(57)【要約】 【課題】ロボットアームなどの加速度環境下でも光学特性が狂わない光学装置を提供する。【解決手段】  光学素子が搭載された光学ブロックと、光学ブロックを固定する箱形ベースユニットとを有し、該箱形ベースユニットは、内部に空間を定義する壁部を有し、該壁部で囲まれた領域の内部に少なくとも１つのリブを有しており、該リブと壁部とによって形成された領域の壁部には少なくとも１つの開口部が形成され、該開口部に前記光学ブロックを挿入して、該箱形ベースユニット内部に光路を形成する光学装置であって、該装置はベースユニットと光学ブロックの接触面を公差０．０１〜０．００５ｍｍの範囲とする光学装置を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子が搭載された光学ブロックと、光学ブロックを固定する箱形ベースユニットとを有し、該箱形ベースユニットは、内部に空間を定義する壁部を有し、該壁部で囲まれた領域の内部に少なくとも１つのリブを有しており、該リブと壁部とによって形成された領域の壁部には少なくとも１つの開口部が形成され、該開口部に前記光学ブロックを挿入して、該箱形ベースユニット内部に光路を形成する光学装置であって、
該装置はベースユニットと光学ブロックの接触面を公差０．０１〜０．００５ｍｍの範囲とする光学装置。
【請求項２】
光学ブロックには光路調整をする微動機構が設けられている請求項１に記載の装置。
【請求項３】
箱形ベースユニットには光学ブロックを設置するための位置決めピンを挿入する挿入口が形成されている請求項１ないし２に記載の装置。
【請求項４】
ベースユニット内には光路のみを形成する請求項１ないし３に記載の装置。
【請求項５】
光学素子が搭載された光学ブロックと、光学ブロックを固定する箱形ベースユニットとを有し、該箱形ベースユニットは、内部に空間を定義する壁部を有し、該壁部で囲まれた領域の内部に少なくとも１つのリブを有しており、該リブと壁部とによって形成された領域の壁部には少なくとも１つの開口部が形成され、該開口部に前記光学ブロックを挿入して、該箱形ベースユニット内部に光路を形成する光学装置の製造方法であって、
前記光学ブロックを前記開口部に挿入したとき該光学ブロックと壁部との接触面と光学素子を搭載する部分を同一のチャックで加工を行うことによって公差を０．０１〜０．００５ｍｍの範囲とする製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学装置であって、特にロボットアームなどの加速度が加えられる環境においても剛性を確保できるユニットの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年ロボットアームにレーザー加工装置を搭載してレーザー加工を行う装置が開発されており、極めて高精度の加工を行うことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ロボットアームは様々な方向に移動あるいは回転するためアームには大きな加速度がかかり、アームに搭載されているレーザー装置の光軸の狂いなど、光学系に悪影響を与える場合がある。これはロボットアームのみならず、テーブルでも同様である。この光軸の狂いは主に光学微動装置が加速度によって微動機構が動くことが原因である。このために微動装置を持たない光学ブロックを用いて光学系を構成することが必要である。
【０００４】
この場合光学ブロックとベースユニットは極めて高い精度に加工する必要がある。しかしながら光学ブロックの加工の際、裏表両面を加工するため一度チャックから取り外し、再度チャックに固定する工程において誤差が発生する。従来はこの誤差により光学微動装置を持たない光学ブロックを製造することは困難であった。このような加工を行うにはチャックから取り外すことなく、光学ブロックの裏表両面を加工することが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の問題を解決するために、光学素子が搭載された光学ブロックと、光学ブロックを固定する箱形ベースユニットとを有し、該箱形ベースユニットは、内部に空間を定義する壁部を有し、該壁部で囲まれた領域の内部に少なくとも１つのリブを有しており、該リブと壁部とによって形成された領域の壁部には少なくとも１つの開口部が形成され、該開口部に前記光学ブロックを挿入して、該箱形ベースユニット内部に光路を形成する光学装置であって、該装置はベースユニットと光学ブロックの接触面を公差０．０１〜０．００５ｍｍの範囲とする光学装置を提供する。これによって微動機構を使用しないかまたは、公差を修正する程度の簡易な微動機構のみで光学系を構成することができる。また光学ブロックの加工においては例えばミラー、レンズ等を搭載する側の面を上記の公差の範囲で加工する。つまり光学ブロックを該ベースユニットに対して外側から挿入するように取り付ける構造である。この構造は光学ブロックの一方の面を加工すればよいので、１回のチャックで加工ができるという利点がある。これによって上記のように光学ブロックをチャックし直す必要がなくなり極めて高精度の加工ができるようになる。
【０００６】
光学ブロックには光路調整をする微動機構が設けられており、箱形ベースユニットには光学ブロックを設置するための位置決めピンを挿入する挿入口が形成されている。この微動装置は上記のように公差を修正する程度の微動装置である。この場合の微動装置は材料の弾性変形を利用した微小変位による微動装置であり、従来の微動装置に比べると部品点数が少ないという技術的利点がある。つまり、例えばロボットアームの先端のような、加速度がかかる環境においても十分な精度を維持することができる。
また、光学素子が搭載された光学ブロックと、光学ブロックを固定する箱形ベースユニットとを有し、該箱形ベースユニットは、内部に空間を定義する壁部を有し、該壁部で囲まれた領域の内部に少なくとも１つのリブを有しており、該リブと壁部とによって形成された領域の壁部には少なくとも１つの開口部が形成され、該開口部に前記光学ブロックを挿入して、該箱形ベースユニット内部に光路を形成する光学装置の製造方法であって、前記光学ブロックを前記開口部に挿入したとき該光学ブロックの接触面を、光学素子を搭載する部分と同一のチャックで加工を行うことによって公差を０．０１〜０．００５mmの範囲とする製造方法を提供する。このように同一のチャックを使用することによって十分小さな公差で光学ブロックを製造することができる。
【特許文献１】特開２００２−２５２４０１
【特許文献２】特開平１１−３０７３７
【特許文献３】特開平１０−２２１２０８
【特許文献４】特開平１０−３９０６３
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に本発明を詳細に説明する。図１は本発明の概略的な全体図である。図ではベースユニット１は２つに分離しているが、これは内部の状態がわかりやすいように示すためであり、実際は１体として形成されている。しかしながら図の１のように分離したユニットでもよい。該ベースユニット１の内部には剛性を確保するためのリブ２が形成されており、該リブ２には光が通する貫通口４が形成されている。またベースユニット１には、リブ２によって区画された領域に少なくとも１つの開口部３が形成されており、該開口部３に光学素子が搭載された光学ブロック５が挿入される。
【０００８】
この光学ブロック５をベースユニット１に取り付ける場合の図を図２に示した。図２は断面図である。図２に示されたように、光学ブロック５はベースユニット１との接触面８を有しており、同様にベースユニット１も光学ブロック５との接触面８を有している。さらに光学ブロック５は光学素子９との接触面８も有している。これらの接触面はいわゆる高精度加工面であり、その公差は０．０１〜０．００５ｍｍである。
【０００９】
つまり、光学ブロックとベースユニット１が互いに接触する面８、および光学素子と光学ブロックとの接触面８の加工精度が上記の公差の範囲内にあれば、図２に示したように光学ブロックに光学微動装置を設けなくても光学特性を維持することができる。従って光学微動装置を排除することができ、ロボットアームなどの加速度がかかる状況においても、光学特性を保って、十分な剛性を確保することができる。
【００１０】
このような高精度加工面を製造する方法を次に説明する。従来は光学ブロックの加工において、光学素子を搭載する部分の加工が終わると一度チャックから取り外して再度チャックし直す作業が必要であった。このとき、加工装置は１／１０００ｍｍの加工精度を有しているのに対し、チャックのつかみ直しの作業では１／１０００ｍｍの精度を期待することはほとんど不可能である。
【００１１】
本発明では、このときチャックを解除することなく１回のチャックで光学ブロックの全ての面を加工する。例えば、図２の光学ブロックの場合では、参照番号８で指し示されている該ブロックの面は同一チャックで加工することができる。これによって加工装置の有する高い加工精度を保ったまま加工を行うことができる。従って光学ブロックに微動装置を搭載しなくても光学特性を維持することができる。もしくは、材料の弾性変形を利用する部品点数の少ない光学微動装置で十分な光学特性を維持することができる。
【００１２】
このように光学ブロックの加工においては同一チャックにより全ての加工を行うことにより光学微動装置を有することなく、光学特性を維持することができる。
【００１３】
次に本発明により製造された光学ブロックの他の実施例を説明する。図３は形状の異なる光学ブロック５をベースユニット１に取り付けられ、レーザー光１１が通っている例である。取り付けには、図２で示したようにネジ７で光学ブロック５とベースユニット１とを固定することができる。図３では形状の異なる光学ブロック５を位置決め用のピン６を介してベースユニット１に固定している。
【００１４】
本発明は公差を０．０１〜０．００５ｍｍ以内に設定し、光学ブロックとベースユニット１を固定している。よって例えば光学ブロックの電源の供給や、冷却等の配管をベースユニット１の外に設置することができる。図４には例えば電源等のケーブル１２および冷却用の配管１３をベースユニット１の外から光学ブロック５に接続したときの断面図である。このように構成することによってケーブル１２や配管１３に付着している埃などが光路内に侵入することを防止することができる。
【００１５】
本発明は上記のように高精度加工により微動装置を用いることなく光学装置を製造できることに特徴を有している。次に、公差を修正する程度の微動装置を有する光学ブロックを説明する。
【００１６】
図５はその実施例である。光学ブロック５は光学素子９を有しており、該光学素子９はアーム１８に取り付けられており、該アーム１８は支点１６で支持されている。また微動ネジ１４は該アーム１８の一端と接している構造である。このような構造において、微動ネジ１４を回転させると該ネジ１４はアーム１８を押圧し、アーム１８は支点１６を中心に円弧１５を描くように動作する。この動作は該支点１６の材料の弾性変形を利用したものである。これによって光学素子９の角度を変化させることができるので、公差の修正を行うことができる。このように材料の弾性変形を利用した微動装置は部品点数が少ないため、加速度環境下においても十分な精度を維持することができる。
また、例えばレーザー発振のための光を往復させるミラーを固定する場合に、本発明による光学ブロック５を使用し、それ以外の部分には従来の微動機構を有するブロックを使用することもできる。このように、高い精度で光軸を維持する必要がある部分には本発明による高精度加工面を有する光学ブロック５を使用する構成においても、本願発明の効果を得ることができる。
【００１７】
次にベースユニットの他の実施例を説明する。図６はベースユニット１に光学ブロック５および光学素子９を取り付けた状態の断面図である。図から明らかなようにベースユニット１の断面形状は６角形状になっている。つまり本発明においてベースユニットの形状は任意に定めることができる。本実施例ではレーザー共振器を構成している。光学ブロック５にはレーザー発振用の結晶１９および共振用の反射鏡２０が設置されている。またベースユニット１には複数の開口部３が設けられており、ここに光学素子を設置してレーザー光１１を出力する。
【００１８】
本発明においては上述のように、ベースユニット１および光学ブロック５を公差が０．０１〜０．００５ｍｍの範囲内で加工することにより、従来の光学微動装置に比べて部品数の少ない光学微動装置で光学特性を維持することができ、この特性を維持してロボットアームなどの加速度環境下に設置することができる。また、さらに厳密に光学機器を設定するために、公差を修正する微動装置を設けることもできる。
【００１９】
さらに、ベースユニットは断面が４角形の箱状の形状に限定されるものではなく、６角形、或いは他の形状でもよい。さらにベースユニットを板状の部材を組み合わせて箱状の形状に構成してもよい。また、ベースユニットに形成される開口部の加工も１チャックで行うこともできる。ベースユニットには複数の開口部が形成されるが、これらの開口部の加工を全て１回のチャックで行うことによりベースユニット側も高精度加工面を有することになる。
【００２０】
本発明はさらに、ベースユニットの外部に例えば電源ケーブルや冷却用配管、光ファイバーなどを設置し、光路内に異物が入り込むのを極力防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は本発明の光学装置の全体図である。
【図２】図２は光学ブロックをベースユニットに設置する時の断面図である。
【図３】図３は異なる形状の光学ブロックを設置するときの断面図である。
【図４】図４は光学ブロックにケーブルや配管を接続したときの断面図である。
【図５】図５は公差を修正する微動装置を有する光学ブロックの断面図である。
【図６】図６はベースユニットにレーザー共振器を設置したときの断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  ベースユニット
２  リブ
３  開口部
４  光路
５  光学ブロック
６  位置決めピン
７  固定用ネジ
８  高精度加工面
９  光学素子
１１  レーザー光
１２  ケーブル
１３  配管
１４  微動ネジ
１６  支点
１８  アーム
１９  レーザー結晶
２０  反射鏡
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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