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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein das Gebiet der Optik und spezieller eine F-θ-Linse zur Lasergravur.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Mit der Entwicklung elektronischer Geräte, etwa von Mobiltelefonen, Personalcomputern und Flachbildfernsehern, hat auch die Nachfrage zur Produktion von Scheiben in diesen Produkten zugenommen. Bei dem Produktionsprozess der Scheibe ist es notwendig, die Scheibe mit einem Laser zu beschreiben, die Scheibe zu beschriften und zu schneiden, und es muss sichergestellt werden, dass die Gravurlinien „fein“ und „tief“ sind, wenn die Scheibe mit dem Laser beschrieben wird, um sicherzustellen, dass die Scheibe die technischen Anforderungen des Produkts erfüllt. Daher werden Anforderungen an die F-θ-Linse zur Lasergravur einer Lasergravurvorrichtung zunehmend höher und höher.
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Herkömmliche Lasergravurvorrichtungen weisen eine einzige F-θ-Linse oder mehrere F-θ-Linsen (typischerweise bis zu drei) zur Lasergravur auf. Die Verwendung einer einzigen F-θ-Linse zur Lasergravur kann die Qualität der Gravurlinie verbessern, aber die Gravurgeschwindigkeit ist sehr niedrig - immer nur eine Linie auf einmal. Hinsichtlich der Verwendung von drei F-θ-Linsen zur Lasergravur ist es aufgrund von Begrenzungen durch Materialien und Techniken schwierig, Gravurlinien mit hoher Qualität bereitzustellen, obwohl die Gravurgeschwindigkeit höher ist.
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Die Druckschrift
CN 2 585 256 Y beschreibt eine F-θ-Linse mit zwei Menisken, einer plan-konvexen Linse und einer ebenen Linse.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es ist daher notwendig, eine F-θ-Linse zur Lasergravur bereitzustellen, die Gravurlinien mit hoher Qualität bei einer hohen Gravurgeschwindigkeit bereitstellen kann.
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Eine F-θ-Linse zur Lasergravur umfasst eine erste Linse, eine zweite Linse, eine dritte Linse und eine vierte Linse, die entlang einer Übertragungsrichtung von einfallendem Licht koaxial angeordnet sind; wobei die erste Linse eine Meniskuslinse ist, die zweite Linse eine Meniskuslinse ist, die dritte Linse eine plan-konvexe Linse ist und die vierte Linse eine ebene 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, die dritte Linse eine fünfte Oberfläche und eine sechste Oberfläche aufweist und die vierte Linse eine siebte Oberfläche und eine achte Oberfläche aufweist; die erste Oberfläche bis zu der achten Oberfläche entlang der Übertragungsrichtung des einfallenden Lichts nacheinander angeordnet sind; wobei Krümmungsradien der ersten Oberfläche bis zu der achten Oberfläche -29 mm, -88 mm, -56 mm, -36 mm, ∞, -116 mm, ∞ bzw. ∞ betragen; und eine Dicke in der Mitte der ersten Linse bis zu der vierten Linse 3 mm, 6 mm, 6 mm bzw. 3 mm beträgt.
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In einer Ausführungsform beträgt ein Verhältnis von Brechungsindex zu Abbe-Zahl der ersten Linse 1,50/62, ein Verhältnis von Brechungsindex zu Abbe-Zahl der zweiten Linse beträgt 1,80/25, ein Verhältnis von Brechungsindex zu Abbe-Zahl der dritten Linse beträgt 1,80/25 und ein Verhältnis von Brechungsindex zu Abbe-Zahl der vierten Linse beträgt 1,50/62.
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In einer Ausführungsform beträgt ein Intervall zwischen der zweiten Oberfläche und der dritten Oberfläche 2 mm, ein Intervall zwischen der vierten Oberfläche und der fünften Oberfläche beträgt 0,2 mm und ein Intervall zwischen der sechsten Oberfläche und der siebten Oberfläche beträgt 2 mm.
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In einer Ausführungsform weisen sowohl die Krümmungsradien als auch die Dicken in der Mitte als auch die Intervalle einen Toleranzbereich von 5% auf.
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Die vorstehende F-θ-Linse zur Lasergravur verwendet eine Linse mit F-θ-Struktur, und daher kann sie Gravurlinien mit hoher Qualität derart bereitstellen, dass die Gravurlinien „fein“ und „tief“ sind, und sie weist eine hohe Gravurgeschwindigkeit auf, was sie effizienter als herkömmliche F-θ-Linsen zur Lasergravur macht.
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Figurenliste
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Die vorstehenden und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden durch Bezugnahme auf die detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, besser offensichtlich werden. Die Komponenten in den Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu, da der Schwerpunkt stattdessen auf dem klaren Darstellen der Prinzipien der vorliegenden Offenbarung liegt.
- 1 ist eine schematische Zeichnung einer F-θ-Linse zur Lasergravur in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
- 2 ist eine Zeichnung, die Intervalle zwischen Komponenten der F-θ-Linse zur Lasergravur von 1 darstellt;
- 3 ist eine Zeichnung, die eine Feinstrahlaberration einer F-0-Linse zur Lasergravur in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform darstellt;
- 4 ist eine Zeichnung, die eine geometrische Aberration einer F-0-Linse zur Lasergravur in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform darstellt; und
- 5 ist eine Zeichnung, die eine Modulationstransferfunktion einer F-θ-Linse zur Lasergravur in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform darstellt.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Hier im Nachstehenden werden Ausführungsformen der Offenbarung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen vollständiger beschrieben. Zahlreiche spezielle Details werden hier im Nachstehenden beschrieben, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen. Die verschiedenen Ausführungsformen der Offenbarung können jedoch in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden und sollen nicht so aufgefasst werden, dass sie auf die hier im Nachstehenden offengelegten Ausführungsformen begrenzt sind, und der Fachmann auf dem Gebiet kann ähnliche Modifikationen durchführen, ohne von dem Grundgedanken der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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1 ist eine schematische Zeichnung einer F-θ-Linse zur Lasergravur in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform, wobei aus Darstellungsgründen nur Abschnitte gezeigt sind, die in Beziehung mit einer Implementierung der Offenbarung stehen.
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Wie in 1 gezeigt ist, umfasst die F-θ-Linse zur Lasergravur eine erste Linse L1, eine zweite Linse L2, eine dritte Linse L3 und eine vierte Linse L4, welche entlang einer Übertragungsrichtung von einfallendem Licht koaxial angeordnet sind.
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Bei der F-θ-Linse zur Lasergravur zeigt das negative Vorzeichen an, dass das Licht von der linken Seite zu der rechten Seite übertragen wird. Ob der Krümmungsradius positiv oder negativ ist, ist durch die Position des Schnittpunkts zu einem Mittelpunkt der sphärischen Oberfläche der gekrümmten Oberfläche mit einer optischen Hauptachse bestimmt. Wenn der Mittelpunkt der sphärischen Oberfläche der gekrümmten Oberfläche links von dem Schnittpunkt liegt, ist der Krümmungsradius negativ; wenn der Mittelpunkt der sphärischen Oberfläche der gekrümmten Oberfläche rechts vom Schnittpunkt liegt, ist der Krümmungsradius positiv. Die gleiche Regel gilt im Nachstehenden.
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Wie in 1 und 2 gezeigt ist, ist die erste Linse L1 eine Meniskuslinse mit einer ersten Oberfläche S1 und einer zweiten Oberfläche S2. Die erste Oberfläche S1 ist zu der Bildseite hin konvex und ein Krümmungsradius derselben beträgt -29 mm; auch die zweite Oberfläche S2 ist auch zu der Bildseite hin konvex und ein Krümmungsradius derselben beträgt -88 mm. Eine Dicke d1 in der Mitte der ersten Linse L1 (d.h. eine Dicke der ersten Linse L1 entlang einer optischen Achse) beträgt 3 mm. Ein Verhältnis von Brechungsindex zu Abbe-Zahl der ersten Linse L1 beträgt 1,50/62. Die vorstehenden Parameter der ersten Linse L1 sind nicht die einzige Wahl, da es einen Toleranzbereich von 5% gibt, d.h. diese Parameter können innerhalb eines Bereichs von ±5% variieren.
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Die zweite Linse L2 ist eine Meniskuslinse mit einer dritten Oberfläche S3 und einer vierten Oberfläche S4. Die dritte Oberfläche S3 ist zu der Bildseite hin konvex und ein Krümmungsradius derselben beträgt -56 mm; auch die vierte Oberfläche S4 ist auch zu der Bildseite hin konvex und ein Krümmungsradius derselben beträgt -36 mm. Eine Dicke d3 in der Mitte der zweiten Linse L2 beträgt 6 mm. Ein Verhältnis des Brechungsindex zu der Abbe-Zahl der zweiten Linse L2 beträgt 1,80/25. Jeder Parameter der zweiten Linse L2 weist einen Toleranzbereich von 5% auf.
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Die dritte Linse L3 ist eine plan-konvexe Linse mit einer fünften Oberfläche S5 und einer sechsten Oberfläche S6. Die fünfte Oberfläche S5 ist eine Ebene, deren Krümmungsradius ∞ ist, d.h. unendlich; auch die sechste Oberfläche S6 ist zu der Bildseite hin konvex und ein Krümmungsradius derselben beträgt -116 mm. Eine Dicke d5 in der Mitte der dritten Linse L3 beträgt 6 mm. Ein Verhältnis des Brechungsindex zu der Abbe-Zahl der dritten Linse L3 beträgt 1,80/25. Jeder Parameter der dritten Linse L3 weist einen Toleranzbereich von 5% auf.
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Die vierte Linse L4 dient zum Schutz der Linsen und ist eine ebene Linse mit einer siebten Oberfläche S7 und einer achten Oberfläche S8. Sowohl die siebte Oberfläche S7 als auch die achte Oberfläche S8 sind Ebenen und Krümmungsradien derselben sind ∞. Eine Dicke d7 in der Mitte der vierten Linse L4 beträgt 3 mm. Ein Verhältnis des Brechungsindex zu der Abbe-Zahl der vierten Linse L4 beträgt 1,50/62. Jeder Parameter der vierten Linse L4 weist einen Toleranzbereich von 5% auf.
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Die erste Oberfläche S1 bis zu der achten Oberfläche S8 sind entlang der Übertragungsrichtung des einfallenden Lichts nacheinander angeordnet.
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In einer Ausführungsform beträgt ein Intervall d2 zwischen einer Lichtaustrittsoberfläche (der zweiten Oberfläche S2) der ersten Linse L1 und einer Lichteintrittsoberfläche (der dritten Oberfläche S3) der zweiten Linse L2 entlang der optischen Achse 2 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 0,2 mm mit einer Toleranz von 5%. Ein Intervall d6 zwischen der Austrittsoberfläche (der sechsten Oberfläche S6) der dritten Linse L3 und der Eintrittsoberfläche (der siebten Oberfläche S7) der Schutzlinse L4 entlang der optischen Achse beträgt 2 mm mit einer Toleranz von 5%.
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Die vorstehende F-θ-Linse zur Lasergravur weist eine Brennweite f = 160 mm, einen Außendurchmesser Φ von 7 mm, eine Arbeitsfläche A von 100*100 mm und eine Arbeitswellenlänge λ von 1064 nm auf. Wenn die F-θ-Linse zur Lasergravur zum Gravieren verwendet wird, kann eine Tiefe der Gravurlinie 0,5 mm erreichen; wenn die F-θ-Linse zur Lasergravur einen numerischen Aperturwinkel sinα = 0,02 aufweist, kann eine Breite der Linie 0,03 mm erreichen.
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3 bis 5 sind Zeichnungen, welche eine Feinstrahlaberration, eine geometrische Aberration bzw. eine Modulationstransferfunktion (Transferfunktion M.T.F) einer F-θ-Linse zur Lasergravur in einer Ausführungsform darstellen.
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3A und 3B sind grafische Darstellungen einer Feldkrümmung bzw. Verzerrung der F-θ-Linse zur Lasergravur. Wie in 3A und 3B gezeigt ist, erreichen sowohl die Feldkrümmung als auch die Verzerrung der F-θ-Linse zur Lasergravur das theoretische Niveau.
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Wie in 4 gezeigt ist, liegen die Größen von Zerstreuungskreisen der gesamten Bildoberfläche innerhalb von 6 µm, wodurch der ideale Wert erreicht wird.
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Wie in 5 gezeigt ist, ist der Wert der M.T.F der F-θ-Linse zur Lasergravur, wenn die Auflösung 20 Linien/mm erreicht, immer noch größer als 0,3, wodurch ein idealer Zustand erzielt wird.
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Wie aus den vorstehenden Daten ersichtlich ist, kann die F-θ-Linse zur Lasergravur der vorliegenden Offenbarung eine Gravuroperation mit hoher Qualität ausführen, und sie ist schneller und effizienter als herkömmliche Linse zur Lasergravur.
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Die vorstehenden Implementierungen beschreiben nur mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung im Detail, welche nicht als Einschränkungen für den Umfang der vorliegenden Offenbarung aufgefasst werden sollen. Es wird angemerkt, dass ohne eine Abweichung von dem Konzept der vorliegenden Offenbarung vom Fachmann eine Anzahl von Modifikationen und Variationen durchgeführt werden kann, und dass diese alle in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen werden. Daher wird der Umfang der vorliegenden Offenbarung durch die beigefügten Ansprüche definiert.
