(57)【要約】  光学レンズであって、入射光線の伝達方向に沿って、順に同軸に配置される第一レンズ（Ｌ１）、第二レンズ（Ｌ２）及び第三レンズ（Ｌ３）を含み、第一レンズと第二レンズは共に平凸型正レンズであり、第三レンズはメニスカス型負レンズであること、第一レンズは第一曲面（Ｓ１）と第二曲面（Ｓ２）を有し、第二レンズは第三曲面（Ｓ３）と第四曲面（Ｓ４）を有し、第三レンズは第五曲面（Ｓ５）と第六曲面（Ｓ６）を有し、各レンズの両曲面はそれぞれレンズの光入射面と光出射面であり、第一曲面乃至第六曲面は、入射光線の伝達方向に沿って順に配列されること、第一曲面と第三曲面は入射光線の伝達方向に向かって突出し、第五曲面と第六曲面は入射光線の伝達方向に対して突出すること、第三曲面は、多数の焦点の異なる円弧面（Φ１、Φ２、Φ３、Φ４、Φ５）から、順に直接に連結して構成し、これらの円弧面の焦点（ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５）はすべて光軸上にある。光学レンズは、深くて細い穴や深くて細いラインを加工するのに用いられる。
2017519254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学レンズであって、
入射光線の伝達方向に沿って、順に同軸に配置される第一レンズ、第二レンズ及び第三レンズを含み、前記第一レンズと前記第二レンズは共に平凸型正レンズであり、前記第三レンズはメニスカス型負レンズであること、
前記第一レンズは第一曲面と第二曲面を有し、前記第二レンズは第三曲面と第四曲面を有し、前記第三レンズは第五曲面と第六曲面を有し、各レンズの両曲面はそれぞれレンズの光入射面と光出射面であり、前記第一曲面乃至前記第六曲面は、入射光線の伝達方向に沿って順に配列されること、
前記第一曲面と第三曲面は入射光線の伝達方向に向かって突出し、前記第五曲面と前記第六曲面は入射光線の伝達方向に対して突出すること、
前記第三曲面は、多数の焦点の異なる円弧面から、順に直接連結して構成され、これらの円弧面の焦点はすべて光軸上にあること、
を特徴とする光学レンズ。
【請求項２】
請求項１に記載している光学レンズにおいて、
前記第三曲面は、入射光線の伝達方向に沿って、順に同軸に配列される第一円弧面、第二円弧面、第三円弧面、第四円弧面及び第五円弧面を含み、前記第一円弧面、前記第二円弧面、前記第三円弧面、前記第四円弧面及び前記第五円弧面の焦点は、入射光線の伝達方向に沿って順に光軸に配置されることを特徴とする光学レンズ。
【請求項３】
請求項１に記載している光学レンズにおいて、
前記第一曲面の曲率半径は２１ｍｍ±５％であり、前記第一レンズの中心厚さは３ｍｍ±５％であることを特徴とする光学レンズ。
【請求項４】
請求項１に記載している光学レンズにおいて、
前記第三曲面の曲率半径は６８ｍｍ±５％であり、前記第二レンズの中心厚さは２ｍｍ±５％であることを特徴とする光学レンズ。
【請求項５】
請求項４に記載している光学レンズにおいて、
前記第三曲面の中心厚さは０．４５ｍｍ±５％であることを特徴とする光学レンズ。
【請求項６】
請求項１に記載している光学レンズにおいて、
前記第五曲面の曲率半径は−１０ｍｍ±５％であり、前記第六曲面の曲率半径は−３０ｍｍ±５％であり、前記第三レンズの中心厚さは１ｍｍ±５％であることを特徴とする光学レンズ。
【請求項７】
請求項１に記載している光学レンズにおいて、
前記第一レンズの前記第二曲面と前記第二レンズの前記第三曲面は光軸における間隔は０．２ｍｍ±５％であり、前記第二レンズの前記第四曲面と前記第三レンズの前記第五曲面は光軸における間隔は１８ｍｍ±５％であることを特徴とする光学レンズ。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一つに記載している光学レンズにおいて、
前記光学レンズは第四レンズを含み、前記第一レンズ、前記第二レンズ、前記第三レンズ及び前記第四レンズは、入射光軸の伝達方向に沿って順に同軸に配置され、前記第四レンズは平面レンズであることを特徴とする光学レンズ。
【請求項９】
請求項８に記載している光学レンズにおいて、
前記第四レンズの中心厚さは１ｍｍ±５％であることを特徴とする光学レンズ。
【請求項１０】
請求項８に記載している光学レンズにおいて、
前記第四レンズは、光入射面である第七曲面と光出射面である第八曲面を有し、前記第四レンズの前記第七曲面と前記第三レンズの前記第六曲面は光軸における間隔は１ｍｍ±５％であることを特徴とする光学レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学技術に関し、特にレーザー加工に用いる光学レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
現代のレーザー加工では、特別な状況下において、レーザー加工は、大きなアスペクト比を有する細線、または深さが大きく開口が小さい円筒形の穴を加工する必要がある。 例えば、場合によっては、深さが０．５ｍｍで幅が０．０５ｍｍのラインを加工する必要がある。 また、深さが０．５ｍｍで開口が０．０５ｍｍの円筒状の穴を加工する必要がある場合もある。 光学系において、開口に限界があるために、開口が小さすぎると、加工時に鋭い拡散スポットが現れると共に、レーザーエネルギーも十分ではない。開口を大きくすると、加工された細線または深い穴はサイズの要求を満たせない可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の問題点を解決するために、細線や穴を加工するのに用いられる光学レンズを提供する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
光学レンズであって、
入射光線の伝達方向に沿って、順に同軸に配置される第一レンズ、第二レンズ及び第三レンズを含み、
前記第一レンズと前記第二レンズは共に平凸型正レンズであり、前記第三レンズはメニスカス型負レンズであること、
前記第一レンズは第一曲面と第二曲面を有し、前記第二レンズは第三曲面と第四曲面を有し、前記第三レンズは第五曲面と第六曲面を有し、各レンズの両曲面はそれぞれレンズの光入射面と光出射面であり、前記第一曲面乃至前記第六曲面は、入射光線の伝達方向に沿って順に配列されること、
前記第一曲面と第三曲面は入射光線の伝達方向に対して突出し、前記第五曲面と前記第六曲面は入射光線の伝達方向に向かって突出すること、
前記第三曲面は、多数の焦点が異なる円弧面から、順に直接連結して構成され、これらの円弧面の焦点はすべて光軸上にある。
【０００５】
一つの実施例において、前記第三曲面は、入射光線の伝達方向に沿って、順に同軸に配列される第一円弧面、第二円弧面、第三円弧面、第四円弧面及び第五円弧面を含み、前記第一円弧面、前記第二円弧面、前記第三円弧面、前記第四円弧面及び前記第五円弧面の焦点は、入射光線の伝達方向に沿って順に光軸に配置される。
【０００６】
一つの実施例において、前記第一曲面の曲率半径は２１ｍｍ±５％であり、前記第一レンズの中心厚さは３ｍｍ±５％である。
【０００７】
一つの実施例において、前記第三曲面の曲率半径は６８ｍｍ±５％であり、前記第二レンズの中心厚さは２ｍｍ±５％である。
【０００８】
一つの実施例において、前記第三曲面の中心厚さは０．４５ｍｍ±５％である。
【０００９】
一つの実施例において、前記第五曲面の曲率半径は−１０ｍｍ±５％であり、前記第六曲面の曲率半径は−３０ｍｍ±５％であり、前記第三レンズの中心厚さは１ｍｍ±５％である。
【００１０】
一つの実施例において、前記第一レンズの前記第二曲面と前記第二レンズの第三曲面は光軸上における間隔が０．２ｍｍ±５％であり、前記第二レンズの前記第四曲面と前記第三レンズの第五曲面は光軸上における間隔が１８ｍｍ±５％である。
【００１１】
一つの実施例において、前記光学レンズは第四レンズを含み、前記第一レンズ、第二レンズ、第三レンズ及び前記第四レンズは、入射光軸の伝達方向に沿って順に同軸に配置され、前記第四レンズは平面レンズである。
【００１２】
一つの実施例において、前記第四レンズの中心厚さは１ｍｍ±５％である。
【００１３】
一つの実施例において、前記第四レンズは、光入射面である第七曲面と光出射面である第八曲面を有し、前記第四レンズの前記第七曲面と前記第三レンズの前記第六曲面は光軸における間隔が１ｍｍ±５％である。
【発明の効果】
【００１４】
上述した光学レンズは、深くて細い穴や深くて細い線を加工する光学系に適用することができる。 例えば、光学レンズは、深さが０．５ｍｍで幅が０．０５ｍｍのライン、または深さが０．５ｍｍで開口が０．０５ｍｍの円筒形の穴を加工するために用いられる。
【００１５】
図における本発明の好適な実施例について、更に詳しく説明することにより、本発明が上述した、またはその他の目的、特徴及び利点がより明瞭になる。すべての図面において、同様の参照符号は同様の対応部分を示して、図面の構成要素は必ずしも原寸に比例して描かれていないが、主に本発明の趣旨を説明するためのものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一つの実施例における光学レンズの構造図である。
【図２】図１に示す実施例における光学レンズの第二レンズの構造図である。
【図３】図１に示す実施例における光学レンズの拡散スポット図である。
【図４】図１に示す光学レンズの変調伝達関数Ｍ．Ｔ．Ｆ曲線図である。
【図５】図１に示す光学レンズのエネルギー集中度曲線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の目的、特徴及び利点を、より明白に理解させるために、以下、図を参照しながら本発明の具体的な実施形態について詳しく説明する。
【００１８】
ここにおいて説明すべきなのは、本明細書中において、光の伝達方向は、図の左から右へ伝達することである。曲率半径の正負は、曲面と主光軸との交差点、及び曲面の球心の相対位置関係を基準として、曲面の球心がこの交差点の左側にある場合、曲率半径はマイナスである。逆に、曲面の球心がこの交差点の右側にある場合、曲率半径はプラスである。また、光学レンズの左側にあるのは物体側であり、光学レンズの右側にあるのは画像側である。正レンズはレンズの中心厚さが周縁厚さより大きいレンズであり、負レンズはレンズの中心厚さが周縁厚さより小さいレンズである。
【００１９】
図１は本発明の一つの実施例が提供する光学レンズの構造図を示している。容易に説明するために、本発明と関係する部分のみを示している。当該光学レンズは、入射光線の伝達方向に沿って順に同軸に配置された第一レンズＬ１、第二レンズＬ２及び第三レンズＬ３を含む。
【００２０】
そのうち、第一レンズＬ１は第一曲面Ｓ１と第二曲面Ｓ２を有し、第二レンズＬ２は第三曲面Ｓ３と第四曲面Ｓ４を有し、第三レンズＬ３は第五曲面Ｓ５と第六曲面Ｓ６を有する。各レンズの両曲面はそれぞれ光入射面と光出射面であり、第一曲面Ｓ１乃至第六曲面Ｓ６は入射光線の伝達方向に沿って順に配列される。
【００２１】
第一レンズＬ１は平凸型正レンズであり、第一レンズＬ１の第一曲面Ｓ１は物体側に向かって突出する。第一曲面Ｓ１の曲率半径は２１ｍｍであり、第二曲面Ｓ２は平面であり、曲率半径は無限大である。第一レンズＬ１の中心厚さｄ１（すなわち、レンズの光軸における厚さ）は３ｍｍである。上述した各パラメータはすべて期待値であり、一定の公差を許容することが理解できる。上述した各パラメータの公差範囲は５％であり、すなわち、各パラメータの期待値は±５％の範囲内に変化することを許容する。
【００２２】
第二レンズＬ２は平凸型正レンズであり、第二レンズＬ２の第三曲面Ｓ３は物体側に向かって突出する。第三曲面Ｓ３の曲率半径は６８ｍｍであり、第四曲面Ｓ４は平面であり、曲率半径は無限大である。第二レンズＬ２の中心厚さｄ３は２ｍｍである。同様に、第二レンズＬ２の上述した各パラメータはすべて期待値であり、一定の公差を許容する。上述した各パラメータの公差範囲は５％であり、すなわち、各パラメータの期待値は±５％の範囲内に変化することを許容する。
【００２３】
図２を合わせて参照すると、第二レンズＬ２の第三曲面Ｓ３は、多数の焦点が異なる円弧面が順に直接連結し、これらの円弧面の焦点はすべて光軸にある。当該第三曲面Ｓ３は、入射光線の伝達方向に沿って順に同軸に配列される第一円弧面Φ１、第二円弧面Φ２、第三円弧面Φ３、第四円弧面Φ４及び第五円弧面Φ５を含む。第一円弧面Φ１、第二円弧面Φ２、第三円弧面Φ３、第四円弧面Φ４及び第五円弧面Φ５の焦点は、それぞれｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５である。これらの焦点は入射光線の伝達方向に沿って光軸に配列される。当該第三曲面Ｓ３の中心厚さｄ８（すなわち、第三曲面Ｓ３の光軸における厚さ）の期待値は０．４５ｍｍであり、同様に、該パラメータの公差範囲は５％であり、すなわち、該パラメータの期待値は±５％の範囲内に変化することを許容する。
【００２４】
第三レンズＬ３はメニスカス型負レンズであり、第三レンズの第五曲面Ｓ５は画像側に向かって突出し、第五曲面Ｓ５の曲率半径は−１０ｍｍである。第三レンズの第六曲面Ｓ６は画像側に向かって突出し、第六曲面Ｓ６の曲率半径は−３０ｍｍである。第三レンズＬ３の中心厚さｄ５は１ｍｍである。同様に、第三レンズＬ３の上述した各パラメータはすべて期待値であり、一定の公差を許容する。上述した各パラメータの公差範囲は５％であり、すなわち、各パラメータの期待値は±５％の範囲内に変化することを許容する。
【００２５】
また、発明者は、各隣接するレンズの間の間隔について、以下のように設けている。具体的に、第一レンズＬ１の出射面（第二曲面Ｓ２）と第二レンズＬ２の入射面（第三曲面Ｓ３）は光軸における間隔ｄ２の期待値が０．２ｍｍであり、公差は５％であり、すなわち、間隔ｄ２はその期待値の±５％の範囲内で変化することを許容する。第二レンズＬ２の出射面（第四曲面Ｓ４）と第三レンズＬ３の入射面（第五曲面Ｓ５）は光軸における間隔ｄ４の期待値が１８ｍｍであり、公差は５％であり、すなわち、間隔ｄ４はその期待値の±５％の範囲内で変化することを許容する。
【００２６】
一つに実施例において、該光学レンズは第四レンズＬ４を含み、第一レンズＬ１、第二レンズＬ２、第三レンズＬ３及び第四レンズＬ４は、入射光軸の伝達方向に沿って順に同軸に配列される。
【００２７】
第四レンズＬ４は、光入射面である第七曲面Ｓ７と光出射面である第八曲面Ｓ８を含む。第四レンズＬ４は、保護機器として、平面レンズであるため、第七曲面Ｓ７と第八曲面Ｓ８の曲率半径はすべて無限大である。第四レンズＬ４の中心厚さｄ７は１ｍｍである。また、第四レンズＬ４の第七曲面Ｓ７（光入射面）と第三レンズＬ３の第六曲面Ｓ６（光出射面）の光軸における間隔ｄ６は１ｍｍである。同様に、上述した各パラメータはすべて期待値であり、一定の公差を許容する。上述した各パラメータの公差範囲は５％であり、すなわち、各パラメータの期待値は±５％の範囲内に変化することを許容する。
【００２８】
上述レンズは一般的に光学ガラスである。一部の実施例において、紫外線レーザー範囲まで拡大して適用するために、石英ガラスを採用することもできる。
【００２９】
以下、簡単な方式を用いて上述実施例をより明白に説明する。
【００３０】
第一レンズＬ１
第一曲面Ｓ１曲率半径：２１ｍｍ
第二曲面Ｓ２曲率半径：∞
中心厚さ：３
材料：ＳＩＬＩＣＡ
【００３１】
第二レンズＬ２
第三曲面Ｓ３曲率半径：６８ｍｍ
第四曲面Ｓ４曲率半径：∞
中心厚さ：２ｍｍ
材料：ＳＩＬＩＣＡ
第一レンズＬ１との曲面間隔：０．２ｍｍ
【００３２】
第三レンズＬ３
第五曲面Ｓ５曲率半径：−１０ｍｍ
第六曲面Ｓ６曲率半径：−３０ｍｍ
中心厚さ：１ｍｍ
材料：ＳＩＬＩＣＡ
第二レンズＬ２との曲面間隔：１８ｍｍ
【００３３】
第四レンズＬ４
第七曲面Ｓ７曲率半径：∞
第八曲面Ｓ８曲率半径：∞
中心厚さ：１ｍｍ
材料：ＳＩＬＩＣＡ
第三レンズＬ３との曲面間隔：１ｍｍ
【００３４】
上述した光学レンズを装着した光学システムは遠赤光線から紫外線のワーキングバンドのレーザーを採用する。
【００３５】
以下、図３から図５と合わせて該光学レンズの加工品質を応用して、波長が５５０ｎｍであるレーザーについて説明する。該光学システムの具体的なパラメータは、ｆ（焦点距離）＝６０ｍｍであり、Ｄ／ｆ（相対孔径）＝１／３．５である。
【００３６】
図３に示しているのは、該光学レンズの収差図である。拡散スポットΔΦ≒２μｍであるため、分散円は非常に細くて、焦点エネルギーが集中する。
【００３７】
図４に示しているのは、光学レンズの伝達関数Ｍ．Ｔ．Ｆ曲線図であり、解像度が２００ｌｐ／ｍｍに達した時、Ｍ．Ｔ．Ｆはまだ０．４である。
【００３８】
図５に示しているのは、光学レンズのエネルギー集中度曲線図であり、該システムに特別に補正した結果である。穴あけやレチクルの要求に応じて、すべてのエネルギーは穴径のΔΦまたはライン幅の約２μｍ以内に集中し、理想的な状態に達している。
【００３９】
上述した実施例は、本発明の幾つかの実施形態を具体的で詳細に説明してきたが、本発明の技術的範囲を限定するものではない。ここにおいて、説明すべきなのは、本技術分野の当業者は本発明の要旨を逸脱しない範囲内で若干の変更や改善等を行うことができ、これらも本発明の技術的範囲に属する。このため、本発明の保護範囲は特許請求の範囲が定めたことを基準にする。
【図１】
2017519254.tif 000003
【図２】
2017519254.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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