CN114326055A

CN114326055A - 一种大扫描角度的红外场镜

Info

Publication number: CN114326055A
Application number: CN202111648880.XA
Authority: CN
Inventors: 邹武兵; 郑淑娥; 吴飞龙
Original assignee: Shenzhen Inte Laser Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Inte Laser Technology Co ltd
Priority date: 2021-12-30
Filing date: 2021-12-30
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2041-12-30
Also published as: CN114326055B

Abstract

本发明提供了一种大扫描角度的红外场镜，包括设置在同一光路上依次布置的入瞳面、第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3、保护镜SG和像面，第一透镜G1具有负光焦度、弯月结构的，第二透镜G2具有正光焦度、弯月结构，第三透镜G3具有正光焦度、双凸结构，保护镜SG具有平板结构；扫描场镜的总焦距为f，所述第一透镜G1、所述第二透镜G2和所述第三透镜G3的焦距分别为f1、f2、f3，满足以下关系：‑0.9<f1/f<‑0.5，0.7<f2/f<1.1，0.8<f3/f<1.5。本发明在焦距为125mm时，入射光束直径最大允许值不小于12mm，扫描角度不小于±28度，扫描范围大于85mm*85mm，F‑theta畸变小于0.15％，光斑尺寸达到衍射极限。

Description

一种大扫描角度的红外场镜

技术领域

本发明涉及光学领域，尤其涉及一种光学镜头。

背景技术

F-theta(扫描场镜)镜头广泛应用于激光雕刻，激光打标行业。场镜在确保光斑达到衍射极限的前提下，可以获得高质量的平场效果和最小的几何畸变。

场镜是一种与振镜配套使用的光学扫描聚焦镜头，将激光束在整个打标平面内形成均匀大小的聚焦光斑。随着激光加工的不断发展，相同焦距的场镜需要更大扫描范围来提高加工速度，在保证边缘聚焦光斑不失真的情况下增大扫描范围，可以实现在更大范围内对工件进行钻孔、切割、打标等加工作业，提高加工效率。在此，大扫描角度的1064nm场镜应用于红外激光加工更有优势。

大扫描角度是指：2w＝56°。w是指扫描角度。

发明内容

为了解决现有技术中问题，本发明提供了一种大扫描角度的红外场镜，包括设置在同一光路上依次布置的入瞳面、第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3、保护镜SG和像面，第一透镜G1具有负光焦度、弯月结构的，第二透镜G2具有正光焦度、弯月结构，第三透镜G3具有正光焦度、双凸结构，保护镜SG具有平板结构；扫描场镜的总焦距为f，所述第一透镜G1、所述第二透镜G2和所述第三透镜G3的焦距分别为f1、f2、f3，、满足以下关系：-0.9<f1/f<-0.5，0.7<f2/f<1.1，0.8<f3/f<1.5。

作为本发明的进一步改进，-0.75<f1/f<-0.5，0.8<f2/f<1.0，0.9<f3/f<1.4。

作为本发明的进一步改进，所述入瞳面与所述第一透镜G1之间的空气间隔d0为30mm，所述第一透镜G1与第二透镜G2之间的空气间隔d2为1.33mm，所述第二透镜G2与第三透镜G3之间的空气间隔d4为0.1mm，所述第三透镜G3与所述保护镜SG之间的空气间隔d6为3mm，所述像面与所述保护镜SG之间的空气间隔d8为144.8mm。

作为本发明的进一步改进，所述第一透镜G1的前后两侧的曲率半径分别为R1＝-31.31mm和R2＝-139.81mm，所述第一透镜G1的中心厚度d1为4mm；所述第一透镜G1的折射率为n1，阿贝数为v1，其满足关系式：1.4<n1<1.55；65<v1<75。

作为本发明的进一步改进，所述第二透镜G2的前后两侧的曲率半径分别为R3＝-88.06mm和R4＝-46.58mm，所述第二透镜G2的中心厚度d3为12.08mm，所述第二透镜G2的折射率为n2，阿贝数为v2，其满足关系式：1.75<n2<1.85；40<v2<50。

作为本发明的进一步改进，所述第三透镜G3的前后两侧的曲率半径分别为R3＝851.28mm和R4＝-122.86mm，所述第三透镜G3的中心厚度d5为7.43mm，所述第三透镜G3的折射率为n3，阿贝数为v3，其满足关系式：1.75<n3<1.85；40<v3<50。

作为本发明的进一步改进，所述保护镜SG的中心厚度d7为3mm。

本发明的有益效果是：

本发明大扫描角度的红外场镜包括在同一光路上布置3个分离的透镜第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3和保护镜SG，这些透镜构成“负-正-正”的透镜顺序，实现大扫描角度和低畸变。

本发明在焦距为125mm时，入射光束直径最大允许值不小于12mm，扫描角度不小于±28度，扫描范围大于85mm*85mm，F-theta畸变小于0.15％，光斑尺寸达到衍射极限。

附图说明

图1是本发明大扫描角度红外场镜的几何光学结构示意图；

图2是本发明大扫描角度红外场镜的场曲和F-theta畸变图；

图3是本发明大扫描角度红外场镜的不同视场点列示意图；

图4是本发明大扫描角度红外场镜的调制传递函数示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图1是光路示意图，图2至图4：表示镜头性能的参数。图3中，OBJ表示物面，IMA表示像面。

本发明大扫描角度红外场镜包括在同一光路上布置3个分离的透镜第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3和保护镜SG，这些透镜构成“负-正-正”的透镜顺序，实现大扫描角度和低畸变，还包括入瞳面和像面。

第一透镜G1具有负光焦度、弯月结构的，第二透镜G2具有正光焦度、弯月结构，第三透镜G3具有正光焦度、双凸结构，保护镜SG具有平板结构。

所述入瞳面设置在所述第一透镜G1沿光束传播方向的前端，所述像面设置在所述保护镜SG沿光束传播的后端，所述入瞳面与所述第一透镜G1之间的空气间隔d0为30mm，所述第一透镜G1与第二透镜G2之间的空气间隔d2为1.33mm，所述第二透镜G2与第三透镜G3之间的空气间隔d4为0.1mm，所述第三透镜G3与所述保护镜SG之间的空气间隔d6为3mm，所述像面与所述保护镜SG之间的空气间隔d8为144.8mm。

所述第一透镜G1的前后两侧的曲率半径分别为R1＝-31.31mm和R2＝-139.81mm，所述第一透镜G1的中心厚度d1为4mm。所述第一透镜G1的折射率为n1，阿贝数为v1，其满足关系式：1.4<n1<1.55；65<v1<75；

所述第二透镜G2的前后两侧的曲率半径分别为R3＝-88.06mm和R4＝-46.58mm,所述第二透镜G2的中心厚度d3为12.08mm。所述第二透镜G2的折射率为n2，阿贝数为v2，其满足关系式：1.75<n2<1.85；40<v2<50；

所述第三透镜G3的前后两侧的曲率半径分别为R3＝851.28mm和R4＝-122.86mm,所述第三透镜G3的中心厚度d5为7.43mm。所述第三透镜G3的折射率为n3，阿贝数为v3，其满足关系式：1.75<n3<1.85；40<v3<50；

所述保护镜SG的中心厚度d7为3mm。

扫描场镜的总焦距为f,所述第一透镜G1，所述第二透镜G2和所述第三透镜G3的焦距分别为f1、f2、f3，其中与扫描场镜的总焦距f满足以下关系：-0.9<f1/f<-0.5，0.7<f2/f<1.1，0.8<f3/f<1.5。优选-0.75<f1/f<-0.5，0.8<f2/f<1.0，0.9<f3/f<1.4。

在本方案中，由第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3和保护镜SG组成的扫描场镜的光学结构参数，得到f1/f＝-0.68，f2/f＝0.88，f3/f＝1.1，由其布置的位置关系，得到扫描场镜的总焦距f＝125mm，入瞳为12mm，扫描视场2w＝56°。

本发明提供的各透镜，即透镜组件中各个透镜的曲面半径R，厚度T，材料折射率Nd，阿贝尔系数Vd，如下表所示：

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims

1.一种大扫描角度的红外场镜，其特征在于：包括设置在同一光路上依次布置的入瞳面、第一透镜G1、第二透镜G2、第三透镜G3、保护镜SG和像面，第一透镜G1具有负光焦度、弯月结构的，第二透镜G2具有正光焦度、弯月结构，第三透镜G3具有正光焦度、双凸结构，保护镜SG具有平板结构；扫描场镜的总焦距为f，所述第一透镜G1、所述第二透镜G2和所述第三透镜G3的焦距分别为f1、f2、f3，、满足以下关系：-0.9<f1/f<-0.5，0.7<f2/f<1.1，0.8<f3/f<1.5。

2.根据权利要求1所述的一种大扫描角度的红外场镜，其特征在于：其中：-0.75<f1/f<-0.5，0.8<f2/f<1.0，0.9<f3/f<1.4。

3.根据权利要求1所述的一种大扫描角度的红外场镜，其特征在于：所述入瞳面与所述第一透镜G1之间的空气间隔d0为30mm，所述第一透镜G1与第二透镜G2之间的空气间隔d2为1.33mm，所述第二透镜G2与第三透镜G3之间的空气间隔d4为0.1mm，所述第三透镜G3与所述保护镜SG之间的空气间隔d6为3mm，所述像面与所述保护镜SG之间的空气间隔d8为144.8mm。

4.根据权利要求1所述的一种大扫描角度的红外场镜，其特征在于：所述第一透镜G1的前后两侧的曲率半径分别为R1＝-31.31mm和R2＝-139.81mm，所述第一透镜G1的中心厚度d1为4mm；所述第一透镜G1的折射率为n1，阿贝数为v1，其满足关系式：1.4<n1<1.55；65<v1<75。

5.根据权利要求1所述的一种大扫描角度的红外场镜，其特征在于：所述第二透镜G2的前后两侧的曲率半径分别为R3＝-88.06mm和R4＝-46.58mm，所述第二透镜G2的中心厚度d3为12.08mm，所述第二透镜G2的折射率为n2，阿贝数为v2，其满足关系式：1.75<n2<1.85；40<v2<50。

6.根据权利要求1所述的一种大扫描角度的红外场镜，其特征在于：所述第三透镜G3的前后两侧的曲率半径分别为R3＝851.28mm和R4＝-122.86mm，所述第三透镜G3的中心厚度d5为7.43mm，所述第三透镜G3的折射率为n3，阿贝数为v3，其满足关系式：1.75<n3<1.85；40<v3<50。

7.根据权利要求1所述的一种大扫描角度的红外场镜，其特征在于：所述保护镜SG的中心厚度d7为3mm。