一種F-theta光學鏡頭及激光加工系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于光學設計領域，尤其涉及一種F-theta光學鏡頭及激光加工系統。
【背景技術】
[0002] 激光加工技術已廣泛應用于各種精加工領域，而帶機器視覺的激光加工也成為行 業發展的趨勢，在機器視覺加工需要用到F-theta光學鏡頭，其是一種大視場、中小孔徑、 中長焦距的照相物鏡，傳統的F-theta光學鏡頭一般只針對激光波長進行相差的矯正，在 CCD視覺拍照時，照明光（或可見光）經過該光學鏡頭后會產生較大的像差，特別是色差 及場曲，這使得該鏡頭無法直接配合CCD等成像裝置進行視覺定位及量測，尤其不適合用 在激光加工和視覺成像同光路的系統中，進而嚴重限制了帶機器視覺的激光加工系統的應 用。

【發明內容】

[0003] 本發明實施例的目的在于提供一種F-theta光學鏡頭，以解決現有光學鏡頭無法 在對加工激光相差矯正的同時對照明光進行相差矯正的問題。
[0004] 本發明實施例是這樣實現的，一種F-theta光學鏡頭，包括沿入射激光的傳輸方 向依次共軸設置的第一透鏡、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，每個透鏡的兩個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] 進一步地，所述第一透鏡的折射率與阿貝數之比為1. 78/25. 7 ;所述第二透鏡的 折射率與阿貝數之比為1. 90/31. 3 ;所述第三透鏡的折射率與阿貝數之比為1. 90/31. 3 ;各 所述折射率與阿貝數之比的公差范圍均為5%。
[0009] 進一步地，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] 進一步地，還包括位于所述第三透鏡的出光側的第四透鏡，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] 進一步地，所述第四透鏡的折射率與阿貝數之比為1. 52/64. 2,所述折射率與阿貝 數之比的公差范圍為5%。
[0012] 進一步地，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] 本發明實施例還提供一種激光加工系統，包括激光器和使用激光進行加工的光學 鏡頭，所述光學鏡頭采用上述實施例中任意一項所述的F-theta光學鏡頭。
[0015] 進一步地，還包括進行視覺定位裝置，所述視覺定位裝置的影像定位波長為 630nm，所述激光加工波長為1064nm。
[0016] 本發明提供了用一種F-theta光學鏡頭和激光加工系統，通過對光學結構的設 計，在對加工激光相差矯正的同時對照明光進行了相差矯正，消除了絕大部分成像像差，照 明光配合不同焦距的工業鏡頭可在加工范圍內進行視覺影像定位測量以及監控。本發明的 F-theta光學鏡頭整體結構十分緊湊，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鏡頭進行同軸視覺定位、測量及監視。
【附圖說明】
[0017] 為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述 中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些 實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些 附圖獲得其他的附圖。
[0018] 圖1是本發明實施例提供的F-theta光學鏡頭的結構示意圖；
[0019] 圖2是本發明實施例提供的F-theta光學鏡頭的激光彌散圖；
[0020]圖3是本發明實施例提供的F-theta光學鏡頭的激光場曲和畸變圖；
[0021] 圖4是本發明實施例提供的F-theta光學鏡頭的光學傳遞函數曲線圖。
【具體實施方式】
[0022] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并 不用于限定本發明。
[0023] 如圖1所示，本發明實施例提供一種F-theta光學鏡頭，包括沿入射激光的傳輸方 向依次共軸設置的第一透鏡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；每個透鏡的兩個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] 本實施例對各透鏡表面的曲率半徑及透鏡的中心厚度等參數進行了優化設計。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，負號表示曲面的球心位于曲面的物方空間，正號（本實施例中不 帶有負號標記的即為正）表示曲面的球心位于曲面的像方空間，以下同理