专利名称：F-θ物镜II的制作方法
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230至270mm优选为255mm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。
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。[0011]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:+7.5<f2/f<+9.0。第三透镜L3的焦距f3与总焦距f的焦距比为:+0.7〈f3/f〈+0.9。第四透镜L4的焦距f4与总焦距f的焦距比为:+0.9〈f4/f〈+l.0。可将一种防护玻璃(Schutzglas) SG设置于这些独立的透镜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230至270mm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Cl1处，第一透镜前表面的半径为，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d1(l)，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dn处产生。具有折光率η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。
权利要求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 ;其中焦距至f4与总焦距f的比率满足下列条件:-0.6<f1/ -0.4 ； +7.5<f2/f<+9.0 ； +0.7<f3/f<+0.9 ；+0.9<f4/f<+l.0。
2.如权利要求1所述的F-Θ物镜，其特征在于，Vf=-0.48，f2/f=+8.25，f3/f=+0.81，f4/f=+l.07。
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Cl1为38.0mm处。
专利摘要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255mm的总焦距f。该F-θ物镜对于1064nm的波长进行校准。
文档编号G02B13/00GK203025409SQ20122073490
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年3月21日
发明者约格·翁德里希, 乌尔里希·克鲁格 申请人:业纳光学系统有限公司