[发明专利]一种f-theta光学镜头

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种紫外激光应用的f-theta光学镜头。

【背景技术】

随着激光加工的不断发展，需要加工的介质品种日益增加，要求加工出来的效果也越来越精细，尤其是一些特殊材料，它们对激光的波长都有不同的要求。有一些材料用以往常用的激光波长λ＝1064nm、532nm已不能满足这些介质的加工要求；还有一些材料是即使能用波长为1064nm、532nm的激光来加工，但为了达到更加精细、清晰的效果，还是改用短波紫外激光加工，这是因为其聚焦光斑极小，如下式所示：

瑞利斑直径δ＝2.44λf/D

由上式可以看出，在使用相同的f/D的光学镜头时，使用激光波长λ＝355nm时，其瑞利斑直径比用1064nm、532nm波长的激光更小至1/3-1/1.5。。所以无论是切割、划线，效果会更精细。而且还由于短波加工能量更加集中，加工热影响区微乎其微等，因此用紫外激光加工会有更高的工作效率，应用也越来越广泛。目前紫外激光加工主要是用于超精细打标、特殊材料打标及刻划等。如在食品、医药包装材料上打标、打微孔(孔径d≤10μm)；在柔性PCB板上打标，划片；对金属或非金属镀层去除；在硅晶圆片上进行微孔、盲孔加工等。

图1是一种典型的fθ(即：f-theta)镜光学系统，光束顺次经两块绕x轴和y轴转动的振镜1、2，最后通过fθ镜3聚焦在成像面4上，由振镜扫描形成图像。fθ镜头3是一种平像场的镜头，在打标时，要求在成像面上像高η与X振镜1和Y振镜2的扫描角度θ成线性关系，即：η＝f·θ(Sr)。其中，f为fθ镜头3的焦距，θ为振镜的扫描角度(单位为弧度)。

【发明内容】

本发明目的在于提供一种紫外激光应用的f-theta光学镜头，旨在解决现有镜头影响紫外激光聚焦，加工而成的产品不够精细、清晰的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种紫外激光应用的f-theta光学镜头，包括：位于光束的入射方向依序排列的第一、第二、第三、第四透镜，其中，第一透镜为双凹型透镜；第二透镜为弯月型透镜，曲面向着光线的入射方向弯曲；第三透镜为平凸型透镜；第四透镜为双凸型透镜；其中，本光学镜头用于镜头的视场角为50°、焦距为100mm、波长为355nm的紫外激光、加工范围为60mm*60mm加工区域。

其中，所述镜头的入瞳直径为12mm。

其中，所述第一透镜的两个曲面S1、S2曲率半径分别为R1＝-30mm、R2＝500mm，其光轴上的中心厚度d1＝2mm；第二透镜的两个曲面S3、S4曲率半径分别为R3＝-65mm、R4＝-50mm，其光轴上的中心厚度d3＝6mm；第三透镜两个曲面S5、S6曲率半径分别为R5＝0mm、R6＝-50mm，其光轴上的中心厚度d5＝12mm，第四透镜两个曲面S7、S8曲率半径分别为R7＝180mm、R8＝-370mm，其光轴上的中心厚度d7＝7mm，其中，所有透镜曲率半径的公差范围为5％。

其中，所述第一透镜的材料为Nd1∶Vd1为1.5/70，所述第二透镜的材料为Nd3∶Vd3为1.6/41，所述第三透镜的材料为Nd5∶Vd5为1.6/41，所述第四透镜的材料为Nd7∶Vd7为1.6/41，其公差范围为5％。

其中，所述第一透镜与第二透镜在光轴上的间隔为5mm，其公差范围为5％。

其中，第二透镜与第三透镜在光轴上的间隔为d4＝0.2mm，其公差范围为5％。

其中，第二透镜与第三透镜在光轴上的间隔为d6＝0.1mm，其公差范围为5％。

本紫外激光经该镜头聚焦光斑小、能量集中，可在某些加工出来的效果超精细的特殊材料上进行打标或刻划，且由于用紫外激光加工聚焦光斑小、能量更加集中，加工热影响区微乎其微等，因此用紫外激光加工会有更高的工作效率，使得加工效果更精细、清晰，应用也越来越广泛。

【附图说明】

下面参照附图结合实例对本发明作进一步的描述：

图1是一种典型的激光应用fθ镜头光学系统；

图2是本发明光学镜头的结构示意图；

图3为本发明镜头较佳实施例中的弥散斑图；

图4为本发明镜头较佳实施例中的像散、场曲、畸变图；

图5为本发明镜头较佳实施例中的光学传递函数MTF图。

【具体实施方式】