光学镜头的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种光学镜头，包括沿入射光线的传输方向依次共轴排列的第一透镜至第五透镜，第一透镜为平凹型负透镜，第二透镜为弯月型正透镜，第三透镜为弯月型负透镜，第四透镜为弯月型正透镜，第五透镜为双凸型正透镜；每个透镜的两个曲面分别是透镜的光入射面和光出射面，第一至第十曲面沿入射光线的传输方向依次排布；所述第一曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面及第十曲面均向入射光传输的方向凸出，所述第九曲面迎着入射光凸出。本发明提供的光学镜头具有较传统激光加工聚焦镜更大的入瞳直径及焦距，有利于提高加工精度和加工速度，增大加工范围，便于大幅面工件的激光加工，有效提高了加工效率。
【专利说明】光学镜头
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光学【技术领域】，特别是涉及一种光学镜头。
【背景技术】
[0002] 随着激光加工技术的不断发展，其应用的范围也日益增多。传统的激光加工技术 由于光学系统设计的限制，其激光打标的范围受到了较大限制，当要求大幅面打标时，只好 分开打标，然后再进行拼合，有时甚至只能放弃激光打标方法而采用其它更耗时耗力的方 法。因此，打标范围是影响打标效率的重要因素。
[0003] 打标范围A = (f · tg ω )2,打标范围与光学系统的焦距f和视场角ω有关。当f 相同时，A与（tgco)2成正比，因此本领域通常采用增大视场角的方式来扩大工作面积，即打 标范围。但视场角增大通常会带来像差及系统体积的增大等缺陷。
[0004] 另一方面，激光打标的质量受到通光口径（入瞳）的影响，通光口径愈大，打标的 精细度越高。根据瑞利判据可以确定，打标点的最小弥散斑的直径φ = 2. 44λ/1)，其中： 入为打标激光的波长，D为光学镜头的入瞳直径。入瞳越大，则进入光学镜头的光能量也愈 大，聚焦点的能量越高，打标质量越好，也可以加快打标速度，提高打标效率。打标镜头的通 光口径也是激光加工领域的研究热点之一。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种光学镜头，在控制镜头整体长度的情况下解决现有镜 头通光口径小、打标面积小，进而影响激光加工的精度和效率的问题。
[0006] -种光学镜头，包括沿入射光线的传输方向依次共轴排列的第一透镜至第五透 镜，所述第一透镜为平凹型负透镜，所述第二透镜为弯月型正透镜，所述第三透镜为弯月型 负透镜，所述第四透镜为弯月型正透镜，所述第五透镜为双凸型正透镜；所述第一透镜包括 第一曲面和第二曲面、第二透镜包括第三曲面和第四曲面、第三透镜包括第五曲面和第六 曲面、第四透镜包括第七曲面和第八曲面、第五透镜包括第九曲面和第十曲面，每个透镜的 两个曲面分别是透镜的光入射面和光出射面，第一至第十曲面沿入射光线的传输方向依次 排布；所述第一曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲面及第十 曲面均向入射光传输的方向凸出，所述第九曲面迎着入射光凸出。
[0007] 在其中一个实施例中，所述第一曲面的曲率半径为-1250毫米±5%，所述第三曲 面至第十曲面的曲率半径依次为-333±5%、-338±5%、-160±5%、-205±5%、-325±5% 、-245±5%、1706±5%、-1875±5%，单位为毫米，所述第二曲面为平面。
[0008] 在其中一个实施例中，所述第一透镜至第五透镜的中心厚度依次为30±5 %、 30±5%、29±5%、30±5%、29±5%，单位为毫米。
[0009] 在其中一个实施例中，所述第二曲面和第三曲面之间、所述第四曲面和第五曲面 之间、所述第六曲面和第七曲面之间、所述第八曲面和第九曲面之间在光轴上的间距均为 15晕米± 5 %。
[0010] 在其中一个实施例中，所述第一透镜的折射率与阿贝数的比例为（1. 5/64) ±5%、 所述第二透镜至第五透镜的折射率与阿贝数的比例为（1. 8/25) ±5%。
[0011] 在其中一个实施例中，所述第一透镜至第五透镜的外径依次为116±5%、 125±5%、150±5%、175±5%、200±5%，单位为毫米。
[0012] 在其中一个实施例中，所述光学镜头适用于绿激光的激光打标。
[0013] 在其中一个实施例中，所述绿激光的波长为532纳米。
[0014] 发明提供的光学镜头具有较传统激光加工聚焦镜更大的入瞳直径及焦距，入瞳的 增大使进入镜头的光能增加，进而增加了聚焦点的能量，有利于提高加工精度和加工速度； 焦距的增大使得激光聚焦后的工作面积增大，进而增大加工范围，便于大幅面工件的激光 加工，有效提高了加工效率。与此同时，镜头采用负一正一负一正一正的镜头配置，可以在 不影响成像的前提下，尽量缩小镜头长度。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目 的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻 意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
[0016] 图1为一实施例中的光学镜头的结构不意图；
[0017] 图2a_2d为图1所示实施例的光学镜头的弥散斑图；
[0018] 图3为图1所示实施例的光学镜头的调制传递函数Μ. T. F图；
[0019] 图4是图1所示实施例的光学镜头的能量集中度曲线图；
[0020] 图5为图1所示实施例中的光学镜头的像散图；
[0021] 图6为图1所不实施例中的光学镜头的畸变图。
【具体实施方式】
[0022] 为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中 给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所 描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻 全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的【技术领域】的技 术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体 的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语"及/或"包括一个或多个相 关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0023] 需要说明的是，本说明书中光的传播方向是从附图的左边向右边传播。曲率半径 的正负以曲面的球心位置与主光轴的交点为准，曲面的球心在该点以左，则曲率半径为负； 反之，曲面的球心在该点以右，则曲率半径为正。另外，位于镜头左边的为物方，位于镜头右 边的为像方。正透镜是指透镜的中心厚度大于比边缘厚度的透镜，负透镜是指透镜的中心 厚度小于边缘厚的透镜。
[0024] 图1为一实施例中的光学镜头的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明 相关的部分。包括沿入射光线的传输方向依次共轴排列的第一透镜L1、第二透镜L2、第三 透镜L3、第四透镜L4及第五透镜L5。其中，第一透镜L1包括第一曲面S1和第二曲面S2,第 二透镜L2包括第三曲面S3和第四曲面S4,第三透镜L3包括第五曲面S5和第六曲面S6,第 四透镜L4包括第七曲面S7和第八曲面S8,第五透镜L5包括第九曲面S9和第十曲面S10， 每个透镜的两个曲面分别作为光入射面和光出射面，第一曲面S1至第十曲面S10沿入射光 传输的方向依次排布。第一透镜L1为平凹型负透镜，第二透镜L2为弯月型正透镜，第三透 镜L3为弯月型负透镜，第四透镜L4为弯月型正透镜，第五透镜L5为双凸型正透镜。由于 第一透镜L1是平凹型透镜，因此第二曲面S2的曲率为0,即第二曲面S2实际上为平面。第 一曲面S1、第三曲面S3、第四曲面S4、第五曲面S5、第六曲面S6、第七曲面S7、第八曲面S8 及第十曲面S10的弯曲方向相同，为向入射光传输的方向（即物方）凸出，而第九曲面迎着 入射光凸出，即向像方凸出。
[0025] 另外，发明人对上述五个透镜的相应结构参数进行了如下设计。具体地：
[0026] 第一透镜L1的第一曲面S1的曲率半径R1为-1250mm，第二曲面S2的曲率半径为 无穷大。第一透镜L1的中心厚度dl (即透镜在光轴上的厚度）为30mm，外径D1为116mm。 第一透镜Ll的折射率Ndl与阿贝数Vdl的比例为1.5:64。上述各参数均存在5%的公差 范围，即允许各参数在±5%范围内变化。
[0027] 第二透镜L2的第三曲面S3的曲率半径R3为-333mm，第四曲面S4的曲率半径R4 为-338mm，第二透镜L2的中心厚度d3为30mm，外径D2为125mm。第二透镜L2的折射率 Nd2与阿贝数Vd2的比例为1. 8 :25。第二透镜L2的各参数同样存在5%的公差范围。
[0028] 第三透镜L3的第五曲面S5的曲率半径R5为-160mm，第六曲面S6的曲率半径R6 为-205mm，第三透镜L3的中心厚度d5为29mm，外径D3为150mm。第三透镜L3的折射率 Nd3与阿贝数Vd3的比例为1. 8 :25。第三透镜L3的各参数同样存在5%的公差范围。
[0029] 第四透镜L4的第七曲面S7的曲率半径R7为-325mm，第八曲面S8的曲率半径R8 为-245mm，第四透镜L4的中心厚度d7为30mm，外径D4为175mm。第四透镜L4的折射率 Nd3与阿贝数Vd3的比例为1.8:25。第四透镜L4的各参数同样存在5%的公差范围。
[0030] 第五透镜L5的第九曲面S9的曲率半径R9为1706mm，第十曲面S10的曲率半径 R10为-1875mm，第五透镜L5的中心厚度d9为29mm，外径D5为200mm。第五透镜L5的折 射率Nd3与阿贝数Vd3的比例为1.8 :25。第五透镜L5的各参数同样存在5%的公差范围。
[0031] 另外，发明人对个相邻透镜之间的距离进行了如下设计。具体地，第一透镜L1的 出射面（第二曲面S2)与第二透镜L2的入射面（第三曲面S3)在光轴上的间距d2为15mm， 公差为5%;第二透镜L2的出射面（第四曲面S4)与第三透镜L3的入射面（第五曲面S5) 在光轴上的间距d4为15mm，公差同样为5% ;第三透镜L3的出射面（第六曲面S6)与第 四透镜L4的入射面（第七曲面S7)在光轴上的间距d6为15mm，公差同样为5%;第四透镜 L4的出射面（第八曲面S8)与第五透镜L5的入射面（第九曲面S9)在光轴上的间距d8为 15_，公差同样为5%。通过以下表格对上述实施例的方案进行更清晰的说明：
[0032]
【权利要求】
1. 一种光学镜头，其特征在于，包括沿入射光线的传输方向依次共轴排列的第一透镜 至第五透镜，所述第一透镜为平凹型负透镜，所述第二透镜为弯月型正透镜，所述第三透镜 为弯月型负透镜，所述第四透镜为弯月型正透镜，所述第五透镜为双凸型正透镜；所述第一 透镜包括第一曲面和第二曲面、第二透镜包括第三曲面和第四曲面、第三透镜包括第五曲 面和第六曲面、第四透镜包括第七曲面和第八曲面、第五透镜包括第九曲面和第十曲面，每 个透镜的两个曲面分别是透镜的光入射面和光出射面，第一至第十曲面沿入射光线的传输 方向依次排布；所述第一曲面、第三曲面、第四曲面、第五曲面、第六曲面、第七曲面、第八曲 面及第十曲面均向入射光传输的方向凸出，所述第九曲面迎着入射光凸出。
2. 根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第一曲面的曲率半径为-1250毫 米±5%，所述第三曲面至第十曲面的曲率半径依次为-333±5%、-338±5%、-160±5%、_ 205±5%、-325±5%、-245±5%、1706±5%、-1875±5%，单位为毫米，所述第二曲面为平 面。
3. 根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜至第五透镜的中心厚 度依次为 30±5%、30±5%、29±5%、30±5%、29±5%，单位为毫米。
4. 根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第二曲面和第三曲面之间、所述 第四曲面和第五曲面之间、所述第六曲面和第七曲面之间、所述第八曲面和第九曲面之间 在光轴上的间距均为15毫米±5%。
5. 根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜的折射率与阿 贝数的比例为（1.5/64) ±5 %、所述第二透镜至第五透镜的折射率与阿贝数的比例为 (1. 8/25) ±5%。
6. 根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜至第五透镜的外径依 次为 116±5%、125±5%、150±5%、175±5%、200±5%，单位为毫米。
7. 根据权利要求1-6中任意一项所述的光学镜头，其特征在于，所述光学镜头适用于 绿激光的激光打标。
8. 根据权利要求7所述的光学镜头，其特征在于，所述绿激光的波长为532纳米。
【文档编号】G02B13/00GK104122647SQ201410339985
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】施宏艳, 周朝明, 彭金明, 高云峰 申请人:深圳市大族激光科技股份有限公司