fθレンズの原理・構造・用途｜株式会社プロフィテット

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レーザ発振器のビーム品質が向上したことで、ガルバノスキャナやポリゴンスキャナなど、焦点距離の長い光学ヘッドを使っても小さなスポット径を得ることができるようになりました。この加工方法は非常に速いビーム操作が可能で、レーザ加工をはじめ様々な分野で広く使われています。
fθレンズ、テレセントリックレンズはガルバノスキャナやポリゴンスキャナなどと一緒に使用し、レーザの走査に使うレンズです。2枚のレンズ面の曲率をかえることにより、レンズ周辺部と中心部で走査速度が一定になるように設計されています。

一般のレンズの場合、走査ビームが角度θのとき、像の大きさはY=f・tanθの関係になりますが、fθレンズの場合、Y＝ｆ・θの像を結びます。

ｆθレンズを使用すると、レーザを走査させた際、一つの平面上に焦点を置くことができるため、走査エリア内で均一のビーム径でレーザ加工などを行うことができます。
 

fθレンズは主光線がレンズの光軸に対して様々な角度を持ちますが、テレセントリックレンズを使用すると、主光線とレンズ光軸を平行にすることができます。これにより集光ビームは楕円にならず、より品質の高いレーザ加工を行うことができます。また、角度依存性のある対象物（例えば入射角度によりレーザの吸収率が大きく異なる）の加工を行う際には有効な光学系です。