(57)【要約】【課題】組み立てが容易で、かつ、特性が均一なｆθレンズを提供する。【解決手段】単レンズ１Ａ、１Ｂ、１Ｃをそれぞれケース５０Ａ、５０Ｂ，５０Ｃに保持させ、ケース５０Ａ、５０Ｂ，５０Ｃを互いに光軸Ｏ方向に接続してｆθレンズ３０を構成する。ケース５０Ｂ，５０Ｃは、一側端部に単レンズを収納する凹部６ｂ，６ｃを有すると共に、他側端部に他のケースを収納する凹部２０，２１を有する。また、１個のケースに２枚の単レンズを収納させてもよい。【選択図】図１
2007322557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３枚以上の単レンズを光軸方向を合わせて筒状のケースの内部に整列させたｆθレンズにおいて、
前記単レンズを１または２枚保持する収納ケースを設け、
前記単レンズを収納した複数の前記収納ケースを光軸方向に接続した
ことを特徴とするｆθレンズ。
【請求項２】
複数の前記収納ケースの少なくとも１個は、その一側端部に前記単レンズを収納する凹部が形成されていると共に、他側端部に他の収納ケースを収納する凹部が形成されてなる、
ことを特徴とする請求項１に記載のｆθレンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置、特にレーザ加工機に用いられて好適なｆθレンズに係り、詳しくは３枚以上の単レンズを光軸方向を合わせて筒状のケースの内部に整列させたｆθレンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
ｆθレンズは、ｆθレンズの焦点距離をｆとするとき、ｆθレンズの光軸に対して角度θで入射する光を、焦点において光軸に垂直な面の光軸からｆθの位置に出射させるという特性を備えている。このような特性を１枚のレンズで実現することは困難であるため、複数枚のレンズ（通常、３枚以上。以下、それぞれのレンズを「単レンズ」という。）を組み合わせて１つのｆθレンズに構成している。
【０００３】
図３は、従来のｆθレンズの正面断面図である。図示のｆθレンズ３０の場合、レンズとして第１の単レンズ１Ａと、第２の単レンズ１Ｂと、第３の単レンズ１Ｃとから構成されている。単レンズ１Ａ、１Ｂ、１Ｃの外形は円形であり、材質としては、ＳｅＺｎやＧｅ（ＣＯ２レーザの場合）、あるいはＳｉＯ２（ＵＶレーザの場合）が採用されている。単レンズ１Ａ、１Ｂ、１Ｃは光軸Ｏが同軸になるようにして、ケース１０の内部に位置決めされている。ケース１０は、一方の側端部から第１の凹部６ａが形成されており、かつ他方の側端部から奥に向って順次小径となる段付き状の第２の凹部６ｂ、第３の凹部６ｃが形成されている。
【０００４】
ケース１０に設けられたねじ部２ａに螺合する環状ナット３ａは、ゴムまたはプラスチック製の環状パッキン４ａと金属製のワッシャ５ａを介して、単レンズ１Ａを筒状のケース１０に設けられた第１の凹部６ａの平坦面６ａｈに位置決め・固定している。環状パッキン４ａは、ワッシャ５ａにより単レンズ１Ａの表面が傷つくことを防止すると共に、単レンズ１Ａを平坦面６ａｈに付勢している。凹部６ａの円筒面６ａｖの直径は、単レンズ１Ａの直径よりも僅かに大きい。
【０００５】
ケース１０に設けられたねじ部２ｂに螺合する環状ナット３ｂは、ゴムまたはプラスチック製の環状パッキン４ｂと金属製のワッシャ５ｂを介して、単レンズ１Ｂを筒状のケース１０に設けられた第２の凹部６ｂの平坦面６ｂｈに位置決め・固定している。環状パッキン４ｂは、ワッシャ５ｂにより単レンズ１Ｂの表面が傷つくことを防止すると共に、単レンズ１Ｂを平坦面６ｂｈに付勢している。凹部６ｂの円筒面６ｂｖの直径は、単レンズ１Ｂの直径よりも僅かに大きい。
【０００６】
ケース１０に設けられたねじ部２ｃに螺合する環状ナット３ｃは、ゴムまたはプラスチック製の環状パッキン４ｃと金属製のワッシャ５ｃを介して、単レンズ１Ｃを筒状のケース１０に設けられた第３の凹部６ｃの平坦面６ｃｈに位置決めしている。環状パッキン４ｃは、ワッシャ５ｃにより単レンズ１Ｃの表面が傷つくことを防止すると共に、単レンズ１Ｃを平坦面６ｃｈに付勢している。凹部６ｃの円筒面６ｃｖの直径は、単レンズ１Ｃの直径よりも僅かに大きい。
【０００７】
組み立てられたｆθレンズ３０の光学的な特性（以下、単に「特性」という。）が所望の特性から外れている場合には、例えば、環状ナット３ａを外して単レンズ１Ａを円周方向に回転させ、所望の特性が得られる位置に固定し直す等の調整作業を行う。
【０００８】
ｆθレンズに要求される特性の具体例を挙げると、例えば、外形が円形のレーザビームをｆθレンズに入射させたとき、結像位置におけるレーザビームの真円度が９０％以上であることである。
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１６５２１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、単レンズ１Ａ、１Ｂ、１Ｃの形状および特性にはばらつきがあり、平坦面６ａｈ、６ｂｈ、６ｃｈの平坦度にもばらつきがある。特に、ｆθレンズを構成する単レンズの枚数が増えた場合、平坦面６ｂｈのようにケース１０の側端部から離れた奧側の面を研磨仕上げすることは困難である。そこで、研削加工を行わない切削面とすると、平坦度が低下して、単レンズ１Ｂが傾く場合があった。単レンズ１Ｂが傾くと、例えば、ｆθレンズ３０のレンズ口径がｌ００ｍｍの場合、加工エリア範囲３０ｍｍ×３０ｍｍの中央部および４つのコーナー部では真円度が９０％以上の穴を加工できても、その他の位置においては真円度９０％を下回る場合があった。
【００１１】
また、凹部６ａ、６ｂ、６ｃの同心度がずれている場合には、加工領域全体で真円度９０％を下回る場合があった。
【００１２】
また、環状ナット３ａ、３ｂ、３ｃを締め付けすぎると、単レンズ１Ａ、１Ｂ、１Ｃに部分的なひずみが発生する。レンズに発生したひずみは干渉計を用いて確認することができる。したがって、表面側に配置された単レンズ１Ａ、１Ｃにひずみが発生している場合には、このひずみを除去することは容易である。しかし、奥側に配置された単レンズ１Ｂのひずみを確認することは面倒であった。また、単レンズ１Ｃが組み付けられた後では、内側に配置された単レンズ１Ｂのひずみを確認することはできない。このため、組み立てに時間を要するだけでなく、特性がばらついた。
【００１３】
本発明の目的は、上記課題を解決し、組み立てが容易で、かつ、特性が均一なｆθレンズを提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明は、３枚以上の単レンズ（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）を光軸方向を合わせて筒状のケースの内部に整列させたｆθレンズ（３０）において、前記単レンズを１または２枚保持する収納ケース（５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ）（５０Ｃ，５０Ｄ）を設け、前記単レンズを収納した複数の前記収納ケースを光軸方向に接続したことを特徴とする。
【００１５】
複数の前記収納ケースの少なくとも１個（５０Ｃ）は、その一側端部に前記単レンズを収納する凹部（６ｃ）が形成されていると共に、他側端部に他の収納ケースを収納する凹部（２１）が形成されている。
【００１６】
なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これにより特許請求の範囲の構成に何等影響を及ぼすものではない。
【発明の効果】
【００１７】
収納ケースは単レンズを１または２枚保持するだけであるので、ひずみの確認が容易であり、ひずみが発生している場合も再調整が容易である。また、個々の収納ケースの奥行きが小さいので、単レンズを支持する面の平坦度を容易に向上させることができる。この結果、組み立てが容易で、かつ、特性のばらつきを小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は本発明に係る単レンズ３枚からなるｆθレンズの正面断面図であり、図３と同じものまたは同一機能のものは、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１９】
ｆθレンズ３０は、それぞれ単レンズを収納した複数の収納ケース（以下単にケースと称する）５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃを有する。
【００２０】
ケース５０Ａは、内部にねじ部２ａ、凹部６ａを備え、ケース５０Ｂに係合する側の外径はＤ１であり、ケース５０Ｂに設けられたねじ穴７ｂに対向する位置には円周方向の溝９ａが形成されている。大径部には、ケース５０Ｂと組み合わされた時にケース５０Ｂに設けられたねじ穴４１と同軸となる底付き穴５０Ａｂと、底付き穴５０Ａｂと同軸の貫通穴５０Ａｃとが設けられている。底付き穴５０Ａｂと貫通穴５０Ａｃは、ねじ穴４１と同様に円周方向１２０°間隔で３箇所設けられている。平坦面６ａｈの平坦度は研削により１μｍ以下である。また、円筒面６ａｖの直径は単レンズ１Ａの外径よりも僅かに大径である。底面５０Ａａの平坦度は研削により１μｍ以下である。単レンズ１Ａは環状パッキン４ａとワッシャ５ａを介して、環状ナット３ａにより、平坦面６ａｈに位置決め・固定されている。
【００２１】
ケース５０Ｂは、一側端部から内部にねじ部２ｂ及び凹部６ｂが形成されていると共に、他側端部からケース５０Ａに係合する凹部２０が形成されている。ケース５０Ｃに係合する側の外径はＤ２であり、ケース５０Ｃに設けられたねじ穴７Ｃに対向する位置には円周方向の溝９ｂが形成されている。凹部２０の直径はケース５０Ａの外径Ｄ１よりも０．５ｍｍ大径である。また、円筒面６ｂｖの直径は単レンズ１Ｂの外径よりも僅かに大径である。凹部２０の円筒面２０ｖとケース５０Ｂの外面との間にはねじ部７ｂが設けられている。ねじ部７ｂは円周方向１２０°間隔で３箇所設けられている。大径部には、ケース５０Ｃと組み合わされた時にケース５０Ｃに設けられたねじ穴４２と同軸となる、底付き穴５０Ｂｂと、底付き穴５０Ｂｂと同軸の貫通穴５０Ｂｃとが設けられている。底付き穴５０Ｂｂと貫通穴５０Ｂｃは、ねじ穴４２と同様に円周方向１２０°間隔で３箇所設けられている。平坦面２０ｈにはねじ穴４１が円周方向１２０°間隔で３箇所設けられている。平坦面６ｂｈおよび凹部２０の平坦面２０ｈの平坦度は１μｍ以下である。
【００２２】
単レンズ１Ｂは環状パッキン４ｂとワッシャ５ｂを介して、環状ナット３ｂにより平坦面６ｂｈに位置決め・固定されている。ボルト８ｂはケース５０Ａをケース５０Ｂに固定している。
【００２３】
ケース５０Ｃは、一側端部から内部にねじ部２ｃ及び凹部６ｃが形成されていると共に、他側端部からケース５０Ｂに係合する凹部２１が形成されている。凹部２１の直径はケース５Ａの外径Ｄ２よりも０．５ｍｍ大径である。平坦面６ｃｈおよび凹部２１の平坦面２１ｈの平坦度は１μｍ以下である。また、円筒面６ｃｖの直径は単レンズ１Ｃの外径よりも僅かに大径である。凹部２１の円筒面２１ｖとケース５０Ｃの外面との間にはねじ部７ｃが設けられている。ねじ部７ｃは円周方向１２０°間隔で３箇所設けられている。平坦面２１ｈにはねじ穴４２が円周方向１２０°間隔で３箇所設けられている。
【００２４】
単レンズ１Ｃは環状パッキン４ｃとワッシャ５ｃを介して、環状ナット３ｃにより平坦面６ｃｈに位置決め・固定されている。ボルト８ｃはケース５０Ｂをケース５０Ｃに固定している。
【００２５】
次に、組み立て手順について説明する。
【００２６】
先ず、単レンズ１Ａを凹部６ａに挿入し、環状パッキン４ａおよびワッシャ５ａをはさみ、環状ナット３ａを締め付けて単レンズ１Ａを光軸方向に位置決めする。このとき、環状ナット３ａの締め付け力を最大で０．９８Ｎとする。このようにすると、単レンズ１Ａを光軸方向および回転方向に位置決めすることができ、かつ単レンズ１Ａに発生するひずみを予防することができる。
【００２７】
次に、単レンズ１Ａをケース５０Ａに組み込んだ状態で、干渉計を用いて、単レンズ１Ａにひずみが発生していないことを確認する。そして、ひずみが発生している場合には、例えば、環状ナット３ａの締め付け力を小さくした後、再度ひずみの有無を確認する。この時、平坦面２０ｈの平坦度が１μｍ以下であるので、単レンズ１Ａのケース５０Ａにおける位置を回転方向に回す必要がない。
【００２８】
以下、同様にして、単レンズ１Ｂをケース５０Ｂに、単レンズ１Ｃをケース５０Ｃに組み込む。
【００２９】
次に、ケース５０Ａの下端部をケース５０Ｂの凹部２０に挿入し、ボルト８ｂによりケース５０Ａをケース５０Ｂに固定する。次に、ケース５０Ｂの下端部をケース５０Ｃの凹部２１に挿入し、ボルト８ｃによりケース５０Ｂをケース５０Ｃに固定する。ボルト８ｂ、８ｃを締め付けることにより、ケース５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃは実質的に一体になり、ｆθレンズ３０となる。
【００３０】
次に、ｆθレンズ３０の特性を確認し、例えば、単レンズ１Ａの光軸が光軸Ｏに対してずれている場合には、ボルト８ｂを外し、ケース５０Ａを光軸Ｏと直角な方向に移動させて光軸を一致させる。この状態で、ねじ穴７ｂのそれぞれに図示を省略する押しねじをねじ込み、ケース５０Ａをケース５０Ｂに固定する。
【００３１】
以上説明したように、本発明に依れば、単レンズ１Ａ、１Ｂ、１Ｃをケース５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃに固定するので、ひずみの有無の確認が容易である。そして、内部に配置された単レンズ１Ａ、１Ｂ、１Ｃにはひずみが発生していないので、ケース５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃを接続するだけで所望の特性を得ることができる。
【００３２】
また、全体を組み立てる際の調整作業は光軸を一致させる程度であり、組み立て作業が容易である。
【００３３】
また、単レンズを位置決めする面の位置を端部から浅くすることができるので、研削が容易であり、位置決め面の平坦度を優れたものとすることがでる。したがって、単レンズを固定した際の光軸の倒れを予防することができる。
【００３４】
また、何らかの理由により焦点距離を調整したい場合も、単レンズ１Ａ、１Ｂ、１Ｃの位置を光軸Ｏ方向に変えることに代えてケース５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃの間隔を変えるだけで良く、作業が容易である。
【００３５】
また、ケース５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃに不具合な点（例えば、平坦面６ｂｈの平坦度不良）があっても、修正が容易である。
【００３６】
なお、この実施形態ではボルト８ｂ、８ｃを用いてケース５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃを固定するようにしたが、ねじ穴７ｂ、７ｃに図示を省略する押しねじをねじ込んで固定するようにしてもよい。この場合、底付き穴５０Ａｂ、５０Ｂｂ、貫通穴５０Ａｃ、５０Ｂｃおよびねじ穴４１、４２を設ける必要はない。
【００３７】
図２は、本発明の変形例を示すｆθレンズの正面断面図である。
【００３８】
上記図１で説明したｆθレンズでは１個のケースに１枚の単レンズを固定するようにしたが、図２に示すように、ケース５０Ａとケース５０Ｂを一体にしてケース５０Ｄとし、ケース５０Ｄに単レンズ１Ａと単レンズ１Ｂを固定するようにしてもよい。ケース５０Ｄに固定する単レンズを２枚としても、それぞれの単レンズに発生するひずみの有無は光軸方向の両側から確認することができる。なお、ケース５０Ａとケース５０Ｂを一体にすることに代えてケース５０Ｂとケース５０Ｃを一体にしてもよい。
【００３９】
なお、組み立て手順は図１の場合と実質的に同じであるので、説明を省略する。
【００４０】
以上説明したように、本発明に依れば、組み立てに要する時間を従来の１／２〜１／３に低減することができる。
【００４１】
また、焦点距離を加工領域の全域で揃えることができるので、円形の穴を加工する場合に、穴径が変化したり、穴形状が楕円になることがなく、加工品質を優れたものとすることができ、加工の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係るｆθレンズの正面断面図である。
【図２】本発明に係るｆθレンズの正面断面図である。
【図３】従来のｆθレンズの正面断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
３０  ｆθレンズ
１Ａ  単レンズ
１Ｂ  単レンズ
１Ｃ  単レンズ
５０Ａ  （収納）ケース
５０Ｂ  （収納）ケース
５０Ｃ  （収納）ケース
Ｏ  光軸
６ａ，６ｂ，６ｃ  レンズ収納用凹部
２０，２１  他のケース収納用凹部
【図１】
2007322557.tif 000003
【図２】
2007322557.tif 000004
【図３】
2007322557.tif 000005