(57)【要約】【課題】本発明は、半導体レーザを用いた光源ユニットに用いられるビーム整形レンズに関し、接着剤から生じる有機系揮発物質によるレンズ曇りを抑制することを目的とする。【解決手段】この目的を達成するために、母線方向が直交する２枚のシリンドリカルレンズ５ａ、５ｂを鏡筒４で一体化したビーム整形レンズ２において、鏡筒４の入射側に配置されたシリンドリカルレンズ５ａにおける曲面部６の外周端部分を鏡筒４と接着する接着領域９とするとともに、曲面部６の両側に設けられた平坦部７の外周端部分を非接着領域１０とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザから出射される楕円光束のレーザ光線を円光束のレーザ光線に変換するビーム整形レンズであって、前記ビーム整形レンズは、前記レーザ光線の光軸を中心軸とする貫通孔を有する鏡筒と、前記貫通孔の入射側に配置した第１のシリンドリカルレンズと、この第１のシリンドリカルレンズと母線の方向が直交するように前記貫通孔の出射側に配置した第２のシリンドリカルレンズを備え、前記第１、第２のシリンドリカルレンズは、それぞれ、入射光束の開き角を調整する曲面部と、この曲面部の両側に設けた平坦部を有し、前記第１のシリンドリカルレンズを前記鏡筒に配置するにあたり、前記第１のシリンドリカルレンズにおける前記曲面部の外周端部分を前記鏡筒と接着する接着領域とするとともに、前記平坦部の外周端部分を非接着領域としたことを特徴としたビーム整形レンズ。
【請求項２】
第２のシリンドリカルレンズを鏡筒に配置するにあたり、前記第２シリンドリカルレンズにおける曲面部の外周端部分を鏡筒と接着する接着領域とするとともに、平坦部の外周端部分を非接着領域としたことを特徴とする請求項１に記載のビーム整形レンズ。
【請求項３】
曲面部における最もレンズ厚みの大きい部分で接着することを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のビーム整形レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザを用いた光源ユニットに用いられるビーム整形レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に半導体レーザを用いた光源ユニットは、半導体レーザから出射される光束が、半導体接合面に平行な方向と垂直な方向とで広がり角が異なることから楕円光束となるため、母線の方向が直交する２枚のシリンドリカルレンズを組み合わせたビーム整形レンズを用いて、楕円光束のアスペクト比を調整し円光束に変換し、半導体レーザから出射された光束の利用効率を高めている。
【０００３】
また、このような２枚のシリンドリカルレンズを組み合わせて一つの光学系を形成する場合、鏡筒の貫通孔の中に２枚のシリンドリカルレンズを挿入し位置決めした状態とし、これらをＵＶ接着剤で固着する構造が知られている。
【０００４】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−１７５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このようなビーム整形レンズの用途として高出力半導体レーザを用いるレーザ加工機用途などが検討されるようになり、鏡筒とシリンドリカルレンズを接着するＵＶ接着剤に含まれるシロキ酸などの有機系揮発物質が、レーザ光線の照射による発熱により有機系揮発物質がガス化し、入射されるレーザ光線の光強度に従ってレンズ表面にトラッピングされレンズ曇りが生じてしまうという問題が生じてきた。
【０００７】
そこで、本発明はこのような問題を解決し、２枚のシリンドリカルレンズを鏡筒で一体化したビーム整形レンズにおいてレンズ曇りの発生を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そして、この目的を達成するために本発明は、母線方向が直交する２枚のシリンドリカルレンズを鏡筒で一体化したビーム整形レンズにおいて、鏡筒の入射側に配置されたシリンドリカルレンズにおける曲面部の外周端部分を鏡筒と接着する接着領域とするとともに、曲面部の両側に設けられた平坦部の外周端部分を非接着領域としたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この構成により本発明は、２枚のシリンドリカルレンズを鏡筒で一体化したビーム整形レンズにおいてレンズ曇りの発生を抑制することが出来るのである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）、（ｂ）本発明に係るビーム整形レンズを用いた光源ユニットの模式図
【図２】同ビーム整形レンズを構成するシリンドリカルレンズの斜視図
【図３】同シリンドリカルレンズの正面図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施の形態におけるビーム整形レンズについて図を用いて説明する。
【００１２】
図１（ａ）および図１（ｂ）は、半導体レーザ１とビーム整形レンズ２を基台３の主面上で一体化した光源ユニットを示したものであり、半導体レーザ１から出射された楕円光束からなるレーザ光線をビーム整形レンズ２によりアスペクト比を調整して円光束からなる平行光束に変換する機能を有している。
【００１３】
また、図１（ａ）は光源ユニットを側方から見た模式図であり、ビーム整形レンズ２は、貫通孔を有する鏡筒４の内部に２枚のシリンドリカルレンズ５ａ、５ｂを光軸方向に配置した構成であり、入射側に設けられたシリンドリカルレンズ５ａで、半導体レーザ１から出射されたレーザ光線における楕円光束の長手方向の倍率調整を行うことを示している。図１（ｂ）は光源ユニットを上方から見た模式図であり、鏡筒４の出射側に設けられたシリンドリカルレンズ５ｂで、半導体レーザ１から出射されたレーザ光線における楕円光束の短手方向の倍率調整を行うことを示している。
【００１４】
なお、それぞれのシリンドリカルレンズ５ａ、５ｂは、図２に示すように光軸を中心とした円板形状で、入射されるレーザ光線の開き角を調整する曲面部６と、この曲面部６の両側に設けられた平坦部７とで構造されている。また、曲面部６は入射されるレーザ光線における楕円光束の長手方向に対して屈折力を持つように湾曲し、平坦部７は、曲面部６を挟むように両側に設けられ、シリンドリカルレンズ５ａ、５ｂにおける取り付け基準面や、レンズ特性の測定基準面として活用している。
【００１５】
なお、これらのシリンドリカルレンズ５ａ、５ｂは、半導体レーザ１からの高出力なレーザ光線に耐え得るため、光学硝材を成形金型でプレス成形したものを用いており、特に図示していないが光学硝材をプレス成形する成形金型を作成する上で、曲面部６の両側に平坦部７を設けることで、成形金型の転写面に鋭角な突起が形成されずにすむことから、金型耐久性を向上させた形状としている。また、鏡筒４は組み立ての便宜上、光軸方向に２分割した分割構造の鏡筒４を用いており、それぞれの鏡筒４にシリンドリカルレンズ５ａ、５ｂを適宜配置した後に、これらを一体化する構造としている。
【００１６】
そして、鏡筒４の入射側に配置するシリンドリカルレンズ５ａにおいては、図３に示すように、シリンドリカルレンズ５ａの入射面側の曲面部６の外周端部分を紫外線硬化型の接着剤８で鏡筒４と接着固定する接着領域９とするとともに、曲面部６の両側に位置する平坦部を非接着領域１０として接着剤８を塗布しない部分としたことで、ビーム整形レンズ２のレンズ曇りの発生を抑制することが出来るのである。
【００１７】
すなわち、半導体レーザ１からの楕円光束が入射されるシリンドリカルレンズ５ａは、破線で示す楕円光束１１の長手方向１１ａの倍率調整を行うため、楕円光束１１の長手方向１１ａを曲面部６の母線と直行する方向にあわせ、楕円光束１１の短手方向１１ｂを母線方向にあわせるので、楕円光束１１の外周端からレンズ外周端までの距離は、母線方向で広く、母線と直交する方向で狭くなる。したがって、レーザ光線による熱がシリンドリカルレンズ５ａの外周端部分まで及ぼす影響は、楕円光束１１の長手方向１１ａに比べ短手方向１１ｂが小さくなるので、このレーザ光線による熱影響の小さい短手方向１１ｂの外周端部分を接着領域９とし、熱影響の大きい長手方向１１ａを非接着領域１０とすることで、接着剤８からの有機系揮発物質の発生を抑制でき、結果としてレンズ曇りの発生を抑制することができる。
【００１８】
なお、ビーム整形レンズ２における入射側のシリンドリカルレンズ５ａは、半導体レーザ１に近接し、光の強度分布の影響が大きく、接着剤８の塗布位置による有機系揮発物の影響が大きく、上述した接着位置の規制による効果が大きいが、出射側のシリンドリカルレンズ５ｂにおいても同様に有機系揮発物質の発生を抑制できるので、出射側のシリンドリカルレンズ５ｂも入射側のシリンドリカルレンズ５ａと同様に実施することで、さらに大きな効果を得ることができる。
【００１９】
また、接着剤８は、鏡筒４の入射側に配置するシリンドリカルレンズ５ａの入射面側、または、鏡筒４の出射側に配置するシリンドリカルレンズ５ｂの出射面側に塗布することで、この接着部分が、それぞれビーム整形レンズ２の外側を向いた部分で接着することになる。そして、この接着部分から若干の有機系揮発物が発生したとしても、シリンドリカルレンズ５ａ、５ｂで封止された鏡筒４内に進入しにくくなり、実質的にメンテナンスができない鏡筒４内部でのレンズ曇りを抑制できる。
【００２０】
さらに、曲面部６は平坦部７に比べレンズ厚が大きく基板強度が高くなることから、接着剤８の硬化応力の影響も抑制できるので、曲面部６における最もレンズ厚みの大きい部分つまり、光軸を通る母線の方向での接着が好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明は、半導体レーザを用いた光源ユニットに用いられるビーム整形レンズにおいて、接着剤から発生する有機系揮発物質によるレンズ曇りを抑制できるという効果を有し、特にレーザ加工機などの高出力用途の光源ユニットにおいて有用となる。
【符号の説明】
【００２２】
２  ビーム整形レンズ
４  鏡筒
５ａ、５ｂ  シリンドリカルレンズ
６  曲面部
７  平坦部
９  接着領域
１０  非接着領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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