大孔径且低畸变的F-theta紫外场镜装置的制作方法

大孔径且低畸变的f
‑
theta紫外场镜装置
技术领域
1.本发明涉及激光打标、激光切割等激光加工领域，具体地，涉及一种大孔径且低畸变的f
‑
theta紫外场镜装置。


背景技术：

2.现有f
‑
theta紫外场镜光路多采用(
‑
+++)四片透镜构型，除了第一片镜片外，其余透镜均起到光线汇聚作用，本质上不利于扩大场镜扫描范围。
3.专利文献cn101236291 a公开了一种远心f－theta光学镜头及光学系统，该光学镜头包括沿入光方向依次排列的第一、二、三、四透镜，第一透镜为双凹型负透镜；第二透镜为曲面朝向入光侧的弯月型正透镜；第三透镜为平凸型或双凸型正透镜；第四透镜为凸平型或双凸型正透镜。此外，各透镜的光焦度与该光学镜头的系统光焦度优选满足：－0.65＜f1/fw＜－0.55，1.6＜f2/fw＜2.5，0.8＜f3/fw＜1.2，2.2＜f4/fw＜2.5，其中f1、f2、f3、f4分别为第一、二、三、四透镜的光焦度，fw为该光学镜头的系统光焦度。通过将四个透镜布局成“负－正－正－正”分离的光焦度系统，使f－theta光学镜头的出瞳位于无限远处，视场内的像方主光线互相平行并垂直于成像面。此外，像散和场曲得到很好的校正，在全视场上成像均匀，没有渐晕。该专利在结构和技术效果上仍然有待提高的空间。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种大孔径且低畸变的f
‑
theta紫外场镜装置。
5.根据本发明提供的一种大孔径且低畸变的f
‑
theta紫外场镜装置，其特征在于，包括：第一透镜，第二透镜，第三透镜，第四透镜，第五透镜；所述第一透镜，第二透镜，第三透镜，第四透镜，第五透镜从激光入射方向到聚焦平面依次排布；所述第一透镜采用凹向激光入射方向的平凹透镜或凸凹透镜；所述第二透镜采用凸向聚焦平面的弯月形凹凸透镜；所述第三透镜、第四透镜采用双凸透镜；所述第五透镜采用双凹透镜或者平凹透镜。
6.优选地，所述第一透镜的焦距f1与扫描场镜焦距f的比值f1/f取值范围如下：
7.‑
0.35≤f1/f≤
‑
0.55。
8.优选地，所述第一透镜的材料折射率nd1、阿贝尔系数vd1取值范围分别如下：
9.1.45≤nd1≤1.51，54≤vd1≤70。
10.优选地，所述第二透镜的光焦度f2与扫描场镜焦距f的比值f2/f取值范围如下：
11.1.0≤f2/f≤1.3。
12.优选地，所述第二透镜的材料折射率nd2、阿贝尔系数vd2取值范围分别如下：
13.1.45≤nd2≤1.53，54≤vd2≤70。
14.优选地，所述第三透镜的光焦度f3与扫描场镜焦距f的比值f3/f取值范围如下：
15.0.5≤f3/f≤0.85。
16.优选地，所述第三透镜的材料折射率nd3、阿贝尔系数vd3分别如下：
17.1.45≤nd3≤1.53，54≤vd3≤70。
18.优选地，所述第四透镜的光焦度f4与扫描场镜焦距f的比值f4/f、材料折射率nd4、阿贝尔系数vd4取值范围如下：
19.0.65≤f4/f≤0.9,1.45≤nd4≤1.53，54≤vd4≤70。
20.优选地，所述第五透镜的光焦度f5与扫描场镜焦距f的比值f5/f、材料折射率nd5、阿贝尔系数vd5取值范围如下：
21.‑
1.1≤f5/f≤
‑
0.8,1.45≤nd5≤1.53，54≤vd5≤70。
22.优选地，所述大孔径且低畸变的f
‑
theta紫外场镜装置的设计波长为355nm,；
23.当所述大孔径且低畸变的f
‑
theta紫外场镜装置的设计焦距为160mm时，入射光束直径最大允许值不小于12mm，扫描角度不小于
±
25度，扫描范围大于140mm，且入射光阑距离第一镜片中心距离为14mm
‑
38mm。
24.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
25.1、本发明提供的大孔径、低畸变f
‑
theta紫外场镜，在有效保证入射光束直径的前提下，实现了大视场、低畸变、高质量扫描；
26.2、本发明在焦距为160mm时，入射光束直径最大允许值不小于12mm，扫描角度不小于
±
25度，扫描范围大于140mm，f
‑
theta畸变小于0.1％，光斑尺寸接近衍射极限；
27.3、本发明结构合理，使用方便，能够克服现有技术的缺陷。
附图说明
28.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
29.图1为本发明提供的大孔径、低畸变f
‑
theta紫外场镜结构示意图。
30.图2为本发明提供的大孔径、低畸变f
‑
theta紫外场镜调制传递函数示意图。
31.图3为本发明提供的大孔径、低畸变f
‑
theta紫外场镜仿真点列示意图。
32.图4为本发明提供的大孔径、低畸变f
‑
theta紫外场镜场曲和f
‑
theta畸变示意图。
33.图中所示：
34.入射光阑1
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第四透镜5
35.第一透镜2
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第五透镜6
36.第二透镜3
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聚焦平面7
37.第三透镜4
具体实施方式
38.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
39.一种大孔径、低畸变f
‑
theta紫外场镜，具体如下：
40.所述的大孔径、低畸变f
‑
theta紫外场镜，其特征在于，设计波长为355nm,设计焦距为160mm，入射光束直径设计值为12mm，设计扫描角度
±
25度，且入射光阑振镜位置距离
第一镜片中心距离为14mm
‑
35mm。
41.所述的大孔径、低畸变f
‑
theta紫外场镜，第一透镜2为凹向激光入射方向的平凹透镜或凸凹透镜，第二透镜3为凸向聚焦平面的弯月形凹凸透镜，第三透镜4、第四透镜为双凸透镜，第五透镜6为双凹透镜或者平凹透镜。
42.所述的的大孔径、低畸变f
‑
theta紫外场镜，其特征在于，所述第一透镜2的焦距f1与扫描场镜焦距f的比值f1/f、材料折射率nd1、阿贝尔系数vd1分别如下：
43.‑
0.35≤f1/f≤
‑
0.55,1.45≤nd1≤1.51，54≤vd1≤70；
44.所述第二透镜3的光焦度f2与扫描场镜焦距f的比值f2/f、材料折射率nd2、阿贝尔系数vd2分别如下：
45.1.0≤f2/f≤1.3,1.45≤nd2≤1.53，54≤vd2≤70；
46.所述第三透镜4的光焦度f3与扫描场镜焦距f的比值f3/f、材料折射率nd3、阿贝尔系数vd3分别如下：
47.0.5≤f3/f≤0.85,1.45≤nd3≤1.53，54≤vd3≤70；
48.所述第四透镜5的光焦度f4与扫描场镜焦距f的比值f4/f、材料折射率nd4、阿贝尔系数vd4满足：
49.0.65≤f4/f≤0.9,1.45≤nd4≤1.53，54≤vd4≤70；
50.所述第五透镜6的光焦度f5与扫描场镜焦距f的比值f5/f、材料折射率nd5、阿贝尔系数vd5满足：
51.‑
1.1≤f5/f≤
‑
0.8,1.45≤nd5≤1.53，54≤vd5≤70；
52.本发明提供的各透镜，即透镜组件中各个透镜的曲面半径r，厚度t，材料折射率nd，阿贝尔系数vd，如下表所示：
[0053][0054]
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
[0055]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。