CN104503089A - 用于激光加工系统的变倍率扩束镜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于激光加工系统的变倍率扩束镜，包括按照光波照射方向依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，所述第一透镜为双凸透镜，第二透镜和第三透镜均为弯月形透镜，第四透镜为平凸透镜；第一透镜的左侧面、第二透镜的左侧面、第三透镜的左侧面和第四透镜的左侧面均设置在光波入射的一侧。本发明的优越效果在于：所述扩束镜在激光加工行业中用于压缩激光器输出光束发散角，提高激光加工系统的适应性。所述变倍率扩束镜基于光束传输理论，通过第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜光学镜面面形优化，使其在多个倍率范围内均有良好的扩束质量，在扩束倍率为2-4倍、1054nm至1074nm工作波段内的透过率大于97％，具有良好的透光性。

Description

用于激光加工系统的变倍率扩束镜
技术领域
本发明涉及光学系统技术领域，具体涉及一种用于激光加工系统的变倍率扩束镜。
背景技术
激光扩束镜主要有两个用途：其一是扩展激光束的直径；其二是减小激光束的发散角；扩束镜用于压缩激光器输出光束发散角，被广泛应用于工业、安防、医疗等行业。
公开号为CN101211001A的中国专利公开了一种变倍扩束镜，包括镜筒，设置在镜筒上的第三透镜组，同心设置在所述镜筒内并可沿所述镜筒轴向滑动的第一滑动镜筒和第二滑动镜筒；分别设置在所述第一和第二滑动镜筒上的第一透镜组和第二透镜组，以及可旋转套设在所述镜筒外侧用于调节所述第一和第二滑动镜筒相对所述镜筒的轴向位置的第一调节手环和第二调节手环，其特征在于，所述变倍扩束镜进一步包括：套设在上述镜筒和第一调节手环之间的第一过渡圈，所述第一过渡圈通过第一销轴/螺旋槽机构与所述第一调节手环配合并在所述第一调节手环的旋转带动下沿轴向平移，所述第一过渡圈通过同步机带动所述第一滑动镜筒沿轴向平移；套设在上述镜筒和第二调节手环之间的第二过渡圈，第二过渡圈通过第二销轴/键槽结构与所述第二调节手环配合并在所述第二调节手环旋转带动下旋转，所述第二过渡圈通过第二销轴/螺旋槽机构与所述第二滑动镜筒配合并通过旋转带动所述第二滑动镜筒平移，所述第一过渡圈和第二过渡圈通过第一可旋转轴向连接机构轴向连接。该变倍扩束镜结构复杂，实用性差。
在激光加工设备组装完成后，需要对光路进行调整，调整的原则是要光路中的每个器件达到一定要求的光学同轴度。扩束镜作为光路中的辅助器件，起到增大光束直径的作用，如果其轴线与激光光束轴线偏差过大会造成经过扩束后的激光光束能量沿轴心分布不均匀，那么就会影响激光的切割质量，对激光加工系统产生不适应性；同时，激光光束变倍扩束镜入瞳较小，对大光斑光束口径的激光整形会造成能量损失而达不到较好的整形效果；此外市场上流行的变倍扩束镜变倍范围较大，在某些倍率情况下光束发散角压缩不到理想的效果。
发明内容
为了克服现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于激光加工系统的变倍率扩束镜。
本发明是通过以下技术方案实现的：
用于激光加工系统的变倍率扩束镜，包括按照光波照射方向依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，所述第一透镜为双凸透镜，第一透镜的左侧面是曲率半径为23.623mm的凸球面，第一透镜的右侧面是曲率半径为53.463mm的凸球面；所述第二透镜和第三透镜均为弯月形透镜，第二透镜的左侧面是曲率半径为17.189mm的凸球面，第二透镜的右侧面是曲率半径为4.758mm的凹球面；第三透镜的左侧面是曲率半径为1.61mm的凹球面，第三透镜的右侧面是曲率半径为2.55mm的凸球面；所述第四透镜为平凸透镜，第四透镜的左侧面是曲率半径为71.92mm的凸球面，第四透镜的左侧面为平面；第一透镜的左侧面、第二透镜的左侧面、第三透镜的左侧面和第四透镜的左侧面均设置在光波入射的一侧。
所述的技术方案优选为，所述第一透镜的焦距为33.8mm、中心厚度为9.96mm。
所述的技术方案优选为，所述第二透镜的焦距为-12.35mm、中心厚度为8.87mm。
所述的技术方案优选为，所述第三透镜的焦距为-18.76mm、中心厚度为1.508mm。
所述的技术方案优选为，所述第四透镜的焦距为62.96mm、中心厚度为10mm。
所述的技术方案优选为，所述第一透镜和第四透镜均采用H-K9冕牌玻璃制成，所述第二透镜和第三透镜均采用H-ZF7L重火石牌玻璃制成。
所述的技术方案优选为，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜的同轴轴向偏差为-0.05mm至+0.05mm。
所述的技术方案优选为，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜均镀1054nm至1074nm波段的增透膜。
与现有技术相比，本发明的优越效果在于：所述扩束镜应用于激光加工行业，用于压缩激光器输出光束发散角，利用1064nm激光进行激光加时，需要将激光束首先进行准直，之后进行远距离传输后，再对目标进行汇聚；变倍率激光扩束，使激光加工系统适应不同发散角的输入光束，并将其压缩为发散角相同的准直光束，提高激光加工系统的适应性。
所述变倍率扩束镜基于光束传输理论，通过第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜光学镜面面形优化，使其在多个倍率范围内均有良好的扩束质量，在扩束倍率为2-4倍、波长为1054nm至1074nm工作波段内的透过率大于97％，具有良好的透光性。
附图说明
图1为本发明所述用于激光加工系统的变倍率扩束镜结构示意图。
附图标识如下：
1-第一透镜、2-第二透镜、3-第三透镜、4-第四透镜。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实例，对本发明进行进一步详细说明。
如附图1所示，本发明所述用于激光加工系统的变倍率扩束镜，包括按照光波照射方向依次排列的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4，所述第一透镜1为双凸透镜，第一透镜1的左侧面是曲率半径为23.623mm的凸球面，第一透镜1的右侧面是曲率半径为53.463mm的凸球面；所述第二透镜2和第三透镜3均为弯月形透镜，第二透镜2的左侧面是曲率半径为17.189mm的凸球面，第二透镜2的右侧面是曲率半径为4.758mm的凹球面；第三透镜3的左侧面是曲率半径为1.61mm的凹球面，第三透镜3的右侧面是曲率半径为2.55mm的凸球面；所述第四透镜4为平凸透镜，第四透镜4的左侧面是曲率半径为71.92mm的凸球面，第四透镜4的左侧面为平面；第一透镜1的左侧面、第二透镜2的左侧面、第三透镜3的左侧面和第四透镜4的左侧面均设置在光波入射的一侧。
所述第一透镜1的焦距为33.8mm、中心厚度为9.96mm，通光孔径为10mm；所述第二透镜2的焦距为-12.35mm、中心厚度为8.87mm，通光孔径为10mm；所述第三透镜3的焦距为-18.76mm、中心厚度为1.508mm，通光孔径为8mm；所述第四透镜4的焦距为62.96mm、中心厚度为10mm，通光孔径为8mm。
所述第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4的同轴轴向偏差为-0.05mm至+0.05mm。
当使用1054nm至1074nm波段增透膜时，本发明所述变倍率扩束镜的扩束变倍波段包含扩束倍率分别在2、2.5、3、3.5、4倍情况下，所述第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4之间的间隔距离如下：
本发明所述变倍率扩束镜在2倍情况下，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4之间的间距由左向右分别为6.74mm、130.035mm、116.403mm；
本发明所述变倍率扩束镜在2.5倍情况下，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4之间的间距由左向右分别为6.74mm、106.513mm、116.403mm；
本发明所述变倍率扩束镜在3倍情况下，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4之间的间距由左向右分别为6.74mm、83.952mm、116.249mm；
本发明所述变倍率扩束镜在3.5倍情况下，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4之间的间距由左向右分别为6.74mm、67.326mm、115.889mm；
本发明所述1064nm变倍扩束镜光学系统在4倍情况下，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4之间的间距由左向右分别为6.74mm、28.84mm、68.509mm。
所述第一透镜1和第四透镜4均采用H-K9冕牌玻璃制成，所述第二透镜2和第三透镜3均采用H-ZF7L重火石牌玻璃制成。所述第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4均镀1054nm至1074nm波段的增透膜，所述增透膜单面透过率>99.5％。本发明所述变倍率扩束镜在1054nm至1074nm范围内整体透过率大于97％。
本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。

Claims (8)

1.用于激光加工系统的变倍率扩束镜，其特征在于，包括按照光波照射方向依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，所述第一透镜为双凸透镜，第一透镜的左侧面是曲率半径为23.623mm的凸球面，第一透镜的右侧面是曲率半径为53.463mm的凸球面；所述第二透镜和第三透镜均为弯月形透镜，第二透镜的左侧面是曲率半径为17.189mm的凸球面，第二透镜的右侧面是曲率半径为4.758mm的凹球面；第三透镜的左侧面是曲率半径为1.61mm的凹球面，第三透镜的右侧面是曲率半径为2.55mm的凸球面；所述第四透镜为平凸透镜，第四透镜的左侧面是曲率半径为71.92mm的凸球面，第四透镜的左侧面为平面；第一透镜的左侧面、第二透镜的左侧面、第三透镜的左侧面和第四透镜的左侧面均设置在光波入射的一侧。
2.根据权利要求1所述的变倍率扩束镜，其特征在于，所述第一透镜的焦距为33.8mm、中心厚度为9.96mm。
3.根据权利要求1所述的变倍率扩束镜，其特征在于，所述第二透镜的焦距为-12.35mm、中心厚度为8.87mm。
4.根据权利要求1所述的变倍率扩束镜，其特征在于，所述第三透镜的焦距为-18.76mm、中心厚度为1.508mm。
5.根据权利要求1所述的变倍率扩束镜，其特征在于，所述第四透镜的焦距为62.96mm、中心厚度为10mm。
6.根据权利要求1所述的变倍率扩束镜，其特征在于，所述第一透镜和第四透镜均采用H-K9冕牌玻璃制成，所述第二透镜和第三透镜均采用H-ZF7L重火石牌玻璃制成。
7.根据权利要求1所述的变倍率扩束镜，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜的同轴轴向偏差为-0.05mm至+0.05mm。
8.根据权利要求1或6或7所述的变倍率扩束镜，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜均镀1054nm至1074nm波段的增透膜。
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