一種F-theta光學(xué)鏡頭及激光加工系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學(xué)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種F-theta光學(xué)鏡頭及激光加工系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光加工技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各種精加工領(lǐng)域，而帶機(jī)器視覺的激光加工也成為行 業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，在機(jī)器視覺加工需要用到F-theta光學(xué)鏡頭，其是一種大視場(chǎng)、中小孔徑、 中長(zhǎng)焦距的照相物鏡，傳統(tǒng)的F-theta光學(xué)鏡頭一般只針對(duì)激光波長(zhǎng)進(jìn)行相差的矯正，在 CCD視覺拍照時(shí)，照明光（或可見光）經(jīng)過該光學(xué)鏡頭后會(huì)產(chǎn)生較大的像差，特別是色差 及場(chǎng)曲，這使得該鏡頭無法直接配合CCD等成像裝置進(jìn)行視覺定位及量測(cè)，尤其不適合用 在激光加工和視覺成像同光路的系統(tǒng)中，進(jìn)而嚴(yán)重限制了帶機(jī)器視覺的激光加工系統(tǒng)的應(yīng) 用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種F-theta光學(xué)鏡頭，以解決現(xiàn)有光學(xué)鏡頭無法 在對(duì)加工激光相差矯正的同時(shí)對(duì)照明光進(jìn)行相差矯正的問題。
[0004] 本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種F-theta光學(xué)鏡頭，包括沿入射激光的傳輸方 向依次共軸設(shè)置的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡；所述第一透鏡為凹凸型負(fù)透鏡，所述第 二透鏡為彎月型正透鏡，所述第三透鏡為彎月型正透鏡；
[0005] 所述第一透鏡包括第一曲面和第二曲面、第二透鏡包括第三曲面和第四曲面、第 三透鏡包括第五曲面和第六曲面，每個(gè)透鏡的兩個(gè)曲面分別是透鏡的光入射面和光出射 面，第一曲面至第六曲面沿入射光線的傳輸方向依次排布；所述第一曲面至第六曲面的中 間部分均向光線傳輸方向凸出；
[0006] 所述第一曲面至第十四曲面的曲率半徑依次為-44. 592,-194. 09,-146. 9,-61. 76 ，-4000,-131. 49 ;各所述曲率半徑的公差范圍均為±5%。
[0007] 進(jìn)一步地，所述第一透鏡的中心厚度為3. 93mm;所述第二透鏡的中心厚度為 14. 7mm;所述第三透鏡的中心厚度為14. 55mm;各所述中心厚度的公差范圍均為±5%。
[0008] 進(jìn)一步地，所述第一透鏡的折射率與阿貝數(shù)之比為1. 78/25. 7 ;所述第二透鏡的 折射率與阿貝數(shù)之比為1. 90/31. 3 ;所述第三透鏡的折射率與阿貝數(shù)之比為1. 90/31. 3 ;各 所述折射率與阿貝數(shù)之比的公差范圍均為5%。
[0009] 進(jìn)一步地，所述第一透鏡與第二透鏡在光軸上的間距為1. 59mm;所述第二透鏡與 第三透鏡在光軸上的間距為〇. 2mm;各所述間距的公差范圍均為±5%。
[0010] 進(jìn)一步地，還包括位于所述第三透鏡的出光側(cè)的第四透鏡，所述第四透鏡包括第 七曲面和第八曲面，所述第七曲面和第八曲面的曲率半徑均為0。
[0011] 進(jìn)一步地，所述第四透鏡的折射率與阿貝數(shù)之比為1. 52/64. 2,所述折射率與阿貝 數(shù)之比的公差范圍為5%。
[0012] 進(jìn)一步地，所述第四透鏡的中心厚底為4mm，所述中心厚度的公差范圍為±5%。
[0013] 進(jìn)一步地，所述第三透鏡與所述第四透鏡在光軸上的間距為2mm，所述間距的公差 范圍為±5%。
[0014] 本發(fā)明實(shí)施例還提供一種激光加工系統(tǒng)，包括激光器和使用激光進(jìn)行加工的光學(xué) 鏡頭，所述光學(xué)鏡頭采用上述實(shí)施例中任意一項(xiàng)所述的F-theta光學(xué)鏡頭。
[0015] 進(jìn)一步地，還包括進(jìn)行視覺定位裝置，所述視覺定位裝置的影像定位波長(zhǎng)為 630nm，所述激光加工波長(zhǎng)為1064nm。
[0016] 本發(fā)明提供了用一種F-theta光學(xué)鏡頭和激光加工系統(tǒng)，通過對(duì)光學(xué)結(jié)構(gòu)的設(shè) 計(jì)，在對(duì)加工激光相差矯正的同時(shí)對(duì)照明光進(jìn)行了相差矯正，消除了絕大部分成像像差，照 明光配合不同焦距的工業(yè)鏡頭可在加工范圍內(nèi)進(jìn)行視覺影像定位測(cè)量以及監(jiān)控。本發(fā)明的 F-theta光學(xué)鏡頭整體結(jié)構(gòu)十分緊湊，加工聚焦光斑小、能量集中、指示光與激光完全重合 并且可以配合其他工業(yè)鏡頭進(jìn)行同軸視覺定位、測(cè)量及監(jiān)視。
【附圖說明】
[0017] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述 中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些 實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些 附圖獲得其他的附圖。
[0018] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的F-theta光學(xué)鏡頭的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的F-theta光學(xué)鏡頭的激光彌散圖；
[0020]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的F-theta光學(xué)鏡頭的激光場(chǎng)曲和畸變圖；
[0021] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的F-theta光學(xué)鏡頭的光學(xué)傳遞函數(shù)曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0023] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種F-theta光學(xué)鏡頭，包括沿入射激光的傳輸方 向依次共軸設(shè)置的第一透鏡L1、第二透鏡L2、第三透鏡L3 ;所述第一透鏡L1為凹凸型負(fù)透 鏡，所述第二透鏡L2為彎月型正透鏡，所述第三透鏡L3為彎月型正透鏡；所述第一透鏡L1 包括第一曲面S1和第二曲面S2、第二透鏡L2包括第三曲面S3和第四曲面S4、第三透鏡L3 包括第五曲面S5和第六曲面S6,所述第一曲面至第六曲面沿入射光線的傳輸方向依次排 布；每個(gè)透鏡的兩個(gè)曲面分別是透鏡的光入射面和光出射面，如第一曲面S1為光入射面、 第二曲面S2為光出射面；所述第一曲面至第六曲面的中間部分均向光線傳輸方向凸出。
[0024] 本實(shí)施例對(duì)各透鏡表面的曲率半徑及透鏡的中心厚度等參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。具 體的，所述第一透鏡L1的第一曲面S1的曲率半徑R1為-44. 592mm，第二曲面S2的曲率半 徑R2為-194. 09mm，其中，負(fù)號(hào)表示曲面的球心位于曲面的物方空間，正號(hào)（本實(shí)施例中不 帶有負(fù)號(hào)標(biāo)記的即為正）表示曲面的球心位于曲面的像方空間，以下同理