[发明专利]一种用于双波长激光加工的F‑θ光学镜头

说明书

技术领域

本发明属于光学镜头技术领域，涉及一种用于双波长激光加工的F-θ光学镜头。

背景技术

F-θ光学镜头是通过引入负畸变，来实现光线以恒定的速度移动，即扫描转动的角度与加工面上像点的移动呈线性函数关系，从而实现激光扫描速度可控的一种光学镜头。F-θ光学镜头在如激光焊接、激光切割、激光打标、激光3D打印等激光加工有着广泛的应用。

目前，激光加工的F-θ光学镜头基本都采用单一波长的激光光源。在实际激光加工应用中，单波长激光加工是快热快冷的过程，会造成较大的温度梯度和热应力，使得被加工结构出现变形，并且激光利用效率较低。如在激光3D打印领域，为解决上述问题，段宣明等提出了一种多波长激光选区快速成形系统及方法(公开号：CN 104190928 A，公开日期：2014年12月10日)。利用短波长的激光束进行激光选区熔化成形，利用与之共轴叠加的长波长激光器进行预热和后续的热处理。短波长激光束的聚焦光斑尺寸小、光子能量高，有利于提高成形过程的效率和成形精度，长波长激光束的聚焦光斑尺寸大，能够保证将短波长激光完全嵌套在内实现成形前后的预热和后续的热处理，进一步提高激光成形效率并减少结构的热应力。

如前所述，F-θ光学镜头作为实现激光加工的重要组成部件，然而，目前能够实现双波长激光加工的F-θ光学镜头并未见报道，因此迫切需要设计相关F-θ光学镜头，满足双波长激光加工的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于双波长激光加工的F-θ光学镜头，该光学镜头可以解决目前激光加工过程中加工结构易变形，激光利用效率低等问题，满足双波激光加工需求。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于双波长激光加工的F-θ光学镜头，所述双波长激光为波长为500nm～550nm之间的激光和波长为1000nm～1100nm之间的激光；所述F-θ光学镜头包括沿入射光线传输方向依次设置的第一透镜，第二透镜，第三透镜，其中，第一透镜为凹凸型负透镜，第二透镜为双凸型正透镜，第三透镜为凹凸型负透镜，第一透镜和第三透镜的光入射面和光出射面均弯向光线传输方向。

进一步，所述第一透镜包括第一曲面和第二曲面，所述的第一曲面的曲率半径范围为--45mm～-50mm，所述的第二曲面的曲率半径范围为-65mm～-70mm；所述的第一透镜的光轴中心厚度范围为20mm～25mm，所述的第一透镜的折射率范围为1.7～1.8，阿贝数范围为50～60。

进一步，所述的第二透镜包括第三曲面及第四曲面，所述的第三曲面的曲率半径范围为1800mm～3500mm，所述的第四曲面的曲率半径范围为-85mm～-90mm；所述的第二透镜的光轴中心厚度范围为10mm～15mm，所述的第二透镜的折射率范围为1.7～1.8，阿贝数范围为50～60。

进一步，所述第三透镜包括第五曲面和第六曲面，所述的第五曲面的曲率半径范围为-75mm～-80mm，所述的第六曲面的曲率半径范围为-125mm～-130mm；所述的第三透镜的光轴中心厚度范围为3mm～8mm，所述的第三透镜的折射率范围为1.9～2.0，阿贝数范围为15～25。

进一步，所述第三透镜的出光侧还设置有平板保护玻璃，保护玻璃的厚度为0.5mm～10mm。

进一步，所述的第一透镜与第二透镜在光轴上的间距范围为2mm～5mm，所述的第二透镜与第三透镜在光轴上的间距范围为13mm～18mm，所述平板保护玻璃与所述第三透镜在光轴上的距离为1mm～20mm。

本发明的有益效果在于：本发明通过三片式F-θ光学镜头设计，校正双波长激光在横向和轴向的分离，可以很好地满足双波长激光加工的需求。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明用于双波长激光加工的F-θ光学镜头的结构示意图；

图2为本发明用于双波长激光加工的F-θ光学镜头实施例的弥散斑示意图；

图3为双波长激光的聚焦光斑的横向分布示意图；

图4为本发明用于双波长激光加工的F-θ光学镜头实施例的场区和畸变示意图；

图5为本发明用于双波长激光加工的F-θ光学镜头实施例的横向色差示意图；

图6为本发明用于双波长激光加工的F-θ光学镜头实施例的MTF曲线图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。