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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Offenbarung betrifft das Gebiet der optischen Linsen und sie betrifft im Speziellen eine optische Linse zur Beschriftung in einer Laserverarbeitungsvorrichtung.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Mit der Entwicklung elektronischer Geräte, etwa von Mobiltelefonen, Personalcomputern und Flachbildfernsehern, hat auch der Produktionsbedarf von Scheiben, die in diesen Produkten verwendet werden, allmählich zugenommen. Während des Produktionsprozesses der Scheiben ist es erforderlich, die Scheibe mit einem Laser zu beschriften, um die Scheiben zu gravieren und zu schneiden. Um sicherzustellen, dass die Scheiben technische Anforderungen dieser Produkte erfüllen, sollte eine „feine“ und „tiefe“ Gravurlinie während der Gravur der Scheiben durch einen Laser garantiert werden. Daher werden Anforderungen an die Gravurlinse für die Laserbeschriftungsmaschine zunehmend höher und höher.
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Eine herkömmliche Laserbeschriftungsmaschine verwendet eine einzige Gravurlinse oder eine Vielzahl von (gewöhnlich bis zu drei) Gravurlinsen. Obwohl das Verwenden einer einzigen Gravurlinse die Qualität der Gravurlinie verbessern kann, ist es erforderlich, dass sich der Arbeitstisch vorwärts und rückwärts bewegt, um zum Gravieren oder Schneiden mit der Linse zusammenzuarbeiten, so dass die Gravurgeschwindigkeit sehr langsam ist. Im Hinblick auf mehrere Gravurlinsen kann die Gravurgeschwindigkeit verbessert werden, während die konsistente Tiefe und Breite der Gravurlinie nicht garantiert werden kann.
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Aus der
US 2011/0096405 A1 ist eine optische Linse mit zwei Minisken und einer bikonvexen Linse bekannt.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es ist daher notwendig, eine optische Linse zur Laserbeschriftung bereitzustellen, welche eine hohe Gravurqualität und eine hohe Gravurgeschwindigkeit aufweist.
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Eine optische Linse zur Laserbeschriftung umfasst eine erste Linse, eine zweite Linse und eine dritte Linse, die entlang einer Übertragungsrichtung von einfallendem Licht nacheinander koaxial angeordnet sind, wobei die erste Linse und die zweite Linse Meniskuslinsen sind und die dritte Linse eine bikonvexe Linse ist; wobei die erste Linse eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche aufweist, die zweite Linse eine dritte Oberfläche und eine vierte Oberfläche aufweist und die dritte Linse eine fünfte Oberfläche und eine sechste Oberfläche aufweist; und die erste Oberfläche bis zur sechsten Oberfläche entlang der Übertragungsrichtung von einfallendem Licht nacheinander angeordnet sind; wobei Krümmungsradien der ersten Oberfläche bis zu der sechsten Oberfläche -47±5% mm, ∞, -218±5% mm, -81±5% mm, 778±5% mm und -142±5% mm sind; wobei Dicken in der Mitte der ersten Linse, der zweiten Linse und der dritten Linse 4±5% mm, 15±5% mm und 18±5% mm sind.
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In einer Ausführungsform betragen Verhältnisse des Brechungsindex zu der Abbe-Zahl der ersten Linse, der zweiten Linse und der dritten Linse (1,50/62) ±5%, (1,80/25) ±5% und (1,80/25) ±5%.
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In einer Ausführungsform beträgt ein Intervall zwischen der ersten Linse und der zweiten Linse 12±5% mm; und ein Intervall zwischen der zweiten Linse und der dritten Linse beträgt 0,3±5% mm.
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In einer Ausführungsform umfasst die Linse ferner eine Schutzlinse, die an einer Bildseite der dritten Linse angeordnet ist.
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In einer Ausführungsform ist die Schutzlinse eine Glasscheibe, die Schutzlinse weist eine Dicke von 2±5% mm auf und ein Intervall zwischen der Schutzlinse und der dritten Linse beträgt 2±5% mm.
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In einer Ausführungsform sind Parameter der optischen Linse zur Laserbeschriftung wie folgt: f = 160 mm; Φ = 7 mm; Beschriftungsfläche: A = 100*100 mm2; Arbeitswellenlänge: λ = 1064 nm.
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Die vorstehende optische Linse zur Laserbeschriftung verwendet eine Linse mit F-θ-Struktur und weist daher nicht nur eine hohe Gravurqualität auf, um eine „feine“ und „tiefe“ Gravurlinie sicherzustellen, sondern sie weist auch eine hohe Gravurgeschwindigkeit mit einer höheren Effizienz als herkömmliche Gravurlinsen auf.
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Figurenliste
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Die vorstehenden Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher werden, indem Ausführungsformen derselben mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen im Detail beschrieben werden. Die Komponenten in den Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet, da der Schwerpunkt stattdessen auf einem deutlichen Darstellen der Prinzipien der vorliegenden Offenbarung liegt. Darüber hinaus bezeichnen in den Zeichnungen gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten einander entsprechende Teile.
- 1 ist eine schematische Zeichnung einer optischen Linse zur Laserbeschriftung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
- 2 ist eine graphische Zeichnung, die eine Feinstrahlaberration der optischen Linse zur Laserbeschriftung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform zeigt;
- 3 ist eine graphische Zeichnung, die eine geometrische Aberration der optischen Linse zur Laserbeschriftung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform zeigt; und
- 4 ist eine graphische Zeichnung, die eine Modulationstransferfunktion der optischen Linse zur Laserbeschriftung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform zeigt.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Um zu bewirken, dass die vorstehenden und anderen Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung deutlicher werden, werden die speziellen Ausführungsformen in Kombination mit den beiliegenden Zeichnungen im Detail beschrieben. Hier nachstehend werden zahlreiche spezielle Details beschrieben, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen. Die verschiedenen Ausführungsformen der Offenbarung können jedoch in vielen unterschiedlichen Formen ausgeführt werden und sollen nicht als Beschränkung auf die hier im Nachstehenden offengelegten Ausführungsformen aufgefasst werden, und der Fachmann kann ähnliche Modifikationen ausführen, ohne von dem Grundgedanken der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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1 ist eine schematische Zeichnung einer optischen Linse zur Laserbeschriftung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform, wobei zu Veranschaulichungszwecken nur Abschnitte gezeigt sind, die in Beziehung zu einer Implementierung der Offenbarung stehen.
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In einem optischen System der dargestellten Ausführungsform verläuft die Ausbreitungsrichtung von Licht von der linken Seite zu der rechten Seite der Zeichnung. Der positive oder negative Krümmungsradius der Linse wird ermittelt, indem eine relative Positionsbeziehung zwischen einem Schnittpunkt der gekrümmten Oberfläche mit der optischen Hauptachse und einem Mittelpunkt der sphärischen Oberfläche der gekrümmten Oberfläche erfasst wird. Wenn der Mittelpunkt der sphärischen Oberfläche links vom Schnittpunkt liegt, weist der Krümmungsradius einen negativen Wert auf, wenn andererseits der Mittelpunkt der sphärischen Oberfläche rechts vom Schnittpunkt liegt, weist der Krümmungsradius einen positiven Wert auf.
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Mit Bezug auf 1 ist die optische Linse zur Laserbeschriftung in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform eine telezentrische Fθ-Beschriftungslinse, welche eine erste Linse L1, eine zweite Linse L2, eine dritte Linse L3 und eine Schutzlinse L4 umfasst, welche entlang einer Übertragungsrichtung von einfallendem Licht nacheinander koaxial angeordnet sind.
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Die erste Linse L1 ist eine Meniskuslinse, die eine erste Oberfläche S1 und eine zweite Oberfläche S2 aufweist, die entgegengesetzt zueinander angeordnet sind. Die erste Oberfläche S1 ist eine konvexe Oberfläche, die einer Bildseite zugewandt ist, und ein Krümmungsradius derselben beträgt -47 mm. Die zweite Oberfläche S2 ist eine ebene Oberfläche, und ein Krümmungsradius derselben ist ∞, d.h. unendlich. Die erste Linse L1 weist eine Dicke d1 in der Mitte (d.h. eine Dicke der ersten Linse L1 entlang einer optischen Achse) von 4 mm auf. Die erste Linse L1 weist ein Verhältnis von Brechungsindex zu Abbe-Zahl von 1,50/62 auf. Es versteht sich, dass die Toleranz für die vorstehenden Parameter 5% beträgt, d.h. diese Parameter können innerhalb von ±5% variieren.
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Die zweite Linse L2 ist eine Meniskuslinse, die eine dritte Oberfläche S3 und eine vierte Oberfläche S4 aufweist, die entgegengesetzt zueinander angeordnet sind. Die dritte Oberfläche S3 ist eine konvexe Oberfläche, die der Bildseite zugewandt ist, und ein Krümmungsradius derselben beträgt -218 mm. Die vierte Oberfläche S4 ist ebenfalls eine konvexe Oberfläche, die der Bildseite zugewandt ist, und ein Krümmungsradius derselben beträgt -81 mm. Die zweite Linse L2 weist eine Dicke d3 in der Mitte von 15 mm auf. Die zweite Linse L2 weist ein Verhältnis von Brechungsindex zu Abbe-Zahl von 1,80/25 auf. Es versteht sich, dass die Toleranz für die vorstehenden Parameter 5% beträgt, d.h. diese Parameter können innerhalb von ±5% variieren.
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Die dritte Linse L3 ist eine bikonvexe Linse, die eine fünfte Oberfläche S5 und eine sechste Oberfläche S6 aufweist, die entgegengesetzt zueinander angeordnet sind. Die fünfte Oberfläche S5 ist eine konvexe Oberfläche, die einer Objektseite zugewandt ist, und ein Krümmungsradius derselben beträgt 778 mm. Die sechste Oberfläche S6 ist eine konvexe Oberfläche, die der Bildseite zugewandt ist, und ein Krümmungsradius derselben beträgt -142 mm. Die dritte Linse L3 weist eine Dicke d5 in der Mitte von 18 mm auf. Die dritte Linse L3 weist ein Verhältnis von Brechungsindex zu Abbe-Zahl von 1,80/25 auf. Es versteht sich, dass die Toleranz für die vorstehenden Parameter 5% beträgt, d.h. diese Parameter können innerhalb von ±5% variieren.
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Die erste Oberfläche S1 bis zu der sechsten Oberfläche S6 sind entlang der Übertragungsrichtung von einfallendem Licht nacheinander angeordnet.
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Die Schutzlinse L4 ist an der Bildseite der dritten Linse L3 bereitgestellt. In der dargestellten Ausführungsform ist die Schutzlinse L4 eine Glasscheibe, d.h. beide Oberflächen derselben sind eben mit Krümmungsradien von ∞. Die Schutzlinse L4 weist eine Dicke d7 in der Mitte von 2 mm auf. Die Schutzlinse L4 weist ein Verhältnis von Brechungsindex zu Abbe-Zahl von 1,50/62 auf. Es versteht sich, dass die Toleranz für die vorstehenden Parameter 5% beträgt, d.h. diese Parameter können innerhalb von ±5% variieren. Es versteht sich, dass die Schutzlinse L4 auch weggelassen werden kann.
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Zudem werden hier ein Intervall zwischen der ersten Linse L1 und der zweiten Linse L2, ein Intervall zwischen der zweiten Linse L2 und der dritten Linse L3, und ein Intervall zwischen der dritten Linse L3 und der Schutzlinse L4 weiter definiert. In der dargestellten Ausführungsform beträgt ein Intervall d2 zwischen der Austrittsoberfläche (der zweiten Oberfläche S2) der ersten Linse L1 und der Eintrittsoberfläche (der dritten Oberfläche S3) der zweiten Linse L2 entlang der optischen Achse 12 mm mit einer Toleranz von 5%. Ein Intervall d4 zwischen der Austrittsoberfläche (der vierten Oberfläche S4) der zweiten Linse L2 und der Eintrittsoberfläche (der fünften Oberfläche S5) der dritten Linse L3 entlang der optischen Achse beträgt 0,3 mm mit einer Toleranz von 5%. Ein Intervall d6 zwischen der Austrittsoberfläche (der sechsten Oberfläche S6) der dritten Linse L3 und der Eintrittsoberfläche der Schutzlinse L4 entlang der optischen Achse beträgt 2 mm mit einer Toleranz von 5%.
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Die vorstehende optische Linse zur Laserbeschriftung weist eine Brennweite f von 160 mm, einen Außendurchmesser Φ von 7 mm, eine Beschriftungsfläche A von 100*100 mm und eine Arbeitswellenlänge λ von 1064 nm auf. Wenn die optische Linse zur Laserbeschriftung zum Gravieren verwendet wird, kann eine Tiefe der Linie 0,5 mm erreichen; wenn ein numerischer Aperturwinkel sinα = 0,02 ist, kann eine Breite der Line 0,03 mm erreichen.
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2 bis 4 sind graphische Zeichnungen, die eine Feinstrahlaberration, eine geometrische Aberration und eine Modulationstransferfunktion (Transferfunktion M.T.F) der optischen Linse zur Laserbeschriftung zeigen.
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Wie in 2 gezeigt ist, erreichen eine Feldkrümmung und Verzerrung der optischen Linse zur Laserbeschriftung ein ideales Niveau.
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Wie in 3 gezeigt ist, liegt die Größe des Zerstreuungskreises der Gesamtbildfläche innerhalb von 6 µm, welcher ein ideales Niveau erreicht.
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Wie in 4 gezeigt ist, ist die M.T.F. der optischen Linse zur Laserbeschriftung, wenn die Auflösung 20 Linien/mm erreicht, immer noch größer als 0,3, was ideal ist.
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Wie aus den vorstehenden Daten ersichtlich ist, weist die optische Linse zur Laserbeschriftung durch Verwenden der Linse mit einer F-θ-Struktur nicht nur eine hohe Gravurqualität auf, um eine „feine“ und „tiefe“ Gravurlinie sicherzustellen, sondern sie kann auch die Konsistenz der Tiefe und Breite der Gravurlinie sicherstellen. Die optische Linse weist eine hohe Gravurgeschwindigkeit mit einer höheren Effizienz als herkömmliche Gravurlinsen auf.
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Die vorstehenden Ausführungsformen sind nur spezielle Implementierungen der vorliegenden Erfindung, sind aber nicht zum Begrenzen des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung gedacht. Es wird darauf hingewiesen, dass jede Variation oder Ersetzung, die von Fachleuten auf dem Gebiet innerhalb des technischen Umfangs, der in der vorliegenden Erfindung offenbart ist, leicht ausgedacht werden kann, in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen soll. Daher soll der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung von dem Schutzumfang der Ansprüche abhängig sein.
