專利名稱：一種紫外激光應用的光學鏡頭的制作方法
一種紫外激光應用的光學鏡頭
技術領域：
本發明涉及一種紫外激光應用的光學鏡頭。背景技術：
隨著激光加工的不斷發展，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，它們對激光的波長都有不同的要求。有一些材料用以 往常用的激光波長λ = 1064nm、532nm已不能滿足這些介質的加工要求；還有一些材料是 即使能用波長為1064nm、532nm的激光來加工，但為了達到更加精細、清晰的效果，還是改 用短波紫外激光加工，這是因為其聚焦光斑極小，如下式所示瑞利斑直徑δ = 2. 44 λ f/D 由上式可以看出，在使用相同的f/D的光學鏡頭時，使用激光波長λ = 355nm時， 其瑞利斑直徑比用1064nm、532nm波長的激光更小至1/3-1/1. 5。。所以無論是切割、劃線， 效果會更精細。而且還由于短波加工能量更加集中，加工熱影響區微乎其微等，因此用紫外 激光加工會有更高的工作效率，應用也越來越廣泛。目前紫外激光加工主要是用于超精細 打標、特殊材料打標及刻劃等。如在食品、醫藥包裝材料上打標、打微孔(孔徑ΙΟμπι)； 在柔性PCB板上打標，劃片；對金屬或非金屬鍍層去除；在硅晶圓片上進行微孔、盲孔加工寸。圖1是一種典型的f θ鏡光學系統，光束順次經兩塊繞χ軸和y軸轉動的振鏡1、 2，最后通過f θ鏡3聚焦在成像面4上，由振鏡掃描形成圖像。 ·θ鏡頭3是一種平像場的 聚焦鏡，在打標時，要求在成像面上像高Π與X振鏡1和Y振鏡2的掃描角度θ成線性關 系，g卩η = f · θ (Sr)。其中，f為f θ鏡頭3的焦距，θ為振鏡的掃描角度(單位為弧 度)。
發明內容本發明目的在于提供一種紫外激光應用的光學鏡頭，旨在解決現有鏡頭影響紫外 激光聚焦，加工而成的產品不夠精細、清晰的問題。本發明實施例是這樣實現的，一種紫外激光應用的光學鏡頭，包括位于光束的入 射方向依序排列的第一、第二、第三透鏡，所述第一透鏡為雙凹型透鏡；第二透鏡為彎月型 透鏡，且曲面均向著光線入射方向彎曲；第三透鏡為雙凸型透鏡；其中，本光學鏡頭用于焦 距為254mm、波長為355nm的紫外激光、加工范圍為160mm2*160mm2加工區域。其中，所述鏡頭的視場角為50°。其中，所述鏡頭的入瞳直徑為16mm。其中，所述第一透鏡的兩個曲面S1、S2曲率半徑分別為Rl =-45mm、R2 = 1500mm, 其光軸上的中心厚度dl = 3mm ；第二透鏡的兩個曲面S3、S4曲率半徑分別為R3 = -110mm、 R4 = -68mm，其光軸上的中心厚度d3 = 6mm ；第三透鏡兩個曲面S5、S6曲率半徑分別為R5 =770mm,R6 = -72mm，其光軸上的中心厚度d5 = 6mm，其中，所有透鏡曲率半徑的公差范圍為5%。
其中，所述第一透鏡的材料為Ndl Vdl為1. 5/70，其公差范圍為5%。其中，所述第二透鏡的材料為Nd3 Vd3為1.6/41，其公差范圍為5%。其中，所述第三透鏡的材料為Nd5 Vd5為1.6/41，其公差范圍為5%。其中，所述第一透鏡與第二透鏡在光軸上的間隔為4mm，其公差范圍為5%。其中，第二透鏡與第三透鏡在光軸上的間隔為d4 = 0. 1mm，其公差范圍為5%。其中，第三透鏡與成象面在光軸上的距離為d6 = 110mm，其公差范圍為5%。紫外激光經該鏡頭聚焦光斑小、能量集中，可進行超精細加工，加工而成的產品更 加精細、清晰。鑒于能有高透過率的紫外光學材料，只有熔石英和少數幾種輕火石玻璃材料，而 且它們的折射率都很低，勢必造成所有透鏡半徑變小，從而造成了像差不易校正，特別是高 級像差難以控制，雖然可以通過增加透鏡數量來減輕這種困難，然而這樣又會增加光學鏡 頭的體積，而減小光束的透過率，為此，我們在像差校正中采用了高級像差相互補償的概 念，從而得到了較好的效果，且紫外激光經該鏡頭聚焦光斑小、能量集中，可進行超精細加 工，加工而成的產品更加精細、清晰。
下面參照附圖結合實例對本發明作進一步的描述圖1是一種典型的激光應用f θ鏡頭光學系統；圖2是本發明光學鏡頭的結構示意圖；圖3為本發明鏡頭較佳實施例中的彌散斑圖；圖4為本發明鏡頭較佳實施例中的像散、場曲、畸變圖；圖5為本發明鏡頭較佳實施例中的光學傳遞函數MTF圖。
具體實施方式
如圖2所示為本發明光學鏡頭的結構示意圖，本發明主要有三個透鏡構成，所述 三個透鏡根據光線的入射光線方向依次排序為第一透鏡Li、第二透鏡L2、第三透鏡L3，所 述第一透鏡Ll為雙凹型透鏡；第二透鏡L2為彎月型透鏡，且曲面均向著光線入射方向彎 曲；第三透鏡L3為雙凸型透鏡。以上透鏡組構成實際系統時，有時為了保護裸露在外的透 鏡或為了其它任何目的而在透鏡組出光方向上任何位置增加平行平板構成的光學窗。它們的具體結構及參數為透鏡Ll分別由曲率半徑為R1、R2的兩個曲面S1、S2構 成，其光軸上的中心厚度dl，材料為Ndl Vdl ；透鏡L2分別由曲率半徑為R3、R4的兩個曲 面S3、S4構成，其光軸上的中心厚度d3，材料為Nd3 Vd3 ；透鏡L3分別由曲率半徑為R5， R6的兩個曲面S5、S6構成，其光軸上的中心厚度d5，材料為Nd5 Vd5 ；透鏡Ll與透鏡L2 在光軸上的間距為d2，透鏡L2與透鏡L3在光軸上的間距為d4，透鏡L3與成像面L4在光 軸上的間距為d6。結合以上的參數，我們設計了一個鏡頭，其具體數據分別如下所示實例第一透鏡Ll分別由曲率半徑為Rl =-45mm、R2 = 1500mm的兩個曲面S1、S2構成，其光軸上的中心厚度dl = 3mm，材料為Ndl Vdl約為1. 5/70 ；第二透鏡L2分別由曲率半 徑為R3 = -110mm、R4 = -68mm的兩個曲面S3、S4構成，其光軸上的中心厚度d3 = 6mm，材 料為Nd3 Vd3約為1. 6/41 ；第三透鏡L3分別由曲率半徑為R5 = 770mm、R6 = -72mm的 兩個曲面S5、S6構成，其光軸上的中心厚度d5 = 6mm，材料為Nd5 Vd5約為1. 6/41 ；第一 透鏡Ll與第二透鏡L2在光軸上的間隔為d2 = 4mm，第二透鏡L2與第三透鏡L3在光軸上 的間隔為d4 = 0. 1mm，第三透鏡L3與成象面L4在光軸上的距離為d6 = 110mm。列表如下 根據上表，可得出數據如下f = 254mmD = 16mm2ω =50°A = 160*160mm2 λ = 355nm其中f為本光學鏡頭的焦距，D為入瞳直徑，λ為波長，2 ω為視場角，A為加工面積。本實施例的參數范圍如下1)R1-R6 AR1-6 ≤士5% (R1-R6)2)dl-d5 Δ dl_5 ≤士5% (dl_d5)3)Ndl/Vdl-Nd5/Vd5 ΔNdl-ΔVdl_5 ≤士5% (Ndl-5/Vdl_5)該鏡頭整體結構非常緊湊，使平象場要求得到滿足，所有像差的校正都幾乎達到 了理想分辨率。而且當光學參數與λ = 532nm相同的情況下，該UV鏡頭的結構和大小基本 與之一致，且最后成像結果也基本相同，均能達到理想的使用效果。圖3為本發明擴束系統 較佳實施例中的彌散斑圖，表明成像質量很高；圖4為本發明擴束系統較佳實施例中的球 差圖，已經校正到最佳狀態；圖5為本發明擴束系統較佳實施例中的光學傳遞函數MTF圖， 表明該擴束系統的分辨率極高，已經達到理想狀態。
權利要求
一種紫外激光應用的光學鏡頭，其特征在于，包括位于光束的入射方向依序排列的第一、第二、第三透鏡，所述第一透鏡為雙凹型透鏡；第二透鏡為彎月型透鏡，且曲面均向著光線入射方向彎曲；第三透鏡為雙凸型透鏡；其中，本光學鏡頭用于焦距為254mm、波長為355nm的紫外激光、加工范圍為160mm2*160mm2加工區域。
2.如權利要求1所述的紫外激光應用的光學鏡頭，其特征在于所述鏡頭的視場角為 50° ο
3.如權利要求1所述的紫外激光應用的光學鏡頭，其特征在于所述鏡頭的入瞳直徑 為 16mm0
4.如權利要求1所述的紫外激光應用的光學鏡頭，其特征在于所述第一透鏡的兩個 曲面S1、S2曲率半徑分別為Rl = -45mm,R2 = 1500mm，其光軸上的中心厚度dl = 3mm ；第 二透鏡的兩個曲面S3、S4曲率半徑分別為R3 = -110mm、R4 = -68mm，其光軸上的中心厚度 d3 = 6mm ；第三透鏡兩個曲面S5、S6曲率半徑分別為R5 = 770mm,R6 = -72mm，其光軸上的 中心厚度d5 = 6mm，其中，所有透鏡曲率半徑的公差范圍為5%。
5.如權利要求1所述紫外激光應用的光學鏡頭，其特征在于所述第一透鏡的材料為 Ndl Vdl為1. 5/70，其公差范圍為5%。
6.如權利要求1所述紫外激光應用的光學鏡頭，其特征在于所述第二透鏡的材料為 Nd3 乂(13為1.6/41，其公差范圍為5%。
7.如權利要求1所述紫外激光應用的光學鏡頭，其特征在于所述第三透鏡的材料為 Nd5 Vd5為1.6/41，其公差范圍為5%。
8.如權利要求1所述的紫外激光應用的光學鏡頭，其特征在于所述第一透鏡與第二 透鏡在光軸上的間隔為4mm，其公差范圍為5%。
9.如權利要求1所述的紫外激光應用的光學鏡頭，其特征在于第二透鏡與第三透鏡 在光軸上的間隔為d4 = 0. 1mm，其公差范圍為5%。
10.如權利要求1所述的紫外激光應用的光學鏡頭，其特征在于第三透鏡與成象面在 光軸上的距離為d6 = 110mm，其公差范圍為5%。
全文摘要
一種紫外激光應用的光學鏡頭，其特征在于，包括位于光束的入射方向依序排列的第一、第二、第三透鏡，所述第一透鏡為雙凹型透鏡；第二透鏡為彎月型透鏡，且曲面均向著光線入射方向彎曲；第三透鏡為雙凸型透鏡；其中，本光學鏡頭用于焦距為254mm、波長為355nm的紫外激光、加工范圍為160mm2*160mm2加工區域。本發明在像差校正中采用了高級像差相互補償的概念，從而得到了較好的效果，且紫外激光經該鏡頭聚焦光斑小、能量集中，可進行超精細加工，加工而成的產品更加精細、清晰。
文檔編號G02B13/14GK101866043SQ20101018541
公開日2010年10月20日 申請日期2010年5月27日 優先權日2010年5月27日
發明者周朝明, 李家英, 高云峰 申請人:深圳市大族激光科技股份有限公司