CN220739796U - 一种短焦距长工作距切割聚焦镜 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及激光切割镜头技术领域，公开了一种短焦距长工作距切割聚焦镜，像面左侧沿光束传播方向依次设有第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，所述第一透镜呈双凹结构且焦距为负、所述第二透镜呈双凸结构且焦距为正、所述第三透镜呈双凸结构且焦距为正、所述第四透镜呈双凸结构且焦距为正，通过此光路实现较短焦距和长工作距离所述第一透镜与第二透镜之间距离可调。与现有技术相比，本实用新型，结构更为简单，镜片数量更少，最终形成微米级聚焦光斑，能量集中，长工作距离显著降低设备撞机率，划片、切割良率略优于现有传统镜头。该镜头公差良好，结构简单，造价低廉。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光切割镜头技术领域，具体为一种短焦距长工作距切割聚焦镜。
背景技术
激光是经专用光学系统聚焦后成为一个非常小的光点，能量密度高，因其加工是非接触式的，对工件本身无机械冲压力，工件不易变形。热影响极小，划片精度高，广泛应用于金属材料及硅、锗、砷化镓和其他半导体衬底材料划片和切割，可加工太阳能电池板、硅片、陶瓷片、铝箔片等，工件精细美观，切边光滑。
传统聚焦镜划片光学聚焦系统往往通过双片或者三片式长焦距聚焦镜结构，或者短焦距选用类似显微镜物镜结构实现光学聚焦，但是传统结构方式存在焦距长则聚焦后光斑锐度不够，焦距短则加工工作距离短易撞机等问题。
因此，基于上述技术问题，本领域的技术人员有必要研发一种短焦距长工作距切割聚焦镜。
实用新型内容
本实用新型的目的就是克服上有技术中存在的缺陷，提供一种短焦距长工作距切割聚焦镜。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种短焦距长工作距切割聚焦镜技术方案，包括像面，所述像面左侧沿光束传播方向依次设有第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，所述第一透镜呈双凹结构且焦距为负、所述第二透镜呈双凸结构且焦距为正、所述第三透镜呈双凸结构且焦距为正、所述第四透镜呈双凸结构且焦距为正，通过此光路实现较短焦距和长工作距离所述第一透镜与第二透镜之间距离可调，用于调整聚焦光斑大小与加工工作距离，聚焦光斑尺寸调节范围4μm-60μm，工作距离调节范围±5mm。
优选的，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜子午方向的焦距与无损裂片切割头的焦距满足：-0.9<f1/f<-2.1，2.5<f2/f<4.5，2.5<f3/f<4.5，2.5<f4/f<4.5，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜焦距与短焦距长工作距切割聚焦镜的焦距满足f1/f＝-1.76，f2/f＝3.48，f3/f＝3.47，f4/f＝3.54，其中f1为第一透镜的焦距，其中f2为第二透镜的焦距，其中f3为第三透镜的焦距，其中f4为第四透镜的焦距，f为短焦距长工作距切割聚焦镜的焦距。
优选的，所述第一透镜两侧的曲率半径分别为R1＝-2000mm和R2＝36.19mm，所述第一透镜的中心厚度d1为2.5mm；
所述第二透镜两侧的曲率半径分别为R3＝∞和R4＝-70.5mm，所述第二透镜的中心厚度d3为5.5mm；
所述第三透镜两侧的曲率半径分别为R5＝113.76mm、和R6＝-180.4，所述第三透镜的中心厚度d5为5.4mm；
所述第四透镜两侧的曲率半径分别为R7＝58.48mm、和R8＝309.5mm，所述第四透镜的中心厚度d7为5mm。
优选的，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜的材质均为熔石英材质，且折射率Nd均为1.46。
优选的，所述第一透镜与所述第二透镜之间空气间隙44mm≤d2≤82mm，所述第二透镜与所述第三透镜之间空气间隙d4＝0.4mm，所述第三透镜与所述第四透镜之间空气间隙d6＝0.45mm。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型为一种短焦距长工作距切割聚焦镜，该镜头的工作波长为1030-1090nm，该场镜具有镜头口径小，结构简单，成本低，形成锐度极高的聚焦光斑，允许通过光元件调节聚焦光斑大小、工作距离等特点，能够在保证加工良率情况下有效解决撞机问题，公差良好，加工制造成本低。
附图说明
图1为本实用新型短焦距长工作距切割聚焦镜的结构示意图。
图2为本实用短焦距长工作距切割聚焦镜一优选实施例的光线追迹图。
图3为本实用短焦距长工作距切割聚焦镜一优选实施例的最小聚焦光斑图。
图4为本实用短焦距长工作距切割聚焦镜一优选实施例的MTF图。
附图标记中：1、第一透镜；2、第二透镜；3、第三透镜；4、第四透镜；5、像面。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
实施例
请参阅图1-4所示，本实用新型提供一种短焦距长工作距切割聚焦镜技术方案：包括像面5，像面5左侧沿光束传播方向依次设有第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3和第四透镜4，第一透镜1呈双凹结构且焦距为负、第二透镜2呈双凸结构且焦距为正、第三透镜3呈双凸结构且焦距为正、第四透镜4呈双凸结构且焦距为正，通过此光路实现较短焦距和长工作距离第一透镜1与第二透镜2之间距离可调，用于调整聚焦光斑大小与加工工作距离，聚焦光斑尺寸调节范围4μm-60μm，工作距离调节范围±5mm。
进一步的，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3子午方向的焦距与无损裂片切割头的焦距满足：-0.9<f1/f<-2.1，2.5<f2/f<4.5，2.5<f3/f<4.5，2.5<f4/f<4.5，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3焦距与短焦距长工作距切割聚焦镜的焦距满足f1/f＝-1.76，f2/f＝3.48，f3/f＝3.47，f4/f＝3.54，其中f1为第一透镜1的焦距，其中f2为第二透镜2的焦距，其中f3为第三透镜3的焦距，其中f4为第四透镜4的焦距，f为短焦距长工作距切割聚焦镜的焦距。
进一步的，第一透镜1与第二透镜2之间空气间隙44mm≤d2≤82mm，第二透镜2与第三透镜3之间空气间隙d4＝0.4mm，第三透镜3与第四透镜4之间空气间隙d6＝0.45mm。
第一透镜1的球面的前后两侧的曲率半径分别为R1＝-2000mm和R2＝36.19，第一透镜1的中心厚度d1为2.5mm，第一透镜1与第二透镜2之间空气间隙d2＝61.5mm。第二透镜2的球面前后两侧的曲率半径分别为R3＝∞和R4＝-70.5mm，第二透镜2的中心厚度d3为5.5mm，第二透镜2与第三透镜3之间空气间隙d4＝0.4mm。第三透镜3的球面前后两侧的曲率半径分别为R5＝113.76mm、和R6＝-180.4mm，第三透镜3的中心厚度d5为5.4mm，第三透镜3与第四透镜4之间空气间隙d6＝0.45mm。第四透镜4的球面前后两侧的曲率半径分别为R7＝58.48mm、和R8＝-309.5mm，第四透镜4的中心厚度d7为5mm。第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3的材质均为熔石英材质，且折射率Nd均为1.46。
| 球面 | 曲率半径R(mm) | 空气间隙d(mm) | 材料Nd:Vd |
| R1 | -2000 | d1＝2.5 | 1.46:68 |
| R2 | 36.19 | d2-61.5 | |
| R3 | ∞ | d3＝5.5 | 1.46:68 |
| R4 | -70.5 | d4＝0.4 | |
| R5 | 113.76 | d5＝5.4 | 1.46:68 |
| R6 | -180.4 | d6＝0.45 | |
| R7 | 58.48 | d7＝5 | 1.46:68 |
| R8 | 309.5 | d8＝77 |
表1参数参考表
与上述实施例设计对应的其他参数如下：
f＝45mm，EPD＝15mm，λ＝1030-1090nm
f1/f＝-1.76，f2/f＝3.48，f3/f＝3.47，f4/f＝3.54
其中，f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距，f3为第三透镜的焦距，f4为第四透镜的焦距，f为短焦距长工作距切割聚焦镜的焦距，EPD为短焦距长工作距切割聚焦镜入瞳直径。
该镜头的工作波长为1030-1090nm，该场镜具有镜头口径小，结构简单，成本低，形成锐度极高的聚焦光斑，允许通过光元件调节聚焦光斑大小、工作距离等特点，能够在保证加工良率情况下有效解决撞机问题，公差良好，加工制造成本低。
尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种短焦距长工作距切割聚焦镜，包括像面，其特征在于，所述像面左侧沿光束传播方向依次设有第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜，所述第一透镜呈双凹结构且焦距为负、所述第二透镜呈双凸结构且焦距为正、所述第三透镜呈双凸结构且焦距为正、所述第四透镜呈双凸结构且焦距为正，所述第一透镜与第二透镜之间距离可调。
2.根据权利要求1所述一种短焦距长工作距切割聚焦镜，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜子午方向的焦距与无损裂片切割头的焦距满足：-0.9<f1/f<-2.1，2.5<f2/f<4.5，2.5<f3/f<4.5，2.5<f4/f<4.5，其中f1为第一透镜的焦距，其中f2为第二透镜的焦距，其中f3为第三透镜的焦距，其中f4为第四透镜的焦距，f为短焦距长工作距切割聚焦镜的焦距。
3.根据权利要求1所述一种短焦距长工作距切割聚焦镜，其特征在于，所述第一透镜两侧的曲率半径分别为R1＝-2000mm和R2＝36.19mm，所述第一透镜的中心厚度d1为2.5mm；
所述第二透镜两侧的曲率半径分别为R3＝∞和R4＝-70.5mm，所述第二透镜的中心厚度d3为5.5mm；
所述第三透镜两侧的曲率半径分别为R5＝113.76mm、和R6＝-180.4，所述第三透镜的中心厚度d5为5.4mm；
所述第四透镜两侧的曲率半径分别为R7＝58.48mm、和R8＝309.5mm，所述第四透镜的中心厚度d7为5mm。
4.根据权利要求1所述一种短焦距长工作距切割聚焦镜，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜的材质均为熔石英材质，且折射率Nd均为1.46。
5.根据权利要求1所述一种短焦距长工作距切割聚焦镜，其特征在于，所述第一透镜与所述第二透镜之间空气间隙44mm≤d2≤82mm，所述第二透镜与所述第三透镜之间空气间隙d4＝0.4mm，所述第三透镜与所述第四透镜之间空气间隙d6＝0.45mm。
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