CN101324697A - 光学镜头 - Google Patents
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Abstract
一种用于激光加工使用的光学fθ镜头,包括透镜组和光阑,透镜组包括三个透镜,分别为第一、第二、第三透镜,依次排列为“正—负—正”分离的光焦度***其中,所述第一透镜为弯月型正透镜,第二透镜为弯月型负透镜,第三透镜为弯月型正透镜,第一透镜、第二透镜及第三透镜所有的曲面均向着光阑方向弯曲,且整个光学***的焦距为f,第一、第二、第三透镜的焦距分别为f1、f2、f3,各透镜的焦距与整个光学***的焦距f比率满足以下要求关系:0.8<f1/f<1.0;-0.5<f2/f<-0.3;0.3<f3/f<0.5。本发明所提供的光学fθ镜头是一种长焦距镜头,同时要求在同样的焦距下标记范围比一般的fθ镜头大得多,所以其视场较一般fθ镜头大,达到70°,比一般镜头的50°要求视场大大增加。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种激光应用的光学镜头,尤其是指在激光加工使用的F-theta(fθ)光学镜头。
【背景技术】
目前,激光应用已深入到我们现代生活的各个方面,在激光应用中便离不开为了符合各种工艺要求的各种应用光学***。在目前市场上激光打标机,以其速度快,灵活性强,无耗材,标记永久性等特点,已逐渐地替代各种印字机,丝印机等。
fθ(F-theta)镜头是一种大视场、中小孔径、中长焦距的照相物镜,从它要负担的参数来说,选用“三片”型的照相物镜,应该是较为合适的。激光振镜打标机是因为有了fθ(F-theta)镜头才得以实现。图1是一种典型的fθ镜光学***,光束顺次经两块绕x轴和y轴转动的振镜1、2,最后通过fθ镜3聚焦在像面4上,由振镜扫描形成图像。fθ镜头3是一种平像场的聚焦镜,在打标时,要求在成像面上像高η与X振镜1和Y振镜2的扫描角度θ成线性关系即:η=f·θ(Sr)。其中,f为fθ镜头3的焦距,θ为振镜的扫描角度(单位为弧度)。
由高斯光学成像理论知,像高η与镜头焦距f和振镜转角θ为下列关系:η=f·thθ。它不满足η=f·θ(Sr)关系式。因此,激光打标***用常规的镜头是不可行的,这是因为像高η与振镜的转角θ不是呈线性关系变化,所雕刻出来的图形与实物不相似,反而是一个变形的图像。
为了解决这个问题,要求在光学设计时的象差校正中,有意引入畸变Δη,使得满足下式所示关系:η=(ftgθ-Δη)=fθ。这个结论是非常重要的。虽然Δη是有意引入的,但决不意味着畸变就可以不考虑,随意大小都可以,Δη应满足下式:
Δη=f·tgθ-f·θ=f(tgθ-θ)
上式表明:畸变应为振镜转角的正切和弧度之差与镜头焦距f的乘积时才能满足要求。能满足这个条件的才能称作fθ光学***。
一般fθ镜头视场的50°,但许多场合要求在一定焦距的情况下的标记范围要加大,这要求在原视场的基础上增大视场,同时还要保证原来视场的镜头相一致的效果。
【发明内容】
本发明所欲解决的技术问题在于提供一种长焦距、视场较大、且达到非常好的平像场效果的光学fθ镜头。
本发明所采用的技术方案是提供一种用于激光加工使用的光学fθ镜头,包括透镜组和光阑,透镜组包括三个透镜,分别为第一、第二、第三透镜,依次排列为“正-负-正”分离的光焦度***,其中,所述第一透镜为弯月型正透镜,第二透镜为弯月型负透镜,第三透镜为弯月型正透镜,第一透镜、第二透镜及第三透镜所有的曲面均向着光阑方向弯曲,且整个光学***的焦距为f第一、第二、第三透镜的焦距分别为f1、f2、f3,各透镜的焦距与整个光学***的焦距f比率满足以下要求关系:0.8<f1/f<1.0;-0.5<f2/f<-0.3;0.3<f3/f<0.5。
其中,f1/f=0.82;f2/f=-0.35;f3/f=0.40。
其中,所述第一透镜与光阑的距离为20-60mm。
本发明所提供的光学fθ镜头是一种长焦距镜头,同时要求在同样的焦距下标记范围比一般的fθ镜头大得多,所以其视场较一般fθ镜头大,达到70°,比一般镜头的50°要求视场大大增加,且使得***的的球差、彗差与场曲都达到较好的平衡,使得成像结果良好且在整个像面上成像均匀,且该结构应用于大口径入射的fθ镜头的小型化取得较好的效果,且在***的入射光束口径较大,使得该***的产品能够与一般小入射光束口径的产品进行互换,达到小型化设计。
【附图说明】
图1是一种典型的fθ镜头光学***示意图。
图2是本发明镜头的光学***结构示意图。
图3为本发明fθ镜头较佳实施例1中的光线追迹图。
图4为本发明fθ镜头较佳实施例1中的像散、场曲及畸变。
图5为本发明fθ镜头较佳实施例1中的视场分别为0、0.3、0.5、0.7、0.85以及1.0各视场上的光程差图。
图6为本发明fθ镜头较佳实施例1中的光学传递函数MTF图。
【具体实施方式】
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一段步说明。
fθ(F-theta)镜头是一种大视场、中小孔径、中长焦距的照相物镜,从它要负担的参数来说,选用“三片”型的照相物镜,应该是较为合适的。我们采用“正-负-正”的光焦度分布型式。其入瞳在镜头外产生的畸变,正好也是fθ镜所需要的,此畸变很容易达到fθ镜要求,是一种“无变形”的打标。同时,它是一个大视场的照相物镜,与照相物镜一样,它是一个“平像场”的物镜。
如图2,本发明所采用的技术方案是提供一种用于激光加工使用的光学fθ镜头,包括透镜组和光阑(振镜)1,光阑(振镜)1位于透镜组的前方,透镜组包括三个透镜,分别为第一、第二、第三透镜L1、L2、L3,采用三片式“正-负-正”的光焦度分布进行设计,其中三片透镜的材质都胶体,可解决在高功率的激光***中,通过采用双胶面的透镜进行校正相关的像差。
其中,第二透镜L2的光焦度1/f2为负透镜,第一透镜L1的光焦度1/f1与第三透镜L3的光焦度1/f3均为正,其中各透镜的焦距与整个光学***的焦距f比率按以下要求:
0.8<f1/f<1.0
-0.5<f2/f<-0.3
0.3<f3/f<0.5。
其中,全光学***的焦点距离为f,第一、第二、第三透镜的焦距分别为f1、f2、f3。
其中,第一透镜L1距光阑(振镜)1的距离d0为20-60mm,第一透镜L1为弯月型正透镜;第二透镜L1为弯月型负透镜,第三透镜L3为弯月型正透镜,第一透镜L1、第二透镜L1及第三透镜L3所有的曲面均向着光阑(振镜)1方向弯曲,第三透镜L3到焦平面4的距离为d6。
它们的具体结构及参数表述为:***由L1、L2、L3三个透镜构成,L1分别由曲率半径为R1、R2的两个曲面S1、S2构成,其中心厚度d1,材料光学参数为Nd1∶Vd1;L2分别由曲率半径为R3、R4的两个曲面S3、S4构成,其中心厚度d3,材料光学参数为Nd3∶Vd3;L3分别由曲率半径为R5、R6的两个曲面S5、S6构成,其中心厚度d5,材料光学参数为Nd5∶Vd5;第一透镜L1与第二透镜L1的间隔为d2,第二透镜L1与第三透镜L3的间隔为d4。
结合以上的参数,本发明设计了一组镜头,其具体参数分别如下所示:
第一透镜L1分别由曲率半径为R1=-221.056mm、R2=-139.16mm的两个曲面S1、S2构成,其光轴上的中心厚度d1=4.6mm,材料为Nd1∶Vd1=1.8/25.4;第二透镜L1分别由曲率半径为R3=-64.71mm、R4=-175.655mm的两个曲面S3、S4构成,其光轴上的中心厚度d3=3.0mm,材料为Nd3∶Vd3=1.52/64;第三透镜L3分别由曲率半径为R5=-114.274mm、R6=-72.02mm的两个曲面S5、S6构成,其光轴上的中心厚度d5=8mm,材料为Nd5∶Vd5=1.8/25.4;第一透镜L1与第二透镜L1在光轴上的间隔为d2=7.6mm,第二透镜L1与第三透镜L3在光轴上的间隔为d4=4.4mm,第三透镜L3与成象面在光轴上的距离为d6=609mm。并列表如下:
根据上表,可得出数据如下:
f=575.4mm D/f=1∶25
λ=1064nm 2ω=70°
f1/f=0.82 f2/f=-0.35 f3/f=0.40
由于f1/f=0.82满足0.8<f1/f<1.0,f2/f=-0.35满足-0.5<f2/f<-0.3,f3/f=0.40满足0.3<f3/f<0.5。
图3为上例中的光线追迹图,图4为像散、场曲及畸变分布图,图5为视场分别为0、0.3、0.5、0.7、0.85以及1.0各视场上的光程差图,图6为光学传递函数MTF图。
由上以各图说明:***的像散与场曲得到很好的较正,光程差最大也不超过0.3 λ,且从光学传递函数MTF图上看,各视场的MTF值均较一致,说明在全视场上成像均匀,没有渐晕存在,且在***的入射光束口径较大,采用的与一般的fθ光学***不同的结构形式,使得该***的产品能够与一般小入射光束口径的产品进行互换,达到小型化设计,且本发明的光学fθ镜头是一种长焦距镜头,同时要求在同样的焦距下标记范围比一般的fθ镜头大得多,所以其视场较一般fθ镜头大,达到70°,比一般镜头的50°要求视场大大增加。
Claims (3)
1.一种用于激光加工使用的光学fθ镜头,包括透镜组和光阑,其特征在于:透镜组包括三个透镜,分别为第一、第二、第三透镜,依次排列为“正-负-正”分离的光焦度***,其中,所述第一透镜为弯月型正透镜,第二透镜为弯月型负透镜,第三透镜为弯月型正透镜,第一透镜、第二透镜及第三透镜所有的曲面均向着光阑方向弯曲,且全光学***的焦点距离为f,第一、第二、第三透镜的焦距分别为f1、f2、f3,各透镜的光焦度与***的光焦度1/f比率以下要求:
0.8<f1/f<1.0
-0.5<f2/f<-0.3
0.3<f3/f<0.5。
2.如权利要求1所述光学fθ镜头,其特征在于:f1/f=0.82;f2/f=-0.35;f3/f=0.40。
3.如权利要求1所述光学fθ镜头,其特征在于:所述第一透镜与光阑的距离为20-60mm。
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102062931A (zh) * | 2010-10-29 | 2011-05-18 | 深圳市大族激光科技股份有限公司 | 一种激光扫描镜头 |
CN101639568B (zh) * | 2009-04-29 | 2011-06-22 | 深圳市大族激光科技股份有限公司 | 激光应用大孔径的光学镜头 |
EP2821834A1 (en) * | 2013-07-05 | 2015-01-07 | Fujifilm Corporation | Scanning optical system, optical scanning device and radiographic image reading apparatus |
CN105116518A (zh) * | 2015-09-21 | 2015-12-02 | 浙江水晶光电科技股份有限公司 | 一种基于波前编码的免调焦投影物镜及投影仪 |
CN106660271A (zh) * | 2014-12-03 | 2017-05-10 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 3d打印机及其采用的镜头模组 |
CN110441891A (zh) * | 2019-08-02 | 2019-11-12 | 佛山科学技术学院 | 一种紧凑型超广角鱼眼镜头光学*** |
CN113126258A (zh) * | 2021-04-23 | 2021-07-16 | 浙江舜宇光学有限公司 | 光学成像镜头 |
CN114815164A (zh) * | 2021-10-12 | 2022-07-29 | 三星电机株式会社 | 光学成像*** |
-
2008
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Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101639568B (zh) * | 2009-04-29 | 2011-06-22 | 深圳市大族激光科技股份有限公司 | 激光应用大孔径的光学镜头 |
CN102062931A (zh) * | 2010-10-29 | 2011-05-18 | 深圳市大族激光科技股份有限公司 | 一种激光扫描镜头 |
EP2821834A1 (en) * | 2013-07-05 | 2015-01-07 | Fujifilm Corporation | Scanning optical system, optical scanning device and radiographic image reading apparatus |
CN106660271A (zh) * | 2014-12-03 | 2017-05-10 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 3d打印机及其采用的镜头模组 |
US10197798B2 (en) | 2014-12-03 | 2019-02-05 | Han's Laser Technology Industry Group Co., Ltd. | 3D printer and lens module used by same |
CN106660271B (zh) * | 2014-12-03 | 2019-04-12 | 大族激光科技产业集团股份有限公司 | 3d打印机及其采用的镜头模组 |
CN105116518A (zh) * | 2015-09-21 | 2015-12-02 | 浙江水晶光电科技股份有限公司 | 一种基于波前编码的免调焦投影物镜及投影仪 |
CN110441891A (zh) * | 2019-08-02 | 2019-11-12 | 佛山科学技术学院 | 一种紧凑型超广角鱼眼镜头光学*** |
CN110441891B (zh) * | 2019-08-02 | 2024-02-13 | 佛山科学技术学院 | 一种紧凑型超广角鱼眼镜头光学*** |
CN113126258A (zh) * | 2021-04-23 | 2021-07-16 | 浙江舜宇光学有限公司 | 光学成像镜头 |
CN114815164A (zh) * | 2021-10-12 | 2022-07-29 | 三星电机株式会社 | 光学成像*** |
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