專利名稱：激光打標折射/諧衍射混合f－theta鏡系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光學打標鏡系統(tǒng)，特別是應用于半導體激光器波長范圍及Nd:YAG激光器波長的打標用f-theta鏡，屬于激光光學掃描鏡系統(tǒng)。
背景技術：
半導體激光器的功率在發(fā)射波長范圍0.80～1.50μm波段中是比較強的。但現在用于半導體激光器打標用的f-theta鏡絕大多數設計其工作在波長0.8μm上。單波長的f-theta鏡技術已經非常完善，有很多公司已經設計并且生產了許多不同型號的用于半導體激光打標的f-theta鏡，用戶可根據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，國內的武漢焦點光學技術有限公司等。但是半導體激光器在激光打標應用中，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行打標，則可選用不同的激光器，但是需要更換f-theta鏡，因為絕大多數f-theta鏡都是設計在其中某個波長上。因此設計波長在0.80～1.50μm普適的f-theta鏡具有重要的應用價值。
如果要使f-theta鏡在0.80～1.50μm波段范圍內都能工作，則應該在此波段范圍內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)再進行優(yōu)化設計已經不能滿足要求，即使增加折射透鏡片數也很難在如此大的波段范圍內完全消除各種像差。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是在不增加f-theta鏡系統(tǒng)折射透鏡片數的條件下引入諧衍射浮雕面型，實現在兩個波段0.80～1.15μm和1.15～1.50μm內消色差和消除各種單色像差，使f-theta鏡能用在0.80～1.50μm波段范圍內的任一波長。
本發(fā)明設計了一個工作于波段范圍在0.80～1.15μm和1.15～1.50μm的f-theta鏡，其設計目標是入瞳直徑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到在兩個波段上消色差的目的，使f-theta鏡能工作在半導體激光器波段范圍及Nd:YAG激光器打標機的任一波長上。
本發(fā)明具體的技術方案這種激光打標折射/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、打標平面，其特點是在折射透鏡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，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，增加了光學設計過程中的自由度，能夠突破傳統(tǒng)光學系統(tǒng)的許多局限。同時由于諧衍射光學元件具有負色散和正光焦度的特點，解決了傳統(tǒng)折射光學系統(tǒng)中普通折射透鏡光焦度過大，整個系統(tǒng)結構復雜、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重，單色像差大的問題。本發(fā)明表現出與傳統(tǒng)折射光學系統(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，在半導體激光器兩個波段范圍內分別校正系統(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)明為與激光打標相配套的f-theta鏡的光學設計提供了一種全新的思想和概念。
圖1是本發(fā)明f-theta鏡的結構示意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)的光學傳遞函數曲線圖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)的光學傳遞函數曲線圖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)的光學傳遞函數曲線圖8是本發(fā)明在波長1.064μm系統(tǒng)的光學傳遞函數曲線圖9是本發(fā)明在波長1.15μm系統(tǒng)的光學傳遞函數曲線圖10是本發(fā)明在波長1.30μm系統(tǒng)的光學傳遞函數曲線圖11是本發(fā)明在波長1.50μm系統(tǒng)的光學傳遞函數曲線圖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施方式
這種激光打標折射/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，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。
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明圖1足本發(fā)明f-theta鏡的結構示意圖。
本發(fā)明工作時，當波段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，光線產生球差、慧差、場曲和色差等一系列像差，通過具有負光焦度的折射透鏡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鏡出來會聚在打標平面的光線在兩個波段內已經很好的消除了各種單色像差和色差，并且在滿足f-θ關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，在圖所示結構中基底選擇為平面。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。
權利要求
1.一種激光打標折射/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，其反面是折射面1-9。
2.根據權利要求1所述激光打標折射/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.根據權利要求1所述激光打標折射/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.根據權利要求1所述的激光打標折射/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鏡系統(tǒng)，特別是應用于半導體激光器發(fā)射波長范圍打標用的f－theta鏡，同時包括Nd:YAG激光器的發(fā)射波長，屬于激光光學打標鏡系統(tǒng)。本發(fā)明包括光欄、折射透鏡、折射/諧衍射混合透鏡等，其特點是根據半導體激光器發(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，在同光軸系統(tǒng)中三片折射透鏡的后面設置一折射/諧衍射混合透鏡。將諧衍射浮雕面型成功地引入到半導體激光器及Nd:YAG激光器打標鏡的設計中，使用普通的材料SF18和BK7，使系統(tǒng)在0.8－1.5μm波段內很好的校正了各種單色像差和色差，光學傳遞函數接近或達到衍射極限。結構緊湊，片數少，兼容性好，具有良好的像差特性。適用于半導體激光器及Nd:YAG激光器打標系統(tǒng)中，為f－theta鏡的設計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