专利名称：：光学镜头的制作方法
技术领域：
：本发明涉及光学镜头，尤其涉及进行激光内雕工艺处理的F-theta光学镜头。
背景技术：
：目前，F-theta光学镜头已经广泛应用于激光内雕工艺中，在中国专利200520061518.2所公开的一种水晶激光内雕机中，起聚焦作用的F-theta光学镜头是设置在扫描Y轴振镜与待加工物体之间，以将波长为532nm的激光的能量聚焦到水晶或玻璃等材质的待加工物体内部，通过激光在极短时间内产生的巨脉冲，起能量能够在瞬间使材质受热破裂，从而产生极小的白点，而在待加工物体内部雕出设定的图案，而待加工物体的表面却能够完好无损地保持原样。现有的F-theta光学镜头，如中国专利200520062061.7所公开的一种激光内雕镜头，焦距为80mm，采用四个透镜构成，其中面向入射光的第一面透镜为凹透镜，其它三面透镜均为凸透镜。由于内雕是将激光聚焦在透明的介质内，这就要求在进行光学设计时，综合考虑以下因素首先，光在雕体内的光程是有像差的，像差大小与被雕体的深度有关；其次，为了使雕出的图像细腻且层次分明，要求所有聚焦点是一个细圆点，而不是短线；同时还要求满足雕出来的立体的深度。
发明内容本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足，而提出一种能够具有大相对孔径，大视场以及无畸变的F-theta光学镜头。本发明解决上述技术问题采用的技术方案是，设计制造一种光学镜头，包括根据光线的入射方向依次排列的第一至第四透镜，该第一透镜为凹平型透镜；该第二透镜为弯月型透镜，曲面向着光线的入射方向弯曲；该第三透镜为弯月型透镜，曲面向着光线的入射方向弯曲；该第四透镜为凸平型透镜；该光学镜头的焦距为120mm、相对孔径为l:6;入射激光经过该光学镜头后可在待加工材质内最大为70*70*100mm3的空间范围实现内雕。该光学镜头的视场角为50°，入射激光到达该第一透镜的行程为20-60mm，出射激光到达待加工材质表面的行程为53-119mm距离，并且待加工材质的厚度为150-50mm。同现有技术相比，本发明的光学镜头，具有大相对孔径，大视场以及无畸变。图1为本发明的光学镜头实施例的光学系统示意图。图2为本发明的光学镜头实施例的光线追迹示意图。图3为本发明的光学镜头实施例的成像点的弥散斑示意图。图4为本发明的光学镜头实施例的像散、场曲及畸变图。图5为本发明的光学镜头实施例的MTF(光学传递函数)示意图。具体实施例方式以下结合各附图所示之最佳实施例作进一步详述。本发明实施例的光学镜头，如图1所示，由四个透镜L1、L2、L3和L4构成，波长为532nm的激光是通过X轴振镜1和Y轴振镜2而入射透镜Ll。其中，第一透镜Ll距Y振镜2距离d0为20-60mm，第一透镜Ll为凹平型透镜；第二透镜L2为弯月型透镜，曲面向着Y轴振镜2的方向弯曲；第三透镜L3为弯月型透镜，曲面向着Y轴振镜2的方向弯曲；第四透镜L4为凸平型透镜。四个透镜的具体结构及参数为第一透镜L1分别由曲率半径为R1、R2的两个曲面S1、S2构成，其光轴上的中心厚度dl，材料为Ndl:Vdl;第二透镜L2分别由曲率半径为R3、R4的两个曲面S3、S4构成，其光轴上的中心厚度d3，材料为Nd3:Vd3;第三透镜L3分别由曲率半径为R5，R6的两个曲面S5、S6构成，其光轴上的中心厚度d5，材料为Nd5:Vd5;第四透镜L4分别由曲率半径为R7、R8的两个曲面S7、S8构成，其光轴上的中心厚度d7，材料为Nd7:Vd7;并且，第一透镜Ll与第二透镜L2在光轴上的间距为d2，第二透镜L2与第三透镜L3在光轴上的间距为d4，第三透镜L3与第四透镜L4在光轴上的间距为d6，第四透镜L4与被雕刻材质的第一面在光轴上的间距为d8，被雕刻材质的厚度为d9。结合以上的参数，本发明给出了一个F-theta光学镜头的具体设计，针对波长为532nm的激光，其具体数据有f(焦距)=120mm;D/f(相对孔径)=1:6;2"(视场角)=50°;d9=150-50mm;内雕范围为70*70*100mm3。本发明的光学镜头实施例的具体设计参数的典型值，如下表<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>其中，各结构参数的动态设计范围有<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>本发明的光学镜头实施例的具体成像质量如下参见图2所示的光线追迹，本发明的光学镜头实施例是一个没有渐晕的远心系统。参见图3所示的成像点的弥散斑，均已接近高斯极限。参见图4所示的像散、场曲及畸变图，已达到平场成像的要求，且保证了较小畸变的状态。参见图5所示的MTF，本发明的光学镜头实施例的镜头综合成像评价无论是轴上还是轴外均已较理想。与现有技术相比，本发明实施例的光学镜头，可在待加工材质内最深达50-150mm、最大达70*70*100mm3的空间范围内雕刻立体像和平面像，且像点清晰、不变形。以上，仅为本发明之较佳实施例，意在进一步说明本发明，而非对其进行限定。凡根据上述之文字和附图所公开的内容进行的简单的替换，都在本专利的权利要求保护范围之内。权利要求一种光学镜头，包括根据光线的入射方向依次排列的第一至第四透镜，其特征在于，该第一透镜为凹平型透镜；该第二透镜为弯月型透镜，曲面向着光线的入射方向弯曲；该第三透镜为弯月型透镜，曲面向着光线的入射方向弯曲；该第四透镜为凸平型透镜；该光学镜头的焦距为120mm、相对孔径为1∶6；入射激光经过该光学镜头后可在待加工材质内最大为70*70*100mm3的空间范围实现内雕。2.如权利要求1所述的光学镜头，其特征在于，该光学镜头的视场角为50。，入射激光到达该第一透镜的行程为20-60mm，出射激光到达待加工材质表面的行程为53-119mm距离，并且待加工材质的厚度为150-50mm。3.如权利要求1或2所述的光学镜头，其特征在于，该第一透镜由曲率半径为R1、R2的两个曲面S1、S2构成，R1的值为-45mm±5%，R2的值为0mm±5%，该第一透镜的光轴上的中心厚度为3.5mm±5%。4.如权利要求1或2所述的光学镜头，其特征在于，该第二透镜由曲率半径为R3、R4的两个曲面S3、S4构成，R3的值为-82mm±5%，R4的值为_73mm±5%，该第二透镜的光轴上的中心厚度为7mm±5%。5.如权利要求1或2所述的光学镜头，其特征在于，该第三透镜由曲率半径为R5、R6的两个曲面S5、S6构成，R5的值为-680mm±5%，R6的值为_81mm±5%，该第三透镜的光轴上的中心厚度为15mm±5%。6.如权利要求1或2所述的光学镜头，其特征在于，该第四透镜由曲率半径为R7、R8的两个曲面S7、S8构成，R7的值为195mm±5%，R8的值为0mm±5%，该第四透镜的光轴上的中心厚度为10mm±5%。7.如权利要求1或2所述的光学镜头，其特征在于，该第二透镜与第一透镜之间的光轴上的间距为8.2mm±5%。8.如权利要求1或2所述的光学镜头，其特征在于，该第三透镜与第二透镜之间的光轴上的间距为0.5mm±5%。9.如权利要求1或2所述的光学镜头，其特征在于，该第四透镜与第三透镜之间的光轴上的间距为0.5mm±5%。10.如权利要求l或2所述的光学镜头，其特征在于，该第一透镜的材质为Nd:Vd=1.5:64，±5%的误差范围；该第二、三以及第四透镜的材质均为Nd:vd=i.8:25，±5%的误差范围。全文摘要一种光学镜头，包括根据光线的入射方向依次排列的第一至第四透镜，该第一透镜为凹平型透镜；该第二透镜为弯月型透镜，曲面向着光线的入射方向弯曲；该第三透镜为弯月型透镜，曲面向着光线的入射方向弯曲；该第四透镜为凸平型透镜；该光学镜头的焦距为120mm、相对孔径为1∶6；入射激光经过该光学镜头后可在待加工材质内最大为70*70*100mm3的空间范围实现内雕。具有大相对孔径，大视场以及无畸变。文档编号G02B13/18GK101762870SQ200910109869公开日2010年6月30日申请日期2009年11月25日优先权日2009年11月25日发明者周朝明,李家英,高云峰申请人:深圳市大族激光科技股份有限公司