(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
近赤外線レーザフォーカスレンズであって、
入射光ビームの伝達方向に沿って連続的に同軸に配置された第１のレンズ、第２のレンズ、第３のレンズ、第４のレンズ、及び第５のレンズ、
から構成され、
前記第１のレンズは、負の平凹レンズであり、前記第２及び前記第３のレンズは、正の両凸レンズであり、前記第４のレンズ及び前記第５のレンズは、正のメニスカスレンズであり、
前記第１のレンズの凹面が、前記第２のレンズに対面し、前記第４のレンズ及び前記第５のレンズの中間部分が、前記入射光ビームの前記伝達方向と反対に突出する、
ことを特徴とする近赤外線レーザフォーカスレンズ。
【請求項２】
前記第１のレンズは、第１の面と第２の面を含み、前記第２のレンズは、第３の面と第４の面を含み、前記第３のレンズは、第５の面と第６の面を含み、前記第４のレンズは、第７の面と第８の面を含み、前記第５のレンズは、第９の面と第１０の面を含み、該第１の面から第１０の面までは、前記入射光ビームの前記伝達方向に沿って連続的に配置され、
前記第１の面から第１０の面の曲率半径が、それぞれ、∞、２５．５ｍｍ、５００ｍｍ、−６０ｍｍ、２００ｍｍ、−１００ｍｍ、４０ｍｍ、１３０ｍｍ、２０ｍｍ、及び３０ｍｍであり、前記第１の面の曲率半径を除き、前記第２の面から前記第１０の面の曲率半径の各々が、５％の公差を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の近赤外線レーザフォーカスレンズ。
【請求項３】
前記第１のレンズから前記第５のレンズの中心厚が、それぞれ、３ｍｍ、６ｍｍ、５ｍｍ、５ｍｍ、及び４ｍｍであり、各々が、５％の公差を有することを特徴とする請求項２に記載の近赤外線レーザフォーカスレンズ。
【請求項４】
前記第２の面と前記第３の面の間の光軸上の距離が、２０ｍｍであり、
前記第４の面と前記第５の面の間の前記光軸上の距離が、７０ｍｍであり、
前記第６の面と前記第７の面の間の前記光軸上の距離が、０．２ｍｍであり、
前記第８の面と前記第９の面の間の前記光軸上の距離が、０．２ｍｍであり、
前記距離の各々が、５％の公差を有する、
ことを特徴とする請求項３に記載の近赤外線レーザフォーカスレンズ。
【請求項５】
前記第１のレンズのアッベ数に対する屈折率の比が、１．５／６４であり、
前記第２、第３、第４、及び第５のレンズのアッベ数に対する屈折率の比が、１．８／２５であり、各屈折率及びアッベ数が、５％の公差を有する、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の近赤外線レーザフォーカスレンズ。
【請求項６】
前記第５のレンズの光射出側に位置決めされた第６のレンズを更に含み、
前記第６のレンズは、第１１の面と第１２の面を含み、該第１１の面及び該第１２の面の曲率半径が、∞であり、
前記第１１の面と前記第１０の面の間の前記光軸上の距離が、５％の公差を有して４．４ｍｍである、
ことを特徴とする請求項４記載の近赤外線レーザフォーカスレンズ。
【請求項７】
前記第６のレンズのアッベ数に対する屈折率の比が、１．５／６４であり、公差は、５％であることを特徴とする請求項６に記載の近赤外線レーザフォーカスレンズ。
【請求項８】
前記第６のレンズの中心厚が、１ｍｍであり、公差は、５％であることを特徴とする請求項６に記載の近赤外線レーザフォーカスレンズ。
【請求項９】
レーザ印刷デバイスであって、
ファイバレーザと、
印刷ドラムと、
前記ファイバレーザから放出されたレーザを前記印刷ドラム上にフォーカスさせるように構成されたフォーカスレンズと、
を含み、
前記フォーカスレンズは、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の近赤外線レーザフォーカスレンズである、
ことを特徴とするレーザ印刷デバイス。
【請求項１０】
前記ファイバレーザは、前記レーザを前記近赤外線レーザフォーカスレンズに伝達するように構成された複数の密に配置されたファイバに接続された出力端部を有することを特徴とする請求項９に記載のレーザ印刷デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光学技術の分野に関し、より具体的には、近赤外線レーザフォーカスレンズ及びレーザ印刷デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ処理技術の発展と共に、レーザ印刷技術は、電子組版、レーザ製版等の分野に広範囲にわたって適用されており、印刷技術を大幅に簡易化している。レーザ印刷技術のデジタル化は、遠隔的な製版及び印刷を実現することができ、それによって出版及び発行が高速化され、更にコスト及び人為入力が大きく節約される。印刷の分野に適用されるレーザは、印刷業界の急速な発展を可能にする。
【０００３】
レーザ印刷技術の実現は、ファイバレーザの利用普及に依存するだけでなく、フォーカス光学系のパラメータの絶え間ない改良からも利益を受ける。一般的に、レーザ印刷デバイスはフォーカスレンズを有し、フォーカスレンズは、大きい口径比と大きい視野角とを有することが望ましく、長い作動距離を有することが期待される。レーザ印刷に適用される既存のフォーカスレンズは、一般的に、顕微鏡を用いて紫外レーザをフォーカスさせる。顕微鏡は、大きい口径比を有するが、視野角は小さく、作動距離は短く、操作は不便であり、従って、フォーカス効果が影響を受け、更に印刷品質が影響を受ける。印刷精度及び鮮明度は理想的ではなく、色再現性は忠実ではない。従って、レーザ印刷に適用される新しいフォーカスレンズを提供することが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
技術的問題
【０００５】
本発明の目的は、小さい口径比及び短い作動距離に起因するフォーカス効果による影響を受ける紫外レンズの低い印刷品質の問題に対処するための近赤外線レーザフォーカスレンズを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
技術的ソリューション
【０００７】
本発明は、以下のように達成され、すなわち、近赤外線レーザフォーカスレンズは、入射光ビームの伝達方向に沿って連続的に同軸に配置された第１のレンズ、第２のレンズ、第３のレンズ、第４のレンズ、及び第５のレンズを含む。
【０００８】
第１のレンズは、負の平凹レンズであり、第２及び第３のレンズは、正の両凸レンズであり、第４のレンズ及び第５のレンズは、正のメニスカスレンズであり、第１のレンズの凹面は、第２のレンズに対面し、第４のレンズ及び第５のレンズの中間部分は、入射光ビームの伝達方向と反対に突出する。
【０００９】
更に、本発明の目的は、ファイバレーザと、印刷ドラムと、ファイバレーザから放出されたレーザを印刷ドラム上にフォーカスさせるように構成されたフォーカスレンズとを含むレーザ印刷デバイスを提供することであり、フォーカスレンズは、上述の近赤外線レーザフォーカスレンズである。
【００１０】
利点
【００１１】
様々なレンズの形状及び相対位置を設計することにより、本発明は、近赤外線光に対して鮮明な像を形成し、かつレンズの幾何学的収差を効果的に補正し、従って鮮明な平坦視野を得ることができる。これに加えて、レンズは、大きい口径比、大きい視野、及び長い作動距離を有する。レンズは、大きい視野、大きい口径比、長い作動距離、及び平坦視野を有し、更にこのレンズを有する印刷デバイスが高い印刷精度及び鮮明度を有することを可能にする顕微鏡対物レンズである。レンズの色再現性は、よりリアルであり、かつ同時に、レンズは、長い作動距離に起因して操作を容易にする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態による近赤外線レーザフォーカスレンズの概略図である。
【図２】本発明の実施形態による近赤外線レーザフォーカスレンズの幾何学的収差を示すグラフである。
【図３】本発明の実施形態による近赤外線レーザフォーカスレンズのスポットの図である。
【図４】本発明の実施形態による近赤外線レーザフォーカスレンズの伝達関数Ｍ．Ｔ．Ｆ特性を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態による近赤外線レーザフォーカスレンズの光学伝達関数Ｏ．Ｔ．Ｆ特性を示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態によるレーザ印刷デバイスの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明のこれら及び他の特徴は、以下に続く明細書及び図面の更に別の精査によって直ちに明らかになるであろう。しかし、本発明の様々な実施形態は、多くの異なる形態に具現化することができ、これらの実施形態は、本明細書に示す実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。
【００１４】
以下に続く詳細説明は、本発明を実施することができる特定の詳細及び実施形態を例示的に示す添付図面を参照する。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態による近赤外線レーザフォーカスレンズの概略図である。例示を容易にするために、図１は、この実施形態に関連付けられる近赤外線レーザフォーカスレンズの一部分だけしか示していない。
【００１６】
近赤外線レーザフォーカスレンズは、入射光ビームの伝達方向に沿って同軸に配置された第１のレンズＬ１、第２のレンズＬ２、第３のレンズＬ３、第４のレンズＬ４、及び第５のレンズＬ５を含む。第１のレンズＬ１は、負の平凹レンズであり、入射面は平面であり、射出面は、凹面である。凹面は、第２のレンズＬ２に対面する。第２のレンズＬ２と第３のレンズＬ３の両方は、正の両凸レンズであり、これらのレンズの入射面と射出面は、両側から外向きに突出する。第４のレンズＬ４及び第５のレンズＬ５は、正のメニスカスレンズであり、これら２つのレンズの入射面の曲率半径は、射出面の曲率半径よりも小さく、すなわち、第４のレンズＬ４及び第５のレンズＬ５の中間部分は、入射光ビームの伝達方向に向けて逆向きに突出し、すなわち、物体側に向けて突出する。
【００１７】
更に、この実施形態において、面曲率等のパラメータ及びレンズの厚みが最適化される。具体的には、第１のレンズＬ１は、第１の面Ｓ１と第２の面Ｓ２を含み、第１の面Ｓ１及び第２の面Ｓ２の曲率半径は、それぞれ、∞及び２５．５ｍｍであり、第２のレンズＬ２は、第３の面Ｓ３と第４の面Ｓ４を含み、第３の面Ｓ３及び第４の面Ｓ４の曲率半径は、それぞれ、５００ｍｍ及び−６０ｍｍであり、第３のレンズＬ３は、第５の面Ｓ５と第６の面Ｓ６を含み、第５の面Ｓ５及び第６の面Ｓ６の曲率半径は、それぞれ、２００ｍｍ及び−１００ｍｍであり、第４のレンズＬ４は、第７の面Ｓ７と第８の面Ｓ８を含み、第７の面Ｓ７及び第８の面Ｓ８の曲率半径は、それぞれ、４０ｍｍ及び１３０ｍｍであり、第５のレンズＬ５は、第９の面Ｓ９と第１０の面Ｓ１０を含み、第９の面Ｓ９及び第１０の面Ｓ１０の曲率半径は、それぞれ、２０ｍｍ及び３０ｍｍである。マイナスは、曲面の球中心が曲面の物体側に位置することを示し、プラス又はマイナスのない数値はプラスを表し、プラスは、曲面の球中心が曲面の像側に位置することを示している。上述の第１の面から第１０の面までは、レーザの伝達方向に沿って連続して配置され、上述の各曲率半径は、唯一の選択肢ではなく、５％の許容範囲を有する。
【００１８】
更に、この実施形態において、第１のレンズから第５のレンズの中心厚Ｄ及び面間距離ｄは、特定的に設計される。具体的には、第１から第５のレンズの中心厚Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、及びＤ５は、それぞれ、３ｍｍ、６ｍｍ、５ｍｍ、５ｍｍ、及び４ｍｍであり、各々は、５％の許容範囲を有する。更に、第１のレンズＬ１の第２の面Ｓ２と第２のレンズＬ２の第３の面Ｓ３との間の光軸上距離ｄ１は、２０ｍｍであり、第２のレンズＬ２の第４の面Ｓ４と第３のレンズＬ３の第５の面Ｓ５との間の光軸上距離ｄ２は、７０ｍｍであり、第６の面Ｓ６と第７の面Ｓ７との間の光軸上距離は、０．２ｍｍであり、第８の面Ｓ８と第９の面Ｓ９との間の光軸上距離は、０．２ｍｍである。上述の面距離は、５％の公差を有する。
【００１９】
これに加えて、上述のレンズは、好ましくは以下の材料で製造される。第１のレンズＬ１の材料のアッベ数に対する屈折率の比Ｎｄ／Ｖｄは、１．５／６４である。第２、第３、第４、及び第５のレンズは、同じ材料で製造することができ、アッベ数に対する屈折率の比Ｎｄ／Ｖｄは、１．８／２５であり、各屈折率及びアッベ数は、５％の公差を有する。
【００２０】
更に、この実施形態において、第５のレンズＬ５の光射出側に第６のレンズＬ６が追加的に位置決めされる。好ましくは、第６のレンズＬ６は、平面レンズであり、第１１の面Ｓ１１と第１２の面Ｓ１２を含み、第１１の面Ｓ１１及び第１２の面Ｓ１２の曲率半径は、∞であり、第６のレンズＬ６は、主として他の結像レンズを保護するために適用され、他の結像レンズが粉塵、湿気、高温、及び低温等による影響を受けることを回避する。
【００２１】
詳細には、第６のレンズＬ６は、第１のレンズＬ１と同じ材料で製造することができ、アッベ数に対する屈折率の比Ｎｄ／Ｖｄは、１．５／６４であり、公差は、５％である。第６のレンズＬ６の中心厚Ｄ６は、１ｍｍとすることができ、公差は、５％である。これに加えて、第６のレンズＬ６の第１１の面Ｓ１１と第５のレンズＬ５の第１０の面Ｓ１０との間の光軸上距離ｄ５は、４．４ｍｍであり、公差は、５％である。
【００２２】
上述の内容により、近赤外線レーザフォーカスレンズは、以下のように達成され、詳細に関しては表１を参照されたい。
【００２３】
【表１】
0006046264.tif 000002
【００２４】
近赤外線レーザフォーカスレンズは、以下のような光学特性を有する。
【００２５】
光学波長λ＝８３０ｎｍ
【００２６】
焦点距離ｆ＝１９ｍｍ
【００２７】
口径比Ｄ’／ｆ＝１：０．８５
【００２８】
視野２η＝４ｍｍ、視野角２ω＝１２°
【００２９】
作動距離（保護ガラスは除外）Ｌ’＝０．９５ｆ、実作動距離Ｌ０’＝１．２ｆ
【００３０】
拡大率Γ＝６×
【００３１】
上述のパラメータに基づくと、幾何光学的には、レンズは、大きい口径比、長い作動距離、大きい視野、及び平坦視野を有する顕微鏡対物レンズと見なすことができる。
【００３２】
上述の形状、相対的な場所、及びパラメータを用いてレンズを設計した後に、レンズは、近赤外線光（例えば、波長λ＝８３０ｎｍ）に対して鮮明な像を形成してレンズの幾何学的収差を効果的に補正することができ、鮮明な平坦視野に関して大きい口径比、大きい視野、及び長い作動距離を有する。具体的には、レンズの口径比Ｄ’／ｆ（焦点距離に対する有効開口の比）は、１：０．８５に達することができ、視野２ηは、約４ｍｍであり、視野角２ωは、約１２°であり、作動距離Ｌ’は、少なくとも０．９５ｆである。従って、レンズは、大きい視野、大きい口径比、長い作動距離、及び平坦視野を有する顕微鏡対物レンズであり、印刷精度及び鮮明度を効果的に改善することを可能にする。レンズの色再現性は忠実であり、同時に、レンズは、長い作動距離に起因して操作を容易にする。
【００３３】
図２から図５までは、それぞれ異なる観点から赤外線レーザ切断に向けて使用されるＦθレンズの結像品質を表している。
【００３４】
図２は、幾何学収差曲線を示し、６つの異なる視野内の収差を表している。異なる視野の各収差グラフにおいて、左右の図は、それぞれ経線方向及びサジタル方向の収差を表している。曲線グラフは、レンズが効果的に補正され、鮮明に結像を行うことを示している。
【００３５】
図３は、異なる視野内のスポットの図を表しており、図３の参照範囲は、２μｍである。この図は、デフォーカススポットが小さいサイズを有し、エネルギ密度が高く、印刷精度に寄与することを表している。
【００３６】
図４は、伝達関数Ｍ．Ｔ．Ｆを表しており、横軸は、１ミリメートル当たりの線対の個数Ｘｌｐ／ｍｍを示し、縦軸は百分率を示している。レーザ高密印刷レンズとしては、レンズは、高解像度を有することが望ましい。この図から分るように、解像度が５００ｌｐ／ｍｍの時に、伝達関数Ｍ．Ｔ．Ｆは、それにも関わらず６０％よりも高く、印刷要件を完全に満たす。
【００３７】
図５は、光学伝達関数Ｏ．Ｔ．Ｆを表しており、横軸は視野を示し、図の視野は２ｍｍであり、縦軸は伝達関数の百分率を示し、高ければより良いものである。図５は、視野が２ｍｍであり、線対数が２００ｌｐ／ｍｍである時に、伝達関数は、既に１００％に達しており、それによって印刷要件を完全に満たすことができることを示している。
【００３８】
上述の図により、大きい視野、大きい口径比、及び特別に長い作動距離を有するフォーカスレンズの像品質は、最適レベルにある限界値に達し、平坦視野が完全に形成される。Φ４ｍｍの結像範囲でこのレンズを印刷デバイスの顕微鏡対物レンズとして使用すると、波収差は、０．１λ（入射光波長の０．１倍）よりも小さく、印刷精度は相対的に高い。
【００３９】
本発明は、更に、レーザ印刷デバイスを提供し、図６を参照すると、レーザ印刷デバイスは、ファイバレーザ６０１と、高速回転が可能な印刷ドラム６０２とを含む。印刷ドラム６０２には、印刷誘電体層６０３が設けられ、フォーカスレンズ６０４は、ファイバレーザ６０１と印刷ドラム６０２の間に位置決めされる。フォーカスレンズ６０４は、ファイバレーザ６０１から放出されたレーザを印刷ドラム６０２上に位置する印刷誘電体層６０３上にフォーカスさせるように構成される。本発明によって達成される近赤外線レーザフォーカスレンズをフォーカスレンズ６０４に使用することは、高精細、高精度、及び忠実な色を有するレーザ印刷を実現する。
【００４０】
更に、ファイバレーザ６０１は、レーザを近赤外線レーザフォーカスレンズ６０４に伝達するように構成された複数の密に配置されたファイバに接続された出力端部を有する。この実施形態において、レーザ伝達を実施するのに６４本のファイバが使用される。
【００４１】
本発明をその実施形態及び本発明を実施するための最良モードを参照して記述したが、当業者には、添付の特許請求の範囲によって定められるように意図した本発明の範囲から逸脱することなく様々な修正及び変形を加えることができることが明らかであろう。
【符号の説明】
【００４２】
Ｌ  レンズ
Ｓ  レンズの面
ｄ  レンズの面間距離
Ｄ  レンズの中心厚
【図１】
0006046264.tif 000003
【図４】
0006046264.tif 000004
【図６】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
0006046264.tif 000008