(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のレンズ要素（１１０）、第２のレンズ要素（１２０）、第３のレンズ要素（１３０）、及び第４のレンズ要素（１４０）を含む赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのためのＦθレンズを開示する。第１のレンズ要素（１１０）は、第１の曲面（１１１）及び第２の曲面（１１２）を含む負両凹レンズ要素である。第２のレンズ要素（１２０）は、第３の曲面（１２１）及び第４の曲面（１２２）を含む正メニスカスレンズ要素である。第３のレンズ要素（１３０）は、第５の曲面（１３１）及び第６の曲面（１３２）を含む正メニスカスレンズ要素である。第４のレンズ要素（１４０）は、他のレンズ要素を保護する役割を果たすようになった平面レンズである。第１から第３のレンズ要素は、入射光線の伝播方向に沿って同軸に配列される。第１から第６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。赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのための上述のＦθレンズは、大判型レーザマーキングのテレセントリック要件を満たし、かつレンズの容積を容認可能かつ適用可能範囲内に制御して全体光学系の小型化を達成することができる、赤外線レーザマーキングのためのＦθ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】
赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのためのＦθレンズであって、
像側に突出する第１の曲面と物体側に突出する第２の曲面とを含む負両凹レンズ要素である第１のレンズ要素と、
両方とも前記像側に突出する第３の曲面と第４の曲面を含む正メニスカスレンズ要素である第２のレンズ要素と、
前記物体側に突出する第５の曲面と平坦平面である第６の曲面とを含む正メニスカスレンズ要素である第３のレンズ要素と、
を含み、
前記第１から第３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から第６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から第３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、６ｍｍ、１６ｍｍ、及び１２ｍｍであり、
前記第１から第５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、−１４３ｍｍ、３３０ｍｍ、−１１００ｍｍ、−１６０ｍｍ、及び３２０ｍｍである、
ことを特徴とするＦθレンズ。
【請求項２】
前記第２の曲面と前記第３の曲面の間及び前記第４の曲面と前記第５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、７６ｍｍ及び０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのためのＦθレンズ。
【請求項３】
前記第１から第３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に記載の赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのためのＦθレンズ。
【請求項４】
前記第１から第５の曲面の各々が、球面であることを特徴とする請求項１に記載の赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのためのＦθレンズ。
【請求項５】
前記第３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７の曲面と第８の曲面を含む平面レンズ要素である第４のレンズ要素を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのためのＦθレンズ。
【請求項６】
前記第４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、４ｍｍの厚みを有することを特徴とする請求項５に記載の赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのためのＦθレンズ。
【請求項７】
前記第７の曲面は、前記第６の曲面に隣接し、該第７の曲面と該第６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、４ｍｍであることを特徴とする請求項５に記載の赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのためのＦθレンズ。
【請求項８】
３７０ｍｍの作動距離を有することを特徴とする請求項１に記載の赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのためのＦθレンズ。
【請求項９】
作動光線が赤外線レーザ光であることを特徴とする請求項１に記載の赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのためのＦθ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、赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのためのＦθレンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
テレセントリック技術は、射出瞳位置が、Ｆθレンズの光学系の主光線が光軸に平行であることを保証するために無限遠点に配置される光学設計を指す。すなわち、像面上の焦点にフォーカスされる全ての光線は、同じ開口角を有し、実質的に固定サイズの物体の像は、像面上で取得することができる。全ての射出瞳主光線は、互いに平行でなければならないことが要求されるので、レンズは、像がより大きい判型を有する時に、より大きい光学開口を有することが要求され、すなわち、判型が大きいほどレンズは大きい。レンズの容積は、光学開口Ｄ又はＤ3に比例し、従って、大判型のＦθレンズは、実際にはめったに適用されない。
【０００３】
従来のテレセントリック系に対しては、入射瞳位置は、フォーカスされた光線の主光線が焦点面に垂直であることを可能にするために、常に系の前方フォーカスに配置される。レンズが長い焦点距離を有する時に、入射瞳位置は、焦点の遠い距離に起因して遠点にある。これは、Ｆθレンズの光学系の全体容積を増大させるだけでなく、Ｆθレンズの光学系の収差を補正する困難さも増大させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記に基づいて、容認可能かつ適用可能範囲内にレンズの容積を制御し、同時に収差を補正する困難さを低減することができる赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのためのＦθ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】
【０００５】
像側に突出する第１の曲面と物体側に突出する第２の曲面とを含む負両凹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の曲面を含む正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の曲面と平坦平面である第６の曲面とを含む正メニスカスレンズ要素である第３のレンズ要素とを含み、第１から第３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６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３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、６ｍｍ、１６ｍｍ、及び１２ｍｍであり、第１から第５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、−１４３ｍｍ、３３０ｍｍ、−１１００ｍｍ、−１６０ｍｍ、及び３２０ｍｍである赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのためのＦθレンズ。
【０００６】
一実施形態において、第２の曲面と第３の曲面の間及び第４の曲面と第５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、７６ｍｍ及び０．５ｍｍである。
【０００７】
一実施形態において、第１から第３のレンズ要素は、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３のレンズ要素の各々は、入射光線に垂直な平面上に円形形状の射影を有する。
【０００８】
一実施形態において、第１から第５の曲面の各々は、球面である。
【０００９】
一実施形態において、赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのためのＦθレンズは、両方とも平坦平面である第７の曲面及び第８の曲面を含む平面レンズ要素である第４のレンズ要素を更に含む。第４のレンズ要素は、第３のレンズ要素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。
【００１０】
一実施形態において、第４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４ｍｍの厚みを有する。
【００１１】
一実施形態において、第７の曲面は、第６の曲面に隣接し、第７の曲面と第６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４ｍｍである。
【００１２】
一実施形態において、赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのためのＦθレンズは、３７０ｍｍの作動距離を有する。
【００１３】
一実施形態において、赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのためのＦθレンズの作動光線は、赤外線レーザ光である。
【００１４】
赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのための上述のＦθレンズは、第１に大判型レーザマーキングのテレセントリック要件を満たし、かつ系の構造がレンズの容積を容認可能かつ適用可能範囲内に制御するように大きく簡素化されてより高い収差補正機能を有しながら全体光学系の小型化を達成するように、後方フォーカス系の構造を用いて入射瞳及び系距離を有意に低減することができる、赤外線レーザマーキングのためのＦθレンズとして使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態による赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのためのＦθレンズの構造概略図である。
【図２】図１の赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのためのＦθレンズの焦点の分散を示す概略図である。
【図３】図１の赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのためのＦθレンズの非点収差及び歪みを示すグラフである。
【図４】図１の赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのためのＦθ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】
本発明による赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのためのＦθ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、赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのためのＦθ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、及び第４のレンズ要素１４０を含む入射光線１５０の伝播方向に沿って順番に配列された４つのレンズ要素を含む。第１から第３のレンズ要素１１０、１２０、１３０は、入射光線１５０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及び第２の曲面１１２を含む負両凹レンズ要素である。第１の曲面１１１は、像側に突出する球面である。第２の曲面１１２は、物体側に突出する球面である。第１の曲面１１１の曲率半径は、−１４３±５％ｍｍである。第２の曲面１１２の曲率半径は、３３０±５％ｍｍである。第１のレンズ要素１１０は、光軸に沿って６±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及び第４の曲面１２２を含む正メニスカスレンズ要素である。第３及び第４の曲面の各々は、像側に突出する球面である。第３の曲面１２１の曲率半径は、−１，１００±５％ｍｍである。第４の曲面１２２の曲率半径は、−１６０±５％ｍｍである。第２のレンズ要素１２０は、光軸に沿って１６±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、７６±５％ｍｍである。
【００２２】
第３のレンズ要素１３０は、第５の曲面１３１及び第６の曲面１３２を含む正メニスカスレンズ要素である。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、平坦平面である。第５の曲面１３１の曲率半径は、３２０±５％ｍｍである。第３のレンズ要素１３０は、光軸に沿って１２±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、０．５±５％ｍｍである。
【００２３】
第１から第６の曲面１１１、１１２、１２１、１２２、１３１、１３２は、入射光線１５０の伝播方向に沿って順番に配列される。入射光線１５０は、第１から第６の曲面１１１、１１２、１２１、１２２、１３１、１３２を通過し、実質的に固定サイズの物体の像は、像面１６０上で取得することができる。
【００２４】
実施形態において、第１から第３のレンズ要素１１０、１２０、１３０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３のレンズ要素１１０、１２０、１３０の各々は、入射光線１５０に垂直な平面上に円形形状で射影を有する。他の実施形態において、第１から第３のレンズ要素１１０、１２０、１３０は、回転対称でない場合があり、すなわち、第１から第３のレンズ要素１１０、１２０、１３０の各々は、入射光線１５０に垂直な平面上に楕円形状、正方形状、又はあらゆる他の適切な形状の射影を有する。
【００２５】
第４のレンズ要素１４０は、第７の曲面１４１及び第８の曲面１４２を含む平面レンズ要素である。第７及び第８の曲面１４１、１４２の各々は、平坦平面である。第４のレンズ要素１４０は、第３のレンズ要素１３０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４のレンズ要素１４０は、第３のレンズ要素１３０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４のレンズ要素１４０は、４±５％ｍｍの厚みを有する。第４のレンズ要素１２０と第３のレンズ要素１２０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、４±５％ｍｍである。第４のレンズ要素１４０を省略することができることは理解することができる。
【００２６】
赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのための上述のＦθレンズは、３７０ｍｍの作動距離を有する。
【００２７】
赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのための上述のＦθレンズの作動光線は、赤外線レーザ光である。
【００２８】
図２は、異なる視野それぞれにおけるデフォーカススポットのサイズの基準線が４０μｍであり、Ｘ軸上の単位がマイクロメートルであり、Ｙ軸が経線方向にレンズの中心から縁部までの距離を示す、赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのための上述のＦθレンズの焦点の分散を示す概略図である。図３は、赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのための上述のＦθレンズの非点収差及び歪みを示すグラフであり、非点収差及び歪み曲線の両方は、理論値又は理論レベルに到達するか又はそれよりも低く、赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのためのＦθレンズがより高い収差補正能力を有することを意味する。図４は、赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのための上述のＦθレンズの変調伝達関数（ＭＴＦ）を示すグラフであり、Ｍ．Ｔ．Ｆは、分解能が２０線対／ｍｍに到達した時も依然として０．４２であり、赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのためのＦθレンズがより高い結像品質を有することを意味する。
【００２９】
赤外線大判型テレセントリックレーザマーキングのための上述のＦθレンズは、第１に大判型レーザマーキングのテレセントリック要件を満たし、かつ系の構造がレンズの容積を容認可能かつ適用可能範囲内に制御するように大きく簡素化されてより高い収差補正機能を有しながら全体光学系の小型化を達成するように、後方フォーカス系の構造を用いて入射瞳及び系距離を有意に低減することができる、赤外線レーザマーキングのためのＦθレンズとして使用することができる。
【００３０】
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】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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