CN209542937U - F-θ物镜 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种F‑θ物镜，其包括三个单透镜，具有：作为凹‑凹透镜的具有焦距f₁的第一单透镜L₁、作为凹‑凸透镜的具有焦距f₂的第二单透镜L₂、作为双凸透镜L₃的具有焦距f₃的第三单透镜L₃，以及该F‑θ物镜的总焦距f，其中这些焦距f₁‑f₃与该总焦距f之比满足以下条件：‑1.00<f₁/f<‑0.80；‑5.00<f₂/f<‑4.00；+0.30<f₃/f<+0.60。本实用新型的F‑θ物镜具有320mm至380mm的总焦距，不具有在透镜的材料中的反向反射，此外在光学表面上不产生反向反射并且在建议的扫描仪位置处不产生反向反射。

Description

F-θ物镜

技术领域

本实用新型涉及一种用于高功率激光器的聚焦的F-θ物镜，该F-θ物镜例如可以在扫描设备中用于激光材料加工。

背景技术

F-θ物镜使围绕相对于该F-θ物镜的光轴+/-θ的扫描角度范围扫描而入射的激光束聚焦到一个平坦的成像区域(成像平面BE)中，其中在该扫描角度范围内，扫描角度与激光束的入射点的在该成像平面中与光轴的间距的关系遵循线性函数。即以恒定的角速度扫描的激光束在该成像平面中产生一个焦点，该焦点以恒定的速度移动。在此，在该成像平面中的每个位置处该焦点的大小应是恒定的。

依赖于纤维材料加工的目的(例如标记、剥离或切割)来确定焦点的大小。

由于该激光束在穿过F-θ物镜时依赖于波长的折射，为了实现高的焦点质量，将该F-θ物镜对所使用的加工激光束的波长进行校正，即如下地计算该物镜：在针对预定的波长和预定的激光束直径的允许的温度容差范围内，该物镜针对预定大小的成像平面不具有或具有仅非常小的光学的成像失真，这些成像失真导致焦点的显著的大小变化。尤其针对在激光材料加工中的使用，该F-θ物镜具有大的成像平面和大的总焦距。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种用于高功率激光器的F-θ物镜，其具有1064nm的波长以及320mm至380mm的总焦距，该F-θ物镜可以实现激光束的无反向反射的成像。这个目的通过具有以下特征的一种F-θ物镜实现。

一种F-θ物镜，其包括三个单透镜，具有：作为凹-凹透镜的具有焦距f₁的第一单透镜L₁、作为凹-凸透镜的具有焦距f₂的第二单透镜L₂、作为双凸透镜L₃的具有焦距f₃的第三单透镜L₃，以及该F-θ物镜的总焦距f，其中这些焦距f₁-f₃与该总焦距f之比满足以下条件：

-1.00＜f₁/f<-0.80

-5.00＜f₂/f<-4.00

+0.30＜f₃/f<+0.60。

按照一个优选实施方式，所述的F-θ物镜，其特点在于：f₁/f＝-0.91、f₂/f＝-4.55、f₃/f＝+0.52。

按照另一个优选实施方式，所述的F-θ物镜，其点在于，该F-θ物镜的入射光瞳EP以31mm的间距d₁位于该第一单透镜L₁之前。

本实用新型的三个单透镜L₁-L₃产生适合于高功率激光器的、对1064nm的波长校正的F-θ物镜。该F-θ物镜不具有在透镜的材料中的反向反射。在光学表面上不产生反向反射并且在建议的扫描仪位置处不产生反向反射。

附图说明

下面借助于附图详细说明本实用新型。在图中：

图1用沿着光轴A且在最大的扫描角度下的光束走向(用虚线以更好地展示)的图示示出了根据本实用新型的物镜的几何光学示意图。

其中：

d1 EP–L1的间距

d2 L1的厚度

d3 L1–L2的间距

d4 L2的厚度

d5 L2–L3的间距

d6 L3的厚度

d7 L3–保护玻璃(SG)的间距

d8 保护玻璃的厚度

d9 保护玻璃–成像平面(BE)的间距

具体实施方式

根据本实用新型的F-θ物镜具有在该F-θ物镜前方安排的、间隔开的一个入射光瞳EP，该入射光瞳可以安排在一个平面中，一个扫描仪反射镜位于该平面中，或者当使用两个扫描仪反射镜时一个为此计算的代替平面位于该平面中；并且该物镜包括在一条共用的光轴A上安排的三个单透镜L₁-L₃。这三个单透镜L₁-L₃如下地构型：这些单透镜形成“负-负-正”的透镜顺序。即前两个单透镜L₁-L₂具有负焦距，而第三单透镜L₃具有正焦距。

在此，该第一透镜L₁为凹-凹透镜(双凹透镜)，该第二透镜L₂为凹-凸透镜，而该第三透镜L₃为凸-凸透镜(双凸透镜)。

这三个单透镜的焦距满足以下要求：

该第一透镜L₁的焦距f₁与总焦距f的焦距比率为：-1.00＜f₁/f＜-0.80。

该第二透镜L₂的焦距f₂与总焦距f的焦距比率为：-5.00＜f₂/f＜-4.0。

该第三透镜L₃的焦距f₃与总焦距f的焦距比率为：+0.30＜f₃/f＜+0.60。

可以在这三个单透镜L₁-L₃的后方安排一个保护玻璃SG。

用根据本实用新型的F-θ物镜实现的有利的效果在于：用由石英玻璃构成的三个单透镜L₁-L₃产生适合于高功率激光器的、对1064nm的波长校正的F-θ物镜，该F-θ物镜具有350mm的总焦距。该F-θ物镜以其参数如下地构型：在这些透镜L₁-L₃的光学有效面积处以及在适当时在该保护玻璃SG处产生的反向反射不聚焦到这些透镜L₁-L₃的表面上或围绕该入射光瞳EP安排的反射镜上。该F-θ物镜不具有在透镜的材料中的反向反射。在光学表面上不产生反向反射并且在建议的扫描仪位置处不产生反向反射。下面对此类F-θ物镜的一个实施例的特定结构和参数进行说明。

该F-θ物镜的入射光瞳EP以间距d₁位于该第一透镜L₁的前顶点之前，该第一透镜为具有厚度d₂的凹-凹透镜，其前表面具有半径r₁并且其后表面具有半径r₂。该第二透镜L₂以空气间距d₃跟随该第一透镜L₁，该第二透镜为具有厚度d₄的凹-凸透镜，其前表面具有半径r₃并且其后表面具有半径r₄。

该第三透镜L₃以空气间距d₅跟随，该第三透镜为具有厚度d₆的凸-凸透镜或双凸透镜，其前表面具有半径r₅并且其后表面具有半径r₆。一个具有厚度d₈的、平面平行的保护玻璃SG以空气间距d₇跟随。该成像平面BE以相对于该保护玻璃SG的间距d₉产生。作为材料，为所有单透镜L₁-L₃和该保护玻璃SG选择折射率为n的石英玻璃。

在下表中给出了这些单透镜L₁-L₃的半径、其厚度及其间距d。

间距和厚度同样地标记为d并且以其沿着F-θ物镜的光轴A的顺序在光束通过方向上连续编号并且在图1中示出为d₁-d₉。

“前”和“后”表面的说明参照光束通过方向。这些半径r₁-r₆可以通过参照所涉及的透镜L₁-L₃和保护玻璃SG而毫无异义地指派并且因此为了良好的清晰性在图1中未给出。

依赖于这些单透镜L₁-L₃的依赖于材料的折射率n，这些单透镜L₁-L₃的厚度d₂、d₄、d₆与单透镜的曲率半径r₁-r₆相关联地分别确定这些单透镜L₁-L₃的焦距f₁-f₃。在图1中没有给出焦距f₁-f₃，这些焦距分别描述单透镜L₁-L₃的焦点与主平面的间距，因为为了良好的清晰性而没有标注这些单透镜L₁-L₃的主平面。同样没有给出总焦距f，该总焦距描述该成像平面BE与用于该F-θ物镜的一个代替主平面的间距。

针对具有在此给出的参数的F-θ物镜得出：对于该第一透镜L₁，焦距f₁与总焦距f之比为-0.91；对于该第二透镜L₂，焦距f₂与总焦距之比为-4.55；并且对于该第三透镜L₃，焦距f₃与总焦距f之比为0.52。

由这些透镜L₁-L₃的彼此前后的安排与其空气间距d₃、d₅相关联地得出，该总焦距f为350mm。

针对1064nm的波长校正该F-θ物镜。

Claims (3)

1.一种F-θ物镜，其特征在于，该F-θ物镜包括三个单透镜，具有：作为凹-凹透镜的具有焦距f₁的第一单透镜L₁、作为凹-凸透镜的具有焦距f₂的第二单透镜L₂、作为双凸透镜L₃的具有焦距f₃的第三单透镜L₃，以及该F-θ物镜的总焦距f，其中这些焦距f₁-f₃与该总焦距f之比满足以下条件：

-1.00<f₁/f<-0.80

-5.00<f₂/f<-4.00

+0.30<f₃/f<+0.60。

2.根据权利要求1所述的F-θ物镜，其特征在于，f₁/f＝-0.91、f₂/f＝-4.55、f₃/f＝+0.52。

3.根据权利要求2所述的F-θ物镜，其特征在于，该F-θ物镜的入射光瞳EP以31mm的间距d₁位于该第一单透镜L₁之前。