CN104375264A - 一种点阵激光器的双远心成像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种点阵激光器的双远心成像系统，其采用了双远心、6片结构，工作波长为532nm。该系统光学共轭总长(物方到像方)L＝168mm，像方工作距达到58mm。物方、像方远心度均控制在±0.5度以内。数值孔径达到NA＝0.18。采用对称结构，因此正负畸变可以相互抵消，实现较好的畸变控制，实际出射激光质量良好。

Description

一种点阵激光器的双远心成像系统
技术领域
本发明涉及一种点阵激光器的双远心成像系统，属于激光加工设备中的光学系统设计领域。
背景技术
激光器以其特有的优异特性在微细加工，测量技术，激光定位等方面正发挥着巨大的作用。本发明中使用的激光器是由532nm绿光固体激光器组成的点阵激光器。
点阵激光器作为新的激光器研究热点，在微细加工方面正发挥着广泛的应用，特别地，在临床医学中的美容疗法尤其引起国内外的关注并得到了广泛的应用。
固体激光器发出的激光光束，不同于平面波，而是一种场振幅沿径向作高斯函数衰减变化的、具有特殊结构的高斯光束，高斯光束都存在发散角，尽管激光器的发散角很小，但是当需要精确定位曝光时(工业应用中)，激光器需要通过准直镜、扩束镜、聚焦镜的方式照射到加工物表面实现加工。
发明内容
本发明设计了一种点阵激光器的双远心成像系统，镜片数较少，可以有效地将激光器所产生的光1:1地中继转像到后端，达到较高的成像质量。
本发明采用的技术方案为：一种点阵激光器的双远心成像系统，该成像系统物象共轭距L＝168mm；工作波长为532nnm；物方工作距为35mm，像方工作距为58mm；光学结构为双远心结构；从入射方向开始为6片式结构，镜片编号L1～L6，L1～L3为前组，L4～L6为后组，L3、L4两片为负透镜，其余均为正透镜；
透镜L1为正弯月透镜，有效焦距为53.45mm；透镜L2为双凸透镜，有效焦距为99.63mm；透镜L3为负弯月透镜，有效焦距为-71.54mm；透镜L4为负弯月透镜，有效焦距为-71.54mm；透镜L5为双凸透镜，有效焦距为99.63mm；透镜L6为正正弯月透镜，有效焦距为53.45mm。
进一步的，6片镜片构成一个双远心光路，物方、像方远心度保持在±0.5度以内，这样设计可以保证物面、像面有一定偏离的情况下，依然保证镜头有良好的成像质量以及相同的放大倍率。
进一步的，放大倍率M＝-1×。
进一步的，物方数值孔径为NA＝0.18；
进一步的，其镜片材料牌号分别为H-K9L,H-QK3L以及H-F2的玻璃，生产厂家为成都光明光电有限公司。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)、本发明使用较少的镜片，且都是易于加工的球面镜，像质良好，成本较低。
(2)、本发明使用严格的对称结构，可以有效提高出射光的质量。
附图说明
图1是本发明点阵激光器双远心成像系统结构示意图。
图2是本发明的光学点列图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明内容作进一步的说明。
参照图1，系统以第一块镜片(L1)朝向物体的面为入射面，沿着光轴以此类推共12个光学表面，6块镜片，分别是第一块正弯月镜片，第二块双凸镜片，第三片负弯月镜片，第四片负弯月透镜，第五片双凸镜片，第六片正弯月镜片。物象共轭距为L＝168mm。所有镜片以光阑为中心成镜像对称、双远心结构，这样布局可以保证物、像面有微量偏离的情况下，成像质量和放大倍率都不会发生变化。
本发明一种点阵激光器的双远心成像系统总共包含6枚镜片，能够有效地中继激光。达到较高的成像质量。系统结构参数如下表1所示：
表1
本系统采用国产成都光明光电股份有限公司生产的玻璃材料，牌号为H-K9L、H-F2、H-QK3L。这三种牌号玻璃在532nm实际测试中性能较好，透过率较高。
牌号为H-K9L、H-F2、H-QK3L的三种玻璃材料在532nm下的参数如下表2所示：
表2
折射率(n365) 阿贝数(ν)
H-K9L 1.51680 64.2124
H-F2 1.61293 37.0082
H-QK3L 1.48750 70.4196
说明书第12例的表格阿贝数的计算公式为n365、n362、n368分别为曝光中心波长和波段上下线所对应的折射率。阿贝数主要用来衡量某一玻璃材料或介质在对应波段内的色散程度。其值与玻璃色散能力成反比。
参照图1，本发明中较大视场的光刻系统材料全部使用国产成都光明光电公司的产品。
由于本镜头是应用于实验室级的激光加工设备，为控制和降低成本，经过严格的实验测试后，成都光明光电公司的H-K9L、H-QK3L、H-F2三种牌号的玻璃在532nm波段成像中性能良好，透过率相对较高且价格较国外同类产品低，故本镜头采用这三款玻璃进行优化设计。
应用上述三种玻璃材料后，该系统的透过率经过ZEMAX软件估算后，达到57％以上。所以本例中6枚镜片在采用国产玻璃时拥有良好的透过率。
按上述方案实施本例后，如附图所示，系统的点扩散斑几何直径和均方根直径均接近于衍射爱里斑直径，表明系统各视场的分辨力均达到设计要求，甚至更优。
图2为本发明的光学点列图和波长数据图(使用ZEMAX)，反映出每个视场的光照均匀度。
总体来说本发明点阵激光器双远心成像系统，其透镜数相对来说较少，且都是使用球面镜，生成成本较低，成像质量优良，结构和装调工艺简单，可以广泛应用于需要高密度高质量激光输出的激光加工中，拥有比较光阔的应用前景和商业价值。
本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种点阵激光器的双远心成像系统，其特征在于：该成像系统物象共轭距L＝168mm；工作波长为532nnm；物方工作距为35mm，像方工作距为58mm；光学结构为双远心结构；从入射方向开始为6片式结构，镜片编号L1～L6，L1～L3为前组，L4～L6为后组，L3、L4两片为负透镜，其余均为正透镜； 
透镜L1为正弯月透镜，有效焦距为53.45mm；透镜L2为双凸透镜，有效焦距为99.63mm；透镜L3为负弯月透镜，有效焦距为-71.54mm；透镜L4为负弯月透镜，有效焦距为-71.54mm；透镜L5为双凸透镜，有效焦距为99.63mm；透镜L6为正正弯月透镜，有效焦距为53.45mm。 
2.根据权利要求1所述的一种点阵激光器的双远心成像系统，其特征在于：6片镜片构成一个双远心光路，物方、像方远心度保持在±0.5度以内，这样设计可以保证物面、像面有一定偏离的情况下，依然保证镜头有良好的成像质量以及相同的放大倍率。 
3.根据权利要求1所述的一种点阵激光器的双远心成像系统，其特征在于：放大倍率M＝-1×。 
4.根据权利要求1所述的一种点阵激光器的双远心成像系统，其特征在于：物方数值孔径为NA＝0.18。 
5.根据权利要求1所述的一种点阵激光器的双远心成像系统，其特征在于：其镜片材料牌号分别为H-K9L,H-QK3L以及H-F2的玻璃，生产厂家为成都光明光电有限公司。 
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