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技術 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

出願人 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ハンズシーエヌシーサイエンスアンドテクノロジーカンパニーリミテッド
発明者 リージャインチョウチャオミンサンボーガオユンフェン
出願日 2012年10月31日 (8年11ヶ月経過) 出願番号 2015-540010
公開日 2016年2月4日 (5年8ヶ月経過) 公開番号 2016-503514
状態 特許登録済
技術分野 レンズ系
主要キーワード 技術的ソリューション 最良モード 近赤外線レーザ 曲線グラフ 経線方向 印刷要件 幾何学的収差 レーザ印刷
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年2月4日)のものです。
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課題・解決手段

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を提供する。レンズは、入射光線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(L1、L2、L3、L4、L5)を含み、第1のレンズ(L1)は、負の平凹レンズであり、第2のレンズ及び第3のレンズ(L2、L3)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(L4、L5)は、正のメニスカスレンズであり、第1のレンズ(L1)の凹面(S2)は、第2のレンズ(L2)に対向し、第4のレンズ及び第5のレンズ(L4、L5)の中間部分は、両方共光ビームの伝達方向に向けて逆方向に突出する。レンズの形状及び相対的な場所を設計した後に、鮮明な平坦視野を得るために、近赤外線光は、鮮明に結像することができ、レンズの幾何学的収差は、効果的に補正することができる。これに加えて、大きい口径比及び視野、並びに長い作動距離を有することに起因して、レンズは、大きい視野と、大きい口径比と、長い作動距離と、平坦視野とを同時に有する顕微鏡対物レンズであり、かつ印刷精度及び鮮明度を改善することができ、それによって色再現性がより忠実になり、操作がより便利になる。

概要

背景

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。

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理想的ではなく、色再現性忠実ではない。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。

概要

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を提供する。レンズは、入射光線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(L1、L2、L3、L4、L5)を含み、第1のレンズ(L1)は、負の平凹レンズであり、第2のレンズ及び第3のレンズ(L2、L3)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(L4、L5)は、正のメニスカスレンズであり、第1のレンズ(L1)の凹面(S2)は、第2のレンズ(L2)に対向し、第4のレンズ及び第5のレンズ(L4、L5)の中間部分は、両方共光ビームの伝達方向に向けて逆方向に突出する。レンズの形状及び相対的な場所を設計した後に、鮮明な平坦視野を得るために、近赤外線光は、鮮明に結像することができ、レンズの幾何学的収差は、効果的に補正することができる。これに加えて、大きい口径比及び視野、並びに長い作動距離を有することに起因して、レンズは、大きい視野と、大きい口径比と、長い作動距離と、平坦視野とを同時に有する顕微鏡対物レンズであり、かつ印刷精度及び鮮明度を改善することができ、それによって色再現性がより忠実になり、操作がより便利になる。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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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、を含み、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、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2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。

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理想的ではなく、色再現性忠実ではない。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

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。
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。
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。
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。
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。
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。

実施例

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

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線対個数Xlp/mmを示し、縦軸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。

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

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