KR20190001935U - F-theta objective - Google Patents
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Abstract
초점거리(f1)를 갖는 오목-오목 렌즈로서 제 1 개별 렌즈(L1), 초점거리(f2)를 갖는 오목-볼록 렌즈로서 제 2 개별 렌즈(L2), 초점거리(f3)를 갖는 양면볼록 렌즈로서 제 3 개별 렌즈(L3)를 갖는 3개의 개별 렌즈를 포함하는 에프 세타 렌즈가 설명된다. 에프 세타 렌즈는, 에프 세타 렌즈의 전체 초점거리(f)를 가지며, 전체 초점거리(f)와 초점거리들(f1-f3) 사이의 비는 하기 조건들을 충족하는 에프 세타 렌즈:
-1.00 < f1/f < -0.80
-5.00 < f2/f < -4.00
+0.30 < f3/f < +0.60First individual lens (L 1), the focal length (f 2) for having a concave as the negative lens-second individual lens (L 2), the focal length as a convex lens (f 3) concave having the focal length (f 1) Desc / Clms Page number 2 > lens having three individual lenses L 3 as a double-convex lens having a single lens L 3 . Wherein the Fresnel lens has an overall focal length f of the Fresceller lens and the ratio between the total focal length f and the focal lengths f 1 to f 3 satisfies the following conditions:
-1.00 <f 1 / f <-0.80
-5.00 <f 2 / f <-4.00
+0.30 <f 3 / f <+0.60
Description
본 발명은 레이저 재료 가공을 위한 스캐닝 장치에서 사용될 수 있는 것과 같은 고출력 레이저를 포커싱하기 위한 에프 세타 렌즈(F-theta objective)에 관한 것이다. The present invention relates to an F-theta objective for focusing a high power laser such as may be used in a scanning apparatus for laser material processing.
에프 세타 렌즈는, 에프 세타 렌즈의 광학 축에 대해 +/-θ의 스캐닝 각도 범위를 스캐닝하면서 입사하는 레이저 빔을 평평한 이미지 평면(이미지 평면) 내로 포커싱하고, 이 경우 이러한 스캐닝 각도 범위 내에서 이미지 평면 내 광학 축과 레이저 빔의 입사점 사이의 간격과 스캐닝 각도의 비는 일차함수를 따른다. 즉 일정한 각속도로 스캐닝 되는 레이저 빔은 이미지 평면 내에 초점을 형성하고, 상기 초점은 일정한 속도로 이동한다. 이 경우 이미지 평면 내의 각각의 위치에서 초점의 크기는 일정할 수 있다. 초점의 크기는 레이저 재료 가공, 예를 들어 레이블링(labeling), 디코팅(decoating) 또는 커팅에 따라서 결정된다. The F-setter lens focuses the incident laser beam into a flat image plane (image plane) while scanning a scanning angular range of +/-? Relative to the optical axis of the F-theta lens, and in this case, The ratio of the distance between the optical axis to the incident point of the laser beam and the scanning angle follows a linear function. That is, the laser beam scanned at a constant angular velocity forms a focus in the image plane, and the focus moves at a constant velocity. In this case, the magnitude of the focus at each position in the image plane may be constant. The magnitude of the focus is determined by laser material processing, for example labeling, decoating or cutting.
에프 세타 렌즈의 투과 시 레이저 빔의 파장 의존적인 굴절로 인해 에프 세타 렌즈는 높은 초점 품질을 달성하기 위해, 사용된 가공 레이저 빔의 파장으로 보정되고, 즉 렌즈는, 미리 정해진 파장 및 미리 정해진 레이저 빔 직경에 대해 허용된 온도 저항성(temperature tolerance) 내에서 미리 정해진 크기의 이미지 평면에 광학 촬상 오류(optical imaging error)를 갖지 않거나 매우 작은 광학 촬상 오류만을 갖도록 계산되며, 이러한 오류는 초점의 눈에 띄는 크기 변동을 야기한다. 특히 레이저 재료 가공 시 사용을 위해 에프 세타 렌즈는 큰 이미지 평면과 큰 전체 초점거리를 갖는다. Due to the wavelength-dependent refraction of the laser beam in the transmission of the F-theta lens, the F-theta lens is corrected to the wavelength of the working laser beam used to achieve high focus quality, i. E. The lens is pre- Is calculated to have no optical imaging error or only a very small optical imaging error in the image plane of a predetermined size within the allowed temperature tolerance for the diameter, . Especially for use in laser material processing, the F-setter lens has a large image plane and a large overall focal length.
본 발명의 과제는 레이저 방사의 무 배면 반사(back reflex free) 촬상을 가능하게 하는, 1064 nm의 파장과 320 내지 380 mm의 전체 초점거리를 갖는 고출력 레이저를 위한 에프 세타 렌즈를 제공하는 것이다. 상기 과제는 청구항 제 1 항의 특징들을 포함하는 에프 세타 렌즈에 의해 해결된다 It is an object of the present invention to provide an F-theta lens for a high power laser having a wavelength of 1064 nm and a total focal length of 320 to 380 mm, which enables back reflex free imaging of laser radiation. The above problem is solved by an F-setter lens comprising the features of claim 1
바람직한 실시예들은 종속 청구항에 기술된다. Preferred embodiments are described in the dependent claims.
본 발명은 계속해서 도면을 참고로 설명된다. The invention will now be described with reference to the drawings.
도 1은 최대 스캐닝 각도에서 광학 축(A)을 따른 빔 경로의 표시와 함께 본 발명에 따른 렌즈의 기하학적 광학 다이어그램을 도시한 도면(보다 나은 설명을 위해 점선으로 표시)이다. 1 is a diagram showing a geometrical optical diagram of a lens according to the present invention with an indication of the beam path along the optical axis A at the maximum scanning angle (indicated by the dotted line for better illustration).
본 발명에 따른 에프 세타 렌즈는 에프 세타 렌즈 전방에 이격 배치된 입사동(entrance pupil;EP)을 포함하고, 상기 입사동은 하나의 스캐너 거울이 놓인 또는 2개의 스캐너 거울의 사용 시 이를 위해 계산된 대체 평면이 놓인 평면에 배치될 수 있고, 에프 세타 렌즈는 공통의 광학 축(A)에 배치된 3개의 개별 렌즈(L1-L3)를 포함한다. 3개의 개별 렌즈(L1-L3)는, “네가티브-네가티브-포지티브”렌즈 시퀀스를 형성하도록 구성된다. 즉 2개의 제 1 개별 렌즈(L1-L2)는 네가티브 초점거리를 갖는 한편, 제 3 렌즈(L3)는 포지티브 초점거리를 갖는다. The fftera lens according to the present invention comprises an entrance pupil (EP) spaced apart in front of an F-numbered lens, said entrance pupil being calculated for one scanner mirror or for use with two scanner mirrors And the Fresceller lenses comprise three individual lenses L 1 -L 3 arranged on a common optical axis A, The three individual lenses L 1 -L 3 are configured to form a "negative-negative-positive" lens sequence. That is, the two first individual lenses L 1 -L 2 have a negative focal distance while the third lens L 3 has a positive focal distance.
제 1 렌즈(L1)는 이 경우 오목-오목-렌즈(양면오목렌즈)이고, 제 2 렌즈(L2)는 오목-볼록-렌즈이고, 그리고 제 3 렌즈(L3)는 볼록-볼록-렌즈(양면볼록렌즈)이다. A first lens (L 1) is in this case a concave-concave-lens (biconcave lens) and the second lens (L 2) has a concave-convex-lens, and the third lens (L 3) is a convex - convex - (Double-sided convex lens).
3개의 개별 렌즈들의 초점거리는 하기 요구를 충족한다:The focal length of the three individual lenses meets the following requirements:
전체 초점거리(f) 대 제 1 렌즈(L1)의 초점거리(f1)의 초점거리 비는 -1.00 < f1/f < -0.80이다.Total focal length (f) for a first focal length ratio was -1.00 <f 1 / f <-0.80 focal length of the lens (L 1) (f 1) .
전체 초점거리(f) 대 제 2 렌즈(L2)의 초점거리(f2)의 초점거리 비는 -5.00 < f2/f < -4.0이다.The focal length ratio of the total focal length (f) for a second focal length of the lens (L 2) (f 2) is -5.00 <f 2 / f <-4.0 is.
전체 초점거리(f) 대 제 3 렌즈(L3)의 초점거리(f3)의 초점거리 비는 +0.30 < f3/f < +0.6이다.The focal length ratio of the total focal length (f) for the third lens focal distance (L 3) (f 3) is +0.30 <f 3 / f <a +0.6.
3개의 개별 렌즈(L1-L3) 후방에 보호 유리(SG)가 배치될 수 있다. The protective glass SG may be disposed behind the three individual lenses L 1 -L 3 .
본 발명에 따른 에프 세타 렌즈에 의해 달성되는 바람직한 효과는, 석영 유리로 이루어진 3개의 개별 렌즈(L1-L3)에 의해 고출력 레이저에 적합하고 1064 nm의 파장에 대해 보정되며 350 mm의 전체 초점거리를 갖는 에프 세타 렌즈가 형성되는 것이다. 에프 세타 렌즈는 그 파라미터들에 의해, 렌즈(L1-L3)의 광학 작용면에 그리고 경우에 따라서 보호 유리(SG)에 발생하는 배면 반사가 렌즈(L1-L3)의 표면에 또는 입사동(EP) 주변에 배치된 거울에 포커싱되지 않도록 구성된다. 렌즈의 재료에서 배면 반사는 이루어지지 않는다. 광학 표면에서 배면 반사 및 추천된 스캐너 위치의 지점에서 배면 반사가 나타나지 않는다. 이러한 에프 세타 렌즈를 위한 실시예의 특수한 구조와 파라미터는 후속해서 설명된다.A preferred effect achieved by the F-setter lens according to the present invention is that it is suitable for high power lasers by means of three individual lenses (L 1 -L 3 ) made of quartz glass and is corrected for a wavelength of 1064 nm, An Efceta lens having a distance is formed. The Fresnel lens is characterized by its parameters such that the back surface reflections occurring on the optically acting surface of the lenses L 1 -L 3 and occasionally on the protective glass SG are applied to the surfaces of the lenses L 1 -L 3 , And is not focused on a mirror arranged around the incident copper EP. No back reflection is made in the material of the lens. Back reflection at the optical surface and no back reflection at the point of the recommended scanner position. The specific structure and parameters of the embodiment for such an F-theta lens will be described subsequently.
에프 세타 렌즈의 입사동(EP)은 제 1 렌즈(L1), 즉 두께(d2)를 갖는 오목-오목 렌즈의 전방 정점 앞에 d1의 간격을 두고 위치하고, 상기 렌즈의 전면은 반경(r1)을 갖고, 상기 렌즈의 후면은 반경(r2)을 갖는다. 상기 제 1 렌즈(L1)에 이어 에어 갭(d3)을 두고 제 2 렌즈(L2), 즉 두께(d4)를 갖는 오목-볼록-렌즈가 연속하고, 상기 렌즈의 전면은 반경(r3)을 갖고, 상기 렌즈의 후면은 반경(r4)을 갖는다. 에어 갭(d5)을 두고 제 3 렌즈(L3), 즉 두께(d6)를 갖는 볼록-볼록-렌즈 또는 양면볼록렌즈가 연속하고, 상기 렌즈의 전면은 반경(r5)을 갖고, 상기 렌즈의 후면은 반경(r6)을 갖는다. 에어 갭(d7)을 두고 두께(d8)를 갖는 평면 평행한 보호 유리(SG)가 연속한다. 이미지 평면(BE)는 보호 유리(SG)로부터 d9의 간격을 두고 형성된다. 모든 개별 렌즈(L1-L3) 및 보호 유리(SG)를 위해 굴절률(n)을 갖는 석영 유리가 재료로서 선택된다. The entrance pupil EP of the F-theta lens is located at a distance d 1 before the front vertex of the concave-concave lens having the first lens L 1 , that is, the thickness d 2 , 1 ), and the rear surface of the lens has a radius r 2 . The first with a lens the air gap (d 3) followed by (L 1) a second lens (L 2), that is concave with a thickness (d 4) - convex - front surface of the lens is the continuous, the lens radius ( r 3 , and the rear surface of the lens has a radius r 4 . A convex-convex lens or a double-convex lens having a third lens L 3 , that is, a thickness d 6 , is continuous with an air gap d 5 , the front surface of the lens has a radius r 5 , rear surface of the lens has a radius (r 6). The air gap (d 7) with the protective glass (SG) a plane parallel with the thickness (d 8) is continuous. The image plane (BE) is formed at an interval of d 9 from the protective glass (SG). A quartz glass having a refractive index (n) is selected as a material for all the individual lenses (L 1 -L 3 ) and the protective glass (SG).
개별 렌즈들(L1-L3)의 반경, 상기 렌즈의 두께 및 간격(d)은 하기 표에 제시된다. The radius of the individual lenses L 1 -L 3 , the thickness of the lens and the distance d are shown in the following table.
[mm]Radius
[mm]
[mm]thickness
[mm]
SG
에어SG
SG
air
∞
∞
∞
d9 d 8
d 9
4083
408
1.460081
간격과 두께들은 동일하게 d로 표시되고, 그 순서는 에프 세타 렌즈의 광학 축(A)을 따라 빔 투과 방향으로 넘버링되고, 도 1에 d1 내지 d9로 명시된다. 표현“전” 및 “후”면은 빔 투과 방향과 관련된다. 반경(r1-r6)은 해당 렌즈(L1-L3) 및 보호 유리(SG)와 관련해서 명확하게 할당될 수 있고, 따라서 명료함을 위해 도 1에는 명시되지 않는다. 개별 렌즈(L1-L3)의 재료 의존적인 굴절률(n)에 따라서 개별 렌즈(L1-L3)의 두께(d2, d4, d6)는 개별 렌즈의 곡률 반경(r1-r6)과 관련해서 개별 렌즈(L1-L3)의 각각의 초점거리(f1-f3)를 결정한다. 명료함을 위해 개별 렌즈(L1-L3)의 메인 평면이 표시되지 않았기 때문에, 도1에는 개별 렌즈(L1-L3)의 메인 평면과 초점 사이의 각각의 간격을 나타내는 초점거리(f1-f3)는 명시되지 않는다. 또한 에프 세타 렌즈를 위한 대체 메인 평면과 이미지 평면(BE) 사이의 간격을 나타내는 전체 초점거리(f)는 명시되지 않는다. The intervals and thicknesses are denoted by d equally, the order of which is numbered in the beam transmission direction along the optical axis A of the F-setter lens, denoted d 1 to d 9 in FIG. The expressions " before " and " after " are associated with the beam transmission direction. The radii r 1 -r 6 can be clearly assigned with respect to the lenses L 1 -L 3 and the protective glass SG and are therefore not explicitly shown in FIG. 1 for clarity. Each lens (L 1 -L 3) material-dependent refractive index (n) individual lenses (L 1 -L 3) according to the thickness of (d 2, d 4, d 6) of the radius of curvature of the individual lens (r 1 - (f 1 -f 3 ) of the individual lenses (L 1 -L 3 ) with respect to the respective focal lengths (f 1 -r 6 ). Since the main planes of the individual lenses L 1 -L 3 are not shown for the sake of clarity, FIG. 1 shows the focal lengths f 1, L 2, L 3 , 1 -f 3 ) are not specified. Also, the total focal length f, which represents the distance between the alternate main plane for the F-setter lens and the image plane BE, is not specified.
여기에 명시된 파라미터들을 갖는 에프 세타 렌즈의 경우에 제 1 렌즈(L1)에 대해 -0.91의 전체 초점거리(f)에 대한 초점거리(f1)의 비, 제 2 렌즈(L2)에 대해 -4.55의 전체 초점거리(f)에 대한 초점거리(f2)의 비, 및 제 3 렌즈(L3)에 대해 0.52의 전체 초점거리(f)에 대한 초점거리(f3)의 비가 주어진다. In the case of the F-theta lens with the parameters set forth herein for the first lens (L 1) ratio, said second lens (L 2) of the focal length (f 1) to the total focal length (f) of about -0.91 given by the ratio of the focal length (f 2) a focal length (f 3) for the ratio, and the third lens (L 3) the total focal length (f) of 0.52 for the for the whole focal length (f) of -4.55.
에어 갭(d3, d5)과 관련해서 렌즈(L1-L3)의 연속 배치에 따라 350 mm의 전체 초점거리(f)가 주어진다. 에프 세타 렌즈는 1064 nm의 파장에 대해 보정된다. A total focal length f of 350 mm is given in accordance with the continuous arrangement of the lenses L 1 -L 3 with respect to the air gaps d 3 and d 5 . The F-theta lens is corrected for a wavelength of 1064 nm.
d1 간격 EP-L1
d2 두께 L1
d3 간격 L1-L2
d4 두께 L2
d5 간격 L2-L3
d6 두께 L3
d7 간격 L3-보호유리(SG)
d8 두께 보호유리
d9 간격 보호 유리-이미지 평면(BE)d1 interval EP-L1
d2 thickness L1
d3 interval L1-L2
d4 thickness L2
d5 interval L2-L3
d6 Thickness L3
d7 interval L3-protective glass (SG)
d8 thickness protective glass
d9 gap protection glass - image plane (BE)
Claims (3)
-1.00 < f1/f < -0.80
-5.00 < f2/f < -4.00
+0.30 < f3/f < +0.60First individual lens (L 1), the focal length (f 2) for having a concave as the negative lens-second individual lens (L 2), the focal length as a convex lens (f 3) concave having the focal length (f 1) And a third individual lens (L 3 ) as a double-convex convex lens having an overall focal length (f) of an F-theta lens, wherein the total focal length (f) and the focal length (F 1 -f 3 ) satisfies the following conditions:
-1.00 <f 1 / f <-0.80
-5.00 <f 2 / f <-4.00
+0.30 <f 3 / f <+0.60
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| REGI | Registration of establishment |