[发明专利]一种高精度激光加工远心F-Theta扫描透镜

说明书

本发明公开一种激光加工应用中的远心F‑Theta扫描场镜。从激光入射方向开始，包括具有焦距f1的第一透镜L1、具有焦距f2的第二透镜L2、具有焦距f3的第三透镜L3、具有焦距f4的第四透镜L4、具有焦距f5的第五透镜L5、具有焦距f6的第六透镜L6，物镜总焦距为f。本发明的扫描场镜排布成“+‑‑+++”的光焦度分布，与现有技术相比，扫描场镜在保证严格F‑Theta线性前提下，全幅面光斑大小具有高度一致性并保持良好的会聚性。本发明F‑Theta镜头特别适用于高精度激光加工应用，如切割和钻孔。

技术领域

本发明涉及一种激光加工扫描透镜，尤其是涉及一种高精度激光加工远心F-Theta扫描透镜。

背景技术

平场扫描透镜（F-Theta lens）对于单色光成像，在激光扫描中，利用负畸变来改变成像，使得扫描速度与成像速度成线性关系，其像面为一平面，要求整个像面上像质一致，达到衍射极限。场镜可分为普通F-Theta透镜和远心扫描透镜，远心扫描透镜将入射光束的偏转位置置于物空间前面焦点处，像方主光线与光轴平行，可在很大程度上实现轴上、轴外像质一致，并提高照明均匀性，被大量应用在激光切割、激光钻孔、高精度激光标记系统中

激光扫描加工中激光束穿过聚焦透镜系统后会产生离轴偏转现象, 相对理想的平面而言，会在加工面上出现异常图像或畸变。远心场镜具有大视场、畸变矫正难的特点，且远心结构所需的光学镜片较大，从而镜片开发难度和组装难度都会增大，在维持远心结构的同时充分保证F-Theta线性尤其困难，当前市面激光扫描透镜产品设计结构均在远心结构和线性畸变矫正上有所妥协，导致全幅面光斑一致性降低。

随着激光加工技术的不断发展，对激光加工设备的要求越来越高，高光斑圆度一致性、畸变控制合理的扫描场镜在激光加工中尤为重要，精密激光加工要求加工范围内边缘加工区域成孔大小或切割缝宽与中心位置加工效果一致，普通F-Theta透镜不能达到此要求，需要高精度远心结构F-Theta扫描透镜进行加工。

发明内容

本发明公开一种激光加工应用中的远心F-Theta扫描场镜，其优点在于，在保证严格F-Theta线性前提下，全幅面光斑大小具有高度一致性并保持良好的会聚性及光斑圆度。

这个目的通过以下特征的F-Theta物镜而实现：该F-Theta物镜包括六个独立的透镜，具有焦距f1的第一透镜L1、具有焦距f2的第二透镜L2、具有焦距f3的第三透镜L3、具有焦距f4的第四透镜L4、具有焦距f5的第五透镜L5、具有焦距f6的第六透镜L6，物镜总焦距为f，物镜后截距为BFL，物镜入瞳距为EPD，所述的第一透镜L1为平凸或双凸或弯月正透镜，第二透镜L2为双凹负透镜，第三透镜L3为弯曲方向朝向场镜入瞳方向的弯月负透镜，第四透镜L4为弯曲方向朝向场镜入瞳方向的弯月正透镜，第五透镜L5为弯曲方向朝向场镜入瞳方向的弯月正透镜或平凸正透镜，第六透镜L6为双凸正透镜。本发明扫描场镜排布成“+--+++”的光焦度分布，其中焦距f1至f5、BFL、EPD与总焦距f之间的比率满足下列条件：

+0.3<f1/f<+0.8，

-0.7<f2/f<-0.3，

-2.8<f3/f<-1.2，

+2.0<f4/f<+2.8，

+1.6<f5/f<+3.2，

+2.6<f6/f<+4.2，

1.1＜BFL/f＜1.6，

0.1＜EPD/f＜0.5。

优选地，f1/f＝+0.6，f2/f＝-0.5，f3/f＝-2，f4/f＝+2.8，f5/f＝+2.4，f6/f＝+3.4；BFL/f=1.3，0.15＜EPD/f＜0.35。