JP6404465B2

JP6404465B2 - レーザー刻線用光学レンズ

Info

Publication number: JP6404465B2
Application number: JP2017518212A
Authority: JP
Inventors: 博孫; 家英李; 朝明周; 玉慶陳; 云峰高
Original assignee: ハンズレーザーテクノロジーインダストリーグループカンパニーリミテッド
Priority date: 2014-11-28
Filing date: 2014-11-28
Publication date: 2018-10-10
Anticipated expiration: 2034-11-28
Also published as: DE112014007214B4; CN106537216A; DE112014007214T5; US10213870B2; CN106537216B; US20170312851A1; JP2017531826A; WO2016082172A1

Description

本発明は、光学レンズに関し、特に、レーザー加工装置に用いられる刻線用光学レンズに関するものである。

携帯電話、パーソナルコンピュータ、薄型テレビなどの電子装置の発展に伴い、それらに用いられるパネルの需要がますます増加している。パネルを生産する過程において、レーザーによってパネル上に刻線を形成し、該刻線に沿ってパネルをカットする。パネル製品の技術的要求に合わせるため、レーザーでパネルに刻線を形成するとき、刻線の細さと深さを確保しなければならない。このため、レーザーエッチング装置の刻線用光学レンズに対する要求がますます高まっている。

従来のレーザーエッチング装置は１つの刻線用光学レンズまたは複数（三個以下）の刻線用光学レンズを採用する。１つの刻線用光学レンズを採用すると、刻線の品質を向上させることができるが、作業台によって刻線用光学レンズを移動させながら刻線を形成する、もしくはカットする必要があるので、刻線を形成する速度が非常に遅い。それに対して、複数の刻線用光学レンズを採用すると、刻線を形成する速度を向上させることができるが、刻線の深度と幅の一様性を確保することができない。

本発明の目的は、刻線の品質がよく、刻線を形成する速度が速いレーザー刻線用光学レンズを提供することにある。

本発明のレーザー刻線用光学レンズは、入射光の伝播方向に順に同軸に配列される第一レンズ、第二レンズ、第三レンズから構成され、前記第一レンズと前記第二レンズはメニスカス状レンズであり、前記第三レンズは両凸型レンズであり、
前記第一レンズは第一曲面と第二曲面を含み、前記第二レンズは第三曲面と第四曲面を含み、前記第三レンズは第五曲面と第六曲面を含み、前記第一曲面ないし第六曲面は入射光の伝播方向に順に配列され、
前記第一曲面ないし第六曲面の曲率半径は順に、−４７±５％ｍｍ、∞、−２１８±５％ｍｍ、−８１±５％ｍｍ、７７８±５％ｍｍ、−１４２±５％ｍｍであり、
前記第一レンズ、第二レンズおよび第三レンズの中心厚さはそれぞれ、４±５％ｍｍ、１５±５％ｍｍ、１８±５％ｍｍである。

本発明の一実施例の前記第一レンズ、第二レンズおよび第三レンズにおいて、各レンズの屈折率とアッベ数の比例値は順に、（１．５０／６２）±５％、（１．８０／２５）±５％、（１．８０／２５）±５％である。

本発明の一実施例において、前記第一レンズと前記第二レンズの間の距離は１２±５％ｍｍであり、前記第二レンズと前記第三レンズの間の距離は０．３±５％ｍｍである。

本発明の一実施例において、前記レーザー刻線用光学レンズは保護レンズを更に含み、該保護レンズは前記第三レンズの撮像側に設けられる。

本発明の一実施例において、前記保護レンズは平板型ガラスであり、該保護レンズの厚さは２±５％ｍｍであり、前記保護レンズと前記第三レンズの間の距離は２±５％ｍｍである。

本発明の一実施例において、前記レーザー刻線用光学レンズのパラメーターは、
ｆ＝１６０ｍｍ、Φ＝７ｍｍ、
刻線の範囲Ａ＝１００＊１００ｍｍ^２、
作業用光線の波長λ＝１０６４ｎｍである。

本発明のレーザー刻線用光学レンズは、Ｆ−θ構造のレンズを採用するので、刻線の品質がよく、刻線の細さと深さを確保することができ、刻線を形成する速度が速く、従来の刻線用レンズより効率がよいという利点を有している。

図面に示された本発明の好適な実施例の技術的事項によって本発明を具体的に説明することにより、本発明の目的、特徴および発明の効果をよく理解することができる。図面において、同様の符号は同様の部分を示す。下記図面は、実際の製品のサイズ比によって描いたものではなく、本発明の趣旨をよく表すことができるように描かれている。

本発明の一実施例のレーザー刻線用光学レンズの構造を示す図である。本発明の一実施例のレーザー刻線用光学レンズの細い光束の収差を示す図である。本発明の一実施例のレーザー刻線用光学レンズの幾何的収差を示す図である。本発明の一実施例のレーザー刻線用光学レンズの変調伝達関数の曲線を示す図である。

本発明の目的、特徴および発明の効果をより詳細に理解してもらうため、以下、図面により本発明の具体的な実施例をより詳細に説明する。下記実施例に示される具体的な技術的事項により、本発明を充分に理解することができる。明細書には本発明の好適な実施例が示されているが、本発明はそれらと異なる他の実施形態によって実施されることもできる。すなわち、本技術分野の技術者は本発明の要旨を逸脱しない範囲内で色々な設計の変更などをすることができ、本発明は下記実施例の構成にのみ限定されるものではない。

図１は本発明の一実施例のレーザー刻線用光学レンズの構造を示す図である。説明を簡単にするため、該図面には本発明に係る部分のみが示されている。

本実施例の光学システムにおいて、光の伝播方向が図面の左側から右側に向かう。レンズの曲率半径の正負は球面と光軸の交差点によって決められ、球面の球心が該交差点の左側に位置するとき、曲率半径は負数になり、逆に、球面の球心が該交差点の右側に位置するとき、曲率半径は正数になる。以下同様である。

図１に示すように、本発明の一実施例のレーザー刻線用光学レンズは、遠心刻線用Ｆ−θレンズであり、入射光の伝播方向に同軸に配列される第一レンズＬ１、第二レンズＬ２、第三レンズＬ３および保護レンズＬ４を含む。

第一レンズＬ１は、メニスカス状レンズであり、対向する第一面Ｓ１と第二面Ｓ２を含む。第一面Ｓ１は撮像側へ突出しており、曲率半径は−４７ｍｍであり、第二面Ｓ２は平面であり、曲率半径は∞、すなわち無限大である。第一レンズＬ１の中心厚さｄ１（すなわち第一レンズＬ１の光軸上の厚さ）は４ｍｍである。第一レンズＬ１の屈折率とアッベ数の比例値は１．５０／６２である。上述した各パラメーターは希望値であり、いずれも±５％の公差を許容する。すなわち、上述した各パラメーターは希望値の±５％の範囲内で変化することができる。

第二レンズＬ２は、メニスカス状レンズであり、対向する第三面Ｓ３と第四面Ｓ４を含む。第三面Ｓ３は撮像側へ突出しており、曲率半径は−２１８ｍｍであり、第四面Ｓ４は撮像側へ突出しており、曲率半径は−８１ｍｍである。第二レンズＬ２の中心厚さｄ３は１５ｍｍである。第二レンズＬ２の屈折率とアッベ数の比例値は１．８０／２５である。上述した各パラメーターは希望値であり、いずれも±５％の公差を許容する。すなわち、上述した各パラメーターは希望値の±５％の範囲内で変化することができる。

第三レンズＬ３は、両凸型レンズであり、対向する第五面Ｓ５と第六面Ｓ６を含む。第五面Ｓ５は物体側へ突出しており、曲率半径は７７８ｍｍであり、第六面Ｓ６は撮像側へ突出しており、曲率半径は−１４２ｍｍである。第三レンズＬ３の中心厚さｄ５は１８ｍｍである。第三レンズＬ３の屈折率とアッベ数の比例値は１．８０／２５である。上述した各パラメーターは希望値であり、いずれも±５％の公差を許容する。すなわち、上述した各パラメーターは希望値の±５％の範囲内で変化することができる。

第一面Ｓ１ないし第六面Ｓ６は入射光の伝播方向に順に配列される。

保護レンズＬ４は第三レンズＬ３の撮像側に設けられる。本実施例において、保護レンズＬ４は平板型ガラスであり、両面の曲率半径はいずれも∞である。保護レンズＬ４の中心厚さｄ７は２ｍｍである。保護レンズＬ４の屈折率とアッベ数の比例値は１．５０／６２である。上述した各パラメーターは希望値であり、いずれも±５％の公差を許容する。すなわち、上述した各パラメーターは希望値の±５％の範囲内で変化することができる。注意されたいことは、本実施例において保護レンズＬ４を設けなくてもよい。

本発明において、第一レンズＬ１と第二レンズＬ２の間の距離、第二レンズＬ２と第三レンズＬ３の間の距離、第三レンズＬ３と保護レンズＬ４の間の距離が限定されている。本実施例において、第一レンズＬ１の出射面（第二面Ｓ２）と第二レンズＬ２の入射面（第三面Ｓ３）の間の光軸上の距離ｄ２は１２ｍｍであり、該距離ｄ２の公差範囲は５％である。第二レンズＬ２の出射面（第四面Ｓ４）と第三レンズＬ３の入射面（第五面Ｓ５）の間の光軸上の距離ｄ４は０．３ｍｍであり、該距離ｄ４の公差範囲は５％である。第三レンズＬ３の出射面（第六面Ｓ６）と保護レンズＬ４の入射面の間の光軸上の距離ｄ６は２ｍｍであり、該距離ｄ６の公差範囲は５％である。

上述したレーザー刻線用光学レンズの焦点距離ｆは１６０ｍｍであり、外円の直径Φは７ｍｍであり、刻線の範囲Ａは１００＊１００ｍｍであり、作業用光線の波長λは１０６４ｎｍである。該レーザー刻線用光学レンズで刻線を形成するとき、刻線の深さは０．５ｍｍに達し、開口数がｓｉｎα＝０．０２であるとき、刻線の幅は０．０３ｍｍに達することができる。

図２〜図４にはそれぞれ、該レーザー刻線用光学レンズの細い光束の収差、幾何的収差および変調伝達関数の曲線（伝達関数のＭＴＦ図）が示されている。

図２に示すように、該レーザー刻線用光学レンズの像面湾曲と変形はいずれも、理論値レベルになっている。

図３に示すように、撮像全面の錯乱円はいずれも６μｍ以内になっており、いずれも理想的な状態になっている。

図４に示すように、解像度が２０ｌｉｎｅ／ｍｍになるとき、該レーザー刻線用光学レンズのＭＴＦは依然として０．３より大きく、理想的な状態に達している。

上述したとおり、本発明のレーザー刻線用光学レンズは、Ｆ−θ構造のレンズを採用するので、刻線の品質がよく、刻線の細さと深さを確保し、刻線の深度と幅の一様性を確保することができ、刻線を形成する速度が速く、従来の刻線用レンズより効率がよいという利点を有している。

以上、上述した複数の実施例により本発明のいくつかの実施例を詳述してきたが、本発明の構成は前記実施例にのみ限定されるものではない。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設計の変更等を行うことができ、このような設計の変更等があっても本発明に含まれることは勿論である。本発明の保護範囲は後述する特許請求の範囲が定めたものを基準にする。

Claims

レーザー刻線用光学レンズであって、入射光の伝播方向に順に同軸に配列される第一レンズ、第二レンズ、第三レンズから構成され、前記第一レンズと前記第二レンズはメニスカス状レンズであり、前記第三レンズは両凸型レンズであり、
前記第一レンズは第一曲面と第二曲面を含み、前記第二レンズは第三曲面と第四曲面を含み、前記第三レンズは第五曲面と第六曲面を含み、前記第一曲面ないし第六曲面は入射光の伝播方向に順に配列され、
前記第一曲面ないし第六曲面の曲率半径は順に、−４７±５％ｍｍ、∞、−２１８±５％ｍｍ、−８１±５％ｍｍ、７７８±５％ｍｍ、−１４２±５％ｍｍであり、
前記第一レンズ、第二レンズおよび第三レンズの中心厚さは順に、４±５％ｍｍ、１５±５％ｍｍ、１８±５％ｍｍであることを特徴とするレーザー刻線用光学レンズ。
前記第一レンズ、第二レンズおよび第三レンズにおいて、屈折率とアッベ数の比例値はそれぞれ、（１．５０／６２）±５％、（１．８０／２５）±５％、（１．８０／２５）±５％であることを特徴とする請求項１に記載のレーザー刻線用光学レンズ。
前記第一レンズと前記第二レンズの間の距離は１２±５％ｍｍであり、前記第二レンズと前記第三レンズの間の距離は０．３±５％ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のレーザー刻線用光学レンズ。
保護レンズを更に含み、該保護レンズは前記第三レンズの撮像側に設けられることを特徴とする請求項１に記載のレーザー刻線用光学レンズ。
前記保護レンズは平板型ガラスであり、該保護レンズの厚さは２±５％ｍｍであり、前記保護レンズと前記第三レンズとの間の距離は２±５％ｍｍであることを特徴とする請求項４に記載のレーザー刻線用光学レンズ。
前記レーザー刻線用光学レンズのパラメーターは、
ｆ＝１６０ｍｍ、
Φ＝７ｍｍ、
刻線の範囲Ａ＝１００＊１００ｍｍ^２、
作業用光線の波長λ＝１０６４ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載のレーザー刻線用光学レンズ。