Feldlinse (F-Theta-Linse / Scanlinse)
Feldlinse (F-Theta-Linse / Scanlinse)
Was ist eine Feldlinse?
Die Feldlinse – oft auch F-Theta-Linse oder Scanlinse genannt – ist ein spezielles optisches Bauteil, das dafür sorgt, dass der Laserstrahl beim Scannen oder Gravieren eine ebene Fläche gleichmäßig abdeckt. Sie wird hinter dem Galvoscanner / Galvo-Kopf montiert und ist ein zentraler Bestandteil von Faser-, CO₂- und UV-Markierlasern.
Ohne Feldlinse wäre das Laserbild auf der Arbeitsfläche verzerrt: Der Strahl würde sich bogenförmig bewegen und die Brennweite (also der Fokus) würde über das Feld stark variieren. Die Feldlinse korrigiert diese Verzerrung – daher der Name: Sie erzeugt ein ebenes Scan-Feld.
Wie funktioniert eine Feldlinse?
Beim Scannen mit Galvo-Spiegeln wird der Laserstrahl über zwei Spiegel abgelenkt – horizontal (X) und vertikal (Y). Dabei entsteht ein Ablenkwinkel, kein gerader Weg. Die Feldlinse ist so konstruiert, dass sie diese Winkeldrehung optisch so umrechnet, dass der Brennpunkt auf einer flachen Ebene bleibt.
Das bedeutet:
- Der Fokuspunkt bleibt über die gesamte Gravurfläche gleich scharf.
- Die Strahlposition auf der Arbeitsfläche entspricht linear dem Ablenkwinkel des Galvos.
- Die Gravur ist maßstabsgetreu und nicht tonnen- oder kissenförmig verzerrt.
Diese Linsen werden mit speziellen Beschichtungen gefertigt, die auf die Wellenlänge des Lasers abgestimmt sind (z. B. 1064 nm bei Faserlasern, 10.6 µm bei CO₂-Lasern, 355 nm bei UV-Lasern).
Wichtige Kennwerte einer Feldlinse
| Parameter | Bedeutung | Typische Werte |
|---|---|---|
| Brennweite (f) | Abstand von Linse zu Fokusebene. Bestimmt Markierfeldgröße und Spotdurchmesser. | F100, F160, F210, F254, F420 mm |
| Scan-Feldgröße | Größe des bearbeitbaren Bereichs (z. B. 100×100 mm, 150×150 mm). | abhängig von Brennweite und Galvo-Spiegelgröße |
| Spotdurchmesser | Größe des Laserfokus auf der Oberfläche. | je nach Linse ca. 20–80 µm |
| Telezentrik | Erhält senkrechten Strahleneinfall – wichtig bei präzisen Tiefengravuren oder Mikrobearbeitung. | bei Standardlinsen meist nicht telezentrisch |
Beispiel: Zusammenhang zwischen Brennweite und Gravurqualität
- Kurze Brennweite (z. B. F100): kleineres Arbeitsfeld (~70×70 mm), kleiner Fokuspunkt, sehr hohe Auflösung und Energiedichte. Ideal für feine Gravuren.
- Mittlere Brennweite (z. B. F160–F210): Standard für 100×100 mm–150×150 mm Gravurflächen. Gute Balance zwischen Detail und Geschwindigkeit.
- Lange Brennweite (z. B. F254–F420): großes Arbeitsfeld (bis 300×300 mm oder mehr), aber größerer Fokus → weniger Detail, geringere Tiefenwirkung.
Je länger die Brennweite, desto größer der Fokus und desto schwächer die Gravur – weil die Energie auf eine größere Fläche verteilt wird.
Arten von Feldlinsen
- Standard-F-Theta-Linse: häufigster Typ, sorgt für gleichmäßiges Feld. Ideal für Gravur, Markierung, Beschriftung.
- Telezentrische Feldlinse: aufwendiger, aber der Strahl trifft die Oberfläche überall senkrecht – wichtig für präzise Tiefengravuren, Bohrungen oder additive Prozesse.
- Weitfeld-Linsen: für besonders große Gravurfelder (>300×300 mm), häufig mit Kompromissen bei der Schärfe am Rand.
- Spezialbeschichtete Linsen: je nach Laser-Wellenlänge (UV 355 nm, Grün 532 nm, IR 1064 nm, CO₂ 10.6 µm).
Material und Beschichtung
Feldlinsen bestehen meist aus Quarzglas (Faserlaser, UV-Laser) oder ZnSe (Zinkselenid) bei CO₂-Lasern. Die Linsenoberflächen sind mit einer Antireflex-Beschichtung (AR-Coating) versehen, die auf die jeweilige Wellenlänge abgestimmt ist. Falsche Linsenbeschichtung führt zu Leistungsverlust, Überhitzung oder sogar Beschädigung.
Montage und Justage
- Richtige Einbaulage: Die Feldlinse ist asymmetrisch – der Ein- und Austrittsdurchmesser unterscheiden sich. Der Hersteller kennzeichnet meist die Seite, die zum Galvo zeigt.
- Abstand zur Arbeitsfläche: Der Fokus liegt exakt auf der Fokusebene. Diese muss mit einer Fokussierhilfe oder Testplatte eingestellt werden.
- Justage: Die Linse muss senkrecht zur optischen Achse sitzen – sonst kommt es zu Verzerrungen und Unschärfen am Rand des Feldes.
- Sauberkeit: Staub, Fingerabdrücke oder Kratzer mindern Leistung erheblich. Nur mit speziellen Optiktüchern reinigen!
Typische Fehlerbilder
- Randunschärfe: Fokus zu hoch oder Linse nicht exakt ausgerichtet.
- Verzerrte Gravur: falsche Kalibrierung im [[Controller]] (z. B. EZCAD, LightBurn Galvo).
- Leistungsverlust: Linse verschmutzt oder falsche Beschichtung für Laserwellenlänge.
- Spotform oval: Linse verkippt oder Galvo nicht im Brennpunktzentrum.
Sicherheit & Pflege
- Nie mit bloßen Fingern anfassen – Hautfette verbrennen beim Lasern auf der Oberfläche.
- Regelmäßig Sichtkontrolle – Trübungen oder Kratzer bedeuten Leistungsverlust.
- Nur mit Isopropanol (99%) und fusselfreiem Optiktuch reinigen.
- Bei CO₂-Linsen (ZnSe): äußerst vorsichtig! Material ist spröde und empfindlich.
- Nie Druckluft direkt auf Optiken blasen – Feuchtigkeit oder Öl kann Schaden anrichten.
Wann eine andere Feldlinse sinnvoll ist
- Wenn du größere Werkstücke bearbeiten willst → längere Brennweite (größeres Feld, aber weniger Detail).
- Wenn du feinste Gravuren oder Mikromarkierungen machst → kürzere Brennweite (kleineres Feld, hoher Detailgrad).
- Wenn du Tiefengravuren oder präzise Schnitte machst → telezentrische Linse für senkrechten Strahleneinfall.
- Wenn du andere Wellenlängen nutzt (z. B. UV oder Grünlaser) → neue Linse mit passender AR-Beschichtung.
Kurz zusammengefasst
Die Feldlinse ist das Herzstück der Optik in jedem Faserlaser, CO2-Laser oder UV-Laser mit Galvokopf. Sie sorgt dafür, dass der Laserstrahl gleichmäßig über eine Fläche läuft und überall gleich scharf bleibt. Ihre Brennweite bestimmt Größe und Auflösung der Gravur. Eine saubere, korrekt ausgerichtete Linse ist entscheidend für Qualität, Präzision und Leistung – eine verschmutzte oder falsch montierte Linse kann das ganze System ruinieren.
