光學聚焦結構及激光加工設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種光學結構，尤其涉及一種光學聚焦結構及采用該光學聚焦結構的激光加工設備。
【背景技術】
[0002]激光由于其高亮度、高方向性、高單色性和高相干性的優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應用于科研、國防、工業(yè)等國民生產(chǎn)的重要方面。一般激光掃描加工設備的光路系統(tǒng)主要有三種方式:固定光路、飛行光路、半飛行光路。這三種方式的激光掃描加工設備一般包括:沿光路方向依次設置的激光器、準直擴束鏡、45度角反射鏡、二維掃描振鏡以及聚焦透鏡(即平場透鏡或者遠心透鏡)。目前，一般講激光器與準直擴束鏡集成以形成激光光源，激光器產(chǎn)生的激光束由準直擴束鏡進行擴束，以擴大激光束的直徑且同時減小發(fā)散角，從而獲得近似平行的激光束，然后采用一片或者多片45度角反設鏡將激光束反射進入二維掃描振鏡。二維掃描振鏡將激光束反射導入聚焦透鏡進行聚焦，從而將激光束匯聚到待加工材料上，進行激光掃描加工。二維掃描振鏡可以控制激光束的方向、移動速度等，從而控制激光束的聚焦焦點在待加工材料上移動并進行掃描。激光束快速移動以掃描待加工材料表面，使加工材料的表面部分發(fā)生氣化或者液化，然后采用一定方式將氣化或者液化部分除去。
[0003]在使用過程中，需要將激光光源產(chǎn)生的激光束準確地與二維掃描振鏡的中心軸對準并重合。然而，激光光源和二維掃描振鏡的結構都較為復雜，尺寸較大，重量較重，所以難以將激光光源發(fā)出的激光束光軸與二維掃描振鏡的光軸調整重合。為此，一般需要設置多片45度角反射鏡，同時配合機械五維調節(jié)架以調整激光光源與二位掃描振鏡的位置。然而，機械五維調節(jié)架的調節(jié)過程較為復雜，且其穩(wěn)定性不高。另外，經(jīng)過多次45度角反射鏡的反射，激光束的能量損失嚴重，也使得45度角反射鏡吸收激光束的部分能量造成自身的熱形變，從而影響光路整體穩(wěn)定性。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]基于此，有必要提供一種光路穩(wěn)定性較高的光學聚焦結構及采用該光學聚焦結構的激光加工設備。
[0005]一種光學聚焦結構，用于激光加工設備中，包括沿激光束的傳輸方向依次設置的反射鏡、拋物面鏡及橢球面鏡，所述反射鏡可轉動地設置并相對激光束的入射方向傾斜，以使激光束沿平行于所述拋物面鏡的對稱軸的方向反射至所述拋物面鏡上，所述拋物面鏡鄰近所述反射鏡設置且其開口背離所述反射鏡，所述拋物面鏡的外表面為第一反射面，所述橢球面鏡的內(nèi)表面為第二反射面，所述第二反射面朝向所述反射鏡及所述拋物面鏡，所述橢球面鏡的橢圓輪廓的其中一個焦點與所述拋物面鏡的焦點重合。
[0006]在其中一個實施例中，所述拋物面鏡與所述橢球面鏡一體成型，所述橢球面鏡的橢圓輪廓的長軸與所述拋物面鏡的對稱軸平行或垂直。
[0007]在其中一個實施例中，所述拋物面鏡與所述橢球面鏡一體成型，所述橢球面鏡的橢圓輪廓的長軸與所述拋物面鏡的對稱軸斜交。
[0008]在其中一個實施例中，所述拋物面鏡的外表面設有反射膜層以形成所述第一反射面，所述橢球面鏡的內(nèi)表面設置設有反射膜層以形成所述第二反射面。
[0009]在其中一個實施例中，所述反射鏡處于所述橢球面鏡的兩個焦點之間。
[0010]一種激光加工設備，包括沿激光束的傳輸方向依次設置的激光器、準直擴束鏡、如上任一項所述的光學聚焦結構，以及激光掃描機構，所述光學聚焦結構的反射鏡承接由所述準直擴束鏡傳輸過來的激光束，所述激光掃描機構設置于所述橢球面鏡的兩個焦點之間，使激光束匯聚于預設的位置以進行激光掃描加工。
[0011]在其中一個實施例中，所述激光掃描機構為二維掃描振鏡，其包括相互平行設置的X掃描振鏡與Y掃描振鏡。
[0012]對于上述激光加工設備，當入射激光束沿著入射方向相對于反射鏡前進或者后退，或者相對于其入射方向進行偏置時，都無需對激光加工設備進行任何調整，就能夠使得離開橢球面鏡的激光束保持相同的聚焦位置，保證了光路的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0013]通過附圖中所示的本實用新型的優(yōu)選實施例的更具體說明，本實用新型的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將會變得更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標記指示相同的部分，且并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本實用新型的主旨。
[0014]圖1為一實施例中的光學聚焦結構除去反射鏡后的示意圖；
[0015]圖2為圖1所示光學聚焦結構沿I1-1I線的剖視圖；
[0016]圖3為圖1所示光學聚焦結構應用于激光加工設備中的示意圖；
[0017]圖4為另一實施例中的光學聚焦結構示意圖；
[0018]圖5為圖4所不光學聚焦結構的另一狀態(tài)不意圖；
[0019]圖6為圖4所示光學聚焦結構的再一狀態(tài)示意圖；
[0020]圖7為再一實施例中的光學聚焦結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021]為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本實用新型。但是本實用新型能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本實用新型內(nèi)涵的情況下做類似改進，因此本實用新型不受下面公開的具體實施的限制。
[0022]請參閱圖1至圖3，一實施例的激光加工設備，包括沿激光束105的傳輸方向依次設置的激光器、準直擴束鏡、光學聚焦結構100以及激光掃描機構200 (參見圖3)。激光器產(chǎn)生激光束105，經(jīng)由準直擴束鏡對激光束105進行擴束。此后激光束105經(jīng)由光學聚焦結構100及激光掃描機構200后抵達工件，以對工件進行掃描加工。光學聚焦結構100對激光束105產(chǎn)生聚焦作用，使得激光束105聚焦于到工件上。激光掃描機構200控制激光束105的方向、移動速度等參數(shù)，從而控制激光束105的聚焦焦點在工件上移動以進行掃描。在本實施方式中，入射激光束105的波長范圍為200?12000納米。
[0023]光學聚焦結構100包括沿激光束105的傳輸方向依次設置的反射鏡10、拋物面鏡30以及橢球面鏡50。反射鏡10承接從準直擴束鏡傳輸過來的激光束105并反射至拋物面鏡30上，拋物面鏡30將激光束105反射至橢球面鏡50上，進而反射至激光掃描機構200。
[0024]反射鏡10為平面鏡且相對激光束105的傳輸方向傾斜，以將激光束105反射至拋物面鏡30上。在本實施方式中，激光束105垂直向下抵達反射鏡10上，反射鏡10傾斜向上設置。拋物面鏡30鄰近反射鏡10設置，其開口背離反射鏡10。拋物面鏡30的對稱軸31相對反射鏡10傾斜設置，且平行于反射鏡10反射過來的激光束105。拋物面鏡30的外表面33設有高反射膜層以形成第一反射面，用于將激光束105反射至橢球面鏡50上。橢球面鏡50朝向反射鏡10及拋物面鏡30，且其開口內(nèi)表面51設置設有高反射膜層以形成第二反射面，用于將激光束105反射至激光掃描機構200。橢球面鏡50的橢圓輪廓長軸53與拋物面鏡30的對稱軸31重合，且橢球面鏡50的橢圓輪廓的一個焦點55與拋物面鏡30的焦點35重合。拋物面鏡30與橢球面鏡30由金屬材料一體成型。在本實施方式中，拋物面鏡30的開口方向傾斜向上，與反射鏡10的傾斜方向相同，且橢球面鏡50的橢圓輪廓的