JP2018005232A - 少なくとも第一および第二の光学アセンブリを有する対物レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも第一および第二の光学アセンブリを有する対物レンズを提供する。【解決手段】 本発明は以下の特徴を有する対物レンズ（１）に関する：第一の対物レンズ筐体（２）の中に取り付けられ、少なくとも１つの第一のレンズ（４）を含み、第一のレンズ（４）は、略同じ曲率半径の少なくとも第一の面（４Ａ）および第二の面（４Ｂ）を有する第一の光学アセンブリと、第二の対物レンズ筐体（３）の中に取り付けられ、少なくとも１つのレンズを含む第二の光学アセンブリと、を有し、第一および第二の対物レンズ筐体は接続領域（Ｖ）において相互に接続され、第一の対物レンズ筐体内の、接続領域に直に隣接するレンズは第一のレンズ（４）である。【選択図】図２

Description

本発明は、少なくとも第一および第二の光学アセンブリを有する対物レンズに関する。この種の対物レンズはまた、特に、いわゆるＦシータ対物レンズも含み、これらは、例えばレーザ材料加工のための走査装置で使用されるかもしれない高出力レーザを集光するために提供される。

レーザおよび材料加工の分野では、使用される光学システムのますます高い光学品質と、高い生産安定性、すなわち製造されたシステムの光学的性能の相互間の偏差が小さいことが要求される。

使用されるコンポーネントの製造公差は一般に、収差と光学品質の低下につながる。主としてＵＶおよびソリッドクオーツ光学システムの分野において、これは顕著に低い品質と、後処理費用の増大の原因となる。マウンティング技術は、特にＦシータ対物レンズの場合に中心的要素である。品質に関する現在の要求事項はもはや、先行技術からの標準的技術では確実に満たすことができない。

標準的なＦシータマウンティング技術は、いわゆるフィリングマウンティングによって区別される。フィリングマウンティングの原理は、レンズとスペーサリングの自動芯出しの概念に基づく。例えば、略同じ曲率半径の第一の面と少なくとも１つの第二の面とを有するメニスカスレンズ（図１では「Ｍ」で示す）を使用する場合、これによって問題が生じる可能性があり、それは、これらのメニスカスレンズには芯出し効果がなく、それぞれの支持体によってずれていってしまうからである。その結果、アセンブリの状態は最大限まで芯がずれることになりうる。同様の問題は、平凸または平凹レンズ（図１では「Ｐ」で示す）が使用される時にも発生し得る。これらのレンズの平坦側は、上述のフィリングマウンティング技術では芯出しできない。両面に適当な曲率を持つレンズ（図１では「Ｇ」で示す）にしか、十分に高い自動芯出し効果がない。

スライディングレンズ（高精度の特殊対物レンズ）を備える調節回転マウントの技術はコストがかかり、複雑で、大きいスペースを必要とする。その結果、前記技術は大量消費市場には適していない。Ｆシータ対物レンズをフィッティングする際、レンズをいわゆるチューブマウント（チューブ）に挿入し、スペーサ（リングまたはスペーサ）によって所望のレンズユニットとパラメータに応じて成形する。実質的に円筒形のチューブとスペーサを１つずつマウント筐体（筐体）に挿入し、フィッティングする。不適正な組立による、またはスペーサその他の不規則性による欠陥が工程中に発生する可能性があり、これは最終的に調節不良と、その先の結果として画像の欠陥につながる。これらの欠陥は、対物レンズのレンズユニット全体を通じてレンズからレンズへと伝わる。

本発明の目的は、自動芯出し能力の低いレンズ、すなわち略同じ曲率半径の第一の面と少なくとも１つの第二の面とを有するレンズを有する対物レンズを構成し、フィッティングするための、組立欠陥を最小化できるか、さらには補償できる解決策を提供することである。この目的は、この種の対物レンズについて、特許請求項１の特徴によって達成される。有利な実施形態は、従属項ならびに以下の説明および図面からわかる。

本発明は対物レンズを提供し、この対物レンズは以下の特徴を有する：
第一の対物レンズ筐体の中に取り付けられ、少なくとも１つの第一のレンズを含み、第一のレンズは、略同じ曲率半径の少なくとも第一の面および第二の面を有する第一の光学アセンブリと、
第二の対物レンズ筐体の中に取り付けられ、少なくとも１つのレンズを含む第二の光学アセンブリと、
を有し、第一および第二の対物レンズ筐体は接続領域において相互に接続され、第一の対物レンズ筐体内の、接続領域に直に隣接するレンズは第一のレンズである。

本明細書に記載されている方式は、略同じ曲率を有する第一の面および第二の面を有するレンズの場合、自動芯出し能力が全くないか、少なくとも非常に低いとの知識に基づく。この解決策は、対物レンズ筐体の２つの部品からなる設計により、その結果として生成される接続領域を使って、既存の製造欠陥を均質化し、または補償することができる、という点で卓越している。

本発明によれば、「略同じ曲率半径」という技術的特徴は、曲率半径の差が最大で１０パーセント、好ましくは５パーセント未満、特に好ましくは１パーセント未満であることを意味すると理解されたい。

別の実施形態において、第一のレンズは、第一の面として凹面、および第二の面として凸面を有するメニスカスレンズの形態であるか、平凸または平凹レンズの形態である。この種のレンズは、レーザ材料加工への使用に特に適している。

別の実施形態において、第一の対物レンズ筐体は第二の対物レンズ筐体に取り外し可能に接続され、特に螺合される。取り外し可能な接続、特に螺合により、第一の対物レンズ筐体を第二の対物レンズ筐体から特に素早く切り離すことができる。

別の実施形態において、第一の対物レンズ筐体と第二の対物レンズ筐体との間に、第一の対物レンズ筐体と第二の対物レンズ筐体との間の距離を変化させるための手段を取り付けることができる。この手段は好ましくは、スペーサ要素の形態とすることができる。第一および第二の対物レンズ筐体間の距離は、この種の実施形態によって制御できる。したがって、何れの結像欠陥も修正できる。

別の実施形態において、第一の対物レンズ筐体を第二の対物レンズ筐体に第一の位置と、前記第一の位置からアジマスにおいて異なる少なくとも１つの第二の位置において接続するための手段がある。特に、２つの筐体部分を当初の位置に関して回転させることによって、非対称収差を補償できる。

本明細書で提示される方式はさらに、レーザ材料加工のための装置を提供し、この装置は以下の特徴を有する：
光束を発するレーザビーム源；および
光束を加工面に集光するための、本発明による対物レンズ。

例として下記のような添付の図面を参照しながら、本発明をより詳しく説明する。

各種のレンズの自動芯出し工程の概略図を示す。 本発明のある例示的実施形態による概略図を示す。 本発明のある例示的実施形態による概略図を示す。

本発明の好ましい例示的実施形態に関する以下の説明の中で、同じまたは同様の参照記号は、各種の図面において示され、同様の方法で機能する要素について使用されており、これらの要素についての説明は繰り返さない。

図２は、本発明による対物レンズ１の考えられる実装の概略図を示す。対物レンズ１は、光束Ｌ、例えばより詳しく図視されていないレーザビーム源から加工面ＢＥへのレーザ光束を形成する。

この図は、接続領域Ｖにおいて接続された対物レンズ筐体部分２および３を示す。例示的実施形態によれば、２つの筐体部分はねじ８によって相互に螺合されており、断面部分でねじが１つだけ見える。第一の対物レンズ筐体２はメニスカスレンズ４の形態の第一のレンズと別のレンズ５とを含む。これら２つのレンズは第一の光学アセンブリを形成する。第二の対物レンズ筐体３はレンズ６と別のレンズ７とを含み、これら２つのレンズの正確な機能は、これ以上詳しく説明しない。これら２つのレンズは第二の光学アセンブリを形成する。

図２から明らかであるように、メニスカスレンズ４は凹面４Ａと凸面４Ｂとを含み、これら２つの面の曲率半径は略同じである。メニスカスレンズ４は、第一の光学アセンブリからの、接続領域Ｖと直接隣接するレンズである。したがって、レンズ４および７間のエアスペースを、例えば第一の対物レンズ筐体と第二の対物レンズ筐体との間にスペーサ要素を挿入することによって、簡単かつ素早く設定できる。この種の手段により、フィリングマウンティング技術のような芯ずれが大きくなる状態が起こりえない。

図３は、本発明の別の実施形態を示す。図３は、右側の領域において第二の対物レンズ筐体３を示しており、これは、この実施形態においては８つのねじ穴８０を有する。

２つの対物レンズ筐体の相互に関する方位は、例えば９０°のステップより小さい場合であっても、第二の筐体部分３に複数のねじ穴を設けたことによって変化させることができる。穴の数と、したがって対物レンズ筐体の相互に関する変更可能性には、技術的およびテクノロジー上の便宜の点で限界がない。

２つの対物レンズ筐体、すなわち第一の対物レンズ筐体２と第二の対物レンズ筐体３を組み立てた状態の対物レンズ１の外観が、図３において（左側領域に）、接続ねじ８が見えている状態で示されている。

この種の対物レンズ、特にＦシータ対物レンズは、キロワット範囲の中出力および高出力の精密材料加工への使用に適している。Ｆシータ対物レンズは、これらが特に長い耐用寿命を有し、高精度のレーザ材料加工を可能にするという点で卓越している。これらは、例えば異なる材料の微細構造加工、マーキング、および彫刻に使用できる。

Ｆシータ対物レンズは特に、高出力レーザおよび短パルスでの用途に向けて開発され、使用されている。前記対物レンズは特に、特定の高いレーザ出力に関して、なるべく吸収しないソリッドクオーツ対物レンズである。対物レンズは回折が限定され、高い結像品質により卓越している。それに加えて、これらはかなり高い損傷閾値と、走査範囲全体にわたる高いスポット一貫性とを提供する。これらにより、高出力レーザにおける焦点シフトが最小となることが保証される。

特殊な低汚染マウンティング技術、接着剤および潤滑剤の不使用、ならびに認証されたクリーンルームでの組立により、長い耐用寿命を有する高精密対物レンズを製造できる。

２つの対物レンズ筐体は、少なくとも部分的にアルミニウム、真鍮、および／またはステンレス鋼で構成され、良好な加工性が有利である。２つの対物レンズ筐体の機械的および／または熱負荷に対する堅牢性のほか、重量もまた、材料の選択にとって同様に重要である。したがって、特に、おそらくは異なる材料ユニットの複数のコンポーネント筐体を相互に接続し、特に相互に螺合できる。

ある例示的実施形態が第一の特徴と第二の特徴との間に「および／または」という接続詞を含む場合、これは、その例示的実施形態が、１つの実施形態によれば第一の特徴と第二の特徴の両方を有し、別の実施形態によれば第一の特徴のみ、または第二の特徴のみの何れかを有することを意味するものとする。

１ 対物レンズ
２ 第一の対物レンズ筐体
３ 第二の対物レンズ筐体
４ 第一のレンズ
４Ａ 第一の面
４Ｂ 第二の面
６、７ レンズ
８０ 接続手段
ＢＥ 加工面
Ｌ 光束
Ｖ 接続領域

Claims (7)

1. 対物レンズ（１）であって、
   第一の対物レンズ筐体（２）の中に取り付けられ、少なくとも１つの第一のレンズ（４）を含み、前記第一のレンズ（４）は、略同じ曲率半径の少なくとも第一の面（４Ａ）および第二の面（４Ｂ）を有する第一の光学アセンブリと、
   第二の対物レンズ筐体（３）の中に取り付けられ、少なくとも１つのレンズ（６、７）を含む第二の光学アセンブリと、
   を有し、前記第一および前記第二の対物レンズ筐体は接続領域（Ｖ）において相互に接続され、前記第一の対物レンズ筐体内の、前記接続領域に直に隣接するレンズが前記第一のレンズ（４）である、
   という特徴を有する対物レンズ（１）。
2. 前記第一のレンズ（４）は、第一の面（４Ａ）として凹面、および第二の面（４Ｂ）として凸面を有するメニスカスレンズの形態であることを特徴とする、請求項１に記載の対物レンズ（１）。
3. 前記第一のレンズ（４）は、平凸または平凹レンズの形態であることを特徴とする対物レンズ（１）。
4. 前記第一の対物レンズ筐体と前記第二の対物レンズ筐体は取り外し可能に接続され、特に螺合されることを特徴とする、請求項１または２に記載の対物レンズ（１）。
5. 前記第一の対物レンズ筐体（２）と前記第二の対物レンズ筐体（３）との間に、前記第一の対物レンズ筐体（２）と前記第二の対物レンズ筐体（３）との間の軸方向の距離を変化させるための手段を取り付けることができることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の対物レンズ（１）。
6. 前記第一の対物レンズ筐体（２）を前記第二の対物レンズ筐体（３）に第一の位置および前記第一の位置とは方位の異なる少なくとも１つの第二の位置において接続するための手段（８０）があることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の対物レンズ（１）。
7. レーザ材料加工のための装置であって、以下の特徴：
   光束（Ｌ）を発するレーザビーム源と、
   前記光束（Ｌ）を加工面（ＢＥ）に集光するための、請求項１〜６のいずれか一項に記載の対物レンズと、
   を有する装置。

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