CN105531616B - 红外大幅面远心激光打标Fθ镜头 - Google Patents

红外大幅面远心激光打标Fθ镜头 Download PDF

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Abstract

一种红外大幅面远心激光打标Fθ镜头，包括沿入射光线的传输方向依次排列的第一透镜(110)、第二透镜(120)、第三透镜(130)和第四透镜(140)。第一透镜(110)为双凹负透镜，包括第一曲面(111)和第二曲面(112)；第二透镜(120)为弯月正透镜，包括第三曲面(121)和第四曲面(122)；第三透镜(30)为弯月正透镜，包括第五曲面(131)和第六曲面(132)；第四透镜(140)为平面透镜，起保护其他透镜的作用。第一透镜至第三透镜沿入射光线的传输方向同轴设置。第一曲面至第六曲面沿入射光线的传输方向依次排布。红外大幅面远心激光打标Fθ镜头可用作红外激光打标用Fθ镜头，满足了大幅面激光打标的远心的需要，同时使镜头的体积控制在可接受和可应用的范围，实现了光学系统的整体小型化。

Description

红外大幅面远心激光打标Fθ镜头
【技术领域】
本发明涉及光学镜头领域，特别是涉及一种红外大幅面远心激光打标Fθ镜头。
【背景技术】
所谓远心技术，是指在光学设计中，将出瞳的位置设在无限远处，以保证Fθ镜头的光学系统的主光线与光轴平行，即所有聚焦在像面上的聚焦点的光束都有相同的孔径角，在像面上能得到尺寸基本不变的物体的像。由于要求所有出瞳主光线必须平行，当像面画幅较大时，也要求镜头有较大的通光直径，即幅面愈大，镜头也愈大。镜头体积与通光直径D或D3成比例，因此大幅面的Fθ镜头实际上很少得到应用。
对于一般的远心系统而言，都是将入瞳位置设在系统的前焦点上以使聚焦光束的主光线垂直于焦平面，当镜头焦距较长时，由于焦点较远，其入瞳位置也会在较远的地方，这不但使Fθ镜头的光学系统整个体积增大，也使Fθ镜头的光学系统的像差校正的难度增加。
【发明内容】
基于此，有必要提供一种红外大幅面远心激光打标Fθ镜头，既能使镜头的体积控制在可接受和可应用的范围，同时又能降低像差校正难度。
一种红外大幅面远心激光打标Fθ镜头，包括沿入射光线的传输方向依次同轴排列的：
第一透镜，所述第一透镜为双凹负透镜，包括第一曲面和第二曲面，所述第一曲面朝图像侧凸出，所述第二曲面朝物体侧凸出；
第二透镜，所述第二透镜为弯月正透镜，包括第三曲面和第四曲面，所述第三曲面和所述第四曲面均朝图像侧凸出；
第三透镜，所述第三透镜为弯月正透镜，包括第五曲面和第六曲面，所述第五曲面朝物体侧凸出，所述第六曲面为平面；
其中，所述第一曲面至所述第六曲面沿入射光线的传输方向依次排布；
所述第一透镜至所述第三透镜的中心厚度依次为6mm、16mm、12mm，允许公差为10％，上偏差为+5％，下偏差为-5％；
所述第一曲面至所述第五曲面的曲率半径依次为-143mm、330mm、-1100mm、-160mm、320mm，允许公差为10％，上偏差为+5％，下偏差为-5％。
在其中一个实施例中，所述第二曲面与所述第三曲面之间、所述第四曲面与所述第五曲面之间的中心间距分别为76mm和0.5mm，允许公差为10％，上偏差为+5％，下偏差为-5％。
在其中一个实施例中，所述第一透镜至所述第三透镜绕入射光轴旋转对称，即所述第一透镜至所述第三透镜在垂直于入射光轴的平面内的投影为圆形。
在其中一个实施例中，所述第一曲面至所述第五曲面均为球面。
在其中一个实施例中，所述红外大幅面远心激光打标Fθ镜头还包括第四透镜，所述第四透镜为平面透镜，包括第七曲面和第八曲面，所述第七曲面和所述第八曲面均为平面。所述第四透镜设于所述第三透镜靠近图像的一侧，起保护其他透镜的作用。
在其中一个实施例中，所述第四透镜的厚度为4mm，允许公差为10％，上偏差为+5％，下偏差为-5％。
在其中一个实施例中，所述第七曲面与所述第六曲面相邻，所述第七曲面与所述第六曲面之间的中心间距为4mm，允许公差为10％，上偏差为+5％，下偏差为-5％。
在其中一个实施例中，所述红外大幅面远心激光打标Fθ镜头的工作距离为370mm。
在其中一个实施例中，所述红外大幅面远心激光打标Fθ镜头的工作光束为红外激光。
上述的红外大幅面远心激光打标Fθ镜头可作为红外激光打标用Fθ镜头的用途，其首先满足了大幅面激光打标的远心的需要，同时由于使用了反远距光学系统的结构，入瞳与系统距离大为减小，从而大大地简化了系统的结构，使镜头的体积控制在可接受和可应用的范围，使光学系统整体小型化得以实现，并且具有较高的校正像差的能力。
【附图说明】
图1为一实施例的红外大幅面远心激光打标Fθ镜头的结构示意图；
图2为图1所示的红外大幅面远心激光打标Fθ镜头的聚焦点弥散图；
图3为图1所示的红外大幅面远心激光打标Fθ镜头的像散和畸变图；
图4为图1所示的红外大幅面远心激光打标Fθ镜头的调制传递函数M.T.F图。
【具体实施方式】
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明的红外大幅面远心激光打标Fθ镜头进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，本文中负号表示光从左向右传播，以球面和主光轴的交点为准，球面的球心在该点以左，则曲率半径为负，反之，球心在该点以右，则曲率半径为正。另外，本文中以入射光从左向右传播，位于镜头左边的为物体侧，位于镜头右边的为图像侧。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，一实施例的红外大幅面远心激光打标Fθ镜头100包括沿入射光线150的传输方向依次设置的四块透镜，其分别为第一透镜110、第二透镜120、第三透镜130和第四透镜140。其中，第一透镜110至第三透镜130沿入射光线150的传输方向同轴设置。
第一透镜110为双凹负透镜，包括第一曲面111和第二曲面112。第一曲面111为球面，朝图像一侧凸出。第二曲面112为球面，朝物体一侧凸出。第一曲面111的曲率半径为-143±5％mm。第二曲面112的曲率半径为330±5％mm。第一透镜110沿着光轴上的厚度为6±5％mm。
第二透镜120为弯月正透镜，包括第三曲面121和第四曲面122。第三曲面121和第四曲面122均为球面，且均朝图像一侧凸出。第三曲面121的曲率半径为-1100±5％mm。第四曲面122的曲率半径为-160±5％mm。第二透镜120沿着光轴上的厚度为16±5％mm。第二透镜120与第一透镜110之间的距离，即第三曲面121与第二曲面112在光轴上的间距优选为76±5％mm。
第三透镜130为弯月正透镜，包括第五曲面131和第六曲面132。第五曲面131为球面，朝物体一侧凸出。第六曲面132为平面。第五曲面131的曲率半径为320±5％mm。第三透镜130沿着光轴上的厚度为12±5％mm。第三透镜130与第二透镜120之间的距离，即第五曲面131与第四曲面122在光轴上的间距优选为0.5±5％mm。
上述的第一曲面111至第六曲面132沿入射光线150的传输方向依次排布。入射光线150依次经过第一曲面111至第六曲面132后，在像平面160上得到尺寸基本不变的物体的像。
在本实施例中，第一透镜110至第三透镜130绕入射光轴旋转对称，即第一透镜110至第三透镜130在垂直于入射光线150的平面内的投影为圆形。在其他实施例中，第一透镜110至第三透镜130也可以非旋转对称体，即第一透镜110至第三透镜130在垂直于入射光线150的平面内的投影为还可以为椭圆形、方形或其他形状。
第四透镜140为平面透镜，包括第七曲面141和第八曲面142。第七曲面141和第八曲面142均为平面。第四透镜140设于第三透镜130靠近图像的一侧，起保护其他透镜的作用。在其他实施例中，第四透镜140也可设置在第三透镜130靠近物体的一侧，或设置在相邻两个透镜之间。第四透镜140的厚度为4±5％mm。第四透镜140与第三透镜130之间的距离，即第七曲面141与相邻的第六曲面132在光轴上的间距优选为4±5％mm。可以理解，第四透镜140也可省略。
上述的红外大幅面远心激光打标Fθ镜头的工作距离为370mm。
上述的红外大幅面远心激光打标Fθ镜头的工作光束为红外激光。
图2为上述的红外大幅面远心激光打标Fθ镜头的聚焦点弥散图，表明分别在不同视场中其弥散斑尺寸的参考线为40μm，其中，X坐标轴的单位为μm，Y坐标轴代表子午方向镜头中心到边缘距离。图3为上述的红外大幅面远心激光打标Fθ镜头的像散和畸变曲线图，其像散和畸变曲线都达到或小于理论值或理论水平，表明该红外大幅面远心激光打标Fθ镜头具有较高的校正像差的能力。图4为上述的红外大幅面远心激光打标Fθ镜头的调制传递函数M.T.F图，当分辨率达到20线对/mm时，其M.T.F仍为0.42，表明该红外大幅面远心激光打标Fθ镜头具有较高的成像质量。
上述的红外大幅面远心激光打标Fθ镜头可作为红外激光打标用Fθ镜头的用途，其首先满足了大幅面激光打标的远心的需要，同时由于使用了反远距光学系统的结构，入瞳与系统距离大为减小，从而大大地简化了系统的结构，使镜头的体积控制在可接受和可应用的范围，使光学系统整体小型化得以实现，并且具有较高的校正像差的能力。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种红外大幅面远心激光打标Fθ镜头，其特征在于，包括沿入射光线的传输方向依次同轴排列的：
第一透镜，所述第一透镜为双凹负透镜，包括第一曲面和第二曲面，所述第一曲面朝图像侧凸出，所述第二曲面朝物体侧凸出；
第二透镜，所述第二透镜为弯月正透镜，包括第三曲面和第四曲面，所述第三曲面和所述第四曲面均朝图像侧凸出；
第三透镜，所述第三透镜为弯月正透镜，包括第五曲面和第六曲面，所述第五曲面朝物体侧凸出，所述第六曲面为平面；
其中，所述第一曲面至所述第六曲面沿入射光线的传输方向依次排布；
所述第一透镜至所述第三透镜的中心厚度依次为6mm、16mm、12mm，允许公差为10％，上偏差为+5％，下偏差为-5％；
所述第一曲面至所述第五曲面的曲率半径依次为-143mm、330mm、-1100mm、-160mm、320mm，允许公差为10％，上偏差为+5％，下偏差为-5％；
所述第二曲面与所述第三曲面之间、所述第四曲面与所述第五曲面之间的中心间距分别为76mm和0.5mm，允许公差为10％，上偏差为+5％，下偏差为-5％。
2.根据权利要求1所述的红外大幅面远心激光打标Fθ镜头，其特征在于，所述第一透镜至所述第三透镜绕入射光轴旋转对称。
3.根据权利要求1所述的红外大幅面远心激光打标Fθ镜头，其特征在于，所述第一曲面至所述第五曲面均为球面。
4.根据权利要求1所述的红外大幅面远心激光打标Fθ镜头，其特征在于，还包括第四透镜，所述第四透镜为设于所述第三透镜靠近图像的一侧的平面透镜，包括第七曲面和第八曲面，所述第七曲面和所述第八曲面均为平面。
5.根据权利要求4所述的红外大幅面远心激光打标Fθ镜头，其特征在于，所述第四透镜的厚度为4mm，允许公差为10％，上偏差为+5％，下偏差为-5％。
6.根据权利要求4所述的红外大幅面远心激光打标Fθ镜头，其特征在于，所述第七曲面与所述第六曲面相邻，所述第七曲面与所述第六曲面之间的中心间距为4mm，允许公差为10％，上偏差为+5％，下偏差为-5％。
7.根据权利要求1所述的红外大幅面远心激光打标Fθ镜头，其特征在于，所述红外大幅面远心激光打标Fθ镜头的工作距离为370mm。
8.根据权利要求1所述的红外大幅面远心激光打标Fθ镜头，其特征在于，所述红外大幅面远心激光打标Fθ镜头的工作光束为红外激光。
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CI01 Correction of invention patent gazette
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Correction item: Applicant

Correct: HANS LASER TECHNOLOGY INDUSTRY GROUP CO., LTD.|Shenzhen Han's CNC Science and Technology Co., Ltd.

False: HANS LASER TECHNOLOGY INDUSTRY GROUP CO., LTD.|Big nation of Shenzhen numerical control science and technology has company

Number: 17

Volume: 32

CI02 Correction of invention patent application
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Correction item: Applicant

Correct: HANS LASER TECHNOLOGY INDUSTRY GROUP CO., LTD.|Shenzhen Han's CNC Science and Technology Co., Ltd.

False: HANS LASER TECHNOLOGY INDUSTRY GROUP CO., LTD.|Big nation of Shenzhen numerical control science and technology has company

Number: 17

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Volume: 32

GR01 Patent grant
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Effective date of registration: 20200618

Address after: 518101 workshop 5 / F, 1 / 2 / F, 14 / F, 17 / F, antuoshan hi tech Industrial Park, Xinsha Road, Shajing street, Bao'an District, Shenzhen City, Guangdong Province

Patentee after: SHENZHEN HAN'S CNC SCIENCE AND TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Address before: Dazu laser Building No. 9 Nanshan District high tech Park North new road Shenzhen city Guangdong province 518000

Co-patentee before: SHENZHEN HAN'S CNC SCIENCE AND TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Patentee before: HAN'S LASER TECHNOLOGY INDUSTRY GROUP Co.,Ltd.

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right
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Effective date of registration: 20200629

Address after: No. 9988 Nanshan District Shennan Road Shenzhen city Guangdong province 518057

Patentee after: HAN'S LASER TECHNOLOGY INDUSTRY GROUP Co.,Ltd.

Address before: 518101 workshop 5 / F, 1 / 2 / F, 14 / F, 17 / F, antuoshan hi tech Industrial Park, Xinsha Road, Shajing street, Bao'an District, Shenzhen City, Guangdong Province

Patentee before: SHENZHEN HAN'S CNC SCIENCE AND TECHNOLOGY Co.,Ltd.