CN105892046B - 红外二维扫描镜组 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种红外二维扫描镜组，包括位于红外激光入射方向依序排列的第一、第二、第三、第四、第五、第六透镜，其中，第一透镜为双凹型透镜，第二透镜为弯月型透镜，且曲面向着光线的入射方向弯曲，第三透镜及第五透镜为双凸型玻璃，第四透镜为平凹型透镜，第六透镜为保护玻璃；该扫描镜组用于镜头的入瞳直径为30mm、焦距为275mm、波长为1064nm的红外激光、加工范围为130mm＊130mm加工区域。本发明的红外二维扫描镜组在一定的区域的光斑能达到一定的要求，因此在有一定的离焦的时候不会影响加工质量，保证加工工艺效果，满足实际使用的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种红外二维扫描镜组，尤其是一种在一定区域的光斑达到一定要求的红外二维扫描镜组。
背景技术
随着激光加工技术的不断发展，需要加工的介质品种日益增加，要求加工出来的效果也越来越精细，使用超短脉冲激光进行激光加工越来越广泛。有些加工的介质非常的易碎，加工过程中容易产生裂缝，对边缘质量和边缘的角度的要求也很高，而红外波长的超短脉冲激光是可以满足这样的加工要求的，它的加工热影响区小，所以在超精细打标、特殊材料切割及切割等方面得到广泛的应用。
在激光切割加工应用领域，不但要求切割出来的图案准确，精细，而且对加工出来的介质粗糙度，断面质量方面都要满足一定的工艺要求，这就要求所用的加工透镜在一定区域的光斑达到一定的要求，而传统的用于切割的红外二维扫描镜组镜头，只能保证在焦点处满足一定的加工要求，在有一定的离焦的时候就会严重的影响加工质量，进而影响加工工艺效果，不能满足实际使用的需求。
有鉴于此，需要开发一种新的加工透镜，以解决上述问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种红外激光应用的红外二维扫描镜组，旨在解决现有红外二维扫描镜组在有一定离焦时影响材料加工质量和加工工艺效果的问题。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种红外二维扫描镜组，其特征在于，包括：位于红外激光入射方向依序排列的第一、第二、第三、第四、第五、第六透镜，其中，第一透镜为双凹型透镜，第二透镜为弯月型透镜，且曲面向着光线的入射方向弯曲，第三透镜及第五透镜为双凸型玻璃，第四透镜为平凹型透镜，第六透镜为保护玻璃；所述第一透镜的两个曲面S1 、S2 曲率半径分别为R1=-61.59mm 、R2 =294.64mm ，其光轴上的中心厚度d1=7.5mm；第二透镜的两个曲面S3 、S4 曲率半径分别为R3 =-294.64mm 、R4=-95.7mm ，其光轴上的中心厚度d3=21mm ；第三透镜两个曲面S5 、S6 曲率半径分别为R5 =553.17mm、R6=-102.24mm ，其光轴上的中心厚度d5=33mm ；第四透镜两个曲面S7 、S8 曲率半径分别为R7=-102.24mm 、R8=∞ ，其光轴上的中心厚度d7=8mm ；第五透镜两个曲面S9 、S10 曲率半径分别为R9=553.17mm 、R10=-155.33mm ，其光轴上的中心厚度d9=30mm；其中，所有透镜的曲面的曲率半径和其光轴上的中心厚度的公差范围均为±5 ％；所述扫描镜组用于镜头的入瞳直径为30mm 、焦距为275mm 、波长为1064nm 的红外激光、加工范围为130mm＊130mm加工区域。
进一步，所述第一透镜的材料为Ndl : Vdl 为1 .5 / 64 ，所述第二透镜的材料为Nd3 : Vd3 为1 .7 / 55，所述第三透镜的材料为Nd5 : Vd5 为1 .7 / 55 ，所述第四透镜的材料为Nd7 : Vd7 为1 .8 / 25 ，所述第五透镜的材料为Nd9 : Vd9 为1 . 7 / 55，所述第六透镜的材料为Nd11 : Vd11 为1 .5 / 64，以上公差范围均为±5 ％。
进一步，所述第一透镜与所述第二透镜在光轴上的间隔为d2=6.7mm ，其公差范围为±5 ％。
进一步，所述第二透镜与所述第三透镜在光轴上的间隔为d4=2mm ，其公差范围为±5 ％。
进一步，所述第三透镜与所述第四透镜在光轴上的间隔为d6=8.1mm ，其公差范围为±5 ％。
进一步，所述第四透镜与所述第五透镜在光轴上的间隔为d8=0.7mm ，其公差范围为±5 ％。
进一步，所述第五透镜与所述第六透镜在光轴上的间隔为d10=1mm ，其公差范围为±5 ％。
与现有技术相比，本发明的红外二维扫描镜组在一定的区域的光斑能达到一定的要求，因此在有一定的离焦的时候不会影响加工质量，保证加工工艺效果，满足实际使用的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1 是本发明实施例红外二维扫描镜组的结构示意图；
图2 是本发明实施例的光程差图；
图3 为本发明实施例中的弥散斑图；
图4为本发明实施例中的光学传递函数MTF 图；
图5 为本发明实施例中的场曲、畸变图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的红外二维扫描镜组主要有六个透镜构成，所述六个透镜根据激光的入射光线方向依次排序为第一透镜Ll 、第二透镜L2 、第三透镜L3 、第四透镜L4 、第五透镜L5、第六透镜L6。
其中，所述第二透镜L2为弯月型透镜，且曲面向着光线的入射方向弯曲；所述第一透镜L1为双凹型透镜，所述第三透镜L3及所述第五透镜L5为双凸型玻璃, 所述第四透镜L4为平凹型透镜，所述第六透镜L6为保护玻璃。并且，各个透镜均位于同一光轴上面。
它们的具体结构及参数为：所述第一透镜L1的两个曲面S1 、S2 曲率半径分别为R1=-61.59mm 、R2 =294.64mm ，其光轴上的中心厚度d1=7.5mm；所述第二透镜L2的两个曲面S3 、S4 曲率半径分别为R3 =-294.64mm 、R4=-95.7mm ，其光轴上的中心厚度d3=21mm ；所述第三透镜L3两个曲面S5 、S6 曲率半径分别为R5 =553.17mm、R6=-102.24mm ，其光轴上的中心厚度d5=33mm ；所述第四透镜L4两个曲面S7 、S8 曲率半径分别为R7=-102.24mm、R8=∞ ，其光轴上的中心厚度d7=8mm ；所述第五透镜L5两个曲面S9 、S10 曲率半径分别为R9=553.17mm 、R10=-155.33mm ，其光轴上的中心厚度d9=30mm；所述第六透镜L6为平板镜，其两个曲面S11 、S12 曲率半径分别为R11=∞ 、R12=∞ ，其光轴上的中心厚度d11=5mm；其中，所有透镜曲率半径和厚度的公差范围均为±5 ％；所述红外二维扫描镜组用于镜头的入瞳直径为30mm 、焦距为275mm 、波长为1064nm 的红外激光、加工范围为130mm＊130mm加工区域。所述第一透镜L1的材料为Ndl : Vdl 为1 .5 / 64 ，所述第二透镜L2的材料为Nd3 : Vd3 为1 .7 / 55，所述第三透镜L3的材料为Nd5 : Vd5 为1 .7 / 55 ，所述第四透镜L4的材料为Nd7 : Vd7 为1 .8 / 25 ，所述第五透镜L5的材料为Nd9 : Vd9 为1 .7 / 55，所述第六透镜L6的材料为Nd11 : Vd11 为1 .5 / 64，其公差范围均为±5 ％。所述第一透镜L1与所述第二透镜L2在光轴上的间隔为d2=6.7mm ，其公差范围为±5 ％。所述第二透镜L2与所述第三透镜L3在光轴上的间隔为d4=2mm ，其公差范围为±5 ％。所述第三透镜L3与所述第四透镜L4在光轴上的间隔为d6=8.1mm ，其公差范围为±5 ％。所述第四透镜L4与所述第五透镜L5在光轴上的间隔为d8=0.7mm ，其公差范围为±5 ％。所述第五透镜L5与所述第六透镜L6在光轴上的间隔为d10=1mm ，其公差范围为±5 ％。第六透镜L6与成像面L7在光轴上的间距根据实际镜头的大小而改变。
其中，为了达到在一定离焦范围内消场曲的目的，选用不同色散系数的玻璃。
如下表1中列出的是本实施例的镜头相关参数，包含透镜的曲率半径、透镜厚度、透镜的材料等内容。
| 曲面S | 曲率R ( mm ) | 面间隔d ( mm ) | 材料Nd / Vd |
| 1 | -61.59±5% | 7.5 ±5% | 1.5/64 （±5%） |
| 2 | 294.94±5% | 6.7±5% | |
| 3 | -294.64±5% | 21±5% | 1.7/55 （±5%） |
| 4 | -95.7±5% | 2±5% | |
| 5 | 553.17±5% | 33±5% | 1.7/55（±5%） |
| 6 | -102.24±5% | 8.1 ±5% | |
| 7 | -102.24±5% | 8±5% | 1.8/25 （±5%） |
| 8 | ∞ | 0.7±5% | |
| 9 | 553.17±5% | 30±5% | 1.7/55（±5%） |
| 1O | -155.33 ±5% | 1±5% | |
| 11 | ∞ | 5±5% | 1.5/64（±5%） |
| 12 | ∞ |
表1
本实施例的主要光学参数如下： f = 275mm D = 30mm A = 130 * 13O
2ω = 40° λ＝1064nm
其中f 为本光学镜头的焦距，D 为入瞳直径，λ为波长，2ω为全视场角，A 为加工面积。
如图2至图5，为本实施例的光学性能曲线图。图2 为本发明实施例中的光程差图，表明像差已经得到很好；图3 为本发明实施例中的点列图，已经校正到最佳状态；图4 为本发明实施例中的光学传递函数MTF 图，已经达到理想状态；图5为本发明实施例中的场曲和畸变，也达到较好状态。
从上述光学性能曲线图中的数据可以分析发现，本发明红外二维扫描镜组具有较好的光学效果。
需注意的是，上述表格中的具体参数仅仅是示例性的，各透镜成份曲率半径、表面间隔、折射率等，不限于由上述实施例所给出的值，可以采用其他的值，都可以达到类似的效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种红外二维扫描镜组，其特征在于，包括：位于红外激光入射方向依序排列的第一、第二、第三、第四、第五、第六透镜，其中，第一透镜为双凹型透镜，第二透镜为弯月型透镜，且曲面向着光线的入射方向弯曲，第三透镜及第五透镜为双凸型玻璃，第四透镜为平凹型透镜，第六透镜为保护玻璃；所述第一透镜的两个曲面S1、S2曲率半径分别为R1＝-61.59mm、R2＝294.64mm，其光轴上的中心厚度d1＝7.5mm；第二透镜的两个曲面S3、S4曲率半径分别为R3＝-294.64mm、R4＝-95.7mm，其光轴上的中心厚度d3＝21mm；第三透镜两个曲面S5、S6曲率半径分别为R5＝553.17mm、R6＝-102.24mm，其光轴上的中心厚度d5＝33mm；第四透镜两个曲面S7、S8曲率半径分别为R7＝-102.24mm、R8＝∞，其光轴上的中心厚度d7＝8mm；第五透镜两个曲面S9、S10曲率半径分别为R9＝553.17mm、R10＝-155.33mm，其光轴上的中心厚度d9＝30mm；其中，所有透镜的曲面的曲率半径和其光轴上的中心厚度的公差范围均为±5％；该扫描镜组的镜头的入瞳直径为30mm、焦距为275mm，该扫描镜组用于波长为1064nm的红外激光、加工范围为130mm＊130mm加工区域。
2.如权利要求1所述的红外二维扫描镜组，其特征在于：所述第一透镜的材料为Ndl:Vdl为1.5/64，所述第二透镜的材料为Nd3:Vd3为1.7/55，所述第三透镜的材料为Nd5:Vd5为1.7/55，所述第四透镜的材料为Nd7:Vd7为1.8/25，所述第五透镜的材料为Nd9:Vd9为1.7/55，所述第六透镜的材料为Nd11:Vd11为1.5/64，以上公差范围均为±5％。
3.如权利要求1所述的红外二维扫描镜组，其特征在于：所述第一透镜与所述第二透镜在光轴上的间隔为d2＝6.7mm，其公差范围为±5％。
4.如权利要求1所述的红外二维扫描镜组，其特征在于：所述第二透镜与所述第三透镜在光轴上的间隔为d4＝2mm，其公差范围为±5％。
5.如权利要求1所述的红外二维扫描镜组，其特征在于：所述第三透镜与所述第四透镜在光轴上的间隔为d6＝8.1mm，其公差范围为±5％。
6.如权利要求1所述的红外二维扫描镜组，其特征在于：所述第四透镜与所述第五透镜在光轴上的间隔为d8＝0.7mm，其公差范围为±5％。
7.如权利要求1所述的红外二维扫描镜组，其特征在于：所述第五透镜与所述第六透镜在光轴上的间隔为d10＝1mm，其公差范围为±5％。
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