[实用新型]光学变焦镜头及调焦光学系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及光学技术，特别是涉及用于激光加工的光学变焦镜头及调焦光学系统。

背景技术

目前，激光应用已深入到我们现代生活的各个方面。其中激光的工业应用也越来越广泛，而在激光应用中离不开符合各种工艺要求的应用光学系统。在工业激光应用中的光学系统，主要有fθ镜光学系统、聚焦光学系统及变焦光学系统。

在激光的三维加工系统中，变焦光学系统是非常重要的组成部分。三维激光加工中又分为前聚焦系统与后聚焦系统。

前聚焦系统完全靠系统的光学变焦，结合软件控制使得焦点在三维空间上实现定点加工。前聚焦系统的焦距变化范围大，焦距也较长，使得加工区域的一致性较差。针对立体电路的加工，由于其对尺寸精度与加工效果的一致性要求较高，一般不采用该类光学系统。

而后聚焦系统是通过变焦光学系统与fθ镜头光学系统结合而实现三维激光加工。fθ镜头光学系统是一个平场光学系统，优点是在同一个平面内，激光加工效果几乎一致。因此，通过与变焦光学系统结合，变焦后的fθ镜头光学系统的焦平面将发生变化，构成一个立体的加工区域。而这个加工区域的每一个平面的效果是一致的，不同平面上的焦距变化较小，因此，所得到的效果也比较一致。

但在实际的加工系统中，为了提高加工效率，在保证各个焦平面的加工效果比较一致的情况下，使得激光调焦的范围尽量大。目前市场上的变焦系统与焦距为F254的镜对配合时，变焦范围一般在50mm左右。而针对目前立体电路的主要应用领域——手机天线领域而言，为了使一个工件能一次性加工完成，要求变焦范围在70mm左右。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种光学变焦镜头及调焦光学系统，能够实现大的变焦范围。

本实用新型实施例提供一种光学变焦镜头，包括依次排列为“正-负-正-负”的第一、第二、第三以及第四透镜，其中所述第一透镜的光焦度为正，第二透镜的光焦度为负，第三透镜的光焦度为正，第四透镜的光焦度为负。所述各透镜的光焦度与系统的光焦度比率符合以下要求：1.1<f1/f<1.2；-0.1<f2/f<-0.04；0.2<f3/f<0.4；-2.8<f4/f<-2.4；其中f1为第一透镜的光焦度，f2为第二透镜的光焦度，f3为第三透镜的光焦度，f4为第四透镜的光焦度，f为整个系统的光焦度。

本实用新型实施例还提供一种调焦光学系统，至少包括一个fθ镜头以及上述的光学变焦镜头。

本实用新型的调焦光学系统及其光学变焦镜头，能够在保持机械调焦移动距离不变的情况下，实现大的变焦范围。而且，在解决大的变焦范围问题的同时，保证了整个光学系统的成像质量在调焦过程中保持一致。

附图说明

图1为本实用新型的光学变焦镜头的结构示意图。

图2为本实用新型的光学变焦镜头的光线追迹图。

图3为本实用新型的光学变焦系统随fθ镜头的后焦距变化的点列图。

图4为本实用新型的光学变焦镜头随fθ镜头的后焦距变化的衍射圈内能量示意图。

具体实施方式

以下结合多个附图对本技术方案做进一步的说明。

变焦光学系统与fθ镜头一起，构成一个前聚焦的激光变焦加工系统。在针对LDS激光加工应用时，对焦距及焦距的变化范围具有特殊要求。

请参阅图1，其为本实用新型的光学变焦系统的结构示意图。所述调焦光学系统至少包括一个焦距为f0的fθ镜头以及一个光学变焦镜头。所述光学变焦镜头包括采用四片式“正-负-正-负”的光焦度分布的第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3以及第四透镜L4，其中第一透镜L1的光焦度为正，第二透镜L2的光焦度为负，第三透镜L3的光焦度为正，第四透镜L4的光焦度为负。各透镜的光焦度与fθ镜头的光焦度f0比率符合以下条件：

1.1<f1/f0<1.2；

-0.1<f2/f0<-0.04；

0.2<f3/f0<0.4；

-2.8<f4/f0<-2.4；

其中，f1为第一透镜L1的光焦度，f2为第二透镜L2的光焦度，f3为第三透镜L3的光焦度，f4为第四透镜L4的光焦度，f0为整个光学变焦系统中fθ镜头的光焦度。

本实施例中，第一透镜L1为弯月型的正透镜、第二透镜L2为双凹型负透镜，第三透镜L3为双凸型正透镜，第四透镜L4为弯月型的负透镜。第一透镜L1、第四透镜L4的所有曲面均向着光阑方向弯曲。