(57)【要約】  入射光線の伝播方向に沿って順番に配列された第１のレンズ（１１０）、第２のレンズ（１２０）、第３のレンズ（１３０）、第４のレンズ（１４０）、第５のレンズ（１５０）、及び第６のレンズ（１６０）を含む広視野色収差補正レンズを開示する。第１のレンズはメニスカスレンズであり、第１の曲面（１１１）と第２の曲面（１１２）とを含み、第２のレンズはメニスカスレンズであり、第３の曲面（１２１）と第４の曲面（１２２）とを含み、第３のレンズは両凸レンズであり、第５の曲面（１３１）と第６の曲面（１３２）とを含み、第４のレンズは両凸レンズであり、第７の曲面（１４１）と第８の曲面（１４２）とを含み、第５のレンズは両凹レンズであり、第９の曲面（１５１）と第１０の曲面（１５２）とを含み、第６のレンズは平面レンズであり、他のレンズを保護する効果を有する。第１から第５のレンズは、入射光線の伝播方向に沿って同軸に順番に配列される。第１から第１０の曲面は、入射光線の伝播方向に沿って順番に配列される。上述の広視野色収差補正レンズは、微細リソグラフィレンズとして使用することができ、又はレーザマーキングレンズのような、様々な微細加工レンズとして使用することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
広視野色収差補正レンズであって、
両方とも像側に突出する第１の曲面と第２の曲面とを含むメニスカスレンズ要素である第１のレンズ要素と、
両方とも像側に突出する第３の曲面と第４の曲面とを含むメニスカスレンズ要素である第２のレンズ要素と、
物体側に突出する第５の曲面と前記像側に突出する第６の曲面とを含む両凸レンズ要素である第３のレンズ要素と、
前記物体側に突出する第７の曲面と前記像側に突出する第８の曲面とを含む両凸レンズ要素である第４のレンズ要素と、
前記像側に突出する第９の曲面と前記物体側に突出する第１０の曲面とを含む両凹レンズ要素である第５のレンズ要素と、
を含み、
前記第１から前記第５のレンズ要素は、入射光線の伝播方向に沿って同じ軸の周りに順番に配列され、前記第１から前記１０の曲面は、該入射光線の該伝播方向に沿って順番に配列され、
前記第１から前記第５のレンズ要素の中心厚みが、１０％の許容差、＋５％の許容差の上変動、及び−５％の許容差の下変動を有して、それぞれ、３ｍｍ、３ｍｍ、３ｍｍ、３ｍｍ、及び２ｍｍであり、
前記第１から前記１０の曲面の曲率半径が、１０％の許容差、＋５％の許容差の上変動、及び−５％の許容差の下変動を有して、それぞれ、−８ｍｍ、−１５ｍｍ、−２９ｍｍ、−１０ｍｍ、１９ｍｍ、−３２ｍｍ、１３ｍｍ、−７０ｍｍ、−３１ｍｍ、及び１５ｍｍである、
ことを特徴とするレンズ、
【請求項２】
前記第２の曲面と前記第３の曲面の間、前記第４の曲面と前記第５の曲面の間、前記第６の曲面と前記第７の曲面の間、及び前記第８の曲面と前記第９の曲面の間の中心間距離が、１０％の許容差、＋５％の許容差の上変動、及び−５％の許容差の下変動を有して、それぞれ、０．１ｍｍ、０．１ｍｍ、０．１ｍｍ、及び１ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の広視野色収差補正レンズ。
【請求項３】
前記第１から前記第５のレンズ要素は、前記入射光線の前記軸の周りに回転対称であることを特徴とする請求項１に記載の広視野色収差補正レンズ。
【請求項４】
前記第１から前記１０の曲面の各々が、球面であることを特徴とする請求項１に記載の広視野色収差補正レンズ。
【請求項５】
前記第５のレンズ要素の像に隣接する側に配列された平面レンズ要素である第６のレンズ要素を更に含み、
前記第６のレンズ要素は、両方とも平坦平面である第１１の曲面と第１２の曲面を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の広視野色収差補正レンズ。
【請求項６】
前記第６のレンズは、１０％の許容差、＋５％の許容差の上変動、及び−５％の許容差の下変動を有して１ｍｍの厚みを有することを特徴とする請求項５に記載の広視野色収差補正レンズ。
【請求項７】
前記第１１の曲面は、前記第１０の曲面に隣接し、該第１１の曲面と該第１０の曲面の間の中心間距離が、１０％の許容差、＋５％の許容差の上変動、及び−５％の許容差の下変動を有して１ｍｍであることを特徴とする請求項５に記載の広視野色収差補正レンズ。
【請求項８】
広視野色収差補正レンズが、以下の要件：
ｆ＝２０ｍｍ、
Ｄ／ｆ＝０．５、
２Ｈ＝０．８ｍｍ、
ＬK＝１５．７ｍｍ、及び
λ＝３５５ｎｍ〜５３２ｎｍ、
を満足し、
ｆは、レンズの焦点距離を表し、Ｄは、入射瞳の直径を表し、Ｄ／ｆは、口径比を表し、２Ｈは、直線視野の幅を表し、ＬKは、作動距離を表し、λは、動作波長を表す、
ことを特徴とする請求項１に記載の広視野色収差補正レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学レンズの分野に関し、より具体的には、広視野色収差補正レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
加工技術として、レーザ加工は、レーザ光線と材料の相互作用の特性を用いて材料の切断、溶接、表面処理、穿孔、微細機械加工、及び他の加工を可能にする。
【０００３】
レーザ加工の適用領域が急速に拡大すると、レーザ加工デバイスの需要が増加し、マーキングの品質の要件も増加する。マーキングの幅は、過去においては一般的に約０．０１ｍｍであることを要求したが、今日では、その幅は、約数マイクロメートルであることを要求する。これは、高い精度を有するレーザ加工デバイスだけでなく、高い結像品質を有する光学系も要求する。
【０００４】
レーザ加工デバイスの光学系として、フォーカスレンズは、レーザ加工の品質において実質的な役割を果たす。しかし、従来のフォーカスレンズは、低い結像品質と共に狭い視野を有し、これは、レーザによって加工される高精度マーキングの幅の要件を満たすことが困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記に基づいて、より広い視野及びより高い結像品質を有する広視野色収差補正レンズを提供する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
両方とも像側に突出する第１の曲面と第２の曲面を含むメニスカスレンズ要素である第１のレンズ要素と、両方とも像側に突出する第３の曲面と第４の曲面を含むメニスカスレンズ要素である第２のレンズ要素と、物体側に突出する第５の曲面と像側に突出する第６の曲面とを含む両凸レンズ要素である第３のレンズ要素と、物体側に突出する第７の曲面と像側に突出する第８の曲面とを含む両凸レンズ要素である第４のレンズ要素と、像側に突出する第９の曲面と物体側に突出する第１０の曲面とを含む両凹レンズ要素である第５のレンズ要素とを含み、第１から第５のレンズ要素が、入射光線の伝播方向に沿って同じ軸の周りに順番に配列され、第１から第１０の曲面が、入射光線の伝播方向に沿って順番に配列され、第１から第５のレンズ要素の中心厚みが、１０％の許容差、＋５％の許容差の上変動、及び−５％の許容差の下変動を有して、それぞれ、３ｍｍ、３ｍｍ、３ｍｍ、３ｍｍ、及び２ｍｍであり、第１から第１０の曲面の曲率半径が、１０％の許容差、＋５％の許容差の上変動、及び−５％の許容差の下変動を有して、それぞれ、−８ｍｍ、−１５ｍｍ、−２９ｍｍ、−１０ｍｍ、１９ｍｍ、−３２ｍｍ、１３ｍｍ、−７０ｍｍ、−３１ｍｍ、及び１５ｍｍである広視野色収差補正レンズ、
【０００７】
一実施形態において、第２の曲面と第３の曲面の間、第４の曲面と第５の曲面の間、第６の曲面と第７の曲面の間、及び第８の曲面と第９の曲面の間の中心間距離は、１０％の許容差、＋５％の許容差の上変動、及び−５％の許容差の下変動を有して、それぞれ、０．１ｍｍ、０．１ｍｍ、０．１ｍｍ、及び１ｍｍである。
【０００８】
一実施形態において、第１から第５のレンズ要素は、入射光線の軸の周りに回転対称である。
【０００９】
一実施形態において、第１から第１０の曲面の各々は、球面である。
【００１０】
一実施形態において、広視野色収差補正レンズは、第６のレンズ要素を更に含み、これは、第５のレンズ要素の像に隣接する側に配列され、両方とも平坦平面である第１１の曲面と第１２の曲面を含む平面レンズ要素である。
【００１１】
一実施形態において、第６のレンズは、１０％の許容差、＋５％の許容差の上変動、及び−５％の許容差の下変動を有して１ｍｍの厚みを有する。
【００１２】
一実施形態において、第１１の曲面は、第１０の曲面に隣接し、第１１の曲面と第１０の曲面の間の中心間距離は、１０％の許容差、＋５％の許容差の上変動、及び−５％の許容差の下変動を有して１ｍｍである。
【００１３】
一実施形態において、広視野色収差補正レンズは、以下の要件：ｆ＝２０ｍｍ、Ｄ／ｆ＝０．５、２Ｈ＝０．８ｍｍ、ＬK＝１５．７ｍｍ、及びλ＝３５５ｎｍ〜５３２ｎｍを満たし、ここで、ｆは、レンズの焦点距離を表し、Ｄは、入射瞳の直径を表し、Ｄ／ｆは、口径比を表し、２Ｈは、直線視野の幅を表し、ＬKは、作動距離を表し、λは、動作波長を表している。
【００１４】
上述の広視野色収差補正レンズは、レーザマーキングのための微細フォトエッチングレンズ又は他の微細加工レンズとして使用することができる。光学設計と相まって同じ軸の周りに配列された異なるタイプのレンズ要素のレンズ組合せに起因して、広視野色収差補正レンズは、より広い視野を有するだけでなく、作動時のレーザ光線（約３５５ｎｍの波長を有する）が、可視モニタリング光線（約５２３ｎｍの波長を有する）がプレビューに使用された時に同じ平面上にフォーカスし、かつ加工中のワークピースの表面にフォーカスすることを保証する。これに加えて、広視野色収差補正レンズは、より高い色収差補正機能と微細線を露光するより高い分解能とを有し、結像品質を大きく改善する。結論として、広視野色収差補正レンズは、加工中のワークピースの表面上のレーザ加工スポットの迅速なアラインメント及び位置決めを達成し、加工効率及び品質を大きく改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態による広視野色収差補正レンズの構造概略図である。
【図２Ａ】図１の広視野色収差補正レンズの球面収差を示すグラフである。
【図２Ｂ】図１の広視野色収差補正レンズの軸上及び軸外間の幾何収差を示すグラフである。
【図２Ｃ】図１の広視野色収差補正レンズの分散を示す概略図である。
【図３】図１の広視野色収差補正レンズの変調伝達関数（ＭＴＦ）を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明による広視野色収差補正レンズの上記及び他の特徴は、添付図面に示す図を参照して非限定的例として示す以下の説明を読むことから明らかであろう。図面は、本発明の好ましい実施形態を提供するものである。しかし、本発明の様々な実施は、多くの異なる形態に具現化することができ、かつ本明細書に説明する実施形態に限定されると解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本発明の発明のより良好かつ網羅的な理解を可能にするために提供されている。
【００１７】
本明細書で使用する負号は、光線が左から右に伝播することを意味することに注意することが重要である。球面及び主光軸の交点を基準点として取ると、球面の中心が交点の左にある場合に、曲率半径は、負値を有し、他方、球面の中心が交点の右にある場合に、曲率半径は、正値を有する。これに加えて、左から右に伝播する光線を考えると、レンズの左の一方の側は、物体側と呼ばれ、レンズの右の他方の側は、像側と呼ばれる。
【００１８】
特に断らない限り、本明細書で使用する全ての専門用語及び科学用語は、本発明の技術分野に属する技術者によって理解される通常の意味と同じ意味を有する。本明細書で使用する専門用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的しており、本発明を制限するように意図していない。本明細書で使用する時に「及び／又は」という用語は、関連列挙品目の１又は２以上のあらゆるかつ全ての組合せを含み、かつ「／」のように略記する場合がある。
【００１９】
図１に示すように、実施形態において、広視野色収差補正レンズ１００は、第１のレンズ要素１１０、第２のレンズ要素１２０、第３のレンズ要素１３０、第４のレンズ要素１４０、第５のレンズ要素１５０、及び第６のレンズ要素１６０を含む入射光線１７０の伝播方向に沿って順番に配列された６つのレンズ要素を含む。第１から第６のレンズ要素１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０は、入射光線１７０の伝播方向に沿って同じ軸の周りに配列される。
【００２０】
第１のレンズ要素１１０は、第１の曲面１１１と第２の曲面１１２とを含むメニスカスレンズ要素である。第１の曲面１１１及び第２の曲面１１２の両方は、球面であり、かつ像側に突出する。第１の曲面１１１は、−８±５％ｍｍの曲率半径を有する。第２の曲面１１２は、−１５±５％ｍｍの曲率半径を有する。第１のレンズ要素は、光軸に沿って３±５％ｍｍの厚みを有する。
【００２１】
第２のレンズ要素１２０は、第３の曲面１２１と第４の曲面１２２とを含むメニスカスレンズ要素である。第３の曲面１２１及び第４の曲面１２２の両方は、球面であり、かつ像側に突出する。第３の曲面１２１は、−２９±５％ｍｍの曲率半径を有する。第４の曲面１２２は、−１０±５％ｍｍの曲率半径を有する。第２のレンズ要素１１０は、光軸に沿って３±５％ｍｍの厚みを有する。第２のレンズ要素１２０と第１のレンズ要素１１０の間の距離、すなわち、光軸における第３の曲面１２１と第２の曲面１１２の間の距離は、好ましくは、０．１±５％ｍｍである。
【００２２】
第３のレンズ要素１３０は、第５の曲面１３１と第６の曲面１３２とを含む両凸レンズ要素である。第５の曲面１３１は、物体側に突出する球面である。第６の曲面１３２は、像側に突出する球面である。第５の曲面１３１は、１９±５％ｍｍの曲率半径を有する。第６の曲面１３２は、−３２±５％ｍｍの曲率半径を有する。第３のレンズ要素１３０は、光軸に沿って３±５％ｍｍの厚みを有する。第３のレンズ要素１３０と第２のレンズ要素１２０の間の距離、すなわち、光軸における第５の曲面１３１と第４の曲面１２２の間の距離は、好ましくは、０．１±５％ｍｍである。
【００２３】
第４のレンズ要素１４０は、第７の曲面１４１と第８の曲面１４２とを含む両凸レンズ要素である。第７の曲面１４１は、物体側に突出する球面である。第８の曲面１４２は、像側に突出する球面である。第７の曲面１４１は、１３±５％ｍｍの曲率半径を有する。第８の曲面１４２は、−７０±５％ｍｍの曲率半径を有する。第４のレンズ要素１４０は、光軸に沿って３±５％ｍｍの厚みを有する。第４のレンズ要素１４０と第３のレンズ要素１３０の間の距離、すなわち、光軸における第７の曲面１４１と第６の曲面１３２の間の距離は、好ましくは、０．１±５％ｍｍである。
【００２４】
第５のレンズ要素１５０は、第９の曲面１５１と第１０の曲面１５２とを含む両凹レンズ要素である。第９の曲面１５１は、像側に突出する球面である。第１０の曲面１５２は、物体側に突出する球面である。第９の曲面１５１は、−３１±５％ｍｍの曲率半径を有する。第１０の曲面１５２は、１５±５％ｍｍの曲率半径を有する。第５のレンズ要素１５０は、光軸に沿って２±５％ｍｍの厚みを有する。第５のレンズ要素１５０と第４のレンズ要素１４０の間の距離、すなわち、光軸における第９の曲面１５１と第８の曲面１４２の間の距離は、好ましくは、１±５％ｍｍである。
【００２５】
第１から第１０の曲面１１１、１１２、１２１、１２２、１３１、１３２、１４１、１４２、１５１、１５２は、入射光線１７０の伝播方向に沿って順番に配列される。
【００２６】
第６のレンズ要素１６０は、第１１の曲面１６１と第１２の曲面１６２とを含む平面レンズ要素である。第１１の曲面１６１及び第１２の曲面１６２の両方は、平坦平面である。第６のレンズ要素１６０は、第５のレンズ要素１５０の像に隣接する側に配列され、他のレンズ要素を保護する役割を果たすようになっている。他の実施形態において、第６のレンズ要素１６０は、第１のレンズ要素１１０の物体に隣接する側に配列され、又は２つのレンズ要素の間に配列することができる。第６のレンズ要素１６０は、１±５％ｍｍの厚みを有する。第６のレンズ要素１６０と第５のレンズ要素１５０の間の距離、すなわち、光軸における第１１の曲面１６１と第１０の曲面１５２の間の距離は、好ましくは、１±５％ｍｍである。第６のレンズ要素１６０を省略することができることは理解することができる。
【００２７】
実施形態において、第１から第５のレンズ要素１１０、１２０、１３０、１４０、１５０は、入射光線の軸の周りに回転対称であり、すなわち、第１から第５のレンズ要素１１０、１２０、１３０、１４０、１５０の各々は、入射光線１７０に垂直な平面上に円形形状の射影を有する。他の実施形態において、第１から第５のレンズ要素１１０、１２０、１３０、１４０、１５０は、非回転対称である場合があり、すなわち、第１から第５のレンズ要素１１０、１２０、１３０、１４０、１５０の各々は、入射光線１７０に垂直な平面上に楕円形状、正方形形状、又はあらゆる他の適切な形状の射影を有する。
【００２８】
実施形態において、広視野色収差補正レンズは、以下の要件：ｆ＝２０ｍｍ、Ｄ／ｆ＝０．５、２Ｈ＝０．８ｍｍ、ＬK＝１５．７ｍｍ、及びλ＝３５５ｎｍ〜５３２ｎｍを満たし、ここで、ｆは、レンズの焦点距離を表し、Ｄは、入射瞳の直径を表し、Ｄ／ｆは、口径比を表し、２Ｈは、直線視野の幅を表し、ＬKは、作動距離を表し、λは、動作波長を表している。
【００２９】
図２Ａに示すように、上述の広視野色収差補正レンズの球面収差曲線は、満足な色収差補正が達成されることを示している。図２Ｂに示すように、±１μｍの範囲内で、上述の広視野色収差補正レンズの軸上及び軸外間に幾何収差がほとんどない。図２Ｃに示すように、上述の広視野色収差補正レンズの軸上及び軸外の錯乱円のサイズは、比較的均一である。図２Ａ、図２Ｂ、及び図２Ｃの結果は、この実施形態による広視野色収差補正レンズがより高い色収差補正機能を有することを示している。
【００３０】
変調伝達関数は、光学系の結像品質を客観的かつ完全に評価する手法であり、出力画像のコントラストと入力画像のコントラストの間の比は、変調度Ｍ．Ｆ．Ｔと見なされ、変調伝達関数は、Ｍ．Ｆ．Ｔ曲線によって表すことができ、横軸は、分解能によってプロットされ、縦軸は、コントラストによってプロットされる。Ｍ．Ｆ．Ｔは、０と１の間の値を有し、より高い値は、系のより高い結像品質及び系のより明瞭な画像を示す。上述の広視野色収差補正レンズの変調伝達関数（ＭＴＦ）のグラフが、分解能が３００線対／ｍｍに到達した時にＭ．Ｔ．Ｆが依然として０．６であり、この実施形態の広視野色収差補正レンズがより高い光学結像品質を有して微細線を露光することができることを意味することを示す図３を参照されたい。
【００３１】
上述の広視野色収差補正レンズは、レーザマーキングのための微細フォトエッチングレンズ又は他の微細加工レンズとして使用することができる。光学設計と相まって同じ軸の周りに配列された異なるタイプのレンズ要素のレンズ組合せに起因して、広視野色収差補正レンズは、より広い視野を有するだけでなく、可視モニタリング光線（約５２３ｎｍの波長を有する）がプレビューに使用された時に作動時のレーザ光線（約３５５ｎｍの波長を有する）が同じ平面上にフォーカスし、かつ加工中のワークピースの表面にフォーカスすることも保証する。これに加えて、広視野色収差補正レンズは、より高い色収差補正機能と微細線を露光するより高い分解能とを有し、結像品質を大きく改善することができる。結論として、広視野色収差補正レンズは、加工中のワークピースの表面上のレーザ加工スポットの迅速なアラインメント及び位置決めを達成し、加工効率及び品質を大きく改善することができる。
【００３２】
上記は、詳細に説明した本発明の好ましい実施形態であり、本発明の範囲の制限と見なすべきではない。本発明がその精神及び範囲から逸脱することなく付属する変形及び改善は当業者に明らかになるであろうことに注意すべきである。従って、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定められる。
【図１】
2016528560.tif 000003
【図２Ａ】
2016528560.tif 000004
【図２Ｂ】
2016528560.tif 000005
【図２Ｃ】
2016528560.tif 000006
【図３】
2016528560.tif 000007
【国際調査報告】
2016528560.tif 000008
2016528560.tif 000009
2016528560.tif 000010
2016528560.tif 000011