CN203025410U - F-θ物镜I - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可用于激光材料加工的扫描设备的F-θ物镜。这些透镜L₁至L₄与其之间的空隙d₃、d₅、d₇的相继连接的设置形成了160mm的总焦距f。该F-θ物镜对于1064nm的波长进行校准。

Description

F-θ物镜I

技术领域

本实用新型涉及一种可用于激光材料加工的扫描设备的F-θ物镜。

背景技术

一种用于将入射的激光束聚焦到一个平面的像场中的F-θ物镜，该激光束在一个相对于该F-θ物镜的光轴夹角为+/-θ的扫描角度区域扫描，其中，在这个扫描角度区域里，扫描角度与在该像场中激光束入射点到光轴距离的比率遵循一个线性函数。也就是说，以一个恒定角速度进行扫描的激光束在该像场中形成了一个以恒定速度移动的焦点。在此，这个焦点的尺寸在该像场中的每个位置都应是恒定不变的。

这个焦点的尺寸是由激光材料加工的目的（例如写入、去除涂覆层或者切割）来决定的。

由于激光束的、与波长相关的折射，当激光束穿过F-θ物镜时，为了获得高的焦点质量，将这些F-θ物镜校准至所用加工激光束的波长，也就是说对这种物镜进行计算使得：对于在预先设定的波长和预先设定的激光束直径、在可允许的温度容差范围内的一个预先设定尺寸的像场来说，这种物镜不具有或者仅具有轻微的光学偏差，这种光学偏差会导致焦点尺寸明显的改变。特别是在激光材料加工的应用中，F-θ物镜具有一个大的像场以及一个大的总焦距。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于大功率激光的F-θ物镜，该F-θ物镜具有1064nm的波长以及140至180mm，优选为160mm的总焦距，使得激光辐射在没有回反射的情况下能够成像。

上述目的通过具有权利要求1的这些特征的F-θ物镜而实现。

在从属权利要求中描述了多个有利的实施方案。

本实用新型将通过以下以及参阅附图来进行更详细的说明。

附图说明

以下将参阅附图来更详细地说明本实用新型。

在附图中：

图1示出了根据本实用新型的一个物镜的几何光学图。

具体实施方式

根据本实用新型的F-θ物镜具有设置在该F-θ物镜上游一定距离处的一个入射光瞳（Eintrittspupile）EP，该入射光瞳可设置在一个平面中，其中（或者，如果使用了两个扫描器反射镜，则是在对其计算出的一个替代平面中）定位了一个扫描器反射镜；并且该F-θ物镜包括四个独立的透镜L₁到L₄，它们被设置在同一光轴A上。这四个独立的透镜L₁到L₄被配置形成一个“负-正-正-正”的透镜序列。也就是说前两个独立的透镜L₁至L₂具有负焦距，而后两个独立的透镜L₃至L₄具有正焦距。

此处的第一透镜L₁为一个双凹透镜，第二透镜L₂为一个凹凸透镜，第三透镜L₃为一个平凸透镜，第四透镜L₄为一个双凸透镜。

这四个独立的透镜的焦距满足下列要求：

第一透镜L₁的焦距f₁与总焦距f的焦距比为：-0.6<f₁/f<-0.4。

第二透镜L₂的焦距f₂与总焦距f的焦距比为：+1.6<f₂/f<+2.0。

第三透镜L₃的焦距f₃与总焦距f的焦距比为：+0.8<f₃/f<+1.0。

第四透镜L₄的焦距f₄与总焦距f的焦距比为：+1.8<f₄/f<+2.2。

可将一种防护玻璃（Schutzglas）SG设置于这四个独立的透镜L₁到L₄的下游。

通过根据本实用新型的F-θ物镜，具有四个独立的石英玻璃透镜L₁到L₄，所实现的有益效果是：该F-θ物镜具有一个在140至180mm范围内的总焦距，这个总焦距适用于大功率激光并且对1064mm的波长进行了校准。该F-θ物镜的多个参数被设置为，使得在透镜L₁至L₄的光学活性表面和防护玻璃SG（如果适合的话）上产生的回反射并未在透镜L₁至L₄的表面或者设置在入射光瞳EP周围的反射镜上聚焦。这种F-θ物镜的一个示例性实施方案的具体结构和参数说明如下。

这个F-θ物镜的入射光瞳EP被定位于第一透镜L₁（具有厚度d₂的一个双凹透镜）的前顶点前方的一个距离d₁处，第一透镜前表面的半径为r₁，并且后表面的半径为r₂。这个第一透镜L₁后设有第二透镜L₂（具有厚度d₄的一个负凹凸透镜），两者之间有一个空隙d₃，第二透镜前表面的半径为r₃，并且后表面的半径为r₄。

第二透镜L₂之后是第三透镜L₃（具有厚度d₆的一个平凸透镜），与前一透镜之间具有空隙d₅，第三透镜前表面的半径为r₅，并且后表面的半径为r₆。此后是第四透镜L₄（具有厚度d₈的一个双凸透镜），与前一透镜之间具有空隙d₇，第四透镜前表面的半径为r₇，并且后表面的半径为r₈。此后是一个成平行面的防护玻璃SG（其厚度为d₁₀），与前一透镜之间具有空隙d₉。像场BE在距防护玻璃SG的一个距离d₁₁处产生。具有折光率n的石英玻璃被选作为所有独立的透镜L₁至L₄和防护玻璃SG的材料。

在下表中给出这些独立的透镜L₁到L₄的半径以及它们的厚度和距离d。

这些距离和厚度都是用d来表示的、并根据它们在光束穿过方向上沿F-θ物镜的光轴A的顺序进行编号，并在图1中表示为d₁到d₁₁。

术语“前”和“后”表面是指光束穿过的方向。这些半径r₁到r₁₀可以明确地参照这些相关透镜L₁到L₄以及防护玻璃SG而进行关联，并且因此出于简要性的考量而未在图1中示出。

根据这些独立的透镜L₁至L₄的、取决于材料的折射率n，与这些独立的透镜L₁至L₄的曲率半径r₁至r₈相关联地，这些透镜的厚度d₂、d₄、d₆、d₈分别决定了独立透镜L₁至L₄的焦距f₁-f₄。焦距f₁至f₄分别描述了焦点到独立的透镜L₁-L₄主平面的距离，因为出于简要性的考量独立的透镜L₁-L₄的主平面并未在图1中示出。总焦距f描述了像场BE到该F-θ物镜的一个替代主平面的距离，类似地也没有示出。

对于具有在此示出的多种参数的F-θ物镜来说，结果是：对于第一透镜L₁，焦距f₁相对于总焦距f的比率为-0.48；对于第二透镜L₂，焦距f₂相对于总焦距f的比率为1.78；对于第三透镜L₃，焦距f₃相对于总焦距f的比率为0.88；并且对于第四透镜L₄，焦距f₄相对于总焦距f的比率为1.98。

这些透镜L₁至L₄与其之间的空隙d₃、d₅、d₇的相继连接的设置形成了160mm的总焦距f。该F-θ物镜对于1064nm的波长进行校准。

Claims (3)

1.一种F-θ物镜，其特征在于，所述F-θ物镜包括四个独立的透镜，其中一个第一独立的透镜L₁为一个具有焦距f₁的双凹透镜，一个第二独立的透镜L₂为一个具有焦距f₂的凹凸透镜，一个第三独立的透镜L₃为一个具有焦距f₃的平凸透镜，以及一个第四独立的透镜L₄为一个具有焦距f₄的双凸透镜，并且所述F-θ物镜的总焦距为f；其中焦距f₁至f₄与总焦距f的比率满足下列条件：

-0.6<f₁/f<-0.4；

+1.6<f₂/f<+2.0；

+0.8<f₃/f<+1.0；

+1.8<f₄/f<+2.2。

2.如权利要求1所述的F-θ物镜，其特征在于，f₁/f=-0.48，f₂/f=+1.78，f₃/f=+0.88，f₄/f=+1.98。

3.如权利要求2所述的F-θ物镜，其特征在于，所述F-θ物镜的入射光瞳EP被置于距所述第一独立的透镜L₁前方的距离d₁为40.7mm处。

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