專利名稱：激光打標(biāo)折射/諧衍射混合f－theta鏡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)打標(biāo)鏡系統(tǒng)，特別是應(yīng)用于半導(dǎo)體激光器波長范圍及Nd:YAG激光器波長的打標(biāo)用f-theta鏡，屬于激光光學(xué)掃描鏡系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光器的功率在發(fā)射波長范圍0.80～1.50μm波段中是比較強(qiáng)的。但現(xiàn)在用于半導(dǎo)體激光器打標(biāo)用的f-theta鏡絕大多數(shù)設(shè)計(jì)其工作在波長0.8μm上。單波長的f-theta鏡技術(shù)已經(jīng)非常完善，有很多公司已經(jīng)設(shè)計(jì)并且生產(chǎn)了許多不同型號的用于半導(dǎo)體激光打標(biāo)的f-theta鏡，用戶可根據(jù)自己的要求選擇不同的f-theta鏡，如德國Rodenstock公司，新加坡波長科技公司，國內(nèi)的武漢焦點(diǎn)光學(xué)技術(shù)有限公司等。但是半導(dǎo)體激光器在激光打標(biāo)應(yīng)用中，由于不同的基底對于不同波長靈敏度不同，通常要選擇靈敏度最高的波長來進(jìn)行打標(biāo)，則可選用不同的激光器，但是需要更換f-theta鏡，因?yàn)榻^大多數(shù)f-theta鏡都是設(shè)計(jì)在其中某個波長上。因此設(shè)計(jì)波長在0.80～1.50μm普適的f-theta鏡具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
如果要使f-theta鏡在0.80～1.50μm波段范圍內(nèi)都能工作，則應(yīng)該在此波段范圍內(nèi)每個波長上很好消除各種單色像差，并且消除色差，對于傳統(tǒng)的折射透鏡系統(tǒng)再進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)已經(jīng)不能滿足要求，即使增加折射透鏡片數(shù)也很難在如此大的波段范圍內(nèi)完全消除各種像差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在不增加f-theta鏡系統(tǒng)折射透鏡片數(shù)的條件下引入諧衍射浮雕面型，實(shí)現(xiàn)在兩個波段0.80～1.15μm和1.15～1.50μm內(nèi)消色差和消除各種單色像差，使f-theta鏡能用在0.80～1.50μm波段范圍內(nèi)的任一波長。
本發(fā)明設(shè)計(jì)了一個工作于波段范圍在0.80～1.15μm和1.15～1.50μm的f-theta鏡，其設(shè)計(jì)目標(biāo)是入瞳直徑12mm、掃描角±20°、有效焦距160mm、掃描范圍110×110mm2。在系統(tǒng)中引入諧衍射浮雕面型達(dá)到在兩個波段上消色差的目的，使f-theta鏡能工作在半導(dǎo)體激光器波段范圍及Nd:YAG激光器打標(biāo)機(jī)的任一波長上。
本發(fā)明具體的技術(shù)方案這種激光打標(biāo)折射/諧衍射混合f-theta鏡系統(tǒng)，包括光欄、折射透鏡、折射/諧衍射混合透鏡、打標(biāo)平面，其特點(diǎn)是在折射透鏡1-13的后面放置折射/諧衍射混合透鏡1-14，同光軸上依次安置有光欄1-1、折射透鏡1-11、1-12、1-13、折射/諧衍射混合透鏡1-14、打標(biāo)平面1-10，折射/諧衍射混合透鏡的前表面制備諧衍射浮雕面型1-8，放在靠近折射透鏡的一側(cè)，其反面是折射面1-9。
本發(fā)明的有益效果在光路中采用折射/諧衍射混合透鏡，利用了光在傳播中的折射和諧衍射兩種特性，增加了光學(xué)設(shè)計(jì)過程中的自由度，能夠突破傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)的許多局限。同時(shí)由于諧衍射光學(xué)元件具有負(fù)色散和正光焦度的特點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)折射光學(xué)系統(tǒng)中普通折射透鏡光焦度過大，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、龐大、笨重問題；解決了折射系統(tǒng)中消色差所帶來的折射表面彎曲嚴(yán)重，單色像差大的問題。本發(fā)明表現(xiàn)出與傳統(tǒng)折射光學(xué)系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)勢。本發(fā)明的特征在于利用折射/諧衍射混合透鏡的特點(diǎn)，在半導(dǎo)體激光器兩個波段范圍內(nèi)分別校正系統(tǒng)的初級色差和色球差，并且能使兩個波段的光譜不分開，使之共面。本發(fā)明為與激光打標(biāo)相配套的f-theta鏡的光學(xué)設(shè)計(jì)提供了一種全新的思想和概念。


圖1是本發(fā)明f-theta鏡的結(jié)構(gòu)示意2足本發(fā)明折射諧衍射混合透鏡b與普通衍射元件a對比示意3是本發(fā)明在0.80～1.15μm波段系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖4是本發(fā)明在0.80～1.15μm波段系統(tǒng)的垂軸色差曲線圖5是本發(fā)明在1.15～1.50μm波段系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖6是本發(fā)明在1.15～1.50μm波段系統(tǒng)的垂軸色差曲線圖7是本發(fā)明在波長0.80μm系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖8是本發(fā)明在波長1.064μm系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖9是本發(fā)明在波長1.15μm系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖10是本發(fā)明在波長1.30μm系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖11是本發(fā)明在波長1.50μm系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖12是本發(fā)明在0.80～1.15μm波段系統(tǒng)的場曲和f-theta畸變圖13是本發(fā)明在1.15～1.50μm波段系統(tǒng)的場曲和f-theta畸變其中1-1、光欄1-2、折射面1-3、折射面1-4、折射面1-5、折射面1-6、折射面1-7、折射面1-8、諧衍射浮雕面型1-9、折射面1-10、打標(biāo)平面1-11、折射透鏡1-12、折射透鏡1-13、折射透鏡1-14、折射/諧衍射混合透鏡具體實(shí)施方式
這種激光打標(biāo)折射/諧衍射混合f-theta鏡系統(tǒng)，包括光欄、折射透鏡、折射/諧衍射混合透鏡、打標(biāo)平面，其特征是在折射透鏡1-13的后面放置折射/諧衍射混合透鏡1-14，同光軸上依次安置有光欄1-1、折射透鏡1-11、折射透鏡1-12、折射透鏡1-13、折射/諧衍射混合透鏡1-14、打標(biāo)平面1-10，折射/諧衍射混合透鏡的前表面制備諧衍射浮雕面型1-8，放在靠近折射透鏡的一側(cè)，其反面是折射面1-9。
折射透鏡1-11和1-13是凹透鏡，折射透鏡1-12是凸透鏡。
折射/諧衍射混合透鏡的前表面1-8為諧衍射浮雕面型，后表面1-9為球面；諧衍射浮雕面型1-8的基底可以為平面、球面或非球面。
折射透鏡、折射/諧衍射混合透鏡材料可以選擇在波段范圍0.80～1.50μm透過率高的材料中任意兩種的組合。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明圖1足本發(fā)明f-theta鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明工作時(shí)，當(dāng)波段0.8-1.15μm和1.15-1.50μm的光線通過具有正光焦度的折射透鏡1-12，光線產(chǎn)生球差、慧差、場曲和色差等一系列像差，通過具有負(fù)光焦度的折射透鏡1-13，校止一部分球差、慧差、場曲等像差，再通過具有正光焦度的折射/諧衍射混合透鏡，完成光焦度的分配，并且產(chǎn)生必要的畸變量。諧衍射面1-8校正兩個波段上的色差，由于諧衍射的作用，兩個波段的光譜不分開，使之具有共同的像面。光焦度為負(fù)的折射透鏡1-11的主要作用是增大系統(tǒng)的通光孔徑。所以從圖1所示的f-theta鏡出來會聚在打標(biāo)平面的光線在兩個波段內(nèi)已經(jīng)很好的消除了各種單色像差和色差，并且在滿足f-θ關(guān)系的條件下像面在同一個平面上。
諧衍射浮雕面型1-8的基底可以為平面或球面或非球面，在圖所示結(jié)構(gòu)中基底選擇為平面。在折射/衍射混合透鏡1-14的兩個表面分別制備諧衍射浮雕面型1-8和折射面1-9，諧衍射浮雕面型1-8和折射面1-9的位置可以互換，折射透鏡1-11、1-12、1-13、折射/諧衍射混合透鏡1-14的材料可以選擇在波段范圍0.80～1.50μm透過率高的材料中任意兩種的組合。
權(quán)利要求
1.一種激光打標(biāo)折射/諧衍射混合f-theta鏡系統(tǒng)，包括光欄、折射透鏡、折射/諧衍射混合透鏡、打標(biāo)平面，其特征是在折射透鏡1-13的后面放置折射/諧衍射混合透鏡1-14，同光軸上依次安置有光欄1-1、折射透鏡1-11、折射透鏡1-12、折射透鏡1-13、折射/諧衍射混合透鏡1-14、打標(biāo)平面1-10，折射/諧衍射混合透鏡的前表面制備諧衍射浮雕面型1-8，放在靠近折射透鏡的一側(cè)，其反面是折射面1-9。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述激光打標(biāo)折射/諧衍射混合f-theta鏡系統(tǒng)，其特征是折射透鏡1-11和1-13是凹透鏡，折射透鏡1-12是凸透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述激光打標(biāo)折射/諧衍射混合f-theta鏡系統(tǒng)，其特征是折射/諧衍射混合透鏡1-14的前表面1-8為諧衍射面，后表面1-9為球面；諧衍射浮雕面型1-8和折射面1-9的位置可以互換，并且諧衍射浮雕面型1-8的基底可以為平面、球面或非球面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光打標(biāo)折射/諧衍射混合f-theta鏡系統(tǒng)，其特征還在于折射透鏡、折射/諧衍射混合透鏡材料可以選擇在波段范圍0.80～1.50μm透過率高的材料中任意兩種的組合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種激光打標(biāo)鏡系統(tǒng)，特別是應(yīng)用于半導(dǎo)體激光器發(fā)射波長范圍打標(biāo)用的f－theta鏡，同時(shí)包括Nd:YAG激光器的發(fā)射波長，屬于激光光學(xué)打標(biāo)鏡系統(tǒng)。本發(fā)明包括光欄、折射透鏡、折射/諧衍射混合透鏡等，其特點(diǎn)是根據(jù)半導(dǎo)體激光器發(fā)射波長范圍特性及Nd:YAG激光器發(fā)射波長特性，以及諧衍射浮雕面型的特點(diǎn)，在同光軸系統(tǒng)中三片折射透鏡的后面設(shè)置一折射/諧衍射混合透鏡。將諧衍射浮雕面型成功地引入到半導(dǎo)體激光器及Nd:YAG激光器打標(biāo)鏡的設(shè)計(jì)中，使用普通的材料SF18和BK7，使系統(tǒng)在0.8－1.5μm波段內(nèi)很好的校正了各種單色像差和色差，光學(xué)傳遞函數(shù)接近或達(dá)到衍射極限。結(jié)構(gòu)緊湊，片數(shù)少，兼容性好，具有良好的像差特性。適用于半導(dǎo)體激光器及Nd:YAG激光器打標(biāo)系統(tǒng)中，為f－theta鏡的設(shè)計(jì)提供了一種全新的器件。
文檔編號G02B26/10GK1952728SQ20051001542
公開日2007年4月25日 申請日期2005年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月17日
發(fā)明者王肇圻, 吳環(huán)寶 申請人:南開大學(xué)