JP3221341U - エフシータレンズ - Google Patents
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Abstract
【課題】レーザ材料加工のための走査装置に使用可能な、高出力レーザを集束させるためのエフシータレンズを提供する。【解決手段】焦点距離f1を有する凹形−凹形−レンズとしての第1単一レンズL1と、第1単一レンズL1の後方に配置されている焦点距離f2を有する凹形−凸形−レンズとしての第2単一レンズL2と、第2単一レンズL2の後方に配置されている焦点距離f3を有する凸形−凸形−レンズL3としての第3単一レンズL3と、第3単一レンズL3の後方に配置されている焦点距離f4を有する凸形−凸形−レンズとしての第4単一レンズL4とを備え、かつエフシータレンズの全焦点距離fを有するエフシータレンズであって、全焦点距離fに対する焦点距離f1〜f4の比が、次の条件を満足する。−0.80<f1/f<−0.50、+2.10<f2/f<+2.70、+1.20<f3/f<+1.60、+2.00<f4/f<+2.40。【選択図】図1
Description
本考案は、レーザ材料加工のための走査装置において使用可能であるような、高出力レーザを集束させるためのエフシータ(fθ)レンズに関する。
エフシータレンズは、エフシータレンズの光軸に対して走査角度範囲+/−θだけ走査して当接するレーザビームを、平らな像面に集束させる。この走査角度範囲内では、走査角度と、像面内での光軸からのレーザビームの衝突点の間隔との比が線形関数に従う。すなわち、一定の角速度で走査されるレーザビームは、像面内で、一定速度で移動する焦点を発生する。その際、焦点の大きさは像面内のすべての場所で一定にすべきである。焦点の大きさはレーザ材料加工の目的、例えば文字書き入れ、被膜除去、切断に依存して決定される。
エフシータレンズを通過する際のレーザビームの波長に依存する屈折に基づいて、エフシータレンズは、高い焦点性質を達成するために、使用される加工レーザビームの波長に合わせて補正される。すなわち、レンズは、設定された大きさの像面に関して、許容温度誤差の範囲内で、設定された波長および設定されたレーザビーム直径について、焦点の大きさの著しい変化をもたらす光学的な結像エラーを生じないようにあるいは非常に小さな結合エラーしか生じないように計算される。特にレーザ材料加工での使用のために、エフシータレンズは大きな像面と大きな全焦点距離を有する。
本考案の課題は、レーザビームの戻し反射のない結像を可能にする、355nmの波長と50〜60mmの全焦点距離を有する高出力レーザのためのエフシータレンズを提供することである。
この課題は、エフシータレンズに関しては請求項1の特徴によって解決される。有利な
実施形は従属請求項に記載してある。
実施形は従属請求項に記載してある。
次に、図に基づいて本考案を詳しく説明する。
本考案に係るエフシータレンズは、エフシータレンズの前方に離隔配置された入射瞳EPを有する。この入射瞳は、1個の走査ミラーが設けられた平面内に配置可能であるかまたは2個の走査ミラーを使用する場合にはそのために計算された代用平面が設けられた平面内に配置可能である。エフシータレンズは共通の光軸A上に配置された4個の単一レンズL1〜L4を備えている。この4個の単一レンズL1〜L4は「負−正−正−正」レンズ列を形成するように形成されている。すなわち、第1単一レンズL1は負の焦点距離を有し一方、他の3個のレンズL2〜L4は正の焦点距離を有する。
その際、第1レンズL1は凹形−凹形−レンズ(二重凹形レンズ)であり、第2レンズL2は凹形−凸形−レンズであり、第3レンズL3は凸形−凸形−レンズ(二重凸形レンズ)であり、第4レンズL4は同様に凸形−凸形−レンズ(二重凸形レンズ)である。
4個の単一レンズの焦点距離は次の要求を満足する。
全焦点距離fに対する第1レンズL1の焦点距離f1の焦点距離比は、−0.80<f1/f<−0.50である。
全焦点距離fに対する第2レンズL2の焦点距離f2の焦点距離比は、2.10<f2/f<2.70である。
全焦点距離fに対する第3レンズL3の焦点距離f3の焦点距離比は、1.20<f3/f<1.60である。
全焦点距離fに対する第4レンズL4の焦点距離f4の焦点距離比は、2.00<f4/f<2.40である。
全焦点距離fに対する第1レンズL1の焦点距離f1の焦点距離比は、−0.80<f1/f<−0.50である。
全焦点距離fに対する第2レンズL2の焦点距離f2の焦点距離比は、2.10<f2/f<2.70である。
全焦点距離fに対する第3レンズL3の焦点距離f3の焦点距離比は、1.20<f3/f<1.60である。
全焦点距離fに対する第4レンズL4の焦点距離f4の焦点距離比は、2.00<f4/f<2.40である。
4個の単一レンズL1〜L4の手前に、保護ガラスSGを配置することができる。
本考案に係るエフシータレンズによって達成される有益な効果は、石英ガラスからなる4個の単一レンズL1〜L4によって、高出力レーザに適していて355nmの波長のために補正された、56mmの全焦点距離を有するエフシータレンズが生じることにある。エフシータレンズのパラメータは、レンズL1〜L4の光学的に有効な面と場合によっては保護ガラスSGで発生する戻し反射が、レンズL1〜L4の表面または入射瞳EP周りに配置されたミラーで集束されないように形成されている。レンズの材料内では戻し反射はない。光学的な表面で戻し反射は発生せず、推奨された走査位置の場所で戻し反射は発生しない。このようなエフシータレンズの実施の形態の特別な構造およびパラメータについて次に説明する。
エフシータレンズの入射瞳EPは、第1レンズL1、すなわち厚さd2の凹形−凹形−レンズの前側の頂点の前方の距離d1にあり、この第1レンズの前側の表面は半径r1を有し、後側の表面は半径r2を有する。この第1レンズL1から空隙d3をおいて、第2レンズL2、すなわち厚さd4の凹形−凸形−レンズが設けられ、この第2レンズの前側の表面は半径r3を有し、後側の表面は半径r4を有する。空隙d5をおいて、第3レンズL3、すなわち厚さd6の凸形−凸形−レンズまたは二重凸形レンズが設けられている。この第3レンズの前側の表面は半径r5を有し、後側の表面は半径r6を有する。空隙d7をおいて、第4レンズL4、すなわち厚さd8の厚さ凸形−凸形−レンズまたは二重凸形レンズが設けられている。この第4レンズの前側の表面は半径r7を有し、後側の表面は半径r8を有する。空隙d9をおいて、厚さd10の平行平面の保護ガラスSGが設けられている。像面BEは保護ガラスSGに対してd11の距離に生じる。すべての単一レンズL1〜L4と保護ガラスSGのための材料として、屈折率nを有する石英ガラスが選択される。
単一レンズL1〜L4の半径、厚さおよび間隔dは、次の表に記載されている。
距離と厚さは同じようにdで表され、エフシータレンズの光軸Aに沿った順序でビーム通過方向に通し番号が付けられ、図1ではd1〜d11として記載されている。記載「前側の」および「後側の」表面はビーム通過方向に関連している。半径r1〜r10は当該のレンズL1〜L4と保護ガラスSGを参照することによって確実に割り当て可能であり、従って見やすくするために図1には記載されていない。
材料に左右される単一レンズL1〜L4の屈折率に依存して、かつ単一レンズ曲率半径r1〜r8に関連して、単一レンズL1〜L4の厚さd2、d4、d6、d8はそれぞれ、単一レンズL1〜L4の焦点距離f1〜f4を決定する。それぞれ単一レンズL1〜L4の主平面からの焦点の距離を示すこの焦点距離f1〜f4は、図1には記載されていない。なぜなら、見やすくするために、単一レンズL1〜L4の主平面が記入されていないからである。同様に、エフシータレンズの代用主平面からの像面BEの距離を表す全焦点距離fも記載されていない。
ここに記載したパラメータを有するエフシータレンズの場合、全焦点距離fに対して−0.66の比を有する第1レンズL1の焦点距離f1が生じ、全焦点距離に対して2.47の比を有する第2レンズL2の焦点距離f2が生じ、全焦点距離fに対して1.44の比を有する第3レンズL3の焦点距離f3が生じ、全焦点距離fに対して2.12の比を有する第4レンズL4の焦点距離f4が生じる。
空隙d3、d5、d7に関連するレンズL1〜L4の前後配置から、56mmの全焦点距離fが生じる。エフシータレンズは355nmの波長に補正される。
d1 EPとL1の間隔
d2 L1の厚さ
d3 L1とL2の間隔
d4 L2の厚さ
d5 L2とL3の間隔
d6 L3の厚さ
d7 L3とL4の間隔
d8 L4の厚さ
d9 L4と保護ガラス(SG)の間隔
d10 保護ガラスの厚さ
d11 保護ガラスと像面の間隔
d2 L1の厚さ
d3 L1とL2の間隔
d4 L2の厚さ
d5 L2とL3の間隔
d6 L3の厚さ
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d8 L4の厚さ
d9 L4と保護ガラス(SG)の間隔
d10 保護ガラスの厚さ
d11 保護ガラスと像面の間隔
Claims (3)
- 焦点距離f1を有する凹形−凹形−レンズとしての第1単一レンズL1と、焦点距離f2を有する凹形−凸形−レンズとしての第2単一レンズL2と、焦点距離f3を有する凸形−凸形−レンズL3としての第3単一レンズL3と、焦点距離f4を有する凸形−凸形−レンズとしての第4単一レンズL4とを有し、かつエフシータレンズの全焦点距離fを有する単一レンズを備えたエフシータレンズであって、全焦点距離fに対する焦点距離f1〜f4の比が、次の条件
−0.80/f1/f<−0.50
+2.10<f2/f<+2.70
+1.20<f3/f<+1.60
+2.00<f4/f<+2.40
を満足する、
上記エフシータレンズ。 - f1/f=−0.66、f2/f=−+2.47、f3/f=+1.44、f4/f=+2.12であることを特徴とする請求項1に記載のエフシータレンズ。
- 前記第1単一レンズL1の前方に、23mmの間隔d1をおいて、前記エフシータレンズの入射瞳EPが設けられていることを特徴とする請求項2に記載のエフシータレンズ。
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