(57)【要約】【課題】ビームスキャン機構によりレーザビームの走査を行うレーザ加工装置に用いる集光レンズ装置において、安定かつ高精度な組立が可能な装置を提供し、レンズ全面が非球面であり全ゲルマニウムレンズを使用可能にする。【解決手段】複数枚のレンズからなる集光レンズ装置において、第２のレンズ１２を、光軸に直交する２次元方向へ平行移動、固定できる機構を具備したレンズホルダー１５を用いて、スキャン可能なエリアの中心に対しエリアの上下左右の領域でビーム強度分布が対称となるようレンズの軸調整を行う。また、光軸方向へ平行移動、固定できるレンズ間隔調整機構１９や、光軸を回転軸としてレンズを回転することができる機構を具備したレンズホルダーを用いて、レンズの間隔調整や回転角度調整をすることで、スキャン可能なエリア全域において、より均質な加工品質を得ることが可能となる。【選択図】        図４
2004361862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを被加工物に照射して被加工物を加工するレーザ加工装置に使用され、ビームスキャン機構により走査されたレーザビームを集光するための複数枚のレンズからなる集光レンズ装置において、
上記複数枚のレンズのうち少なくとも１枚のレンズを、光軸に直交する２次元方向に平行移動させて位置調整することができるレンズ軸調整機構を備えたことを特徴とする集光レンズ装置。
【請求項２】
上記複数枚のレンズのうち少なくとも１枚のレンズを、光軸方向に平行移動させて位置調整することができるレンズ間隔調整機構を備えたことを特徴とする請求項１に記載の集光レンズ装置。
【請求項３】
上記複数枚のレンズのうち少なくとも１枚のレンズを、光軸を回転軸として回転することができるレンズ回転角度調整機構を備えたことを特徴とする請求項２に記載の集光レンズ装置。
【請求項４】
上記複数枚のレンズ材料が全てゲルマニウムからなり、当該レンズ面形状が全て非球面からなることを特徴とした請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の集光レンズ装置。
【請求項５】
上記複数枚のレンズ面形状が、シリンドリカル面あるいはトロイダル面であることを特徴とする請求項３に記載の集光レンズ装置。
【請求項６】
レーザビームを出力するレーザ発振器と、このレーザビームを反射、走査させるビームスキャン機構と、このビームスキャン機構より出力されるレーザビームを被加工物に照射する集光レンズ装置を備えたレーザ加工装置において、上記集光レンズ装置として請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の集光レンズ装置を使用したことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項７】
ビームスキャン機構により走査されたレーザビームを集光するための複数枚のレンズから構成され、少なくとも１枚のレンズを光軸に直交する２次元方向に平行移動させて位置調整することができるレンズ軸調整機構、光軸方向に平行移動させて位置調整することができるレンズ間隔調整機構を備えた集光レンズ装置の調整方法であって、
上記少なくとも１枚のレンズを、被加工物のスキャン可能なエリアにおいてその中心に対しエリアの上下左右の領域でビーム強度分布が対称になるように、光軸に直交する２次元方向に位置調整するステップと、
上記少なくとも１枚のレンズを、スキャン可能なエリア内のビームの集光点群が持つ光軸方向の高さの差異を減少するように、光軸方向に位置調整するステップから構成されることを特徴とする集光レンズ装置の調整方法。
【請求項８】
ビームスキャン機構により走査されたレーザビームを集光するための複数枚のレンズから構成され、少なくとも１枚のレンズを光軸に直交する２次元方向に平行移動させて位置調整することができるレンズ軸調整機構、光軸方向に平行移動させて位置調整することができるレンズ間隔調整機構、光軸を回転軸として回転することができるレンズ回転角度調整機構を備えた集光レンズ装置の調整方法であって、
上記少なくとも１枚のレンズを、被加工物のスキャン可能なエリアにおいてその中心に対しエリアの上下左右の領域でビーム強度分布が対称になるように、光軸に直交する２次元方向に位置調整するステップと、
上記少なくとも１枚のレンズを、スキャン可能なエリア内のビームの集光点群が持つ光軸方向の高さの差異を減少するように、光軸方向に位置調整するステップと、
上記少なくとも１枚のレンズを、スキャン可能なエリアにおいてその中心に対しエリアの上下左右の領域でビーム強度分布が対称になるように、光軸を回転軸として角度調整するステップから構成されることを特徴とする集光レンズ装置の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ビームスキャン機構によりレーザビームの走査を行うレーザ加工装置に用いるスキャン用の集光レンズ装置、この集光レンズ装置の調整方法、並びにこの集光レンズ装置を使用するレーザ加工装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ビームスキャン機構を具備したレーザ加工装置に使用されるスキャン用集光レンズは、通常複数枚のレンズからなり、そのレンズ材料には赤外レーザビームを透過可能なセレン化亜鉛、ゲルマニウム、塩化カリウムなどが用いられる。
しかし、塩化カリウムは材料自体の脆性や潮解性から、ゲルマニウムは材料自体の赤外レーザビームに対する吸収率の高さからあまり用いられない。光軸調整用の可視光を透過することも手伝い、劇毒物にも関わらずセレン化亜鉛が実際にはよく用いられる。
【０００３】
しかしながら、特開２００１−５１１９１号公報「ｆθレンズ」（以下、特許文献１と呼ぶ）にも記載されているように、例えば赤外レーザビームの波長１０．６μｍにおいて、ゲルマニウムは屈折率が４．０と、セレン化亜鉛の屈折率２．４に比べ高い。低屈折率のレンズ材料を用いる場合と比べて、高屈折率のレンズ材料を用いることは、発生収差を小さく抑えることができるため、レンズ枚数の削減、各構成レンズの薄肉化に有効であり、レンズ材料費の低減に効果的である。ゲルマニウムの場合、レーザ発振器が５００Ｗ以下のレーザ出力ならば、温度上昇は伴うが溶融することがなく、用途によっては実用可能である。
【０００４】
また、同じく上記特許文献１にも記載されているように、設計の自由度を上げるため、レンズ面形状に非球面を用いることが有効である。設計の自由度が高いということは、すなわち少ないレンズ枚数や薄いレンズでも目標性能に到達できるということであり、非球面を用いることもレンズ材料費の低減に効果的である。
しかし、非球面を用いる場合は球面を用いる場合よりも、レンズの加工組立精度が厳しくなる。特に、ゲルマニウムのような高屈折率材料において、非球面を用いる場合はさらに加工組立精度が厳しくなる。
【０００５】
上記特許文献１では６つの実施例の中で、高屈折率材料のゲルマニウムは用いても１枚しか用いておらず、非球面も各構成レンズの片面にしか用いていない。各構成レンズの材料に全てゲルマニウムを用いず、表裏面両面に非球面を用いない理由は、明確には記載されていないが、上記の厳しい製造精度のためである。
【０００６】
このため、複数枚のレンズから構成されるスキャン用集光レンズでは、焦点距離が１００ｍｍのレンズならば上記特許文献１のように、レンズ枚数が３〜４枚と多くなってしまい、レンズ材料費が高くなる。
また、高屈折率材料のゲルマニウムを１枚程度しか用いず、特開平１１−２５４１７２号公報「レーザ加工装置」（以下、特許文献２と呼ぶ）に記載されているように、高価なセレン化亜鉛を多用せざるを得ないため、レンズ材料費はさらに高くなる。
【０００７】
上記特許文献２には、ビームスキャン機構により赤外線レーザビームの走査を行うレーザ加工装置のスキャン用集光レンズに、ゲルマニウムを用いることは記載されているが、レンズそのものの構成や構造、本発明が解決しようとするレンズの製法に関する記載は無い。
【０００８】
また、上記特許文献１のようなセレン化亜鉛を含んだ片面非球面からなるスキャン用集光レンズでは、レンズ枚数が多く、各構成レンズの肉厚も厚くなることから、焦点距離が１００ｍｍのレンズでレンズ全長（スキャン用集光レンズの最上面から最下面までの距離）は６５〜８８ｍｍと長くなる。
これにより、スキャン用集光レンズの最下面から被加工物までの距離（以下、ワークディスタンスと呼ぶ）が７２〜１０２ｍｍと短くなってしまう。
その結果、スキャン用集光レンズの最下面の加工飛散物による汚染を早くし、レンズ寿命を短くする。この問題は、焦点距離がより短いレンズの場合、ワークディスタンスがさらに短くなるため、より顕著になる。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−５１１９１号公報
【特許文献２】
特開平１１−２５４１７２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
セレン化亜鉛やゲルマニウムなどのレーザビーム透過用のレンズ材料は、非常に高額であるため、前述のようなスキャン用集光レンズの製造コストにおいて、レンズ材料費の比重が最も高くなる。レンズ材料費を低く抑え、より安価にレンズを製作するには、レンズ材料にはより屈折率の高いゲルマニウムだけを用い、なおかつレンズ面全面に非球面を用いることが望ましい。
【００１１】
さらに、レーザ加工装置に用いるスキャン用集光レンズであることから、レンズの長寿命化のためにも、よりレンズ全長を短くできる全面非球面かつ全ゲルマニウムのレンズを用いることが望ましい。
【００１２】
しかしながら、上述のようにレンズの加工組立精度が非常に厳しくなり、歩留まりが非常に悪くなるという問題があった。
【００１３】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、レンズ面形状が全面非球面かつレンズ材料が全ゲルマニウムのレンズを使用するために、レンズの加工精度でなく組立精度の方に着目し、安定して高精度に組み立てる集光レンズ装置の構造及び組み立て方法を提供し、より安価でより長寿命なレンズを供給可能とすることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明による集光レンズ装置は、レーザビームを被加工物に照射して被加工物を加工するレーザ加工装置に使用され、ビームスキャン機構により走査されたレーザビームを集光するための複数枚のレンズから構成されつものであって、複数枚のレンズのうち少なくとも１枚のレンズを、光軸に直交する２次元方向に平行移動させて位置調整することができるレンズ軸調整機構を備えた。
また、光軸方向に平行移動させて位置調整することができるレンズ間隔調整機構を備えた。
更に、光軸を回転軸として回転することができるレンズ回転角度調整機構を備えた。それにより、複数枚のレンズ材料を全てゲルマニウムから構成し、当該レンズ面形状を全て非球面からなるようにした。
また、複数枚のレンズ面形状を、シリンドリカル面あるいはトロイダル面とした。
【００１５】
この発明による集光レンズ装置の調整方法は、少なくとも１枚のレンズを、被加工物のスキャン可能なエリアにおいてその中心に対しエリアの上下左右の領域でビーム強度分布が対称になるように、光軸に直交する２次元方向に位置調整するステップと、少なくとも１枚のレンズを、スキャン可能なエリア内のビームの集光点群が持つ光軸方向の高さの差異を減少するように、光軸方向に位置調整するステップから構成される。
更に、少なくとも１枚のレンズを、スキャン可能なエリアにおいてその中心に対しエリアの上下左右の領域でビーム強度分布が対称になるように、光軸を回転軸として角度調整するステップから構成される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーザ加工装置を示す構成図であり、特にビームスキャン機構を具備したレーザ加工装置の光学システムを示している。
【００１７】
図１において、このレーザ加工装置は、図示しないＸ−Ｙテーブル上に載置された被加工物５に対してレーザビームを照射して、被加工物５を燃焼、溶融、昇華、あるいは変色させ、切断、穴あけ、溶接、熱処理、あるいはマーキング等の加工を行うことを目的とした装置であり、単パルス、複数パルスあるいは連続発振のレーザビーム（赤外レーザビーム等）２を発生するレーザ発振器１と、レーザビーム２を任意の角度に反射させるガルバノミラー３ａ及び３ｂと、図示しない制御装置の指令によりガルバノミラー３ａ及び３ｂを回転駆動するガルバノスキャナ４ａ及び４ｂと、ガルバノミラー３ｂより反射されるレーザビームを被加工物５に照射する集光レンズ装置１０とから主要構成されている。
【００１８】
ここで、ガルバノミラー３ａとそれを駆動するガルバノスキャナ４ａ、及びガルバノミラー３ｂとそれを駆動するガルバノスキャナ４ｂは、それぞれガルバノメータと呼ばれるが、これらガルバノメータを、本発明の説明では、レーザ発振器１から出力されるレーザビームを任意の角度に反射・走査させて集光レンズ装置１０に入射させる機能面で表現して、ビームスキャン機構と称する。
【００１９】
次に、図１のレーザ加工装置による加工動作について説明する。図示しない制御装置で設定された周波数と出力値にしたがってレーザ発振器１から出力されるレーザビーム２が、ビームスキャン機構であるガルバノミラー３ａ及び３ｂに導かれ、ガルバノスキャナ４ａ及び４ｂにより任意の角度に保持されたガルバノミラー３ａ及び３ｂに反射して集光レンズ装置１０へ入射する。集光レンズ装置１０に入射したレーザビームは被加工物５上で焦点を結ぶ。レーザ発振器１から出力されるレーザビーム２の発振タイミングとガルバノミラー３ａ，３ｂの角度を図示しない制御装置で制御することにより、制御装置にあらかじめ入力されている形状を加工することができる。
【００２０】
なお、図１において、被加工物５上の点線の四角形は、ガルバノミラー３ａ及び３ｂと集光レンズ装置１０によって制限されるスキャン可能なエリア６である。また、図１では、ビームスキャン機構として、一対のガルバノメータを使用し、２軸直交の２次元スキャンの光学システムを採用したが、ガルバノメータが１軸しかない１次元スキャンの光学システムを用いても良い。
【００２１】
図２はこの発明の実施の形態１によるレーザ加工装置に使用される集光レンズ装置の断面図を示す。この集光レンズ装置の構成によって、非球面ゲルマニウムレンズを安定して高精度に組み立てることが可能となる。
【００２２】
図２に示すように、本実施の形態の集光レンズ装置１０は、ガルバノメータ側に位置する第１のレンズ１１と、被加工物側に位置する第２のレンズ１２と、これら第１及び第２のレンズ１１，１２を取り付けるための鏡筒１６と、第２のレンズ１２を保持するレンズホルダー１５と、レンズホルダー１５を光軸方向に直交する平面内において高精度に平行移動させるマイクロメータ１７をその主要構成としている。
【００２３】
第１及び第２のレンズ１１，１２として、表裏面とも非球面のゲルマニウムレンズを使用し、それらの面精度は０．５μｍＰＶ以下、面粗度は０．１μｍＲｍａｘ以下、表裏面の同軸度は２μｍ以下、平行度は５０μｒａｄ以下というように非常に高精度に加工されている。そして、ガルバノメータ（図２では図示を省略する）によりスキャンされたレーザビーム１３は、第１のレンズ１１へ入射し、第２のレンズ１２より出射し、被加工物（図２では図示を省略する）へ伝搬することとなる。
【００２４】
第１のレンズ１１の鏡筒１６への固定は、リング状の固定ネジ１４ａが鏡筒１６の内筒部１６ａにネジ込まれることによりなされる。一方、第２のレンズ１２は、レンズホルダー１５に保持され、レンズホルダー１５の片側にはレンズホルダー１５を高精度に平行移動させるためのマイクロメータ１７が、マイクロメータ１７の逆側にはレンズホルダー１５を押し返すバネ１８が備え付けてある。これにより、マイクロメータ１７の先端部の突出又は引込動作に伴って、第２のレンズ１２を光軸に直交する平面内で平行移動させることができ、第１のレンズ１１に対し第２のレンズ１２を１μｍレベルの精度で位置決めすることが可能となる。
【００２５】
実際の位置決めに際しては、レンズ左側を通過したレーザビーム１３ａとレンズ右側を通過したレーザビーム１３ｂの被加工物上でのビーム強度分布が対称になるように、マイクロメータ１７を回転調整して第１のレンズの軸１１ａと第２のレンズの軸１２ａとを位置調整する。その後、リング状の固定ネジ１４ｂを鏡筒１６の内筒部１６ｂにネジ込むことによって、レンズホルダー１５ごと第２のレンズ１２を鏡筒１６に固定する。
【００２６】
図２は断面図なので、マイクロメータ１７とバネ１８は一組しか図示していないが、実際には図２の垂直方向にも第１のレンズの軸１１ａと第２のレンズの軸１２ａとを合わせる必要がある。このため、図３の第２のレンズ１２の周辺模式図に示すように、第２のレンズ１２及びレンズホルダー１５の周囲には、マイクロメータ１７とバネ１８が二組それぞれ直交するように配置される。このような機構を設けることにより、第１のレンズの軸１１ａに対し第２のレンズの軸１２ａを光軸に直交する平面内で高精度に位置調整することが可能となり、図１に示す集光レンズ装置１０のスキャン可能なエリア６のＸ−Ｙ領域で対称な加工品質を得ることができるようになる。
【００２７】
図４は、この発明の実施の形態１による集光レンズ装置の他の実施例を示す部分断面図である。ここでは、図４に示すように、第２のレンズ１２を光軸方向へも平行移動できる機構を設けることにより、第１のレンズ１１と第２のレンズ１２との間隔を調整することを可能とする。
【００２８】
図４において、第２のレンズ１２の上面と鏡筒１６との間に円環状の平板バネ１８ａを挿み、鏡筒１６の下方端部にコレットチャックと同概念のレンズ間隔調整機構１９を使用した。鏡筒１６の下方外周部には図示を省略するコレットチャック同様の光軸方向の切り込みが施している。そして、リング状のテーパネジ１９ａを締めることで、鏡筒１６に施されたテーパ面１９ｂと、鏡筒１６とレンズホルダー１６間に設置されテーパ面を持つ円環板１９ｃとの間に滑りが生じ、レンズホルダー１５を光軸方向上方に平行移動させることが可能となる。
【００２９】
上記レンズ間隔調整機構１９の調整精度は、テーパネジ１９ａの外径、ネジピッチ、テーパ角、およびテーパ面１９ｂのテーパ角によっておおよそ決定される。例えば、ネジピッチ１ｍｍ、２つのテーパ角が共に１０°とすれば、テーパネジ１９ａが８分の１回転で、第２のレンズ１２は光軸方向へ約４μｍの送りとなるが、テーパネジ１９ａの外径がφ２００ｍｍあるとすると、外周方向で約８０ｍｍの回転に相当することになる。１μｍの送りなら約２０ｍｍの回転と、高精度に位置調整することが可能である。
【００３０】
このように、レンズ間隔調整機構１９で第１のレンズ１１と第２のレンズ１２との間隔を調整することで、図５（ａ）に示すような被加工物２４上のスキャン可能なエリア内に照射されるレーザビーム群２１の集光点群２２が持つ光軸方向の高さの差異を、図５（ｂ）のように減らすことができる。集光点群２２を結んだ曲面を集光レンズ装置１０の像面２３と呼び、これが平面とならない収差を像面湾曲と呼ぶ。図４に示すレンズ間隔調整機構１９は、この像面湾曲を補正するためのものである。このように、第１のレンズの軸１１ａと第２のレンズの軸１２ａを位置調整するだけでなく、さらに第１のレンズ１１と第２のレンズ１２との間隔を調整することで、集光レンズ装置１０のスキャン可能なエリア全域において、均質な加工品質を得ることができるようになる。
【００３１】
以上のように、この発明の実施の形態１の機構を採用することにより、レンズ面形状全面非球面かつレンズ材料全ゲルマニウムにより、集光レンズ装置１０を構成することが可能となった。その結果、上記特許文献１（特開２００１−５１１９１号公報）と比較して、焦点距離１００ｍｍのレンズでレンズ枚数３〜４枚であったものを２枚に削減することができた。また、レンズ全長６５〜８８ｍｍを５６ｍｍと短く、ワークディスタンス７２〜１０２ｍｍを１１８ｍｍと長くすることができた。レンズ寿命はおよそワークディスタンスの２乗に比例することから、１０２ｍｍの場合と比較しても、約１．３倍の長寿命化が達成できた。
【００３２】
上記実施の形態１の説明では、第２のレンズ１２を第１のレンズ１１に対し、光軸に直交する２次元方向あるいは光軸方向を含めた３次元方向へ平行移動させ、位置調整を行うようにしたが、第１のレンズ１１を第２のレンズ１２に対して光軸に直交する２次元方向あるいは光軸方向を含めた３次元方向へ平行移動させるようにしても良い。
また、第１のレンズ１１及び第２のレンズ１２を、光軸に直交する２次元方向あるいは光軸方向を含めた３次元方向へ、相互に平行移動させるようにしても良い。
【００３３】
また、上記実施の形態１の説明では、マイクロメータ１７やレンズ間隔調整機構１９を用いて位置調整を行ったが、薄い金属片を第１のレンズ１１，第２のレンズ１２や鏡筒１６に貼り付けたり、あるいは第１のレンズ１１，第２のレンズ１２とレンズホルダー１５や鏡筒１６との間に挿むなどしても、同様の効果が得られる。但し、マイクロメータでは１μｍレベルで調整可能であるが、金属片では５μｍレベルと調整精度が少し悪化する。
【００３４】
更に、実施の形態１では、第１のレンズ１１と第２のレンズ１２との２枚のレンズから構成される集光レンズ装置１０について説明したが、３枚以上からなるレンズでも同様の機構を用いることによって、１枚以上のレンズの軸調整、レンズ間隔の調整を行うことで、スキャン可能なエリア全域において、均質な加工品質を得ることができるようになる。
【００３５】
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２による集光レンズ装置を示す一部平面断面図である。実施の形態２による集光レンズ装置の構成によって、非球面ゲルマニウムレンズを実施の形態１よりさらに安定して高精度に組み立てることが可能となる。
【００３６】
実施の形態２による集光レンズ装置は、実施の形態１の構成において、第２のレンズ１２のレンズホルダー１５と鏡筒１６の間に、ウォーム３１とウォームホイール３２を用いたレンズ回転機構を設けたものである。レンズホルダー１５の外周部をウォームホイール３２に歯車加工を施し、その中心に第２のレンズ１２が配置される。但し、歯車加工を施す部位は、光軸方向においてマイクロメータ１７やバネ１８が接触する部分を避けるようにする。
また、レンズホルダー１５と鏡筒１６の間に、上記ウォームホイール３２と噛み合うウォーム３１を設ける。そして、このウォーム３１を回転させることで、光軸を回転軸として第２のレンズ１２を回転させることができる。
【００３７】
非球面レンズは高精度に加工されているが、その表裏面とも本来回転対称をなすべきところが実際には０．４μｍ程度で若干非対称に歪んで加工されたりする。
また、上述のように表裏面において同軸や平行にも若干のずれが存在する。このようなレンズ面の非対称歪み、表裏面の同軸ずれ、平行ずれの非対称性が存在すると、実施の形態１のレンズ平行移動機構を用いても、スキャン可能なエリア全域において、完全に均質な加工品質を得ることはできない。
【００３８】
この非対称性の影響を最小限に抑えるためには、第１のレンズ１１の非対称性と、第２のレンズ１２の非対称性とができる限り相殺するよう、２枚のレンズの回転角を調整する必要がある。
そこで、図６に示すレンズ回転機構を用いることで、スキャン可能なエリア全域において、より均質な加工品質を得られるよう、第１のレンズ１１に対し第２のレンズ１２を回転させていくことが可能となる。
【００３９】
上記実施の形態２の説明では、第１のレンズ１１に対し第２のレンズ１２を回転させて角度調整を行うようにしたが、第１のレンズ１１を第２のレンズ１２に対して回転させても良い。
【００４０】
上記実施の形態２では、レンズ面形状に本来回転対称をなす非球面ゲルマニウムレンズを用いた例について説明したが、元々回転非対称なシリンドリカル面あるいはトロイダル面を用いる際は、図６の光軸を回転軸としたレンズ回転機構はより有効な手段である。
上述の図１に示すように、ビームスキャン機構を具備したレーザ加工装置の光学システムは、２軸直交の２次元スキャンであることが多い。このため、集光レンズ装置１０もこのスキャン２軸方向でその断面形状が異なるシリンドリカル面あるいはトロイダル面を用いる方がより高い加工品質が得られる。
【００４１】
しかし、回転非対称な複数枚のレンズからなる集光レンズ装置では、各構成レンズの光軸に直交する２つの軸の方向を、各構成レンズ間で合わせる必要がある。
例えば、図２のような２枚から構成されるレンズで２枚とも回転非対称レンズの場合、まずスキャン機構の軸方向に第１のレンズ１１の２つの軸を合わせる必要がある。次に、第２のレンズ１２はスキャン機構の軸方向、第１のレンズ１１の２つの軸方向、双方に２つの軸を合わせる必要がある。
【００４２】
このように、図６に示した光軸を回転軸としたレンズ回転機構を各構成レンズに設けることにより、２次元スキャン用の集光レンズ装置に回転非対称なシリンドリカル面あるいはトロイダル面を用いることができ、高い加工品質を得ることができる。
【００４３】
実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３による集光レンズ装置の調整方法を示すフローチャートであり、実施の形態１及び２の集光レンズ装置を使用したレンズ調整手順を表わしている。
【００４４】
まず、ステップ７０１において、鏡筒１６に第１のレンズ１１と第２のレンズ１２を搭載する。第１のレンズ１１の鏡筒１６への搭載は、例えば図２に示すように、リング状の固定ネジ１４ａが鏡筒１６の内筒部１６ａにネジ込むことによりなされる。一方、第２のレンズ１２は、レンズホルダー１５に保持されて、鏡筒１６へ仮固定される。
【００４５】
次に、ステップ７０２において、第１のレンズ１１と第２のレンズ１２の軸の調整を行う。
すなわち、図２及び図３に示すように、マイクロメータ１７を回転調整して第１のレンズの軸１１ａと第２のレンズの軸１２ａとを位置調整する。このレンズの軸調整は、スキャン可能なエリア６においてその中心に対して上下左右の領域でビーム強度分布が対称になるか否かを確認しながら行う（ステップ７０３）。
【００４６】
次に、ステップ７０４において、第１のレンズ１１と第２のレンズ１２の間隔の調整を行う。例えば、図４に示すように、レンズ間隔調整機構１９を用いて第１のレンズ１１と第２のレンズ１２との間隔を調整する。このレンズ間隔の調整は、スキャン可能なエリア６内の集光点が持つ光軸方向の高さの差異が減少するように確認しながら行う（ステップ７０５）。
【００４７】
次に、ステップ７０６において、第１のレンズ１１と第２のレンズ１２を光軸を回転軸として角度調整する。
例えば、図６に示すように、ウォーム３１を回転させることで光軸を回転軸として第２のレンズ１２を回転し角度調整を行う。このレンズ回転角度の調整は、スキャン可能なエリア６においてその中心に対して上下左右の領域でビーム強度分布が対称になるか否かを確認しながら行う（ステップ７０７）。
【００４８】
すなわち、本実施の形態によるレンズ調整方法は、レンズの軸調整（ステップ７０２）、レンズ間隔の調整（ステップ７０４）、レンズ回転角度の調整（ステップ７０６）の行程順で行う。その各調整後に加工品質チェックを行い、スキャン可能なエリア全域において均質ならば性能達成とする（ステップ７０３，ステップ７０５，ステップ７０７）。
この行程順で調整を行う理由は、この行程順でより大きく加工品質に影響を与えるからである。すなわち、レンズの軸調整をすることが最も集光レンズ装置の性能を改善させる。
【００４９】
このことにより、図７のフローチャート中の破線に示すように、レンズの間隔調整（ステップ７０４及び７０５）後、またレンズ回転角度の調整（ステップ７０６及び７０７）後にも再度、レンズの軸調整（ステップ７０２及び７０３）が必要になることがある。
特に、レンズ回転角度の調整はレンズの非対称性の相殺であるため、同じく対称性を高める調整しているレンズの軸調整と密接な関係がある。このため、３つの調整サイクルを数周する必要がある場合もある。
【００５０】
ステップ７０９における性能達成後の固定手段として、図２ではリング状の固定ネジ１４ｂを示したが、図４及び図６では図示を省略している。
例えば、図４ではリング状のテーパネジ１９ａの回転を小さな止めネジなどで固定することが考えられる。同じく図６ではウォーム３１の回転を固定する等すれば良い。他にも第２のレンズ１２とレンズホルダー１５、鏡筒１６との隙間に樹脂を流し込み、硬化させるなどの固定手段も存在する。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、光軸に直交する２次元方向に平行移動させて位置調整することができるレンズ軸調整機構、光軸方向に平行移動させて位置調整することができるレンズ間隔調整機構、光軸を回転軸として回転することができるレンズ回転角度調整機構を備えることにより、高い組立精度を要求する非球面ゲルマニウムレンズだけでレンズを構成することができ、より安価でより長寿命なレンズを供給できる効果がある。
【００５２】
また、２次元スキャン用集光レンズに回転非対称なシリンドリカル面あるいはトロイダル面を用いることができ、高いレーザ加工品質を得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるレーザ加工装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による集光レンズ装置を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１による集光レンズ装置の第２のレンズの周辺を表わす平面断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１による集光レンズ装置の他の実施例を示す部分断面図である。
【図５】この発明の実施の形態１による集光レンズ装置の像面湾曲とレンズ間隔調整機構による像面湾曲の補正を説明するための図である。
【図６】この発明の実施の形態２による集光レンズ装置を示す一部平面断面図である。
【図７】この発明の実施の形態３による集光レンズ装置の調整方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  レーザ発振器、２  レーザビーム、３ａ，３ｂ  ガルバノミラー、４ａ，４ｂ  ガルバノスキャナ、５  被加工物、６  スキャン可能なエリア、１０  集光レンズ装置、１１  第１のレンズ、１２  第２のレンズ、１３  レーザビーム、１５  レンズホルダー、１６  鏡筒、１７  マイクロメータ、１８，１８ａ  バネ、１９  レンズ間隔調整機構、２１  レーザビーム群、２２  集光点群、２３  集光レンズ装置の像面、２４  被加工物、３１  ウォーム、３２  ウォームホイール。
【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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【図７】
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