KR20200001815U - 에프 세타 렌즈 - Google Patents

Abstract

에프 세타 렌즈는 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 오목-볼록-렌즈로서 제 3 개별 렌즈(L₃), 초점거리(f₄)를 갖는 볼록-볼록-렌즈로서 제 4 개별 렌즈(L₄) 및 초점거리(f₅)를 갖는 볼록-오목 렌즈로서 제 5 개별 렌즈(L₅)와 에프 세타 렌즈의 전체 초점거리(f)를 갖는 개별 렌즈들을 포함하는 에프 세타 렌즈로서, 전체 초점거리(f)와 초점거리들(f₁-f₅) 사이의 비는 하기 조건들을 충족한다.
-1.80 < f₁/f < -1.20
-5.00 < f₂/f < -3.40
+1.70 < f₃/f < +2.50
+2.10 < f₄/f < +3.10
+2.60 < f₅/f < +3.90

Description

에프 세타 렌즈{F-THETA OBJECTIVE}

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.

에프 세타 렌즈는, 에프 세타 렌즈의 광학 축에 대해 +/-θ의 스캐닝 각도 범위를 스캐닝하면서 입사하는 레이저 빔을 평평한 이미지 필드 내로 포커싱하고, 이 경우 이러한 스캐닝 각도 범위 내에서 이미지 필드 내 광학 축과 레이저 빔의 입사점 사이의 간격과 스캐닝 각도의 비는 일차함수를 따른다. 즉 일정한 각속도로 스캐닝 되는 레이저 빔은 이미지 필드 내에 초점을 형성하고, 상기 초점은 일정한 속도로 이동한다. 이 경우 이미지 필드 내의 각각의 위치에서 초점의 크기는 일정할 수 있다. 초점의 크기는 레이저 재료 가공, 예를 들어 레이블링(labeling), 디코팅(decoating) 또는 커팅에 따라서 결정된다.

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 필드에 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 필드와 큰 전체 초점거리를 갖는다.

본 발명의 과제는 레이저 방사의 무 배면 반사(back reflex free) 촬상을 가능하게 하는, 355 nm의 파장과 100 mm 부터 150 mm 까지의 전체 초점거리를 갖는 고출력 레이저를 위한 에프 세타 렌즈를 제공하는 것이다. 상기 과제는 청구항 제 1 항의 특징들을 포함하는 에프 세타 렌즈에 의해 해결된다

바람직한 실시예들은 종속 청구항에 기술된다.

본 발명은 계속해서 도면을 참고로 설명된다.
도 1은 최대 스캐닝 각도에서 광학 축(A)을 따른 빔 경로의 표시와 함께 본 발명에 따른 렌즈의 기하학적 광학 다이어그램을 도시한 도면이다.

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 5개의 개별 렌즈(L₁-L₅)를 포함한다. 5개의 개별 렌즈(L₁-L₅)는, “네가티브-네가티브-포지티브-포지티브-포지티브”렌즈 시퀀스를 형성하도록 구성된다. 즉 제 1 및 제 2 개별 렌즈(L₁ 및 L₂)는 네가티브 초점거리를 갖는 한편, 다른 3개의 렌즈들(L₃, L₄ 및 L₅)은 포지티브 초점거리를 갖는다.

제 1 렌즈(L₁)는 이 경우 오목-오목-렌즈(양오목-렌즈)이고, 제 2 렌즈(L₂)는 오목-볼록-렌즈이고, 제 3 렌즈(L₃)는 마찬가지로 오목-볼록-렌즈이고, 제 4 렌즈(L₄)는 볼록-볼록-렌즈(양볼록-렌즈)이고, 그리고 제 5 렌즈(L₅)는 볼록-오목-렌즈이다.

5개의 개별 렌즈들의 초점거리는 하기 요구를 충족한다:

전체 초점거리(f) 대 제 1 렌즈(L₁)의 초점거리(f₁)의 초점거리 비는 -1.80 < f₁/f < -1.20 이다.

전체 초점거리(f) 대 제 2 렌즈(L₂)의 초점거리(f₂)의 초점거리 비는 -5.00 < f₂/f < -3.40이다.

전체 초점거리(f) 대 제 3 렌즈(L₃)의 초점거리(f₃)의 초점거리 비는 1.70 < f₃/f < 2.50이다.

전체 초점거리(f) 대 제 4 렌즈(L₄)의 초점거리(f₄)의 초점거리 비는 2.10 < f₄/f < 3.10이다.

전체 초점거리(f) 대 제 5 렌즈(L₅)의 초점거리(f₅)의 초점거리 비는 2.60 < f₅/f < 3.90이다.

5개의 개별 렌즈(L₁-L₅) 후방에 보호 유리(SG)가 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 에프 세타 렌즈에 의해 달성되는 바람직한 효과는, 석영 유리로 이루어진 5개의 개별 렌즈(L₁-L₅)에 의해 고출력 레이저에 적합하고 355 nm의 파장에 대해 보정되며 125 mm의 전체 초점거리를 갖는 에프 세타 렌즈가 형성되는 것이다. 에프 세타 렌즈는 그 파라미터들에 의해, 렌즈(L₁-L₅)의 광학 작용면에 그리고 경우에 따라서 보호 유리(SG)에 발생하는 배면 반사가 렌즈(L₁-L₅)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.

에프 세타 렌즈의 입사동(EP)은 제 1 렌즈(L₁), 즉 두께(d₂)를 갖는 오목-오목-렌즈 또는 양오목-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 오목-볼록-렌즈가 연속하고, 상기 렌즈의 전면은 반경(r₅)을 갖고, 상기 렌즈의 후면은 반경(r₆)을 갖는다. 에어 갭(d₇)을 두고 제 4 렌즈(L₄), 즉 두께(d₈)를 갖는 볼록-볼록 렌즈 또는 양볼록-렌즈가 연속하고, 상기 렌즈의 전면은 반경(r₇)을 갖고, 상기 렌즈의 후면은 반경(r₈)을 갖는다. 에어 갭(d₉)을 두고 제 5 렌즈(L₅), 즉 두께(d₁₀)를 갖는 볼록-오목-렌즈가 연속하고, 상기 렌즈의 전면은 반경(r₉)을 갖고, 상기 렌즈의 후면은 반경(r₁₀)을 갖는다. 에어 갭(d₁₁)을 두고 두께(d₁₂)인 평행평면의 보호 유리(SG)가 연속한다. 이미지 필드(BE)는 보호 유리(SG)로부터 d₁₃의 간격을 두고 형성된다. 모든 개별 렌즈(L₁-L₅) 및 보호 유리(SG)를 위해 굴절률(n)을 갖는 석영 유리가 재료로서 선택된다.

개별 렌즈들(L₁-L₅)의 반경, 상기 렌즈의 두께 및 간격(d)은 하기 표에 제시된다.

간격과 두께들은 동일하게 d로 표시되고, 그 순서는 에프 세타 렌즈의 광학 축(A)을 따라 빔 투과 방향으로 넘버링되고, 도 1에 d₁ 내지 d₁₃로 명시된다. 표현“전” 및 “후”면은 빔 투과 방향과 관련된다. 반경(r₁-r₁₂)은 해당 렌즈(L₁-L₅) 및 보호 유리(SG)와 관련해서 명확하게 할당될 수 있고, 따라서 명료함을 위해 도 1에는 명시되지 않는다.

개별 렌즈(L₁-L₅)의 재료 의존적인 굴절률(n)에 따라서 개별 렌즈(L₁-L₅)의 두께(d₂, d₄, d₆, d₈ 및 d₁₀)는 개별 렌즈의 곡률 반경(r₁-r₁₀)과 관련해서 개별 렌즈(L₁-L₅)의 각각의 초점거리(f₁-f₅)를 결정한다. 명료함을 위해 개별 렌즈(L₁-L₅)의 메인 평면이 표시되지 않았기 때문에, 도1에는 개별 렌즈(L₁-L₅)의 메인 평면과 초점 사이의 각각의 간격을 나타내는 초점거리(f₁-f₅)는 명시되지 않는다. 또한 에프 세타 렌즈를 위한 대체 메인 평면과 이미지 필드(BE) 사이의 간격을 나타내는 전체 초점거리(f)는 명시되지 않는다.

여기에 명시된 파라미터들을 갖는 에프 세타 렌즈의 경우에 제 1 렌즈(L₁)에 대해 1.54의 전체 초점거리(f) 대 초점거리(f₁)의 비, 제 2 렌즈(L₂)에 대해 -4.20의 전체 초점거리(f) 대 초점거리(f₂)의 비, 제 3 렌즈(L₃)에 대해 +2.12의 전체 초점거리(f) 대 초점거리(f₃)의 비, 제 4 렌즈(L₄)에 대해 +2.62의 전체 초점거리(f) 대 초점거리(f₄)의 비, 및 제 5 렌즈(L₅)에 대해 +3.28의 전체 초점거리(f) 대 초점거리(f₅)의 비가 주어진다.

에어 갭(d₃, d₅, d₇ 및 d₉)과 관련해서 렌즈(L₁-L₅)의 연속 배치에 따라 125 mm의 전체 초점거리(f)가 주어진다. 에프 세타 렌즈는 355 nm의 파장에 대해 보정된다.

도1의 부호설명:
d1 간격 EP-L1
d2 두께 L1
d3 간격 L1-L2
d4 두께 L2
d5 간격 L2-L3
d6 두께 L3
d7 간격 L3-L4
d8 두께 L4
d9 간격 L4-L5
d10 두께 L5
d11 간격 L5-보호 유리
d12 보호 유리의 두께
d13 보호 유리-이미지 평면의 간격

Claims (3)

1. 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 오목-볼록-렌즈로서 제 3 개별 렌즈(L₃), 초점거리(f₄)를 갖는 볼록-볼록-렌즈로서 제 4 개별 렌즈(L₄) 및 초점거리(f₅)를 갖는 볼록-오목 렌즈로서 제 5 개별 렌즈(L₅)와 에프 세타 렌즈의 전체 초점거리(f)를 갖는 개별 렌즈들을 포함하는 에프 세타 렌즈로서, 전체 초점거리(f)와 초점거리들(f₁-f₅) 사이의 비는 하기 조건들을 충족하는, 에프 세타 렌즈:
   -1.80 < f₁/f < -1.20
   -5.00 < f₂/f < -3.40
   +1.70 < f₃/f < +2.50
   +2.10 < f₄/f < +3.10
   +2.60 < f₅/f < +3.90
2. 제 1 항에 있어서, f₁/f = -1.54, f₂/f = -4.20, f₃/f = +2.12, f₄/f = +2.62 및 f₅/f = +3.28인 것을 특징으로 하는, 에프 세타 렌즈.
3. 제 2 항에 있어서, 제 1 개별 렌즈(L₁) 전방에 28.65 mm의 간격(d₁)을 두고 에프 세타 렌즈의 입사동(EP)이 위치하는 것을 특징으로 하는, 에프 세타 렌즈.
   

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