一种用于激光切割的高倍物镜的制作方法

本发明涉及激光加工，具体是涉及一种用于激光切割的高倍物镜。普通聚焦物镜一般是10倍-20倍，本申请中的高倍指40-100倍。

背景技术：

1、聚焦物镜是激光切割产品中必不可少的一个光学模块，它可以实现微米级别的切割精度，通过优化切割工艺，可以避免产品在切割过程中碎屑和崩边的出现。

2、目前各激光应用的聚焦物镜的放大倍率(m)普遍是10x及20x(物镜的放大倍率(m)是套筒透镜的焦距(l)对物镜有效焦距(f)的比值。有效焦距有时简称efl：m＝l/efl，套筒透镜的焦距(l)数值为200mm)，由于聚焦光斑较大，对于一些超薄产品的切割存在较大的表面破坏性，从而带来较大的微裂纹或者热影响，影响切割品质。且目前已有的聚焦技术中，鲜有专门针对超薄产品的高倍聚焦物镜的报道。针对以上内容，有必要设计一种用于激光切割的高倍(40-100x)物镜，它可以应用于切割超薄(大约范围10um-30um)产品，对光束聚焦光斑直径微米级别，如小于5微米，减小聚焦光斑，从而提升切割品质，解决现有激光加工应用的问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中问题，本发明提供了一种用于激光切割的高倍物镜，该镜头的光学系统由光束传播方向依次包括具有正光焦度、弯月结构的第一透镜g1，具有负光焦度、弯月结构的第二透镜g2，具有正光焦度、双凸结构的第三透镜g3及具有正光焦度、弯月结构的第四透镜g4。该高倍物镜焦距f为3-6mm，波长为1064nm，放大倍率为40x-60x。该高倍物镜结构成本低，可以实现高放大倍率及微米级别的激光精密加工。

2、一种用于激光切割的高倍物镜，包括位于光束的入射方向依次设置的具有正光焦度、弯月结构的第一透镜g1，具有负光焦度、弯月结构的第二透镜g2，具有正光焦度、双凸结构的第三透镜g3及具有正光焦度、弯月结构的第四透镜g4。

3、作为本发明的进一步改进，所述本物镜的像面设置在所述第四透镜g4沿光束传播的后端，所述第一透镜g1与第二透镜g2之间的空气间隔d2为0.66±10％mm，所述第二透镜g2与第三透镜g3之间的空气间隔d4为1.03±10％mm，所述第三透镜g3与所述第四透镜g4之间的空气间隔d6为0.1±10％mm，所述像面与所述第四透镜g4的空气间隔d8为3.1±10％mm。

4、作为本发明的进一步改进，所述本物镜的像面设置在所述第四透镜g4沿光束传播的后端，所述第一透镜g1与第二透镜g2之间的空气间隔d2为0.66±5％mm，所述第二透镜g2与第三透镜g3之间的空气间隔d4为1.03±5％mm，所述第三透镜g3与所述第四透镜g4之间的空气间隔d6为0.1±5％mm，所述像面与所述第四透镜g4的空气间隔d8为3.1±5％mm。

5、作为本发明的进一步改进，所述第一透镜g1的前后两侧的曲率半径分别为r1＝-8.521±5％mm和r2＝-2.815±5％mm，所述第一透镜g1的中心厚度d1为1.5±5％mm，所述第一透镜g1的焦距为f1，其中与聚焦物镜的总焦距f满足以下关系：1.55<f1/f<2.75。

6、作为本发明的进一步改进，所述第二透镜g2的前后两侧的曲率半径分别为r3＝-2.253±5％mm和r4＝-6.762±5％mm，所述第二透镜g2的中心厚度d3为1.4±5％mm，所述第二透镜g2的焦距为f2，其中与聚焦物镜的总焦距f满足以下关系：-2.85<f2/f<-1.95。

7、作为本发明的进一步改进，所述第三透镜g3的前后两侧的曲率半径分别为r5＝5.52±5％mm和r6＝-20.064±5％mm，所述第三透镜g3的中心厚度d5为1.15±5％mm，所述第三透镜g3的焦距为f3，其中与聚焦物镜的总焦距f满足以下关系：2.15<f3/f<3.25。

8、作为本发明的进一步改进，所述第四透镜g4的前后两侧的曲率半径分别为r7＝2.817±5％mm和r8＝41.812±5％mm，所述第四透镜g4的中心厚度d7为1.22±5％mm，所述第四透镜g4的焦距为f4，其中与聚焦物镜的总焦距f满足以下关系：0.75<f4/f<1.75。

9、作为本发明的进一步改进，所述第一透镜g1、第二透镜g2、第三透镜g3和第四透镜g4的光学材料都相同，所述光学材料的折射率为nd，阿贝数为vd，其满足关系式1.4<nd<1.55，65<vd<75。

10、作为本发明的进一步改进，所述第一透镜g1、第二透镜g2、第三透镜g3和第四透镜g4的光学材料都相同，所述光学材料的折射率为nd，阿贝数为vd，其满足关系式1.45<nd<1.50，68<vd<72。

11、本发明的有益效果是：

12、本发明可以减小聚焦光斑，从而提升切割品质，解决现有激光加工应用的问题，实现高放大倍率及光斑尺寸达到衍射极限。本发明镜头的焦距为4mm，波长为1064nm，放大倍率为50x。10x物镜在玻璃上打出的点大小有6um，50x物镜在玻璃上打出的点直径小于2um。对于一些超薄产品，比如只有10um-20um的薄玻璃，用10倍物镜切割薄玻璃会造成6-7um直径的损伤，单边玻璃边缘崩边大于3um，具有崩边大，抗弯曲能力低等特点。而50倍物镜，对超薄玻璃只造成2um直径的损伤，单边玻璃边缘崩边少于1um，大大提高超薄玻璃的抗弯曲能力，同时具有良好的切割品质。

技术特征：

1.一种用于激光切割的高倍物镜，其特征在于：包括位于光束的入射方向依次设置的具有正光焦度、弯月结构的第一透镜g1，具有负光焦度、弯月结构的第二透镜g2，具有正光焦度、双凸结构的第三透镜g3及具有正光焦度、弯月结构的第四透镜g4。

2.根据权利要求1所述的一种用于激光切割的高倍物镜，其特征在于：所述本物镜的像面设置在所述第四透镜g4沿光束传播的后端，所述第一透镜g1与第二透镜g2之间的空气间隔d2为0.66±10％mm，所述第二透镜g2与第三透镜g3之间的空气间隔d4为1.03±10％mm，所述第三透镜g3与所述第四透镜g4之间的空气间隔d6为0.1±10％mm，所述像面与所述第四透镜g4的空气间隔d8为3.1±10％mm。

3.根据权利要求2所述的一种用于激光切割的高倍物镜，其特征在于：所述本物镜的像面设置在所述第四透镜g4沿光束传播的后端，所述第一透镜g1与第二透镜g2之间的空气间隔d2为0.66±5％mm，所述第二透镜g2与第三透镜g3之间的空气间隔d4为1.03±5％mm，所述第三透镜g3与所述第四透镜g4之间的空气间隔d6为0.1±5％mm，所述像面与所述第四透镜g4的空气间隔d8为3.1±5％mm。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的一种用于激光切割的高倍物镜，其特征在于：所述第一透镜g1的前后两侧的曲率半径分别为r1＝-8.521±5％mm和r2＝-2.815±5％mm，所述第一透镜g1的中心厚度d1为1.5±5％mm，所述第一透镜g1的焦距为f1，其中与聚焦物镜的总焦距f满足以下关系：1.55<f1/f<2.75。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的一种用于激光切割的高倍物镜，其特征在于：所述第二透镜g2的前后两侧的曲率半径分别为r3＝-2.253±5％mm和r4＝-6.762±5％mm，所述第二透镜g2的中心厚度d3为1.4±5％mm，所述第二透镜g2的焦距为f2，其中与聚焦物镜的总焦距f满足以下关系：-2.85<f2/f<-1.95。

6.根据权利要求1至3任意一项所述的一种用于激光切割的高倍物镜，其特征在于：所述第三透镜g3的前后两侧的曲率半径分别为r5＝5.52±5％mm和r6＝-20.064±5％mm，所述第三透镜g3的中心厚度d5为1.15±5％mm，所述第三透镜g3的焦距为f3，其中与聚焦物镜的总焦距f满足以下关系：2.15<f3/f<3.25。

7.根据权利要求1至3任意一项所述的一种用于激光切割的高倍物镜，其特征在于：所述第四透镜g4的前后两侧的曲率半径分别为r7＝2.817±5％mm和r8＝41.812±5％mm，所述第四透镜g4的中心厚度d7为1.22±5％mm，所述第四透镜g4的焦距为f4，其中与聚焦物镜的总焦距f满足以下关系：0.75<f4/f<1.75。

8.根据权利要求1至3任意一项所述的一种用于激光切割的高倍物镜，其特征在于：所述第一透镜g1、第二透镜g2、第三透镜g3和第四透镜g4的光学材料都相同，所述光学材料的折射率为nd，阿贝数为vd，其满足关系式1.4<nd<1.55，65<vd<75。

9.根据权利要求8任意一项所述的一种用于激光切割的高倍物镜，其特征在于：所述第一透镜g1、第二透镜g2、第三透镜g3和第四透镜g4的光学材料都相同，所述光学材料的折射率为nd，阿贝数为vd，其满足关系式1.45<nd<1.50，68<vd<72。

技术总结
本发明公开一种用于激光切割的高倍物镜，该镜头的光学系统由光束传播方向依次包括具有正光焦度、弯月结构的第一透镜G1，具有负光焦度、弯月结构的第二透镜G2，具有正光焦度、双凸结构的第三透镜G3及具有正光焦度、弯月结构的第四透镜G4。该高倍物镜焦距f为3‑6mm，波长为1064nm，放大倍率为40X‑60X。该高倍物镜结构成本低，可以实现高放大倍率及微米级别的激光精密加工。

技术研发人员：邹武兵,郑淑娥,吴飞龙
受保护的技术使用者：深圳市韵腾激光科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14