方法光學鏡頭
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種激光應用的光學鏡頭，尤其是指在激光加工使用的F-theta(/^)光學鏡頭。
背景技術：
：目前，激光應用已深入到我們現(xiàn)代生活的各個方面，在激光應用中便離不開為了符合各種工藝要求的各種應用光學系統(tǒng)。在目前市場上激光打標機，以其速度快，靈活性強，無耗材，標記永久性等特點，已逐漸地替代各種印字機，絲印機等。theta)鏡頭是一種大視場、中小孔徑、中長焦距的照相物鏡，從它要負擔的參數(shù)來說，選用"三片"型的照相物鏡，應該是較為合適的。激光振鏡打標機是因為有了/0(F-theta)鏡頭才得以實現(xiàn)。圖1是一種典型的"鏡光學系統(tǒng)，光束順次經(jīng)兩塊繞x軸和y軸轉(zhuǎn)動的振鏡1、2，最后通過"鏡3聚焦在像面4上，由振鏡掃描形成圖像。^鏡頭3是一種平像場的聚焦鏡，在打標時，要求在成像面上像高ri與X振鏡1和Y振鏡2的掃描角度P成線性關系即；;=/^(&)。其中，./為"鏡頭3的焦距，0為振鏡的掃描角度(單位為弧度)。由高斯光學成像理論矢Il像高;/與鏡頭焦距/和振鏡轉(zhuǎn)角e為下列關系7=/.《e。它不滿足"/.e(&)關系式。因此，激光打標系統(tǒng)用常規(guī)的鏡頭是不可行的，這是因為像高7與振鏡的轉(zhuǎn)角^不是呈線性關系變化，所雕刻出來的圖形與實物不相似，反而是一個變形的圖像。為了解決這個問題，要求在光學設計時的象差校正中，有意引入畸變A;/，使得滿足下式所示關系；/=(/ge-A7)=/e。這個結(jié)論是非常重要的。雖然A;/是有意引入的，但決不意味著畸變就可以不考慮，隨意大小都可以，A;;應滿足下式-A"/.妙-/如/(妙-0上式表明畸變應為振鏡轉(zhuǎn)角的正切和弧度之差與鏡頭焦距/的乘積時才能滿足要求。能滿足這個條件的才能稱作^光學系統(tǒng)。光學設計的另一個特點，就是要求所有在成像范圍內(nèi)的聚焦點，應有相似的聚焦質(zhì)量，且不允許有漸暈，以保證所有"刻出"的像點都相一致和清晰。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所欲解決的技術問題在于提供一種鏡頭入射光束口徑大的中短焦距、能與現(xiàn)有的鏡頭安裝尺寸進行呼喚的小型化光學^鏡頭。本發(fā)明所采用的技術方案是提供一種用于激光加工使用的光學^鏡頭，包括透鏡組和光闌，所述光闌位于透鏡組的前方，透鏡組包括三個透鏡，分別為第一、第二、第三透鏡，依次排列為"負一正一正"分離的光焦度系統(tǒng)，其中，所述第一透鏡為雙凹型負透鏡，第二透鏡為彎月型正透鏡，第三透鏡為雙凸型正透鏡，第二透鏡的兩^個曲面均向著光闌方向彎曲，且整個光學系統(tǒng)的焦距為f，第一、第二、第三透鏡的焦距分別為fl、f2、f3，各透鏡的焦距與整個光學系統(tǒng)的焦距f比率滿足以下要求要求--0.7<fl/f<-0.51.0<f2/f〈1.30.8<f3/f<1.0o其中，fl/f=-0.62;f2/f=l.ll;f3/f=0.92。其中，所述第一透鏡與光闌的距離為25—60mm。本發(fā)明所提供的光學W鏡頭，使得系統(tǒng)的的球差、彗差與場曲都達到較好的平衡，使得成像結(jié)果良好且在整個像面上成像均勻，且該結(jié)構應用于大口徑入射的^鏡頭的小型化取得較好的效果，且又能與現(xiàn)有的鏡頭安裝尺寸進行互換，同時，在透鏡總個數(shù)仍為三片的情況下，使得孔徑、慧差、球差與像散得到較好的平衡。圖1是一種典型的^鏡頭光學系統(tǒng)示意圖。圖2是本發(fā)明鏡頭的光學系統(tǒng)結(jié)構示意圖。圖3為本發(fā)明/9鏡頭較佳實施例1中的光線追跡圖。圖4為本發(fā)明"鏡頭較佳實施例1中的像散、場曲及畸變。圖5為本發(fā)明^鏡頭較佳實施例1中的視場分別為0、0.3、0.5、0.7、0.85以及1.0各視場上的光程差圖。圖6為本發(fā)明W鏡頭較佳實施例1中的光學傳遞函數(shù)MTF圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一段步說明。"(F-theta)鏡頭是一種大視場、中小孔徑、中長焦距的照相物鏡，從它要負擔的參數(shù)來說，選用"三片"型的照相物鏡，應該是較為合適的。我們采用"負一正一正"的光焦度分布型式。其入瞳在鏡頭外產(chǎn)生的畸變，正好也是^鏡所需要的，此畸變很容易達到^鏡要求，是一種"無變形"的打標。同時，它是一個大視場的照相物鏡，與照相物鏡一樣，它是一個"平像場"的物鏡。如圖2，本發(fā)明采用.三片式"負一正一正"的光焦度分布進行設計，包括透鏡組和光闌(振鏡)1，所述光闌(振鏡)l位于透鏡組的前方，透鏡組包括三個透鏡，分別為第一、第二、第三透鏡L1、L2、L3，其中第一透鏡的光焦度l/fl為負的厚透鏡，其厚度為30mm左右，且由于第一透鏡是厚透鏡，可使整個透鏡在三片的情況下，使得孔徑高級球差與像散得到較好的平衡；第二透鏡的光焦度1/f2與第三透鏡的光焦度1/f3均為正其中各透鏡的焦距與整個光學系統(tǒng)的焦距f比率按以下要求<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>其中，整個光學系統(tǒng)的焦距為f，第一、第二、第三透鏡的焦距分別為fl、f2、f3.其中，第一透鏡L1距光闌(振鏡)的距離d0為25-60mm，第一透鏡L1為雙凹型的負厚透鏡；第二透鏡L2為彎月型正透鏡，第二透鏡L2的兩個曲面均向著光闌(振鏡)1方向彎曲；第三透鏡L3為雙凸型正透鏡，第三透鏡L3到焦平面4的距離為d6。它們的具體結(jié)構及參數(shù)表述為系統(tǒng)由L1、L2、L3三個透鏡構成，L1分別由曲率半徑為R1、R2的兩個曲面S1、S2構成，其中心厚度dl，材料光學參數(shù)為Ndl:Vdl;L2分別由曲率半徑為R3、R4的兩個曲面S3、S4構成，其中心厚度d3，材料光學參數(shù)為Nd3:Vd3;L3分別由曲率半徑為R5、R6的兩個曲面S5、S6構成，其中心厚度d5，材料光學參數(shù)為Nd5:Vd5;第一透鏡Ll與第二透鏡L2的間隔為d2，第二透鏡L2與第三透鏡L3的間隔為d4。結(jié)合以上的參數(shù)，本發(fā)明設計了一組鏡頭，其具體參數(shù)分別如下所示第一-透鏡L1分別由曲率半徑為Rl=-56.116mm、R2=776.87mm的兩個曲面S1、S2構成，其光軸上的中心厚度011=30mm，材料為Ndl:Vdl約為1.52/64;第二透鏡L2分別由曲率半徑為R3=_361.22mm、R4卜102.494mm的兩個曲面S3、S4構成，其光軸上的中心厚度d3二9mm，材料為Nd3:Vd3約為1.8/25.4;第三透鏡L3分別由曲率半徑為R5=339.46mm、R6=-175.248mm的兩個曲面S5、S6構成，其光軸上的中心厚度d5=6ram，材料為Nd5:Vd5約為1.8/25.4;第一透鏡Ll與第二透鏡L2在光軸上的間隔為d2=6mm，第二透鏡L2與第三透鏡L3在光軸上的間隔為d4二0.2mm，第三透鏡L3與成象面在光軸上的距離為d6=213.5mm。并列表如下<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>根據(jù)上表，可得出數(shù)據(jù)如下:f=164.3咖D/f=l:8入二1064nm2co=50°fl/f二-0.62f2/f二1.11f3/f=0.92由于fl/f=-0.62滿足-O.7<fl/f〈-0.5，f2/f=l.11滿足1.0〈f2/f<l.3，f3/f二0.92滿足0.8〈f3/f<l.0。圖3為上例中的光線追跡圖，圖4為像散、場曲及畸變分布圖，圖5為視場分別為0、0.3、0.5、0.7、0.85以及1.0各視場上的光程差圖，圖6為光學傳遞函數(shù)MTF圖。由上以各圖說明系統(tǒng)的像散與場曲得到很好的較正，光程差最大也不超過0.3A，且從光學傳遞函數(shù)MTF圖上看，各視場的MTF值均較一致，說明在全視場上成像均勻，沒有漸暈存在，且在系統(tǒng)的入射光束口徑較大，采用的與一般的/^光學系統(tǒng)不同的結(jié)構形式，使得該系統(tǒng)的產(chǎn)品能夠與一般小入射光束口徑的產(chǎn)品進行互換，達到小型化設計，且又能與現(xiàn)有的鏡頭安裝尺寸進行互換，同時，在透鏡總個數(shù)仍為三片的情況下，使得孔徑、慧差、球差與像散得到較好的平衡。權利要求1.一種用于激光加工使用的光學fθ鏡頭，包括透鏡組和光闌，其特征在于所述光闌位于透鏡組的前方，透鏡組包括三個透鏡，分別為第一、第二、第三透鏡，依次排列為“負—正—正”分離的光焦度系統(tǒng)，所述第一透鏡為雙凹型負透鏡，第二透鏡為彎月型正透鏡，第三透鏡為雙凸型正透鏡，第二透鏡的兩個曲面均向著光闌方向彎曲，且整個光學系統(tǒng)的焦距為f，第一、第二、第三透鏡的焦距分別為f1、f2、f3，各透鏡的焦距與系統(tǒng)的焦距f比率以下要求-0.7<f1/f<-0.51.0<f2/f<1.30.8<f3/f<1.0。2.如權利要求1所述光學^鏡頭，其特征在于fl/f=_0.62;f2/f二l.11;f3〃=0.92。3.如權利要求l所述光學/e鏡頭，其特征在于所述第一透鏡與光闌的距離為25-60mm。4.如權利要求l所述光學/9鏡頭，其特征在于所述第一透鏡的厚度為30咖左右。全文摘要一種用于激光加工使用的光學fθ鏡頭，包括透鏡組和光闌，所述光闌位于透鏡組的前方，透鏡組包括三個透鏡，分別為第一、第二、第三透鏡，依次排列為“負-正-正”分離的光焦度系統(tǒng)，所述第一透鏡為雙凹型負透鏡，第二透鏡為彎月型正透鏡，第三透鏡為雙凸型正透鏡，第二透鏡的兩個曲面均向著光闌方向彎曲，且整個光學系統(tǒng)的焦距為f，第一、第二、第三透鏡的焦距分別為f1、f2、f3，各透鏡的焦距與系統(tǒng)的焦距f比率滿足以下要求關系-0.7＜f1/f＜-0.5；1.0＜f2/f＜1.3；0.8＜f3/f＜1.0。本發(fā)明所提供的光學fθ鏡頭，使得系統(tǒng)的球差、彗差與場曲都達到較好的平衡，使得成像結(jié)果良好且在整個像面上成像均勻，且該結(jié)構應用于大口徑入射的fθ鏡頭的小型化取得較好的效果。文檔編號B23K26/02GK101369046SQ20081006690公開日2009年2月18日申請日期2008年4月28日優(yōu)先權日2008年4月28日發(fā)明者周朝明,博孫,張維臣,李家英,李紅梅,高云峰,鮑瑞武申請人:深圳市大族激光科技股份有限公司