CN114326055B - 一种大扫描角度的红外场镜 - Google Patents
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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
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 (4)
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;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;所述第三透镜G3的前后两侧的曲率半径分别为R5=851.28mm和R6=-122.86mm,所述第三透镜G3的中心厚度d5为7.43mm。
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:所述保护镜SG的中心厚度d7为3mm。
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