專利名稱：：激光光學(xué)鏡頭的制作方法激光光學(xué)鏡頭
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種光學(xué)鏡頭，特別是涉及一種用于激光內(nèi)雕的激光光學(xué)鏡頭。
背景技術(shù)：
：目前，利用F-e光學(xué)鏡頭在介質(zhì)表面上打標(biāo)、焊接、切割等應(yīng)用上取得了各項成果，技術(shù)也相對成熟。而近年來發(fā)展起來的一種新技術(shù)一一內(nèi)雕，要求能在介質(zhì)中進(jìn)行平面或立體打標(biāo)或雕刻，進(jìn)行內(nèi)雕的F-e光學(xué)鏡頭因內(nèi)雕技術(shù)本身要求與一般的F-e鏡頭完全不同，它除了要滿足一般F-e鏡頭的要求外，還要考慮到雕刻的圖像在待雕刻介質(zhì)的內(nèi)部打標(biāo)或雕刻的效果，而且還要滿足透明的內(nèi)雕介質(zhì)的四面觀察的效果，內(nèi)雕F-e光學(xué)鏡頭對立體成像的像質(zhì)有更高的要求。
發(fā)明內(nèi)容基于此，有必要提供一種能滿足內(nèi)雕要求的激光光學(xué)鏡頭?！N激光光學(xué)鏡頭，包括依次并同光軸設(shè)置的第一、二、三、四透鏡，所述第一透鏡為凹平型透鏡，所述第二、三透鏡為彎月型透鏡且朝著激光發(fā)射方向彎曲，所述第四透鏡為雙凸型透鏡，所述鏡頭的焦距為160mm，所述鏡頭的相對孔徑為1:8。優(yōu)選的，所述鏡頭的視場角為50°，所述鏡頭的內(nèi)雕范圍為100X100X100mm3。優(yōu)選的，所述第一透鏡的材料的折射率/色散系數(shù)為1.5/64，所述第二、三、四透鏡的材料的折射率/色散系數(shù)為1.8/25，所述第一透鏡包括曲率半徑為-55mm的第一曲面及曲率半徑為0的第二曲面，所述第二透鏡包括曲率半徑為-80mm的第三曲面及曲率半徑為-77mm的第四曲面，所述第三透鏡包括曲率半徑為-630mm的第五曲面及曲率半徑為-100mm的第六曲面，所述第四透鏡包括曲率半徑為630mm的第七曲面及曲率半徑為-220mm的第八曲面，所述第一曲面與第二曲面間隔3mm，所述第二曲面與第三曲面間距10mm，所述第三曲面與第四曲面間隔5mm，所述第四曲面與第五曲面間隔0.5mm，所述第五曲面與第六曲面間隔12mm，所述第六曲面與第七曲面間隔0.5mm，所述第七曲面與第八曲面間隔10mm。優(yōu)選的，所述第一、二、三、四透鏡所包含的曲面的曲率半徑誤差控制在各自曲面的曲率半徑的±5%的范圍內(nèi)。優(yōu)選的，所述第一、二、三、四透鏡所包含的曲面中相鄰的兩曲面的面間隔的間距誤差控制在各自面間隔間距的±5%范圍內(nèi)。優(yōu)選的，所述第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡各自的材料的折射率/色散系數(shù)的誤差控制在各自的材料的折射率/色散系數(shù)的±5%的范圍內(nèi)。優(yōu)選的，所述第一透鏡與Y軸振鏡的距離為20-60mm。優(yōu)選的，所述第四透鏡與離第四透鏡最近的待雕刻介質(zhì)的表面的距離為62-128mm。優(yōu)選的，所述激光的波長為532nm，所述待雕刻介質(zhì)的厚度為105-205mm，激光內(nèi)雕深度為100-200mm。上述的激光光學(xué)鏡頭采用依次設(shè)置的第一、二、三、四透鏡，第一透鏡采用凹平型透鏡，第二、三透鏡采用彎月型透鏡且朝著激光發(fā)射方向彎曲，第四透鏡為雙凸型透鏡形成大相對孔徑，大視場，無畸變的激光光學(xué)鏡頭，激光經(jīng)上述的激光光學(xué)鏡頭聚焦后形成適合內(nèi)雕的細(xì)圓點，雕刻出的圖像細(xì)膩且層次分明；且本實施例的激光光學(xué)鏡頭，可批量生產(chǎn)，而且生產(chǎn)出來的鏡頭質(zhì)量穩(wěn)定。圖1是本發(fā)明一實施例的激光光學(xué)鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為激光經(jīng)本發(fā)明一較佳實施例的激光光學(xué)鏡頭聚焦后的光線追跡圖；圖3為本發(fā)明一較佳實施例的激光光學(xué)鏡頭的彌散斑圖；圖4為本發(fā)明一較佳實施例的激光光學(xué)鏡頭的像散、場曲及畸變圖；圖5為本發(fā)明一較佳實施例的激光光學(xué)鏡頭的光學(xué)傳遞函數(shù)MTF圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一實施例進(jìn)行具體說明。如圖1所示，本發(fā)明一實施例的激光光學(xué)鏡頭100，包括依次設(shè)置的第一透鏡20、第二透鏡40、第三透鏡60、第四透鏡80。第一透鏡20為凹平型透鏡，其包括曲率半徑設(shè)置不同的第一曲面Sl及第二曲面S2。本實施例中第一曲面Sl為凹曲面，第二曲面S2為曲率半徑為O的平型面。第二透鏡40及第三透鏡60為彎月型透鏡，且第二透鏡40及第三透鏡60均朝著激光發(fā)射方向彎曲。第二透鏡40包括曲率半徑設(shè)置不同的第三曲面S3及第四曲面S4。第三透鏡60包括曲率半徑設(shè)置不同的第五曲面S5及第六曲面S6。第三曲面S3、第四曲面S4、第五曲面S5及第六曲面S6均為中間向內(nèi)凹陷形成凹曲面。第四透鏡80為雙凸型透鏡，包括曲率半徑設(shè)置不同的第七曲面S7及第八曲面S8。本實施例的激光光學(xué)鏡頭100主要用于激光內(nèi)雕中，由激光源所發(fā)出的光束依次經(jīng)兩繞彼此正交并分別繞X軸、Y軸轉(zhuǎn)動的X軸振鏡10、Y軸振鏡30，再通過F-e光學(xué)鏡頭100聚焦在待雕刻介質(zhì)50中。本實施例中的第二透鏡40、第三透鏡60的曲面均朝著Y軸振鏡30方向彎曲。本實施例的激光光學(xué)鏡頭100為F-e光學(xué)鏡頭。本實施例的激光光學(xué)鏡頭100，應(yīng)用在內(nèi)雕中，除了要滿足一般F-e光學(xué)鏡頭的要求外，還要增加考慮在待雕刻介質(zhì)50的內(nèi)部雕刻的效果，而且還要滿足待雕刻介質(zhì)50在雕刻后的雕刻圖像的四面觀察的效果，對立體成像的像質(zhì)相對一般雕刻來說有更高的要求。且由于激光內(nèi)雕是要聚焦在透明的待雕刻介質(zhì)50內(nèi)，而光在待雕刻介質(zhì)50中的光程是有象差的，像差的大小與待雕刻介質(zhì)50的深度有關(guān)，所以激光內(nèi)雕對于激光光學(xué)鏡頭100的要求極高，且待雕刻介質(zhì)50的選用及位置設(shè)置也相當(dāng)重要；另外為了使雕刻出的圖像細(xì)膩且層次分明，要求經(jīng)過激光光學(xué)鏡頭100聚焦后的所有聚焦點是一個細(xì)圓點，同時聚焦點還需滿足聚焦點在待雕刻介質(zhì)中的立體深度要求。本實施例中，第一透鏡20與Y軸振鏡30的距離d0=2Q-60mm。本實施例中，為了方便、及時觀察到待雕刻介質(zhì)的內(nèi)雕效果，采用了A=532nm的綠激光進(jìn)行說明。在本實施例中，第一透鏡20、第二透鏡40、第三透鏡60、第四透鏡80所包含的曲面的曲率半徑的誤差A(yù)R1-8(即第一曲面S1的曲率半徑R1的誤差A(yù)R1、第二曲面S2的曲率半徑R2的誤差A(yù)R2、第三曲面S3的曲率半徑R3的誤差A(yù)R3、第四曲面S4的曲率半徑R4的誤差A(yù)R4、第五曲面S5的曲率半徑R5的誤差A(yù)R5及第六曲面S6的曲率半徑R6的誤差A(yù)R6、第七曲面S7的曲率半徑R6的誤差A(yù)R7及第八曲面S8的曲率半徑R8的誤差A(yù)R8)都控制在各自曲面的曲率半徑R的±5%以內(nèi)，即AR1《±5%R1;AR2《±5%R2;AR3《±5%R3;......AR8《±5%R8。第一透鏡20、第二透鏡40、第三透鏡60、第四透鏡80在光軸上的中心厚度dl、d3、d5、d7的誤差及后一個透鏡與前一個透鏡之間在光軸上的間距的誤差(即第一透鏡20與第二透鏡40在光軸上的間距d2、第二透鏡40與第三透鏡60在光軸上的間距d4、第三透鏡60與第四透鏡80在光軸上的間距d6的誤差A(yù)dl-7)控制在各自間距的±5%的范圍內(nèi)，即Adl《士5^dl;Ad2《士5^d2;Ad3《士5^d3;Ad4《士5^d4;Ad5《士5Xd5;......Ad7《±5%d7。第一透鏡20、第二透鏡40、第三透鏡60、第四透鏡80的材料的折射率/色散系數(shù)即Ndl/Vdl、Nd2/Vd2、Nd3/Vd3、Nd4/Vd4的誤差A(yù)Ndl-7/Vdl-7控制各自透鏡的材料的折射率/色散系數(shù)的的±5%的范圍內(nèi)，艮卩ANdl/Vdl《±5%(Ndl/Vdl);ANd2/Vd2《±5%(Nd2/Vd2);ANd3/Vd3《±5%(Nd3/Vd3)......ANd7/Vd7《±5%(Nd7/Vd7)。在一優(yōu)選的實施例中，激光光學(xué)鏡頭100的焦距f=160mm，相對孔徑D/f=1:8，視場角2"=50°，待雕刻介質(zhì)50離F-e光學(xué)鏡頭IOO最近的表面(即待雕刻介質(zhì)50的第一表面500與第四透鏡80)的距離d8=62-128mm。待雕刻介質(zhì)的厚度d9=105-205mm，內(nèi)雕深度為100-200mm，待雕刻介質(zhì)50的內(nèi)雕圖像的體積大小范圍在100X100X100mm3內(nèi)。第一透鏡20的材料為Ndl/Vdl(折射率/色散系數(shù))=1.5/64，第一曲面Sl的曲率半徑R1=_55!11111，第二曲面S2的曲率半徑R2=O，第一曲面與第二曲面的面間隔即第一透鏡20的中心厚度dl=3mm。第二透鏡40的材料為Nd2/Vd2=1.8/25。第三曲面S3的曲率半徑R3=_80mm，第四曲面S4的曲率半徑R4=-77mm。第三曲面S3與第二曲面S2的面間隔(即第一透鏡20與第二透鏡40在光軸上的間距)d2=10mm。第三曲面S3與第四曲面S4的面間隔(即第二透鏡40的中心厚度)d3=5。第三透鏡60的材料為Nd3/Vd3=1.8/25。第五曲面S5的曲率半徑R5=_630mm。第六曲面S6的曲率半徑R6=-lOOmm。第五曲面S5與第四曲面S4的面間隔(即第三透鏡60與第二透鏡40在光軸上的間距)d4=0.5mm。第五曲面S5與第六曲面S6的面間隔(即第三透鏡60的中心厚度)d5=12mm。第四透鏡80的材料為Nd4/Vd4=1.8/25。第七曲面S7的曲率半徑R7=630mm。第八曲面S8的曲率半徑R8=-220mm。第七曲面S7與第六曲面S6的面間隔的間距(即第四透鏡80與第三透鏡60在光軸上的間距)d6=0.5mm。第七曲面S7與第八曲面S8的面間隔(即第四透鏡80的中心厚度)d7=10mm。并列表如下5<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>根據(jù)上述方案，通過計算機模擬可以得到如圖2至圖5的模擬結(jié)果。圖2為激光經(jīng)上述實施例的激光光學(xué)鏡頭100聚焦后的光線追跡圖，表明在沒有漸暈時接近遠(yuǎn)心。圖3為激光經(jīng)上述實施例的激光光學(xué)鏡頭100聚焦后的彌散斑圖，表明當(dāng)?shù)窨袒虼驑?biāo)范圍擴(kuò)展為100mmX100mm時還能保證高質(zhì)量成像。圖4為激光經(jīng)上述實施例的激光光學(xué)鏡頭100聚焦后的場曲、畸變圖，表明當(dāng)?shù)窨袒虼驑?biāo)范圍擴(kuò)展為lOOmmX100mm時，激光經(jīng)上述實施例的激光內(nèi)雕用F_e光學(xué)鏡頭100聚焦后的依然可以保持平場成像的要求，而且畸變極小。圖5為激光經(jīng)上述實施例的激光光學(xué)鏡頭100聚焦后的成像的綜合像質(zhì)評價的MTF(光傳遞函數(shù))圖。各視場的MTF值較一致，接近達(dá)到理想狀態(tài)。本實施例的激光光學(xué)鏡頭，保證內(nèi)雕的F-e光學(xué)鏡頭大相對孔徑，大視場，無畸變等技術(shù)要求，同時使用了高透過率的玻璃材料。并增加考慮在介質(zhì)內(nèi)深度打標(biāo)的特殊要求而做的特殊設(shè)計。本實施例的激光光學(xué)鏡頭，可批量生產(chǎn)，而且生產(chǎn)出來的鏡頭質(zhì)量穩(wěn)定。以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。權(quán)利要求一種激光光學(xué)鏡頭，其特征在于，包括依次并同光軸設(shè)置的第一、二、三、四透鏡，所述第一透鏡為凹平型透鏡，所述第二、三透鏡為彎月型透鏡且朝著激光發(fā)射方向彎曲，所述第四透鏡為雙凸型透鏡，所述鏡頭的焦距為160mm，所述鏡頭的相對孔徑為1∶8。2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的激光光學(xué)鏡頭，其特征在于，所述鏡頭的視場角為50。，所述鏡頭的內(nèi)雕范圍為100X100X100mm3。3.根據(jù)權(quán)利要求l或2所述的激光內(nèi)雕F-e光學(xué)鏡頭，其特征在于，所述第一透鏡的材料的折射率/色散系數(shù)為1.5/64，所述第二、三、四透鏡的材料的折射率/色散系數(shù)為1.8/25，所述第一透鏡包括曲率半徑為-55mm的第一曲面及曲率半徑為0的第二曲面，所述第二透鏡包括曲率半徑為-80mm的第三曲面及曲率半徑為-77mm的第四曲面，所述第三透鏡包括曲率半徑為-630mm的第五曲面及曲率半徑為-100mm的第六曲面，所述第四透鏡包括曲率半徑為630mm的第七曲面及曲率半徑為_220mm的第八曲面，所述第一曲面與第二曲面間隔3mm，所述第二曲面與第三曲面間距10mm，所述第三曲面與第四曲面間隔5mm，所述第四曲面與第五曲面間隔O.5mm，所述第五曲面與第六曲面間隔12mm，所述第六曲面與第七曲面間隔0.5mm，所述第七曲面與第八曲面間隔10mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光光學(xué)鏡頭，其特征在于，所述第一、二、三、四透鏡所包含的曲面的曲率半徑誤差控制在各自曲面的曲率半徑的±5%的范圍內(nèi)。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的激光光學(xué)鏡頭，其特征在于所述第一、二、三、四透鏡所包含的曲面中相鄰的兩曲面的面間隔的間距誤差控制在各自面間隔間距的±5%范圍內(nèi)。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的激光光學(xué)鏡頭，其特征在于，所述第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡各自的材料的折射率/色散系數(shù)的誤差控制在各自的材料的折射率/色散系數(shù)的±5%的范圍內(nèi)。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的激光光學(xué)鏡頭，其特征在于，所述第一透鏡與Y軸振鏡的距離為20-60mm。8.根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的激光光學(xué)鏡頭，其特征在于，所述第四透鏡與離第四透鏡最近的待雕刻介質(zhì)的表面的距離為62-128mm。9.根據(jù)權(quán)利要求l或2中所述的激光光學(xué)鏡頭，其特征在于，所述激光的波長為532nm，所述待雕刻介質(zhì)的厚度為105-205mm，激光的內(nèi)雕深度為100-200mm。全文摘要一種激光光學(xué)鏡頭，包括依次設(shè)置的第一、二、三、四透鏡，所述第一透鏡為凹平型透鏡，所述第二、三透鏡為彎月型透鏡且朝著激光發(fā)射方向彎曲，所述第四透鏡為雙凸型透鏡；上述的激光光學(xué)鏡頭采用依次設(shè)置的第一、二、三、四透鏡，第一透鏡采用凹平型透鏡，第二、三透鏡采用彎月型透鏡且朝著激光發(fā)射方向彎曲，第四透鏡為雙凸型透鏡形成大相對孔徑，大視場，無畸變的激光光學(xué)鏡頭，激光經(jīng)上述的光學(xué)鏡頭聚焦后形成適合內(nèi)雕的細(xì)圓點，雕刻出的圖像細(xì)膩且層次分明；且本實施例的激光光學(xué)鏡頭，可批量生產(chǎn)，而且生產(chǎn)出來的鏡頭質(zhì)量穩(wěn)定。文檔編號B44B1/00GK101776789SQ20091018881公開日2010年7月14日申請日期2009年12月10日優(yōu)先權(quán)日2009年12月10日發(fā)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