超透鏡掃描打標系統中超透鏡的選擇考慮重點

2024-01-14數位

超透鏡非常適合雷射加工，它們提供了很長的焦深，可以輕松精確地標記和加工各種非平面物體。

超透鏡超長焦深示意圖

與傳統的場鏡打標系統相比，超透鏡打標系統具有以下優點：

超長景深（>75 mm），在非平面表面打標無需Z軸移動也可以在非平面上打出線條粗細一致的標記，特別適合3D打印或非平面加工。

由於省去了場鏡，掃描打檔頭體積變小很多。

低成本、大批次生產。

可客製任何雷射波長的超透鏡。

適合所有功率等級的雷射套用，低功率雷射套用無需鍍膜即可使用。

選用一個合適的超透鏡，主要是考慮雷射波長、通光口徑（入射雷射束光斑直徑）、中心焦距、焦深、聚焦光斑直徑、雷射功率。在50W雷射功率下，超透鏡不需要鍍膜就可以穩定工作。根據打標面積尺寸選擇中心焦距，焦距越長，打標面積越大，但聚焦光斑也越大，所以需要選擇合理的中心焦距。

超透鏡打標系統光路圖

假設超透鏡到第2個掃描鏡片的距離為L1，第2個掃描鏡片到工作面的距離為L2，超透鏡的有效中心焦距為F，則 F=L1+L2。如果振鏡的最大掃描角度為θ，則中心焦點與邊緣焦點的距離就是打標面的半徑R，R=TAN(θ)*L2,R，最邊緣的離焦量L3為 L3=L2/COSIN(θ)-L2,該離焦量應該小於1/2焦深，打標就會跟焦平面的標記一樣清晰均勻。

假設打標面積邊長，振鏡的最大掃描光學角是±20度，假設L1=50mm，則計算超透鏡的中心波長和離焦量±L3如下表所示，選擇超透鏡的有效焦距F還要考慮L1的距離，也就是超透鏡到第2個掃描鏡的距離，即超透鏡有些焦距F=L1+L2

打標面積邊長 mm	打標面積半徑R mm	最大掃描角 θ	中心焦距L2 mm	有效中心焦距F mm	離焦量L3 mm
50	35.36	0.35	97.14	147.14	6.23
75	53.03	0.35	145.71	195.71	9.35
100	70.71	0.35	194.28	244.28	12.47
125	88.39	0.35	242.84	292.84	15.59
150	106.07	0.35	291.41	341.41	18.70
200	141.42	0.35	388.55	438.55	24.94
250	176.78	0.35	485.69	535.69	31.17
300	212.13	0.35	582.83	632.83	37.40
350	247.49	0.35	679.97	729.97	43.64
400	282.84	0.35	777.10	827.10	49.87

下圖顯示打標面與超透鏡不同距離的打標效果，距離差高達75mm仍可以清晰標記。

下表顯示了我們的一些產品參數的範圍：

波長	有效焦距EFL	焦深DOF	直徑	光斑大小
355 nm	25 - 100 mm	25, 50 mm	3 - 6 mm	25 - 250 um
532 nm	25 - 100 mm	25, 50 mm	3 - 6 mm	25 - 250 um
1064 nm	25 - 100 mm	25, 50 mm	3 - 6 mm	25 - 250 um
10.6 um	25 - 100 mm	25, 50 mm	3 - 6 mm	50 - 250 um