一种远心平场镜头及激光加工设备的制作方法
1.本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种远心平场镜头及激光加工设备。
背景技术：
2.随着激光器功率越来越大，振镜头不再只应用于打标和焊接，越来越多的企业开始使用振镜头+平场镜头的方式进行薄板的切割。
3.但传统场镜的远心度较差(最大视场远心度在12
°
以上)，在切割后板材边角会产生一定的坡度，需要后续加工才能满足应用，提高了加工成本。
4.
技术实现要素：
5.本发明提供了一种远心平场镜头及激光加工设备，以实现较小的远心度。
6.根据本发明的一方面，提供了一种远心平场镜头，包括沿入射光线传播方向设置的光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜；
7.所述第一透镜为弯月透镜，其弯月方向与所述入射光线的传播方向相同；
8.所述第二透镜为弯月透镜，其弯月方向与所述入射光线的传播方向相反；
9.所述第三透镜为弯月透镜，其弯月方向与所述入射光线的传播方向相反；
10.所述第四透镜为弯月透镜，其弯月方向与所述入射光线的传播方向相反；
11.所述第五透镜为弯月透镜，其弯月方向与所述入射光线的传播方向相反；
12.所述第六透镜为弯月透镜，其弯月方向与所述入射光线的传播方向相反。
13.可选的，所述光阑与所述第一透镜在光轴上的间距为d1，其中，33mm ≤d1≤37mm。
14.可选的，所述第一透镜的物侧面的曲率半径为r11，所述第一透镜的像侧面的曲率半径为r12，所述第一透镜在其光轴上的中心厚度为d2，其中，608mm≤r11≤673mm，153mm≤r12≤170mm，12mm≤d2≤14mm。
15.可选的，所述第二透镜的物侧面的曲率半径为r21，所述第二透镜的像侧面的曲率半径为r22，所述第二透镜在其光轴上的中心厚度为d4，其中，-77mm≤r21≤-66mm，-107mm≤r22≤-96mm，11mm≤d4≤13mm。
16.可选的，所述第三透镜的物侧面的曲率半径为r31，所述第三透镜的像侧面的曲率半径为r32，所述第三透镜在其光轴上的中心厚度为d6，其中，-239mm≤r31≤-215mm，-155mm≤r32≤-139mm，28mm≤d6≤31mm。
17.可选的，所述第四透镜的物侧面的曲率半径为r41，所述第四透镜的像侧面的曲率半径为r42，所述第四透镜在其光轴上的中心厚度为d8，其中，-315mm≤r41≤-284mm，-192mm≤r42≤-173mm，28mm≤d8≤32mm。
18.可选的，所述第五透镜的物侧面的曲率半径为r51，所述第五透镜的像侧面的曲率半径为r52，所述第五透镜在其光轴上的中心厚度为d10，其中，-473mm≤r51≤-427mm，-247mm≤r52≤-222mm，29mm≤d10≤31mm。
19.可选的，所述第六透镜的物侧面的曲率半径为r61，所述第六透镜的像侧面的曲率半径为r62，所述第六透镜在其光轴上的中心厚度为d12，其中，-375mm≤r61≤-338mm，-231mm≤r62≤-208mm，29mm≤d12≤31mm。
20.可选的，所述第一透镜与所述第二透镜在光轴上的间距为d3，所述第二透镜与所述第三透镜在光轴上的间距为d5，所述第三透镜与所述第四透镜在光轴上的间距为d7，所述第四透镜与所述第五透镜在光轴上的间距为 d9，所述第五透镜与所述第六透镜在光轴上的间距为d11，所述第六透镜与聚焦像面在光轴上的间距为d13,其中，78mm≤d3≤87mm，13mm≤d5≤ 16mm，1mm≤d7≤3mm，1mm≤d9≤3mm，1mm≤d11≤3mm，698mm≤d13≤772mm。
21.根据本发明的另一方面，提供了一种激光加工设备，包括第一方面所述的任一远心平场镜头。
22.本发明实施例的远心平场镜头及激光加工设备，采用6枚透镜，并通过设置6枚透镜均为弯月透镜，且合理设置各个透镜的弯月方向，可实现最大视场远心度在6
°
以内，从而获得较小的远心度。远心平场镜头在激光加工设备中搭配振镜头使用时，可以实现对薄板的切割，并能够获得良好的切割效果，不需要再进行后续加工，从而可降低加工成本。
23.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明实施例提供的一种远心平场镜头的结构示意图；
26.图2为本发明实施例提供的一种远心平场镜头的光路结构示意图；
27.图3为本发明实施例提供的一种远心平场镜头的点列图；
28.图4为本发明实施例提供的一种远心平场镜头的场曲畸变图。
具体实施方式
29.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
30.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品
或设备固有的其它步骤或单元。
31.图1为本发明实施例提供的一种远心平场镜头的结构示意图，如图1 所示，本发明实施例提供的远心平场镜头包括沿入射光线传播方向设置的光阑l0、第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5和第六透镜l6，第一透镜l1为弯月透镜，其弯月方向与入射光线的传播方向相同，第二透镜l2为弯月透镜，其弯月方向与入射光线的传播方向相反，第三透镜l3为弯月透镜，其弯月方向与入射光线的传播方向相反，第四透镜l4为弯月透镜，其弯月方向与入射光线的传播方向相反，第五透镜l5为弯月透镜，其弯月方向与入射光线的传播方向相反，第六透镜l6为弯月透镜，其弯月方向与入射光线的传播方向相反。
32.具体的，在本实施例提供的远心平场镜头包括6枚透镜，通过设置6 枚透镜均为弯月透镜，且合理设置各个透镜的弯月方向，可实现最大视场远心度在6
°
以内，从而获得较小的远心度。在激光加工设备中搭配振镜头使用时，可以实现对薄板的切割，并能够获得良好的切割效果，不需要再进行后续加工，从而可降低加工成本。
33.其中，弯月方向与入射光线的传播方向相同，是指透镜的物侧面(球面)和像侧面(球面)的球心均位于透镜的像侧；弯月方向与入射光线的传播方向相反，是指透镜的物侧面(球面)和像侧面(球面)的球心均位于透镜的物侧，物侧面是指透镜背离聚焦像面一侧的表面，像侧面是指透镜朝向聚焦像面一侧的表面。
34.同时，本发明实施例提供的远心平场镜头，焦距可以为460mm，在激光加工设备中搭配振镜头使用时，可以达到230mm*230mm切割范围，入射波长可以为1064nm，但并不局限于此。
35.作为一种可行的实施方式，如图1所示，光阑l0与第一透镜l1在光轴上的间距为d1，其中，33mm≤d1≤37mm。
36.具体的，光阑l0可以调节光束的传播方向，在本实施例中，通过合理设置光阑l0与第一透镜l1在光轴上的间距d1，有助于进一步降低最大视场远心度。
37.此外，光阑l0的光阑孔径大小可以设置为24mm，以使入瞳直径为24mm，从而可以与各种类型的振镜头搭配使用，满足激光加工设备的需求。
38.作为一种可行的实施方式，如图1所示，第一透镜l1的物侧面s1的曲率半径为r11，第一透镜l1的像侧面s2的曲率半径为r12，第一透镜 l1在其光轴上的中心厚度为d2，其中，608mm≤r11≤673mm，153mm≤r12 ≤170mm，12mm≤d2≤14mm。
39.其中，通过合理设置第一透镜l1的物侧面s1和像侧面s2的曲率半径，以及第一透镜l1在其光轴上的中心厚度d2，有助于进一步降低最大视场远心度，同时，可使第一透镜l1厚薄均匀，从而易于加工，方便组装。
40.作为一种可行的实施方式，如图1所示，第二透镜l2的物侧面s3的曲率半径为r21，第二透镜l2的像侧面s4的曲率半径为r22，第二透镜 l2在其光轴上的中心厚度为d4，其中，-77mm≤r21≤-66mm，-107mm≤r22 ≤-96mm，11mm≤d4≤13mm。
41.其中，通过合理设置第二透镜l2的物侧面s3和像侧面s4的曲率半径，以及第二透镜l2在其光轴上的中心厚度d4，有助于进一步降低最大视场远心度，同时，可使第二透镜l2厚薄均匀，从而易于加工，方便组装。
42.作为一种可行的实施方式，如图1所示，第三透镜l3的物侧面s5的曲率半径为r31，
第三透镜l3的像侧面s6的曲率半径为r32，第三透镜 l3在其光轴上的中心厚度为d6，其中，-239mm≤r31≤-215mm，-155mm≤ r32≤-139mm，28mm≤d6≤31mm。
43.其中，通过合理设置第三透镜l3的物侧面s5和像侧面s6的曲率半径，以及第三透镜l3在其光轴上的中心厚度d6，有助于进一步降低最大视场远心度，同时，可使第三透镜l3厚薄均匀，从而易于加工，方便组装。
44.作为一种可行的实施方式，如图1所示，第四透镜l4的物侧面s7的曲率半径为r41，第四透镜l4的像侧面s8的曲率半径为r42，第四透镜 l4在其光轴上的中心厚度为d8，其中，-315mm≤r41≤-284mm，-192mm≤ r42≤-173mm，28mm≤d8≤32mm。
45.其中，通过合理设置第四透镜l4的物侧面s7和像侧面s8的曲率半径，以及第四透镜l4在其光轴上的中心厚度d8，有助于进一步降低最大视场远心度，同时，可使第四透镜l4厚薄均匀，从而易于加工，方便组装。
46.作为一种可行的实施方式，如图1所示，第五透镜l5的物侧面s9的曲率半径为r51，第五透镜l5的像侧面s10的曲率半径为r52，第五透镜 l5在其光轴上的中心厚度为d10，其中，-473mm≤r51≤-427mm，-247mm ≤r52≤-222mm，29mm≤d10≤31mm。
47.其中，通过合理设置第五透镜l5的物侧面s9和像侧面s10的曲率半径，以及第五透镜l5在其光轴上的中心厚度d10，有助于进一步降低最大视场远心度，同时，可使第五透镜l5厚薄均匀，从而易于加工，方便组装。
48.作为一种可行的实施方式，如图1所示，第六透镜l6的物侧面s11 的曲率半径为r61，第六透镜l6的像侧面s12的曲率半径为r62，第六透镜l6在其光轴上的中心厚度为d12，其中，-375mm≤r61≤-338mm，-231mm ≤r62≤-208mm，29mm≤d12≤31mm。
49.其中，通过合理设置第六透镜l6的物侧面s11和像侧面s12的曲率半径，以及第六透镜l6在其光轴上的中心厚度d12，有助于进一步降低最大视场远心度，同时，可使第六透镜l6厚薄均匀，从而易于加工，方便组装。
50.作为一种可行的实施方式，如图1所示，第一透镜l1与第二透镜l2 在光轴上的间距为d3，第二透镜l2与第三透镜l3在光轴上的间距为d5，第三透镜l3与第四透镜l4在光轴上的间距为d7，第四透镜l4与第五透镜l5在光轴上的间距为d9，第五透镜l5与第六透镜l6在光轴上的间距为d11，第六透镜l6与聚焦像面在光轴上的间距为d13,其中，78mm≤d3 ≤87mm，13mm≤d5≤16mm，1mm≤d7≤3mm，1mm≤d9≤3mm，1mm≤d11≤3mm， 698mm≤d13≤772mm。
51.其中，通过合理设置相邻透镜在光轴上的间距，有助于进一步降低最大视场远心度，同时，还可使6枚透镜厚薄均匀，从而易于加工，方便组装。
52.示例性的，以下以一种可行的实施方式，详细说明本发明实施例提供的远心平场镜头中各个透镜的具体光学物理参数。
53.具体的，如图1所示，本发明实施例提供的远心平场镜头包括沿入射光线传播方向设置的光阑l0、第一透镜l1、第二透镜l2、第三透镜l3、第四透镜l4、第五透镜l5和第六透镜l6，第一透镜l1为弯月透镜，其弯月方向与入射光线的传播方向相同，第二透镜l2为弯月透镜，其弯月方向与入射光线的传播方向相反，第三透镜l3为弯月透镜，其弯月方向与入射光线的传播方向相反，第四透镜l4为弯月透镜，其弯月方向与入射光线的传播方向相反，第五透镜l5为弯月透镜，其弯月方向与入射光线的传播方向相反，第六透镜l6为弯月透镜，其弯
月方向与入射光线的传播方向相反。
54.其中，光阑l0的光阑孔径大小为24mm，光阑l0与第一透镜l1在光轴上的间距d1为35mm。
55.第一透镜l1的物侧面的曲率半径r11为640.017mm，第一透镜l1的像侧面s2的曲率半径r12为161.355mm，第一透镜l1在其光轴上的中心厚度d2为12.84mm。
56.第二透镜l2的物侧面s3的曲率半径r21为-69.771mm，第二透镜l2 的像侧面s4的曲率半径r22为-101.128mm，第二透镜l2在其光轴上的中心厚度d4为12.04mm。
57.第三透镜l3的物侧面s5的曲率半径r31为-226.758mm，第三透镜l3 的像侧面s6的曲率半径r32为-146.667mm，第三透镜l3在其光轴上的中心厚度d6为29.48mm。
58.第四透镜l4的物侧面s7的曲率半径r41为-299.878mm，第四透镜l4 的像侧面s8的曲率半径r42为-182.091mm，第四透镜l4在其光轴上的中心厚度d8为29.99mm。
59.第五透镜l5的物侧面s9的曲率半径r51为-449.730mm，第五透镜l5 的像侧面s10的曲率半径r5为-234.685mm，第五透镜l5在其光轴上的中心厚度d10为30.00mm。
60.第六透镜l6的物侧面s11的曲率半径r61为-356.212mm，第六透镜 l6的像侧面s12的曲率半径r62为-219.551mm，第六透镜l6在其光轴上的中心厚度d12为30.00mm。
61.第一透镜l1与第二透镜l2在光轴上的间距d3为82.37mm，第二透镜l2与第三透镜l3在光轴上的间距d5为14.29mm，第三透镜l3与第四透镜l4在光轴上的间距d7为2.00mm，第四透镜l4与第五透镜l5在光轴上的间距d9为2.00mm，第五透镜l5与第六透镜l6在光轴上的间距d11为 2.00mm，第六透镜l6与聚焦像面在光轴上的间距d13为734.81mm。
62.通过本实施例中各透镜的组合，所得到的远心平场镜头焦距为460mm，该远心平场镜头在入射光为1064nm的红外光波时，入瞳直径(最大光斑入射直径)为24mm，得出的扫描范围可以是230mm*230mm，远心度≤6
°
，具有较小的远心度。该远心平场镜头在激光加工设备中搭配振镜头使用时，可以实现对薄板的切割，并能够获得良好的切割效果，不需要再进行后续加工，从而可降低加工成本。同时，各透镜厚薄均匀，易于加工，方便组装。
63.需要说明的是，上述各透镜面的曲率半径、间隔以及材料参数的修正范围为
±
5％。
64.进一步地，图2为本发明实施例提供的一种远心平场镜头的光路结构示意图，如图2所示，该远心平场镜头的最大视场角可达到21
°
，可以具备较大的扫描范围，且在最大视场角时，光线远心度小于6
°
，使得该远心平场镜头在激光加工设备中搭配振镜头使用时，可以实现对薄板的切割，并能够获得良好的切割效果，不需要再进行后续加工，从而可降低加工成本。
65.图3为本发明实施例提供的一种远心平场镜头的点列图，其中，点列图是现代光学设计中最常用的评价方法之一。点列图是指由一点光源发出的许多光线经光学系统后，因像差使其与像面的交点不再集中于同一点，而形成了一个散布在一定范围的弥散斑图形，弥散斑的形状及尺寸反映了该镜头对应于成像后的像差。如图3所示，光线在该远心平场镜头的各视场位置处的均方根半径值(rms半径)分别为4.031μm、13.261μm、24.582 μm和42.039μm，表明其最大rms(均方根)弥散斑半径为42.039，也即说明了激光在该远心平场镜头聚焦后光束质量影响较小，具有较低的差和像差，可以适用于各种激光加工场合。
66.图4为本发明实施例提供的一种远心平场镜头的场曲畸变图，如图4 所示，左侧坐
标系中，水平坐标表示场曲的大小，单位为mm；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；其中t表示子午，s表示弧失；场曲反映激光加工聚焦面在不同视场下弯曲的的程度，由图4可以看出，本发明实施例提供的远心平场镜头在1.0视场时最大场曲小于1.94mm，在场曲上被有效地控制，即在成像时，中心的像质和周边的像质差距较小，从而可以达到良好的激光加工效果。
67.继续参考图4，右侧坐标系中，水平坐标表示畸变的大小，单位为％；垂直坐标表示归一化像高，没有单位；其中，远心平场镜头若要达到良好的激光加工效果，需控制f-θ畸变，由图4可以看出，本实施例提供的远心平场镜头最大f-θ畸变＜0.4％，畸变得到了较好地矫正，成像畸变较小，可以达到良好的激光加工效果。
68.基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种激光加工设备，该激光加工设备包括本发明任意实施例所述的远心平场镜头，因此，本发明实施例提供的激光加工设备具有上述任一实施例中的技术方案所具有的技术效果，与上述实施例相同或相应的结构以及术语的解释在此不再赘述。
69.具体的，远心平场镜头搭配激光加工设备中的振镜头使用，在入射光为1064nm的红外光波时，入瞳直径(最大光斑入射直径)为24mm，最大打标/焊接/切割范围达到230mm*230mm，远心度≤6
°
，具有较小的远心度。该远心平场镜头在激光加工设备中搭配振镜头使用时，可以实现对薄板的切割，并能够获得良好的切割效果，不需要再进行后续加工，从而可降低加工成本。
70.上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
技术特征：
1.一种远心平场镜头，其特征在于，包括沿入射光线传播方向设置的光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜；所述第一透镜为弯月透镜，其弯月方向与所述入射光线的传播方向相同；所述第二透镜为弯月透镜，其弯月方向与所述入射光线的传播方向相反；所述第三透镜为弯月透镜，其弯月方向与所述入射光线的传播方向相反；所述第四透镜为弯月透镜，其弯月方向与所述入射光线的传播方向相反；所述第五透镜为弯月透镜，其弯月方向与所述入射光线的传播方向相反；所述第六透镜为弯月透镜，其弯月方向与所述入射光线的传播方向相反。2.根据权利要求1所述的远心平场镜头，其特征在于，所述光阑与所述第一透镜在光轴上的间距为d1，其中，33mm≤d1≤37mm。3.根据权利要求1所述的远心平场镜头，其特征在于，所述第一透镜的物侧面的曲率半径为r11，所述第一透镜的像侧面的曲率半径为r12，所述第一透镜在其光轴上的中心厚度为d2，其中，608mm≤r11≤673mm，153mm≤r12≤170mm，12mm≤d2≤14mm。4.根据权利要求1所述的远心平场镜头，其特征在于，所述第二透镜的物侧面的曲率半径为r21，所述第二透镜的像侧面的曲率半径为r22，所述第二透镜在其光轴上的中心厚度为d4，其中，-77mm≤r21≤-66mm，-107mm≤r22≤-96mm，11mm≤d4≤13mm。5.根据权利要求1所述的远心平场镜头，其特征在于，所述第三透镜的物侧面的曲率半径为r31，所述第三透镜的像侧面的曲率半径为r32，所述第三透镜在其光轴上的中心厚度为d6，其中，-239mm≤r31≤-215mm，-155mm≤r32≤-139mm，28mm≤d6≤31mm。6.根据权利要求1所述的远心平场镜头，其特征在于，所述第四透镜的物侧面的曲率半径为r41，所述第四透镜的像侧面的曲率半径为r42，所述第四透镜在其光轴上的中心厚度为d8，其中，-315mm≤r41≤-284mm，-192mm≤r42≤-173mm，28mm≤d8≤32mm。7.根据权利要求1所述的远心平场镜头，其特征在于，所述第五透镜的物侧面的曲率半径为r51，所述第五透镜的像侧面的曲率半径为r52，所述第五透镜在其光轴上的中心厚度为d10，其中，-473mm≤r51≤-427mm，-247mm≤r52≤-222mm，29mm≤d10≤31mm。8.根据权利要求1所述的远心平场镜头，其特征在于，所述第六透镜的物侧面的曲率半径为r61，所述第六透镜的像侧面的曲率半径为r62，所述第六透镜在其光轴上的中心厚度为d12，其中，-375mm≤r61≤-338mm，-231mm≤r62≤-208mm，29mm≤d12≤31mm。9.根据权利要求1所述的远心平场镜头，其特征在于，所述第一透镜与所述第二透镜在光轴上的间距为d3，所述第二透镜与所述第三透镜在光轴上的间距为d5，所述第三透镜与所述第四透镜在光轴上的间距为d7，所述第四透镜与所述第五透镜在光轴上的间距为d9，所述第五透镜与所述第六透镜在光轴上的间距为d11，所述第六透镜与聚焦像面在光轴上的间距为d13,其中，78mm≤d3≤87mm，13mm≤d5≤16mm，
1mm≤d7≤3mm，1mm≤d9≤3mm，1mm≤d11≤3mm，698mm≤d13≤772mm。10.一种激光加工设备，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的远心平场镜头。
技术总结
本发明公开了一种远心平场镜头及激光加工设备。其中，远心平场镜头包括沿入射光线传播方向设置的光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜均为弯月透镜，且第一透镜的弯月方向与入射光线的传播方向相同，第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜的弯月方向与入射光线的传播方向相反。本发明实施例的远心平场镜头及激光加工设备，通过设置6枚透镜均为弯月透镜，且合理设置各个透镜的弯月方向，可实现6
