超透镜扫描打标系统中超透镜的选择考虑重点

2024-01-14数码

超透镜非常适合激光加工，它们提供了很长的焦深，可以轻松精确地标记和加工各种非平面物体。

超透镜超长焦深示意图

与传统的场镜打标系统相比，超透镜打标系统具有以下优点：

超长景深（>75 mm），在非平面表面打标无需Z轴移动也可以在非平面上打出线条粗细一致的标记，特别适合3D打印或非平面加工。

由于省去了场镜，扫描打标头体积变小很多。

低成本、大批量生产。

可定制任何激光波长的超透镜。

适合所有功率等级的激光应用，低功率激光应用无需镀膜即可使用。

选用一个合适的超透镜，主要是考虑激光波长、通光口径（入射激光束光斑直径）、中心焦距、焦深、聚焦光斑直径、激光功率。在50W激光功率下，超透镜不需要镀膜就可以稳定工作。根据打标面积尺寸选择中心焦距，焦距越长，打标面积越大，但聚焦光斑也越大，所以需要选择合理的中心焦距。

超透镜打标系统光路图

假设超透镜到第2个扫描镜片的距离为L1，第2个扫描镜片到工作面的距离为L2，超透镜的有效中心焦距为F，则 F=L1+L2。如果振镜的最大扫描角度为θ，则中心焦点与边缘焦点的距离就是打标面的半径R，R=TAN(θ)*L2,R，最边缘的离焦量L3为 L3=L2/COSIN(θ)-L2,该离焦量应该小于1/2焦深，打标就会跟焦平面的标记一样清晰均匀。

假设打标面积边长，振镜的最大扫描光学角是±20度，假设L1=50mm，则计算超透镜的中心波长和离焦量±L3如下表所示，选择超透镜的有效焦距F还要考虑L1的距离，也就是超透镜到第2个扫描镜的距离，即超透镜有些焦距F=L1+L2

打标面积边长 mm	打标面积半径R mm	最大扫描角 θ	中心焦距L2 mm	有效中心焦距F mm	离焦量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

下图显示打标面与超透镜不同距离的打标效果，距离差高达75mm仍可以清晰标记。

下表显示了我们的一些产品参数的范围：

波长	有效焦距EFL	焦深DOF	直径	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