CN107561668A - 至少具有第一和第二光学组件的物镜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种物镜(1)，所述物镜具有以下特征：第一光学组件，所述第一光学组件安装在第一物镜壳体(2)中并且包括至少一个第一透镜(4)，其中，所述第一透镜(4)至少具有曲率半径大致相同的第一表面(4A)和第二表面(4B)；以及第二光学组件，所述第二光学组件安装在第二物镜壳体(3)中并且包括至少一个透镜，其中，所述第一物镜壳体和所述第二物镜壳体在连接区域(V)中彼此连接，并且其中，直接邻近于所述连接区域的所述第一物镜壳体中的那个透镜为所述第一透镜(4)。

Description

至少具有第一和第二光学组件的物镜
技术领域
本发明涉及一种至少具有第一和第二光学组件的物镜。这种类型的物镜具体还包括所谓的F-theta物镜，所述F-theta物镜例如被提供用于对如可以在用于激光材料加工的扫描装置中使用的大功率激光进行聚焦。
背景技术
激光和材料加工应用要求所使用的光学系统具有比以往更高的光学质量以及较高程度的生产稳定性，也就是说相对于彼此所产生的系统的光学性能上的低偏差。
所使用的部件的制造容差通常引起像差以及光学质量的下降。主要在UV和固体石英光学系统领域中，这导致显著更差的质量以及在后加工方面增加的支出。安装技术是核心因素，特别是在F-theta物镜的情况下。利用来自现有技术的标准技术可不再确保关于质量的当前需求。
标准的F-theta安装技术由所谓的填充安装来进行区分。填充安装的原理基于透镜和间隔环的自定心概念。当使用例如新月形透镜((在图1中由“M”标识)，所述新月形透镜具有第一表面和至少一个第二表面，所述第一表面和所述至少一个第二表面具有大致相同的曲率半径)时，这可导致多个问题(因为这些新月形透镜不具有定心效应并且由于各自的支撑件而滚动离开)。这可引起在最大程度上使其离心的组件状态。类似的问题可发生在使用平凸透镜或平凹透镜(在图1中由“P”来标识)时。通过所描述的填充安装技术无法使这些透镜的平面侧居中。仅两侧的具有适当曲率(在图1中由“G”来标识)的透镜具有足够高的自定心效应。
利用滑动透镜(高精度特殊物镜)来调节旋转安装件的技术昂贵、复杂并且占据大量的空间。因此，所述技术不适合用于大规模市场。当装配F-theta物镜时，透镜被插入所谓的管安装件(管)中并且取决于期望的透镜单元和参数借助于间隔物(环或间隔物)而成型。基本上为圆柱形的管和间隔物被插入安装壳体(壳体)中并且被相继地装配。在所述过程中可出现由于不恰当的组装或者由于间隔物的不规则性等所引起的缺陷，这最终导致调节缺陷并且因此导致图像缺陷等(作为进一步后果)。这些缺陷通过物镜的整个透镜单元从透镜传输至透镜。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种用于构建并装配物镜的解决方案(所述物镜具有带有低自定心度的透镜(也就是具有第一表面以及至少一个第二表面的透镜，所述第一表面以及所述至少一个第二表面具有大致相同的曲率半径))，从而使得可最小化或者可能甚至补偿组装缺陷。针对这种物镜，通过权利要求1所述的特征实现了这个目的。可从从属权利要求结合以下描述和附图来收集有利的实施例。
本发明呈现了一种物镜，其中，所述物镜具有以下特征：
第一光学组件，所述第一光学组件安装在第一物镜壳体中并且包括至少一个第一透镜，其中，所述第一透镜至少具有曲率半径大致相同的第一表面和第二表面；以及
第二光学组件，所述第二光学组件安装在第二物镜壳体中并且包括至少一个透镜，其中，所述第一物镜壳体和所述第二物镜壳体在连接区域中彼此连接，并且其中，直接邻近于所述连接区域的所述第一物镜壳体中的那个透镜为所述第一透镜。
此处所描述的方法基于在具有第一表面和第二表面(所述第一表面和所述第二表面具有大致相同的曲率半径)的透镜的情况下不具有或者具有至少非常差的自定心度的知识。所述解决方案的区别特征在于：由于物镜壳体的两部分设计，因此可使用所产生的连接区域以便均衡或补偿现有的制造缺陷。
根据本发明，技术特征“大致相同的曲率半径”被理解为意指曲率半径相差达最大10％，优选地小于5％，特别优选地小于1％。
在进一步实施例中，所述第一透镜为具有作为所述第一表面的凹形表面以及作为所述第二表面的凸形表面的新月形透镜形式或者为平凸透镜或平凹透镜形式。这种透镜特别适合用于激光材料加工。
在进一步实施例中，所述第一物镜壳体可拆卸地连接(具体为螺接)至所述第二物镜壳体。借助于可拆卸连接(具体借助于螺钉连接)，所述第一物镜壳体可与所述第二物镜壳体特别快速地断开。
在进一步实施例中，装置可安装在所述第一物镜壳体与所述第二物镜壳体之间以便改变所述第一物镜壳体与所述第二物镜壳体之间的距离。所述装置可优选地为间隔元件形式。可借助于这种类型的实施例来控制所述第一物镜壳体与所述第二物镜壳体之间的距离。因此，任何成像缺陷可得到校正。
在进一步实施例中，存在装置以便在第一位置以及至少一个第二位置中将所述第一物镜壳体连接至所述第二物镜壳体，所述至少一个第二位置与所述第一位置在方位角上不同。具体地，可通过相对于原始位置旋转这两个壳体部件来补偿非对称像差。
此处呈现的方式另外地提供了一种用于激光材料加工的安排，其中，所述安排具有以下特征：
激光束源，所述激光束源用于发射光束；以及
根据本发明所述的用于将所述光束聚焦到加工平面上的物镜。
附图说明
将参考附图通过示例的方式来更详细地解释本发明，在附图中：
图1示出了各种类型的透镜的自定心过程的示意图；以及
图2示出了根据本发明的示例性实施例的示意图；以及
图3示出了根据本发明的示例性实施例的示意图。
具体实施方式
在对本发明的优选示例性实施例的以下描述中，完全相同或相似的参考符号用于各种附图中所展示的并且以类似方式进行动作的要素，其中，不再对这些要素进行重复描述。
图2示出了根据本发明的物镜1的可能实现方式的示意图。物镜1将光束L(例如，来自激光束源的激光束(未更详细地展示))形成到加工平面BE上。
所述附图示出了物镜壳体部件2和3，所述物镜壳体部件在连接区域V中相连接。根据示例性实施例，这两个壳体部件借助于螺钉8螺接在一起，其中，在截面图示中仅可见一个螺钉。第一物镜壳体2包括第一透镜(所述第一透镜为新月形透镜4形式)以及另外的透镜5。这两个透镜形成第一光学组件。第二物镜壳体3包括透镜6和另外的透镜7，其中，不旨在更详细地讨论这两个透镜的精确功能。这两个透镜形成第二光学组件。
如从图2所清楚的，新月形透镜4包括凹形表面4A和凸形表面4B，其中，这两个表面的曲率半径大致相同。新月形透镜4为来自所述第一光学组件的那个透镜，所述第一光学组件直接邻接连接区域V。因此，可以以简单且快速的方式(通过例如将间隔元件插在第一物镜壳体与第二物镜壳体之间)在透镜4与透镜7之间设置空气空间。由于这种类型的测量，如在填充安装技术中的另外的离心状态不会发生。
图3示出了本发明的进一步实施例。图3在右手区域中示出了第二物镜壳体3，所述第二物镜壳体在此实施例中具有八个螺纹孔80。
这两个物镜壳体相对于彼此的方位角定向——例如甚至在小于90°步长中——可由于在第二壳体部件3中设置多个螺纹孔而改变。就技术和工艺优点而言，孔的数量以及因此相对于彼此改变物镜壳体的可能性不受限制。
具有两个物镜壳体(也就是说，第一物镜壳体2和第二物镜壳体3)的组装物镜1的外部视图在图3(左手区域)中被示出具有可见连接螺钉8。
这种类型的物镜(具体为F-theta物镜)适合用于在千瓦特范围内的中间功率和大功率的微材料加工。F-theta物镜的区别在于它们具有特别长的使用寿命并且允许高精度激光材料加工。例如，它们可用于对不同的材料进行微构建、标记和雕刻。
F-theta物镜尤其得到了发展并且用于具有大功率激光和短脉冲的应用。具体地，所述物镜最小化地吸收用于特别大激光功率的固体石英物镜。所述物镜具有衍射限制并且通过高成像质量进行区分。此外，它们提供比整个扫描范围显著更高的损害阈值以及高斑点一致性。它们保证大功率激光的最小聚焦偏移。
由于特殊、低污染安装技术、避免粘合和润滑以及在合格洁净室中的组装，因此可产生具有长使用寿命的高精度物镜。
这两个物镜壳体至少部分地由铝、黄铜和/或不锈钢组成，其中，良好的可加工性是有利的。这两个物镜壳体对机械和/或热负荷的鲁棒性以及重量对于材料的选择同样至关重要。具体地，多个部件壳体(可能具有不同的材料单元)因此也可连接至彼此(具体地螺接在一起)。
当示例性实施例包括第一特征与第二特征之间的“和/或”连接词时，这旨在意味着所述示例性实施例根据一个实施例同时具有第一特征和第二特征以及根据另一个实施例仅具有第一特征或仅具有第二特征。

Claims (7)

1.一种物镜(1)，具有以下特征：
第一光学组件，所述第一光学组件安装在第一物镜壳体(2)中并且包括至少一个第一透镜(4)，其中，所述第一透镜(4)至少具有曲率半径大致相同的第一表面(4A)和第二表面(4B)；以及
第二光学组件，所述第二光学组件安装在第二物镜壳体(3)中并且包括至少一个透镜(6，7)，其中，所述第一物镜壳体和所述第二物镜壳体在连接区域(V)中彼此连接，并且其中，直接邻近于所述连接区域的所述第一物镜壳体中的那个透镜为所述第一透镜(4)。
2.根据权利要求1所述的物镜(1)，其特征在于，所述第一透镜(4)为新月形透镜形式，所述新月形透镜具有作为所述第一表面(4A)的凹形表面以及作为所述第二表面(4B)的凸形表面。
3.根据权利要求1所述的物镜(1)，其特征在于，所述第一透镜(4)为平凸透镜或平凹透镜形式。
4.根据权利要求1或2所述的物镜(1)，其特征在于，所述第一物镜壳体和所述第二物镜壳体可拆卸地连接至彼此，具体为螺接在一起。
5.根据以上权利要求之一所述的物镜(1)，其特征在于，装置可安装在所述第一物镜壳体(2)与所述第二物镜壳体(3)之间以便改变所述第一物镜壳体(2)与所述第二物镜壳体(3)之间的轴向距离。
6.根据以上权利要求之一所述的物镜(1)，其特征在于，存在装置(80)以便在第一位置以及至少一个第二位置中将所述第一物镜壳体(2)连接至所述第二物镜壳体(3)，所述至少一个第二位置与所述第一位置在方位角上不同。
7.一种用于激光材料加工的安排，其中，所述安排具有以下特征：
激光束源，所述激光束源用于发射光束(L)；以及
根据以上权利要求之一所述的用于将所述光束(L)聚焦到加工平面(BE)上的物镜。
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