CN212135049U - F-θ物镜以及用于激光材料加工的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种F‑θ物镜(1)以及用于激光材料加工的装置，其具有以下特征：安装在第一物镜壳体(2)中的第一透镜元件(4)，其中该第一物镜壳体为被调整旋转的物镜壳体；以及安装在第二物镜壳体(3)中的包括至少一个透镜(5，6，7)的第二光学组件，该第二光学组件通过填充装架技术来制备，即形成填充装架的物镜壳体部件，其中该第一物镜壳体和第二物镜壳体在连接区域V中彼此相连。

Description

F-θ物镜以及用于激光材料加工的装置
技术领域
本发明涉及一种F-θ物镜以及用于激光材料加工的装置。此类物镜例如用于高功率激光器的聚焦，例如可以在扫描设备中用于激光材料加工。
背景技术
在激光加工和材料加工中的应用中，对所使用的光学系统要求越来越高的光学品质以及高生产稳定性，即所制造的系统的光学性能要有较小的互相偏差。
所使用的构件的制造公差一般导致像差和光学品质降低。主要在UV 光学器件和全石英光学器件的领域中，这导致在后续加工时显著劣化的品质和耗费提高。装架技术尤其在F-θ物镜中为核心因素。现有技术的标准技术不再能保证当前的品质要求。尤其由于第一透镜元件或多个所组装的透镜元件的面翻转
Figure DEST_PATH_GDA0002743615610000011
造成了缺陷。所组装的这些透镜元件例如还可以为一个透镜1和至少一个透镜2。
标准F-θ物镜装架技术的特殊之处在于所谓的填充装架 (Füllfassungen)。填充装架的原理基于透镜和间距环的自定中心的概念。
在F-θ物镜的现有技术已知的安装方式中，将透镜引入到所谓的粗装架件(管)中并且根据所希望的透镜单元和参数在间隔保持件(环或间隔片) 上成型。将基本上柱形的管和间隔片彼此相继地引入并安装到镜架壳体中。在此，由于不正确的安装或由于间隔片的不规则性等可能导致误差，这最终导致调整误差并因此进而导致像误差。这些误差通过物镜的整个透镜单元从一个透镜转移到另一个物镜。
在使用例如弯月面透镜或平凸透镜或平凹透镜的情况下，如在DE 102017209325A1中所说明的，可以使用具有两件式物镜的解决方案，其中这些第一透镜具有至少一个第一表面和具有大致相同曲率的第二表面，并且这些第一透镜在第一物镜壳体中直接邻接与第二物镜壳体的连接区域。
还已知使用滑动透镜(高准确度的特殊物镜)的调制旋转装架技术，然而该滑动透镜是昂贵的且难以操作并且总体上要求很大的空间。
但是所述面翻转的干扰性影响也不能通过来自DE 102017209325 A1的解决方案来克服。
透镜元件的单独面的相对面翻转由透镜位置偏斜与透镜的楔形误差的组合产生。由于第一透镜元件处的较大的入射角，第一透镜元件一般是对定中心最敏感的并且对性能的负面影响最大。
发明内容
本发明的目的是提供一种解决方案，使F-θ物镜或与F-θ物镜在结构和作用上类似的物镜的第一透镜元件或第一透镜组的相对面翻转减小。在本发明意义上，第一透镜组理解为至少两个组装后的透镜元件，这些透镜元件相对彼此分别仅以非常小的间距布置。非常小的间距是指，在这些透镜元件之间不能引入间隔元件并且这些透镜实际上以镜片贴镜片的方式相对彼此定位，或者间距仅包含<1mm、优选小于0.5mm的气隙最小值。另外，这种物镜应可以成本低廉地制造、较轻地或以非常小的增重来装备。此外，其尺寸应与已知物镜没有实质性偏差(最大的直径增加<10％)，并且应可以简单地且可重现地由技术人员进行调整。
对于此类物镜，这个目的和有利的实施方案通过下述的技术特征并结合下文的说明和附图来实现。
由此，本发明提出了一种用于激光材料加工的物镜，尤其是F-θ物镜，其中这种物镜具有以下特征：
安装在第一物镜壳体中的第一透镜元件(或第一组装后的透镜元件)，其中该第一物镜壳体为被调整旋转的(justiergedrehte)物镜壳体；以及
安装在第二物镜壳体中的包括至少一个透镜的第二光学组件，该第二光学组件通过填充装架技术来制备，即形成填充装架的物镜壳体部件，其中该第一物镜壳体和第二物镜壳体在连接区域中彼此相连。
这两个物镜部件之间的接口或连接点V另外地用于：
1)设定这两个物镜部件之间的间距(例如通过对适合的间距保持件进行匹配)和
2)改变这些物镜部件相对彼此的取向(即将这些物镜壳体部件以相对彼此旋转的方式再次拧合到一起)。
在一个实施方式中，第一物镜壳体与第二物镜壳体可松脱地彼此相连、尤其拧接。通过可松脱的连接、尤其通过拧接，可以将第一物镜壳体特别快速地与第二物镜壳体分离。
在另一个实施方式中，在该第一物镜壳体与该第二物镜壳体之间能够安装器件，以便改变该第一物镜壳体与该第二物镜壳体之间的间距。该器件优选可以形成为间隔元件。通过这样的实施方式可以控制第一物镜壳体与第二物镜壳体之间的间距。因此可以校准成像误差。在下文中，将第一物镜壳体和第二物镜壳体称为物镜壳体部件。在优选的方式中，所安装的器件还可以是被调整旋转的元件。
通过在物镜壳体部件之间插入间隔环(未示出)，可以设定透镜4与5 (图1中)之间的气隙。还可以使用优选由不锈钢形成的箔作为物镜壳体部件之间的间隔环。
在此提出的方案另外还创造了一种用于激光材料加工的装置，其中该装置具有以下特征：
用于发射激光束的激光射束源；以及
根据本发明的物镜，用于将该激光束聚焦到加工平面上。
附图说明
以下借助附图示例性地详细描述本发明。在附图中：
图1示出了根据本发明实施例的示意图；
图2示出了根据本发明实施例的组装后的物镜的外部视图；
图3示出根据图2的本发明的物镜壳体部件2的示意图；
图4示出了根据本发明另一个实施例的组装后的物镜的外部视图；
图5示出根据图4的本发明的物镜壳体部分2的示意图。
具体实施方式
在以下对本发明的优选实施例的描述中，相同或相似的附图标记被用于在不同的附图中展示的和类似地起作用的元件，其中省略了对这些元件的重复描述。
图1示出本发明物镜1的可能实现方式的示意图。物镜1将激光束L (例如来自未详细示出的激光射束源的激光束)成像到加工平面BE上。
该图示出了在连接区域V中相连的物镜壳体部件2和3。根据此实施例，这两个壳体部件借助于螺栓8拧接，其中从截面图中仅能看到一个螺栓。螺栓的数量可以依据应用情况而变化。
第一物镜壳体2包括第一透镜4。这个透镜4还可以作为在此未展示的组装后的透镜元件来构成第一光学组件。第一物镜壳体2通过调整旋转来制造。在调整旋转时，透镜或透镜组已经固定在镜架(物镜壳体部件2)中。
在调整旋转时，装架后的光学器件在调整卡盘中被张紧并且然后将透镜的光轴的位置与主轴线对齐。如此加工镜架的柱体，使得该柱体与光轴共轴并且镜架的端面垂直于光轴。
第二物镜壳体3包括透镜5和两个另外的透镜，在此实施例中为透镜6 和7，其中对这三个透镜的确切功能不再详细说明。这三个透镜构成第二光学组件。在透镜5、6、7之间可以引入间隔元件9、10，如在图1的实施例中。
在图2和4中展示了本发明物镜1的两种实施方案。图2和4分别包含三个透视图。这两个物镜壳体部件2和3借助于六个螺钉8(在图2的实施方案中)和三个螺钉8(在图4的实施方案中)拧接。出于简洁原因，这些标号没有包含在全部3个透视图中。螺钉的数量可以变化并且取决于装备和参数来选择。
图3示出在根据图2的两个透视图中被调整旋转的物镜壳体部分2的实施方式。
图5示出在根据图4的两个透视图中被调整旋转的物镜壳体部分2的实施方式。
螺纹孔80的数量以及因此物镜壳体部件相对彼此变化的可能性在工艺和技术有利的情况下不受限制。与物镜壳体部件3的连接面VF相应地在右侧的侧视图中标示。
这样的物镜、尤其F-θ物镜适合于用在千瓦范围内的中高功率的微材料加工中。这种F-θ物镜的突出之处在于其使用寿命特别长并且能够进行高准确度的激光材料加工。它们可以例如用于不同材料的微结构化、标记和打标签。
F-θ物镜特别被开发和用于具有高功率激光器和短时间脉冲的应用。这尤其涉及对特别高激光功率的吸收性最小的全石英物镜。由于后部的物镜部分壳体部件3在自身中装配，这种状态在需要新装配时不发生变化。可以简单地补偿像差。
以出人意料且简单的方式，可以通过已知技术的组合对根据本发明的新型物镜进行特殊的、对本发明而言重要的组装。
这两个物镜壳体至少部分由铝、黄铜和/或不锈钢组成，其中良好的可加工性是有利的。这两个物镜壳体针对机械和/或热负载的稳健性还有重量对于材料的选择同样也是重要的。于是尤其还可以将多个部分壳体在适当时用不同的材料单元彼此相连、尤其拧接。

Claims (7)

1.一种F-θ物镜(1)，其特征在于，具有以下特征：
安装在第一物镜壳体(2)中的第一透镜元件(4)，其中该第一物镜壳体(2)为被调整旋转的物镜壳体；以及
安装在第二物镜壳体(3)中的包括至少一个透镜(5，6，7)的第二光学组件，该第二物镜壳体为填充装架的物镜部件，
其中该第一物镜壳体和第二物镜壳体在连接区域中彼此相连。
2.根据权利要求1所述的F-θ物镜(1)，其特征在于，该第一透镜元件(4)为单个透镜或由至少两个组装后的透镜元件组成的透镜组，这些透镜元件分别以非常小的间距相对彼此布置或以镜片贴镜片的方式相对彼此布置。
3.根据权利要求1或2所述的F-θ物镜(1)，其特征在于，该第一物镜壳体和第二物镜壳体可松脱地彼此相连。
4.根据权利要求3所述的F-θ物镜(1)，其特征在于，该第一物镜壳体和第二物镜壳体拧接。
5.根据权利要求1或2所述的F-θ物镜(1)，其特征在于，在该第一物镜壳体(2)与该第二物镜壳体(3)之间能够安装器件，以改变该第一物镜壳体(2)与该第二物镜壳体(3)之间的轴向间距。
6.根据权利要求3所述的F-θ物镜(1)，其特征在于，还具有器件(80)，以在第一位置中以及在至少一个与该第一位置不同的第二位置中将该第一物镜壳体(2)与该第二物镜壳体(3)相连。
7.一种用于激光材料加工的装置，其特征在于该装置具有以下特征：
用于发射激光束(L)的激光射束源；以及
根据以上权利要求之一所述的F-θ物镜，用于将该激光束(L)聚焦到加工平面(BE)上。
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