(57)【要約】【課題】ファイバレーザやＹＡＧレーザ等の近赤外光領域のレーザ光を屈折させるために使用する光学部品であって、コストの増大やレーザ光の吸収を抑制しつつも色収差を好適に補正することができるレーザ用光学部品を提供する。【解決手段】本発明のレーザ用光学部品は、近赤外光領域である０．８〜１．６μｍの波長範囲内で複数の波長を含むレーザ光を屈折させるためのレーザ用光学部品である。当該光学部品は、少なくとも１つの凸レンズ１１と少なくとも１つの凹レンズ１２とを含み、凸レンズ１１がガラスからなり、凹レンズ１２がＺｎＳｅ又はＺｎＳからなる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
近赤外光領域である０．８〜１．６μｍの波長範囲内で複数の波長を含むレーザ光を屈折させるためのレーザ用光学部品であって、
少なくとも１つの凸レンズと少なくとも１つの凹レンズとを含み、前記凸レンズがガラスからなり、前記凹レンズがＺｎＳｅ又はＺｎＳからなることを特徴とするレーザ用光学部品。
【請求項２】
当該レーザ用光学部品が集光レンズを構成している請求項１に記載のレーザ用光学部品。
【請求項３】
当該レーザ用光学部品がＦθレンズを構成している請求項１に記載のレーザ用光学部品。
【請求項４】
当該レーザ用光学部品が結像レンズを構成している請求項１に記載のレーザ用光学部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、近赤外光領域のレーザ光に使用される光学部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ加工機やレーザプリンタ等の装置では、レーザ発振器から発せられたレーザ光をレンズ等の光学部品を用いて集光乃至結像し、各種の加工や走査等を行っている。
レーザ光が複数の波長を含む場合、当該レーザ光を単一の凸レンズによって集光すると、図２に示すように焦点距離にずれが生じ、色収差が発生する。この色収差は、凸レンズ１１０の波長依存性、すなわち色による屈折率の差によって生じるため、これを補正するには、屈折率の差が異なる２種類のレンズを組み合わせることが有効である。
【０００３】
一般に、２種類のレンズを組み合わせて色収差を補正する場合、次の式（１）の条件を満たすことが要求される。
ｆ1・Ｖ1＋ｆ2・Ｖ2＝０        …（１）
ただし、ｆ1、ｆ2は、各レンズの焦点距離、Ｖ1，Ｖ2は、各レンズのアッベ数である。  
【０００４】
アッベ数は、レンズの分散の大きさ、すなわち屈折率差の大きさを示す値であり、次の式（２）によって求められる。
【０００５】
【数１】
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【０００６】
ただし、ｎDは、Ｄ線の屈折率、ｎFはＦ線の屈折率、ｎCは、Ｃ線の屈折率である。
【０００７】
そして、以上の条件を満たすため、従来、色による屈折率差の小さい凸レンズと、色による屈折率差の大きい凹レンズとの組み合わせによって色収差を補正している。すなわち、凹レンズによる光の発散作用は凸レンズによる光の収束作用よりも小さいが、凹レンズの屈折率差を凸レンズの屈折率差よりも大きくすることによって、色収差の補正を可能とするものである。
【０００８】
なお、レーザ光の色収差補正に関する技術として、下記特許文献１に記載のものが公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−３１１２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
可視光領域で、比較的広い波長範囲（例えば、波長λ＝０．４μｍ〜０．７μｍの範囲）の光の色収差補正を行う場合、通常、屈折率差の小さいクラウンガラスからなる凸レンズと、屈折率差の大きいフリントガラスからなる凹レンズとの組み合わせが用いられている。
【００１１】
しかしながら、ファイバレーザやＹＡＧレーザ等により発せられた近赤外光からなるレーザ光で、しかも１μｍ前後の狭い波長範囲の複数の波長を含むレーザ光を色収差補正する場合、上記のようなクラウンガラスとフリントガラスとの組み合わせでは適切に色収差を補正するのが困難であることが判った。これは次の理由による。
本来、レーザ光の波長範囲が狭いと色収差自体が小さくなり、その補正も容易になると考えられるが、ファイバレーザ等による近赤外光ではクラウンガラスとフリントガラスの分散がそれぞれ小さくなり、両者の分散の差も小さくなってしまうため、クラウンガラスによって生じた色収差をフリントガラスによって打ち消し難くなるからである。
【００１２】
その一方で、ガラスからなるレンズは低コストでレーザ光の吸収が少ないという利点を有しているため、上述のような色収差補正の困難性を抱えながらも近赤外光領域のレーザ光に対して用いられているのが現状である。
【００１３】
本発明は、ファイバレーザやＹＡＧレーザ等の１μｍ前後の狭い波長範囲で複数の波長を含むレーザ光を屈折させるために使用する光学部品であって、コストの増大やレーザ光の吸収増大を抑制しつつ色収差を好適に補正することができるレーザ用光学部品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、近赤外光領域である０．８μｍ〜１．６μｍの波長範囲内で複数の波長を含むレーザ光を屈折させるためのレーザ用光学部品であって、
少なくとも１つの凸レンズと少なくとも１つの凹レンズとを含み、前記凸レンズがガラスからなり、前記凹レンズがＺｎＳｅ（セレン化亜鉛）又はＺｎＳ（硫化亜鉛）からなることを特徴とするものである。
【００１５】
この構成によれば、凹レンズを構成するＺｎＳｅ又はＺｎＳは、０．８μｍ〜１．６μｍの近赤外光領域のレーザ光に対する分散が大きいので、ガラスからなる凸レンズとの間で分散の差を大きくとることができる。したがって、分散の小さいガラスからなる凸レンズと、分散の大きいＺｎＳｅ又はＺｎＳからなる凹レンズとの組み合わせにより、適切に色収差を補正することができる。
【００１６】
また、ＺｎＳｅ又はＺｎＳを用いることによってコスト増やレーザ光の吸収増という弊害も生じるが、低コストで光の吸収の少ないガラスとの組み合わせによってその弊害を可及的に抑制することが可能である。
なお、従来、赤外光を発する高出力の炭酸ガスレーザレーザ（波長約１０μｍ）においては、赤外光の透過性能の良好なＺｎＳｅが用いられているが、ファイバレーザやＹＡＧレーザ等の近赤外光のレーザ光に対してはＺｎＳｅは使用されていない。
【００１７】
本発明のレーザ用光学部品は、集光レンズを構成していてもよい。これにより高い集光特性を得ることができる。
また、本発明のレーザ用光学部品は、Ｆθレンズや結像レンズを構成していてもよい。これによって、軸外色収差（倍率色収差）をも好適に補正することができ、広い像面範囲にわたって高い集光特性を得ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、ファイバレーザやＹＡＧレーザ等のレーザ光を屈折させるために使用する光学部品であって、コストの増大やレーザ光の吸収増を抑制しつつ色収差を好適に補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係るレーザ用光学部品の側面説明図である。
【図２】単一の凸レンズによる色収差の発生状態を示す側面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、発明の実施の形態に係るレーザ用光学部品の側面図である。
本実施の形態のレーザ用光学部品は、ファイバレーザやＹＡＧレーザを用いたレーザ加工機やレーザプリンタ等に使用されるレーザ光Ｌを屈折・集光させるために用いられ、レーザ光Ｌの色収差を補正するために、少なくとも１つの凸レンズ１１と少なくとも１つの凹レンズ１２とからなる組レンズ１０によって構成されている。
【００２１】
ここで、レーザ光Ｌは指向性や収束性に優れており、発生する電磁波の波長を略一定又は非常に狭い波長域に保つことができるという特徴を有する。また、ファイバレーザは、光ファイバを媒質としたレーザ発生装置であり、小型軽量で、高効率で高品質なビームを得ることができ、比較的高出力化が容易であるという特徴を有している。このファイバレーザによるレーザ光Ｌは、波長が０．８μｍ〜１．６μｍの近赤外光とされている。また、ＹＡＧレーザは、産業用や医療用として幅広く用いられており、波長が約１．０６μｍの近赤外光を発するものとされている。
【００２２】
なお、本発明の光学部品は、ファイバレーザやＹＡＧレーザのように近赤外光からなるレーザ光Ｌを発するレーザ用として使用されるものであり、したがって、例えば炭酸ガスレーザのような波長が１０μｍ前後の赤外光レーザ用の光学部品は本発明から除外される。
【００２３】
近赤外光からなるレーザ光Ｌに対し、図１に示すような凸レンズ１１と凹レンズ１２とからなる組レンズ１０によって色収差の補正を行う場合、従来においては、専ら光学ガラスや石英が用いられていた。特に、凸レンズ１１を、可視光領域でのアッベ数が５０〜５５以下のクラウンガラスから形成し、凹レンズ１２を、可視光領域でのアッベ数が５０未満のフリントガラスから形成するのが一般的であり、これらのガラスは、近赤外光の吸収が小さく、また、安価であるという利点を有する。しかしながら、ガラスは近赤外光に対して分散が小さいため、狭い波長範囲、例えば、０．８μｍ〜１．６μｍの波長範囲の複数波長を含むレーザ光Ｌの色収差の補正が困難であるという欠点を有している。
【００２４】
そのため、本実施の形態では、凸レンズ１１と凹レンズ１２との双方を光学ガラスや石英によって形成するのではなく、大きな分散が要求される凹レンズ１２をＺｎＳｅ（セレン化亜鉛）から形成することによって、近赤外光に対する色収差補正を適切に行うことができるようにしている。
すなわち、本実施の形態のレーザ用光学部品は、凸レンズ１１としてクラウンガラスからなるレンズを用い、凹レンズ１２としてＺｎＳｅからなるレンズを用いたものとなっている。
【００２５】
表１は、可視光領域（波長が０．４μｍ〜０．７μｍの範囲）におけるフリントガラス及びクラウンガラスのアッベ数と、近赤外光領域（波長が１．０３μｍ〜１．２４μｍの範囲）におけるクラウンガラス、フリントガラス、ＺｎＳｅ、及びＺｎＳ（硫化亜鉛）のアッベ数とをまとめたものである。なお、ここでは、クラウンガラスをＢＫ７とし、フリントガラスをＳＦ６とした場合を想定しているが、他のガラス種であっても概ね同様である。また、ここでいうガラスは、クラウンガラス、フリントガラス等の光学ガラスや石英ガラス以外にも、同様にレーザ用光学部品として使用可能な結晶性材料（水晶、サファイヤ、蛍石等）を含むことが、原理上可能である。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
なお、アッベ数は、前述の式（２）によって求められるものであり、可視光領域のアッベ数Ｖは、Ｄ線、Ｆ線、Ｃ線の波長をそれぞれ５８９．２ｎｍ、４８６．１ｎｍ、６５６．３ｎｍとした場合の屈折率ｎD、ｎF、ｎCにより求められる。また、近赤外光領域のアッベ数Ｖは、Ｄ線、Ｆ線、Ｃ線の波長をそれぞれ１０６０ｎｍ、１０３０ｎｍ、１２４０ｎｍに置き換えた場合の屈折率ｎD、ｎF、ｎCにより求められる。
【００２８】
表１から明らかなように、可視光領域においては、フリントガラスのアッベ数が２５．４であり、クラウンガラスのアッベ数が６４．２であり、クラウンガラスのアッベ数は、フリントガラスのアッベ数の約２．５倍の数値を示している。しかしながら、近赤外光領域においては、フリントガラスのアッベ数が１４９．３であるのに対して、クラウンガラスのアッベ数が１９０．５であり、両者とも非常にアッベ数が大きく（分散が小さく）、クラウンガラスのアッベ数は、フリントガラスのアッベ数の約１．３倍程度である。
そのため、クラウンガラスからなる凸レンズ１１によって生じた色収差をフリントガラスからなる凹レンズ１２によって打ち消すのは困難である。
【００２９】
これに対して、ＺｎＳｅは、アッベ数が８８．１となっており、このＺｎＳｅのアッベ数に対してクラウンガラスのアッベ数は約２．２倍の数値を示している。したがって、クラウンガラスとＺｎＳｅとの分散の差は、クラウンガラスとフリントガラスとの分散の差よりも非常に大きくなっている。そのため、凸レンズ１１として分散の小さいクラウンガラスを用い、凹レンズ１２として分散の大きいＺｎＳｅを使用することによって、クラウンガラスにおいて生じた色収差をＺｎＳｅによって好適に打ち消すことができ、高い集光特性を得ることが可能となっている。
【００３０】
また、本実施の形態では、組レンズ１０を構成する２枚のレンズのうち、一方のみをＺｎＳｅにより形成し、他方を従来通りガラスにより形成することによって、コストの増大を抑制することができる。さらに、ＺｎＳｅは、ガラスよりも若干近赤外光の吸収率が高いが、組レンズ１０の一方のみをＺｎＳｅとすることによって、全体としての近赤外光の吸収増を抑制することができる。
【００３１】
本発明のレーザ用光学部品は、上述のように集光レンズとして用いるのが好適であるが、特に結像レンズとして、或いはレーザ加工機等の走査光学系として使用されるＦθレンズとして用いるのがより好適である。この場合、軸外の色収差（倍率色収差）をも好適に抑制して、広い像面範囲に亘って高い集光特性を得ることができる。
【００３２】
また、本発明のレーザ用光学部品は、凹レンズ１２としてＺｎＳ（硫化亜鉛）を使用してもよい。この場合においても、上記実施形態と同様に、フリントガラスと比較して近赤外光領域における凹レンズ１２の分散を大きくし、ガラス（クラウンガラス）からなる凸レンズ１１との分散の差を大きくして色収差を好適に補正することができる（表１参照）。また、ＺｎＳｅやＺｎＳは、超精密切削加工で比較的容易に非球面加工を行うことができるという利点もある。
ただし、ＺｎＳは、ＺｎＳｅよりも上述の近赤外光領域におけるレーザ光の吸収率が若干高いので、できるだけ薄く形成することが好ましい。
【００３３】
本発明のレーザ用光学部品は、複数の凹レンズ１２を備えたものであってもよく、複数の凸レンズ１１を備えたものであってもよい。また、複数の凹レンズ１２のうち、一部をＺｎＳｅ又はＺｎＳにより形成してもよい。しかし、多くのレンズを備えることはコスト増の原因となるため、各レンズ２枚以下でレーザ用光学部品を構成することが好ましい。
また、凸レンズ１１としてクラウンガラス以外の他のガラスを使用してもよく、この場合、近赤外光領域において可及的に分散の小さい（アッベ数が大きい）ものを使用することが好ましい。
【００３４】
また、本発明のレーザ用光学部品は、０．８μｍ〜１．６μｍの波長範囲で複数の波長を含む近赤外光からなるレーザ光を対象とするが、特に１．０μｍ〜１．２５μｍのより狭い波長範囲のレーザ光に対してより効果的である。
【符号の説明】
【００３５】
１１  凸レンズ
１２  凹レンズ
Ｌ  レーザ光
【図１】
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【図２】
2011180494.tif 000006