一种扫描幅面可调的新型激光扫描光学系统的制作方法

[0001]
本实用新型涉及一种扫描幅面可调的新型激光扫描光学系统，属于激光扫描加工领域。


背景技术：

[0002]
激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应来加工的，具有加工效率高、适应性好、效果好等优势。
[0003]
随着激光加工技术在工业生产中发挥越来越重要的作用，普通的f-θ场镜因固定焦距的影响，只能实现特定范围的扫描区域，如400mmx400mm的扫描幅面。因此客户对于不同工作平面的机台需要不同扫描幅面的f-θ场镜。


技术实现要素：

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本实用新型提供一种扫描幅面可调的新型激光扫描光学系统，扫描幅面大小可调，具有更强的兼容性和适应性，解决了现有f-θ场镜扫描范围不可变化的问题；结构简单，大大的降低了激光扫描成本。
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为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：
[0006]
一种扫描幅面可调的新型激光扫描光学系统，包含沿光线入射方向依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、振镜片x和振镜片y；其中，第一透镜为负焦距的弯月型镜片，且焦距变化范围为-30mm～-50mm；第二透镜和第三透镜均为平凸的正透镜，且二者焦距变化范围均为200mm～500mm。
[0007]
为了满足扫描幅面的可变，第一透镜和第二透镜之间的中心间隔是变化的，第二透镜和第三透镜之间的中心间隔是固定不动的。通过改变第一透镜和第二透镜之间的距离可以改变扫描幅面，同时改变振镜y到工作平面的之间距离。
[0008]
上述光学系统的扫描幅面可调，如400mmx400mm到800mmx800mm幅面都可以使用；具有更强的兼容性和适应性，且该系统结构简单，所需镜片少，大大的降低了激光扫描成本。
[0009]
为了进一步提高扫描效果，上述第二透镜和第三透镜的凸面相向设置。
[0010]
沿光线入射方向，第一透镜的两面依次为第一物侧面和第一像侧面，第二透镜的两面依次为第二物侧面和第二像侧面，第三透镜的两面依次为第三物侧面和第三像侧面；为了更好地实现幅面可调，同时更好地确保扫描效果，第一物侧面的曲率半径为59.7
±
0.02mm，第一像侧面的曲率半径为26.9561
±
0.02mm；第二物侧面的曲率半径为无穷大，第二像侧面的曲率半径为-437.5
±
0.02mm；第三物侧面的曲率半径为437.5
±
0.02mm，第三像侧面的曲率半径为无穷大。
[0011]
为了进一步提升扫描效果，第一透镜的中心厚度为3.8
±
0.02mm，第二透镜和第三透镜的中心厚度均为4
±
0.02mm。
[0012]
为了消除色差，更好地确保不同幅面的扫描效果，第一透镜、第二透镜和第三透镜
所用材质均为znse。
[0013]
为了满足一般加工所需，第一透镜和第二透镜之间的中心间隔的变化范围为132mm～162.4mm；第二透镜和第三透镜之间的中心间隔为42
±
0.02mm；第三透镜与振镜片x之间的中心间隔为149
±
0.02mm，振镜片x与振镜片y之间的中心间隔为48
±
0.02mm。
[0014]
振镜片x和振镜片y是可以偏转的反射镜片，随着振镜片x和y偏转的角度不同，最后在工作平面上的汇聚点不同，本实用新型振镜x和振镜y选用普通的40mm入射的振镜的振镜片，振镜片x和振镜片y的间距为48mm，振镜片x和振镜片y的最大机械偏转角均不大于12度。
[0015]
为了减小激光的热影响，本实用新型的透镜材料采用高功率镀膜。
[0016]
本实用新型的扫描幅面可调的新型激光扫描光学系统可应用于不同的激光器上，如co2激光器、yag激光器和紫外355nm激光器。
[0017]
本实用新型未提及的技术均参照现有技术。
[0018]
本实用新型扫描幅面可调的新型激光扫描光学系统，利用光学杠杆原理，实现了扫描幅面的大小可调，适用于不同大小的工作平台，具有更强的兼容性和适应性，可实现对金属、pcb板、布料等材料的打标，解决了现有f-θ场镜扫描范围不可变化的问题；不同幅面的扫描效果均很好，聚焦光斑很圆；结构简单，大大的降低了激光扫描成本。
附图说明
[0019]
图1为本实用新型的扫描幅面可调的新型激光扫描光学系统的光路图；
[0020]
图2为本实用新型的扫描幅面可调的新型激光扫描光学系统的400mm
ⅹ
400mm、600mm
ⅹ
600mm、800mm
ⅹ
800mm幅面上a、b、c点的聚焦光斑图；
[0021]
图中，1为第一透镜，2为第二透镜，3为第三透镜，4为振镜片x，5为振镜片y。
具体实施方式
[0022]
为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例进一步阐明本实用新型的内容，但本实用新型的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0023]
如图1所示：一种扫描幅面可调的新型激光扫描光学系统，包括沿光线入射方向依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、振镜片x、振镜片y和工作平台；第一透镜为负焦距的弯月型镜片，其焦距为-37.6mm；第二透镜和第三透镜都为平凸的正透镜，第二透镜和第三透镜的焦距均为311mm。各透镜的光学参数如表1所示。
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表1各透镜的光学参数表
[0025][0026]
上表中，第一透镜的两面依次为第一物侧面s1和第一像侧面s2，第二透镜的两面
依次为第二物侧面s3和第二像侧面s4，第三透镜的两面依次为第三物侧面s5和第三像侧面s6。
[0027]
上述第一透镜和第二透镜之间的中心间隔是随着扫描幅面的变化而变化的，第二透镜和第三透镜之间的中心间隔为42mm，第三透镜与振镜片x之间的中心间隔为149mm，振镜片x与y之间的中心间隔为48mm。
[0028]
上述振镜片x和振镜片y是可以偏转的反射镜片，随着振镜片x和y偏转的角度不同，最后在工作平面上的汇聚点不同，如图1所示，分别以a点，b点和c点作为代表。通过改变第一透镜和第二透镜之间的间隔可以改变扫描幅面，同时改变振镜片y到工作平面的之间距离。表2为不同扫描幅面下a、b、c点对应的数据，包含振镜片x、y的偏转角、第一透镜和第二透镜的中心间隔(thic12)、振镜片y中心与工作平面距离(wd)、聚焦光斑的大小。
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表2不同扫描幅面下a、b、c点对应的数据
[0030][0031][0032]
本例中，激光器采用波长为10.6μm的co2激光器，激光器的入射光斑直径为8mm；为了消除热影响，镜片采用高功率镀膜(南京波长光电科技股份有限公司，hpar10.6)。由表2可知，两个振镜片的最大偏转角度均小于12
°
；第一透镜和第二透镜之间的距离变化范围为132mm～162.4mm；每个扫描幅面内的变化量小于7.5mm；如图2所示，系统的聚焦光斑随着扫描幅面的增大而增大；在不同扫描幅面下各点处的聚焦光斑都小于衍射极限，扫描效果很好，聚焦光斑很圆。