CN101236302A - 激光光束整形光学镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光光束整形光学镜头，该整形光学镜头包括：用于将截面为圆形的平行入射光束转换成在二个相互垂直的X、Y方向上的传输角度相异的出射光束的带有至少一柱面的柱面透镜；用于对出射光束进行聚焦以便在预定位置产生椭圆形光斑的球面透镜组。通过采用上述结构，可以将圆形入射光束聚焦成椭圆形光斑，并可将该椭圆形光斑的长短轴比控制在为4∶1至2∶1。此外，由于仅采用单个柱面透镜便于实现长短轴方向以及同心度的调节。

Description

激光光束整形光学镜头
【技术领域】
本发明涉及一种光学镜头，尤其涉及一种适用于激光调阻仪的激光光束整形光学镜头。
【背景技术】
激光光束整形光学镜头在激光工业应用中具有广泛的应用，其中包括激光切割、激光钻孔、激光划片、激光调阻仪等一些特殊的应用领域。为了满足这些领域的特殊要求，所采用的各种镜头要求与传统镜头之间具有一定的差别。激光调阻仪是生产精密、高稳定、低温度系统的精密薄膜电阻器中最关键的工序之一。目前，精密薄膜电阻器的调阻一般采用两种方法：一种是采用机械切割调阻；另一种是采用激光切割调阻。机械切割调阻具有很大的局限性，主要应用于低阻以及对温度系数要求不高的情况下。而对于高阻和低温度系数的精密电阻器调阻基本上是采用激光切割调阻。
目前，激光切割调阻一般使用YAG固体激光器输出的1064nm波长的激光作为光源，经扩束镜及聚焦镜组成的光学系统后，激光聚焦于螺旋运动的电阻上进行划线，在电阻表面上划出螺旋槽。由于激光加工为非接触式加工，无切削力作用，因此对工件无直接冲击，无机械变形，无刀具磨损，对加工部位热影响区小，无机械应力集中等问题，且易于与数控系统配合进行控制，故广泛应用激光调阻仪调阻。
目前，激光调阻仪中的光学系统一般采用普通扩束镜及聚焦镜构成的光学系统，所聚焦的激光光斑为圆形，通过高能量密度的圆形光斑密集并列排布来进行划线，用这种圆形光斑组合去除电阻表面的金属膜层。在高倍显微镜下观察发现，相邻两个圆形光斑之间总存在着尖状毛刺，因而会产生尖端放电等不良现象，并影响电阻器的电性能。为此，需要将焦点的光斑形状变为椭圆状，并且将椭圆状光斑的长轴方向与电阻上的划线方向保持一致。这样，密集并列排布的椭圆状光斑将得到一条边缘非常平整的切割线，不再产生尖状毛刺，从而提高产品的电性能。
【发明内容】
为了解决现有技术的激光调阻仪中的光学系统所聚焦的激光光斑为圆形，切割性能较差的技术问题，本发明提出了一种能够将圆形截面的激光光束聚焦成椭圆形光斑的激光光束整形光学镜头。
本发明解决现有技术的激光调阻仪中的光学系统所聚焦的激光光斑为圆形，切割性能较差的技术问题所采用的技术方案包括：提供一种激光光束整形光学镜头，该整形光学镜头包括：用于将截面为圆形的平行入射光束转换成传输角度在二个相互垂直的X、Y方向上相异的出射光束的带有至少一柱面的柱面透镜；用于对出射光束进行聚焦以便在预定位置产生椭圆形光斑的球面透镜组。
根据本发明一优选实施例，柱面透镜的光焦度为负，球面透镜组包括第一、第二、第三以及第四球面透镜，其中第一、第二、第四球面透镜的光焦度为正，第三球面透镜的光焦度为负，整形光学镜头满足：
-4.0＜f1x/f＜-3.0    3.5＜f2/f＜4.5
0.85＜f1x/f1y＜0.95
3.5＜f21/f2＜4.5     2.0＜f22/f2＜2.5
-6.0＜f23/f2＜-5.0   1.5＜f24/f2＜2.2，
其中，f1x、f1y分别为柱面透镜在X、Y方向上的光焦度，f为整形光学镜头的组合光焦度，f2为球面透镜组的组合光焦度，f21、f22、f23、f24分别为第一、第二、第三以及第四球面透镜的光焦度。
根据本发明一优选实施例，柱面透镜的母线通过柱面透镜的外圆中心。
根据本发明一优选实施例，整形光学镜头进一步包括用于对柱面透镜进行调节以便改变椭圆形光斑的长短轴方向的调节结构。
根据本发明一优选实施例，椭圆形光斑的长短轴之比为4∶1至2∶1。
本发明所达到的技术效果是：通过采用上述结构，可以将圆形入射光束聚焦成椭圆形光斑，并可将该椭圆形光斑的长短轴比控制在为4∶1至2∶1。此外，由于仅采用单个柱面透镜便于实现长短轴方向以及同心度的调节。
【附图说明】
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。
图1是本发明激光光束整形光学镜头的光路示意图；
图2是图1所示激光光束整形光学镜头在X方向的光路示意图；
图3是图1所示激光光束整形光学镜头在Y方向的光路示意图；
图4是本发明激光光束整形光学镜头一优选实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明
如图1-图3所示，本发明激光光束整形光学镜头的包括：用于将截面为圆形的平行入射光束转换成在二个相互垂直的X、Y方向上的传输角度相异的出射光束的带有至少一柱面的柱面透镜11；用于对出射光束进行聚焦以便在预定位置产生椭圆形光斑的球面透镜组12。
经激光器产生并经过适当扩束的截面为圆形的平行入射光束通过柱面透镜11后，出射的光在X、Y两相互垂直方向的传输角度会有所差别。而这种出射光再经过球面透镜组12聚焦后，其在X、Y方向上的焦点位置就会有所差别。通过合理X、Y方向上的焦距不同并设定适当的像差目标，可以获得所需的椭圆形光斑。例如，使用在Y方向的焦点处的聚焦光来进行切割。此时，由于光线在X方向上因离焦，而导致X方向上的光斑较宽，Y方向上处于焦点处而较细，而Y方向焦点上的综合光斑就表现为椭圆状光斑。以圆形截面入射的光束经本发明的光学镜头聚焦后在焦点处成椭圆状光斑，该椭圆光斑的长短轴比为4∶1至2∶1。
如图4所示，图4是本发明激光光束整形光学镜头一优选实施例的结构示意图。在本实施例中，由柱面透镜11作为激光光束整形光学镜头的前组，而由第一、第二、第三和第四球面透镜121、122、123、124所组成球面透镜组12作为镜头的后组。其中，柱面透镜11的光焦度为负，其在X、Y两方向的光焦度分别为f1x、f1y；球面透镜组12的组合光焦度为f2，而第一、第二和第四球面透镜121、122、124的光焦度均为正，并且分别为f21、f22、f24，第三球面透镜123的光焦度f23为负，整个光学镜头的光焦度为f。该光学镜头满足：
-4.0＜f1x/f＜-3.0    3.5＜f2/f＜4.5
0.85＜f1x/f1y＜0.95
3.5＜f21/f2＜4.5     2.0＜f22/f2＜2.5
-6.0＜f23/f2＜-5.0    1.5＜f24/f2＜2.2，
根据以上的结构特点，我们设计了一个焦距f＝7.7mm的整形镜头，其各参数如下：
光波长λ＝1064nm    系统焦距f＝7.7mm    数值孔径D/f＝1∶4
f1x/f＝-3.3     f2/f＝3.9
f1x/f1y＝0.91
f21/f2＝4.1     f21/f2＝2.2
f23/f2＝-5.4    f24/f2＝1.8
其中，柱面透镜11包括两个面S1、S2，面S1的曲率半径为R1＝-12.6mm、柱面S2的曲率半径为R2＝-157.04mm，其光轴上的中心厚度d1＝3mm，材料为Nd1∶Vd1＝1.51/64；柱面透镜11与第一球面透镜121间的间距为d2＝96mm；第一球面透镜121包括两个面S3、S4，面S3的曲率半径为R3＝0mm、面S4的曲率半径为R4＝-96.8mm，其光轴上的中心厚度d3＝5mm，材料为Nd3∶Vd3＝1.8/25.4；第一球面透镜121与第二球面透镜122光轴上的间距为d4＝2mm；第二球面透镜122包括两个面S5、S6，面S5的曲率半径为R5＝57.54mm、面S6的曲率半径为R6＝-586.1mm，其光轴上的中心厚度d5＝2.5mm，材料为Nd5∶Vd5＝1.8/25.4；第二球面透镜122与第三球面透镜123光轴上的间距为d6＝2mm；第三球面透镜123包括两个面S7、S8，面S7的曲率半径为R7＝-80.5mm、面S8的曲率半径为R8＝0mm，其光轴上的中心厚度d7＝2mm，材料为Nd3∶Vd3＝1.51/64；第三球面透镜123与第四球面透镜124光轴上的间距为d8＝1.5mm；第四球面透镜124包括两个面S9、S10，面S9的曲率半径为R9＝24.86mm、面S10的曲率半径为R10＝57.2mm，其光轴上的中心厚度d9＝3mm，材料为Nd9∶Vd9＝1.8/25.4；并列表如下：
Figure A20071007316200061
Figure A20071007316200071
经实际结果测试，聚焦后的椭圆光斑长短轴比为3∶1，椭圆光斑的短轴为0.03～0.06mm。
在使用本发明的激光光束整形光学镜头时，由于柱面透镜只有一面，因而只要通过加工过程中保证柱面透镜的母线通过其外圆中心，另在结构上进一步设置调节机构，便可很方便按加工方向要求调节椭圆形焦斑的长短轴方向。同时，由于柱面透镜在镜片加工过程中保证母线通过其外圆中心，组装成整体镜头时与其它镜片的同心度易于保证，便能可靠地保证母线通过光轴中心。
与用于激光调阻仪的焦点为圆光斑的聚焦镜相比，本发明的激光光束整形光学镜头有效地消除了圆点与圆点之间衔接处所产生的尖状毛刺而引起的尖端放电问题，使得所切割的线边缘很光滑。由于彻底解决了由于尖状毛刺而引起的尖端放电问题，而极在地提高了产品的电性能指标，并且提高了产品的良品率与市场竞争力。

Claims (5)

1. 一种激光光束整形光学镜头，其特征在于：所述整形光学镜头包括：用于将截面为圆形的平行入射光束转换成在二个相互垂直的X、Y方向上的传输角度相异的出射光束的带有至少一柱面的柱面透镜；用于对所述出射光束进行聚焦以便在预定位置产生椭圆形光斑的球面透镜组。
2. 如权利要求1所述的激光光束整形光学镜头，其特征在于：所述柱面透镜的光焦度为负，所述球面透镜组包括第一、第二、第三以及第四球面透镜，其中所述第一、第二、第四球面透镜的光焦度为正，所述第三球面透镜的光焦度为负，所述整形光学镜头满足：
-4.0＜f1x/f＜-3.0        3.5＜f2/f＜4.5
0.85＜f1x/f1y＜0.95
3.5＜f21/f2＜4.5         2.0＜f22/f2＜2.5
-6.0＜f23/f2＜-5.0       1.5＜f24/f2＜2.2，
其中，f1x、f1y分别为所述柱面透镜在所述X、Y方向上的光焦度，f为所述整形光学镜头的组合光焦度，f2为所述球面透镜组的组合光焦度，f21、f22、f23、f24分别为所述第一、第二、第三以及第四球面透镜的光焦度。
3. 如权利要求2所述的激光光束整形光学镜头，其特征在于：所述柱面透镜的母线通过所述柱面透镜的外圆中心。
4. 如权利要求1所述的激光光束整形光学镜头，其特征在于：所述整形光学镜头进一步包括用于对所述柱面透镜进行调节以便改变所述椭圆形光斑的长短轴方向的调节结构。
5. 如权利要求1所述的激光光束整形光学镜头，其特征在于：所述椭圆形光斑的长短轴之比为4∶1至2∶1。
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101840070B (zh) * 2009-03-18 2011-10-12 中国科学院半导体研究所 Ld单管光束整形模块
CN103048790A (zh) * 2013-01-11 2013-04-17 哈尔滨工业大学 单色激光扩束准直系统
CN102109678B (zh) * 2009-12-24 2013-05-15 深圳市大族激光科技股份有限公司 一种激光扩束装置及演示系统
CN102109679B (zh) * 2009-12-24 2013-10-23 深圳市大族激光科技股份有限公司 一种扩束装置及激光演示系统
CN105319820A (zh) * 2014-08-05 2016-02-10 中强光电股份有限公司 投影装置
CN105892046A (zh) * 2016-03-24 2016-08-24 武汉华工激光工程有限责任公司 红外二维扫描镜组
CN107450187A (zh) * 2017-09-29 2017-12-08 福州腾景光电科技有限公司 一种应用于大椭圆光斑的准直整形装置
CN108227169A (zh) * 2018-03-19 2018-06-29 深圳市恩兴实业有限公司 一种激光焊接镜头结构以及激光焊接设备
CN108761982A (zh) * 2018-04-28 2018-11-06 毅丰显示科技（深圳）有限公司 投影集光系统
CN115166986A (zh) * 2022-06-28 2022-10-11 福建光旭科技有限公司 一种边界清晰的光斑整形光学系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3178524B2 (ja) * 1998-11-26 2001-06-18 住友重機械工業株式会社 レーザマーキング方法と装置及びマーキングされた部材

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101840070B (zh) * 2009-03-18 2011-10-12 中国科学院半导体研究所 Ld单管光束整形模块
CN102109678B (zh) * 2009-12-24 2013-05-15 深圳市大族激光科技股份有限公司 一种激光扩束装置及演示系统
CN102109679B (zh) * 2009-12-24 2013-10-23 深圳市大族激光科技股份有限公司 一种扩束装置及激光演示系统
CN103048790A (zh) * 2013-01-11 2013-04-17 哈尔滨工业大学 单色激光扩束准直系统
US9684231B2 (en) 2014-08-05 2017-06-20 Coretronic Corporation Projector comprising a light-shape adjusting element
CN105319820A (zh) * 2014-08-05 2016-02-10 中强光电股份有限公司 投影装置
CN105319820B (zh) * 2014-08-05 2017-12-01 中强光电股份有限公司 投影装置
CN105892046A (zh) * 2016-03-24 2016-08-24 武汉华工激光工程有限责任公司 红外二维扫描镜组
CN105892046B (zh) * 2016-03-24 2018-08-31 武汉华工激光工程有限责任公司 红外二维扫描镜组
CN107450187A (zh) * 2017-09-29 2017-12-08 福州腾景光电科技有限公司 一种应用于大椭圆光斑的准直整形装置
CN108227169A (zh) * 2018-03-19 2018-06-29 深圳市恩兴实业有限公司 一种激光焊接镜头结构以及激光焊接设备
CN108761982A (zh) * 2018-04-28 2018-11-06 毅丰显示科技（深圳）有限公司 投影集光系统
CN108761982B (zh) * 2018-04-28 2021-01-12 毅丰显示科技（深圳）有限公司 投影集光系统
CN115166986A (zh) * 2022-06-28 2022-10-11 福建光旭科技有限公司 一种边界清晰的光斑整形光学系统
CN115166986B (zh) * 2022-06-28 2023-09-08 福建光旭科技有限公司 一种边界清晰的光斑整形光学系统

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