[發(fā)明專利]一種短焦距大工作范圍場鏡的光學(xué)系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010793892.0
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN111856713A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙科鵬;王堅;朱敏;王國力
• 申請（專利權(quán)）人: 南京波長光電科技股份有限公司
• 主分類號: G02B13/00
• 分類號: G02B13/00;G02B13/24
• 代理公司: 南京中律知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32341
• 代理人: 李建芳

本發(fā)明公開了一種短焦距大工作范圍場鏡的光學(xué)系統(tǒng)，包含沿光線入射方向依次設(shè)置的第一光組、第二光組和第三光組；沿光線入射方向，第一光組包括第一透鏡和第二透鏡，第二光組包括第三透鏡，第三光組包括第四透鏡和第五透鏡；第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和第五透鏡均為正透鏡，第四透鏡為負(fù)透鏡。本發(fā)明短焦距大工作范圍場鏡的光學(xué)系統(tǒng)，利用光學(xué)角放大原理，實現(xiàn)短焦距大工作范圍，適用于大范圍切割及打標(biāo)等激光加工，具有更高的加工效率，可實現(xiàn)對金屬、PCB板、布料等材料的加工。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種短焦距大工作范圍場鏡的光學(xué)系統(tǒng)，屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著激光加工技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)加工中發(fā)揮越來越重要的作用，普通的F-θ場鏡因焦距和光學(xué)角度的限制，只能實現(xiàn)與焦距和角度正相關(guān)的掃描區(qū)域。如果需要大的掃描范圍，勢必要通過增大焦距來實現(xiàn)，增大焦距帶來的后果就是聚焦光斑大小直線增大，達(dá)不到需要加工的性能。光學(xué)角度也因為其他機械部件的影響，無法自由的增大，這也制約著加工的效率。因此需要一款短焦距大工作范圍的F-θ場鏡來突破此限制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種短焦距大工作范圍場鏡的光學(xué)系統(tǒng)，利用光學(xué)放大原理，在焦距一定且滿足機械角度的情況下，直接對光學(xué)角度進行放大，實現(xiàn)了短焦大工作范圍，且光斑大小不會增大，滿足對光斑有要求、且希望能大幅面工作的激光加工。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種短焦距大工作范圍場鏡的光學(xué)系統(tǒng)，包含沿光線入射方向依次設(shè)置的第一光組、第二光組和第三光組；沿光線入射方向，第一光組包括第一透鏡和第二透鏡，第二光組包括第三透鏡，第三光組包括第四透鏡和第五透鏡；第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和第五透鏡均為正透鏡，第四透鏡為負(fù)透鏡。

為了實現(xiàn)光學(xué)角度的放大，需要對第一光組和第二光組的焦距進行固定設(shè)計，使其比值約等于f1/f2＝θ2/θ1,實現(xiàn)光學(xué)角度的放大，其中，f1為第一光組的焦距，f2為第二光組的焦距，θ1為第一光組前光線入射角，θ2為第二光組后光線入射角。優(yōu)選，θ1為28°，θ2為56°。

為了滿足短焦距大工作范圍，同時提高聚焦效果，第一光組的焦距f1＝220mm，第二光組的焦距f2＝110mm，第三光組的焦距f3＝150mm。

本發(fā)明的所選用的鏡片材質(zhì)均為國產(chǎn)普通光學(xué)玻璃，可根據(jù)不同的激光器和使用場景來搭選不同的材料。優(yōu)選，本申請采用冕類和火石類玻璃，玻璃材料的穩(wěn)定性好，為了實現(xiàn)更好的消色差效果，優(yōu)選，第一透鏡所用材質(zhì)為冕玻璃，第二透鏡、第三透鏡和第五透鏡所用材質(zhì)均為重火石玻璃，第四透鏡所用材質(zhì)為輕冕玻璃。

為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時進一步確保聚焦效果，第一透鏡的中心厚度為4±0.05mm，第二透鏡的中心厚度為4.6±0.05mm，第三透鏡的中心厚度為6.2±0.05mm，第四透鏡的中心厚度為3.1±0.05mm，第五透鏡的中心厚度為4.8±0.05mm。

為了提高切割效率，第一光組和第二光組之間的中心間隔為236±0.03mm，第二光組和第三光組之間的中心間隔為94±0.03mm；第一透鏡和第二透鏡之間的中心間隔為3.1±0.01mm，第四透鏡和第五透鏡之間的中心間隔為1.3±0.01mm。