專利名稱：一種光學鏡頭的制作方法
一種光學鏡頭技術領域：
本發明涉及一種紫外激光內雕應用的光學鏡頭。背景技術：
幾年來我們已經解決了各種內雕光學鏡頭在各種場合的使用，現在隨著激光內雕 加工的不斷發展，需要雕刻出來的點更細膩、清晰。以往常用的激光波長λ = 532nm已不 能滿足這些加工的要求。新開發出來的紫外光UV f θ光學鏡頭就是為了這一加工要求而 研發出來的。因為這種波長λ = 355nm的激光，它除了可適應某些特殊介質的放大吸收 夕卜，還因這種短波的激光比起1064nm、532nm有更小的彌散圓和更高的分辨率，其原理公式 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， 可使瑞利斑的點更細至1/3-1/1. 5。所以無論是切割、劃線，效果會更精細。將這種波長的 激光應用于內雕加工中，可以在工藝品的表面和內部進行快速、高精度地雕刻圖案，雕刻出 來的點也會更細膩、清晰、均勻，使得工藝品美觀大方，不但提高了內雕產品的質量，而且還 由于短波加工能量更加集中，因此也就有更高的加工效率。雕刻出來的圖像由于其永不磨 滅的特點，極具收藏、欣賞和紀念價值。目前不足的是要找到高透過率的λ = 355nm的光學材料，這些材料品種極少，也 給光學系統的設計帶來了很大的困難。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)。鑒于能有高透過率紫外光學材料，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個數來解決這種困難，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。
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。本發明所采用的技術方案為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，第一透鏡為雙凹型透鏡；第二透鏡為彎月型透 鏡，曲面向著光線的入射方向彎曲；第三透鏡為雙凸型透鏡；其中，本光學鏡頭用于焦距為160mm、波長為355nm的紫外激光、加工范圍為100*100*90mm3、加工深度為157_67mm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12mm。其中，所述第一透鏡的兩個曲面S1S2曲率半徑分別為Rl = -36mm,R2 = 270mm, 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 = -140mm, R4 = -56mm，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 =310mm, R6 = -60mm，其光軸上的中心厚度d5 = 12mm，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，所述第二透鏡的材料為 Nd3 Vd3為1.6/41，所述第三透鏡的材料為而5 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距為4mm，第二透鏡與第三透鏡在光 軸上的間距為d4 = 0. 1mm，其公差范圍為5%。其中，第三透鏡與被雕刻介質的第一面在光軸上的間距為d6 = 97mm-156mm，其公 差范圍為5%本發明的紫外激光內雕f_ θ鏡頭，像差校正后的聚焦點小，大大地提高了聚焦點 的能量集中度，使內雕出來的點更細膩、清晰、均勻，影像更細微，具有良好的立體感和質 感。
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是本發明鏡頭的光學系統結構示意圖；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，本發明共由三個透鏡構成，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，其中， 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。光束順次經兩塊繞χ軸和y軸轉動的振鏡1、2，最后通過所述 三個透鏡聚焦在被雕刻介質上。所述三個透鏡的具體結構及參數為第一透鏡Ll分別由曲率半徑為Rl、R2的兩 個曲面Si、S2構成，其光軸上的中心厚度dl，材料為Ndl Vdl ；第二透鏡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 ；第三透 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 ；第一透鏡Ll與第二透鏡L2在光軸上的間距為d2，第二透鏡L2與第三透鏡L3 在光軸上的間距為d4，第三透鏡L3與被雕刻介質的第一面在光軸上的間距為d6，被雕刻介質的厚度為d7。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 = -36mm,R2 = 270mm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為1. 5/70 ；第二透鏡L2分別由曲率半徑 為R3 = -140mm、R4 = -56mm的兩個曲面S3、S4構成，其光軸上的中心厚度d3 = 6mm，材料 為Nd 3 Vd3 = 1. 6/41 ；第三透鏡L3分別由曲率半徑為R5 = 31(kim，R6 = -6(kim的兩個 曲面S5、S6構成，其光軸上的中心厚度d5 = 12mm，材料為Nd5 Vd5 = 1. 6/41 ；第一透鏡 Ll與第二透鏡L2在光軸上的間距為d2 = 4mm，第二透鏡L2與第三透鏡L3在光軸上的間 距為d4 = 0. 1mm，第三透鏡L3與被雕刻介質的第一面在光軸上的間距為d6 = 97_156mm， 被雕刻介質的厚度為d7 = 67mm-157mm mm。列表如下 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f = 160mm D = 12mm 2ω =50° A= 100*100*90mm3λ = 355nm d6 = 97_156mm d7 = 157_67mm其中f為鏡頭的焦距，D為入瞳直徑，λ為波長，2 ω為視場角，A為立體內雕范圍，d6為透鏡L3與被雕刻介質的第一面在光軸上的間距，d7為被雕刻介質的厚度。本實施例的參數范圍如下1)R1-R6 ARp5 彡士5% (R1-R6)2)dl-d5 Δ C^5 彡士5% (dl_d5)3)Ndl/Vdl-Nd5/Vd5 Δ Nd1V Δ Vd1^5 ^ ±5% (Nd1VVd1^5)本發明的光學鏡頭，應用波長為355nm的紫外激光、當焦距f = 160mm時，可在玻璃或水晶內深處157-67mm、范圍為100*100*90mm3，可以在介質表面或內部進行平面或立體 成像打標，使雕刻出來的點更細膩、清晰、均勻、不變形，不但提高了內雕產品的質量，而且 還有更高的工作效率。
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
一種紫外激光內雕應用的光學鏡頭，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，第一透鏡為雙凹型透鏡；第二透鏡為彎月型透鏡，曲面向著光線的入射方向彎曲；第三透鏡為雙凸型透鏡；其中，本光學鏡頭用于焦距為160mm、波長為355nm的紫外激光、加工范圍為100*100*90mm3、加工深度為157-67mm加工區域。
2.如權利要求1所述的光學鏡頭，其特征在于所述鏡頭的視場角為50°。
3.如權利要求1所述的光學鏡頭，其特征在于所述鏡頭的入瞳直徑為12mm。
4.如權利要求1所述的光學鏡頭，其特征在于所述第一透鏡的兩個曲面Si、S2曲率 半徑分別為Rl = -36mm、R2 = 270mm，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 = -140mm、R4 = -56mm，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 = 310mm,R6 = -60mm，其光軸上的中心厚度d5 = 12mm，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，所述第二透鏡的材料為Nd3 Vd3為1.6/41，所述第三透鏡的材料為而5 Vd5為 1.6/41，其公差范圍為5%。
6.如權利要求1所述的光學鏡頭，其特征在于所述第一透鏡與第二透鏡在光軸上的 間距為4mm，第二透鏡與第三透鏡在光軸上的間距為d4 = 0. 1mm，其公差范圍為5%。
7.如權利要求1所述的光學鏡頭，其特征在于第三透鏡與被雕刻介質的第一面在光 軸上的間距為d6 = 97mm-156mm，其公差范圍為5%。
全文摘要
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，第一透鏡為雙凹型透鏡；第二透鏡為彎月型透鏡，曲面向著光線的入射方向彎曲；第三透鏡為雙凸型透鏡；其中，本光學鏡頭用于焦距為160mm、波長為355nm的紫外激光、加工范圍為100*100*90mm3、加工深度為157-67mm加工區域。本發明可以在介質表面或內部進行平面或立體成像打標，使雕刻出來的點更細膩、清晰、均勻、不變形，不但提高了內雕產品的質量，而且還有更高的工作效率。
文檔編號G02B13/18GK101866044SQ20101018542
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