紫外雷射聚焦鏡頭、雷射打標機及雷射刻劃機的製作方法
2023-06-04 06:13:11 4
專利名稱：紫外雷射聚焦鏡頭、雷射打標機及雷射刻劃機的製作方法
技術領域：
本發明屬於光學鏡頭領域，尤其涉及一種紫外雷射聚焦鏡頭、雷射打標機及雷射刻劃機。
背景技術：
隨著雷射加工的不斷發展，需要加工的介質品種日益增加，要求加工出來的效果也越來越精細。尤其是一些特殊材料，它們對雷射的波長都有特殊的要求。波長為1064nm 或532nm的雷射已不適用於某些材料的加工；還有些材料即使能用波長為1064nm或532nm 的雷射進行加工，但加工效果不夠精細、清晰。目前正在興起的一種波長為355nm的紫外雷射，該紫外雷射可適應某些特殊介質 (材料)的放大吸收。跟波長為1064nm或532nm的雷射相比，波長為355nm的紫外雷射有更小的彌散圓和更高的解析度，聚焦光斑極小。由公式δ =2.44Xf/D(其中δ為瑞利斑直徑，λ為波長，f為焦距，D為入瞳距離)，可知光學系統的參數(f/D)相同時，紫外雷射的瑞利斑直徑僅為紅外雷射(λ = 1064nm)的1/3或綠色雷射(λ = 532nm)的雷射1/1. 5。這樣，紫外雷射可以做到精細加工，工件加工的效果更精細、清晰，效率更高。而紫外雷射經現有鏡頭聚焦後，能量呈高斯分布即光束中心的能量高、邊緣的能量低，分布不均勻。刻劃出的線條中心較亮、邊緣逐漸暗淡，極大地影響了紫外雷射的加工效果。
發明內容
本發明實施例的目的在於提供一種紫外雷射聚焦鏡頭，旨在解決紫外雷射經現有鏡頭聚焦後，能量分布不均勻，極大影響紫外雷射加工效果的問題。本發明實施例是這樣實現的，一種紫外雷射聚焦鏡頭，包括沿光線入射方向依次設置的第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡，所述第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡位於同一光軸上；所述第一透鏡為曲面向著光線入射方向彎曲的彎月型透鏡，所述第二透鏡為雙凸型透鏡，所述第三透鏡為曲面背著光線入射方向彎曲的彎月型透鏡；當波長為355nm的紫外雷射經所述鏡頭聚焦，其焦距f為30mm，入瞳直徑D為15mm。本發明實施例的另一目的在於提供一種雷射打標機，所述雷射打標機具有上述紫外雷射聚焦鏡頭。本發明實施例的另一目的在於提供一種雷射刻劃機，所述雷射刻劃機具有上述紫外雷射聚焦鏡頭。本發明實施例通過在沿光線的入射方向依次設置彎月型透鏡、雙凸型透鏡和彎月型透鏡構成紫外雷射聚焦鏡頭，本聚焦鏡頭可將「高斯」分布的光束整形成「高帽型」分布的光束，能量分布均勻，可實現超精細加工，加工效果更加整齊、清晰。
圖1是本發明實施例提供的聚焦鏡頭的結構示意圖；圖2是本發明實施例提供的聚焦鏡頭的彌散斑圖；圖3是本發明實施例提供的聚焦鏡頭的能量集中度圖；圖4是「高斯」光束的能量分布圖；圖5是「高帽型」光束的能量分布圖；圖6是紫外雷射經本聚焦鏡頭所刻劃出線條的效果圖；圖7是本發明實施例提供的聚焦鏡頭的光學傳遞函數MTF圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。本發明實施例中，沿光線的入射方向依次設置彎月型透鏡、雙凸型透鏡和彎月型透鏡構成紫外雷射聚焦鏡頭，紫外雷射經本鏡頭聚焦能量分布均勻，可進行超精細加工，加工效果更加整齊、清晰。本發明實施例提供的紫外雷射聚焦鏡頭包括沿光線入射方向依次設置的第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡，所述第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡位於同一光軸上；所述第一透鏡為曲面向著光線入射方向彎曲的彎月型透鏡，所述第二透鏡為雙凸型透鏡，所述第三透鏡為曲面背著光線入射方向彎曲的彎月型透鏡；當波長為355nm的紫外雷射經所述鏡頭聚焦，其焦距f為30mm，入瞳直徑D為15mm。 本發明實施例提供的雷射打標機具有上述紫外雷射聚焦鏡頭。本發明實施例提供的雷射刻劃機具有上述紫外雷射聚焦鏡頭。如圖1所示，本發明實施例提供的紫外雷射聚焦鏡頭具有曲面向著光線入射方向彎曲的第一透鏡1、第二透鏡2和曲面背著光線入射方向彎曲的第三透鏡3，該三個透鏡位於同一光軸上，沿光線的入射方向依次設置。
曲面S曲率半徑R (mm)面間隔d(mm)材料Nd/Vd1-1641.46/682-250. 234231.46/684-460. 25232. 51.46/686140權利要求
1.一種紫外雷射聚焦鏡頭，包括沿光線入射方向依次設置的第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡，所述第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡位於同一光軸上；所述第一透鏡為曲面向著光線入射方向彎曲的彎月型透鏡，所述第二透鏡為雙凸型透鏡，所述第三透鏡為曲面背著光線入射方向彎曲的彎月型透鏡；當波長為355nm的紫外雷射經所述鏡頭聚焦，其焦距f為 30mm,入瞳直徑D為15mm。
2.如權利要求1所述的紫外雷射聚焦鏡頭，其特徵在於，所述鏡頭的後工作距離為 28. 8mmο
3.如權利要求1所述的紫外雷射聚焦鏡頭，其特徵在於，所述第一透鏡具有第一曲面 Sl和第二曲面S2，所述第一曲面Sl的曲率半徑Rl的期望值為-16mm，所述第二曲面S2的曲率半徑R2的期望值為-25mm ；所述第二透鏡具有第三曲面S3和第四曲面S4,所述第三曲面S3的曲率半徑R3的期望值為42mm，所述第四曲面S4的曲率半徑R4的期望值為-46mm ； 所述第三透鏡具有第五曲面S5和第六曲面S6，所述第五曲面S5的曲率半徑R5的期望值為 23mm，所述第六曲面S6的曲率半徑R6的期望值為140mm ；各曲率半徑的公差均不超過各自期望值的5%。
4.如權利要求3所述的紫外雷射聚焦鏡頭，其特徵在於，所述第一透鏡在光軸上的中心厚度dl的期望值為4mm，所述第二透鏡在光軸上的中心厚度d3的期望值為3mm，所述第三透鏡在光軸上的中心厚度d5的期望值為2. 5mm ；各中心厚度的公差均不超過各自期望值的5%。
5.如權利要求4所述的紫外雷射聚焦鏡頭，其特徵在於，所述第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡均由同一材料Ndl:Vdl製成，所述材料Ndl:Vdl的期望值為1.46/68，其公差不超過期望值的5%，其中Ndl表示各透鏡的材料在波長λ = 355nm的d線處的折射率，Vdl表示各透鏡的材料在波長λ = 355nm的d線處的阿貝數。
6.如權利要求5所述的紫外雷射聚焦鏡頭，其特徵在於，所述第二曲面S2與第三曲面 S3的面間隔d2的期望值為0. 2mm，所述第四曲面S4與第五曲面S5的面間隔d4的期望值為0. 2mm，各面間隔的公差均不超過各自期望值的5%。
7.如權利要求6所述的紫外雷射聚焦鏡頭，其特徵在於，所述第三透鏡與成像面之間設有第四透鏡，所述第四透鏡為具有第七曲面S7和第八曲面S8的平板透鏡；所述第四透鏡的材料Ndl:Vdl的期望值為1.46/68，其公差不超過期望值的5% ；其中Ndl表示第四透鏡的材料在波長λ = 355nm的d線處的折射率，Vdl表示第四透鏡的材料在波長λ = 355nm 的d線處的阿貝數。
8.如權利要求7所述的紫外雷射聚焦鏡頭，其特徵在於，所述第七曲面S7的曲率半徑 R7的期望值為0mm，所述第八曲面S8的曲率半徑R8的期望值為0mm，所述第四透鏡在光軸上的厚度d7的期望值為1mm，其中曲率半徑R7、曲率半徑R8以及厚度d7的公差均不超過各自期望值的5%。
9.一種雷射打標機，其特徵在於，所述雷射打標機具有如權利要求1 8任一項所述的紫外雷射聚焦鏡頭。
10.一種雷射刻劃機，其特徵在於，所述雷射刻劃機具有如權利要求1 8任一項所述的紫外雷射聚焦鏡頭。
全文摘要
本發明適用於光學鏡頭領域，提供了一種紫外雷射聚焦鏡頭、雷射打標機及雷射刻劃機，所述紫外雷射聚焦鏡頭包括沿光線入射方向依次設置的第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡，所述第一透鏡、第二透鏡和第三透鏡位於同一光軸上；所述第一透鏡為曲面向著光線入射方向彎曲的彎月型透鏡，所述第二透鏡為雙凸型透鏡，所述第三透鏡為曲面背著光線入射方向彎曲的彎月型透鏡；當波長為355nm的紫外雷射經所述鏡頭聚焦，其焦距f為30mm，入瞳直徑D為15mm。本發明通過在沿光線的入射方向依次設置彎月型透鏡、雙凸型透鏡和彎月型透鏡構成紫外雷射聚焦鏡頭，本聚焦鏡頭可將「高斯」分布的光束整形成「高帽型」分布的光束，能量分布均勻，可實現超精細加工，加工效果更加整齊、清晰。
文檔編號B41J2/435GK102262282SQ20101019050
公開日2011年11月30日 申請日期2010年5月31日 優先權日2010年5月31日
發明者周朝明, 李家英, 高雲峰 申請人:深圳市大族雷射科技股份有限公司