高品質・低価格なfθレンズ|ガルバノ設計における焦点距離最適化

fθレンズ・テレセントリックレンズ

fΘレンズ

fθレンズとは

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。

 

なるほど、スキャナ光学系を使うと、スキャニングエリアの真ん中と端ではレンズからの距離が違うから普通のレンズだとスポットサイズが変わってしまうってことか

 

その通りです。

このレンズを使うことで平面内に集光ビームを配置することができるので、より均一な加工/マーキングを行うことができます。


fΘレンズ 図解


テレセントリックfθレンズとは

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。

 

普通のfΘレンズだと、スキャニングエリアの真ん中以外は、ワークに対してビームが斜め入射してしまうから、それを垂直にするのがテレセントリックfΘレンズってことね

 

その通りです。

材料によってはレーザの入射角度により吸収率が変わるものがあります。こういった材料をエリア内のどこでも同じように加工するためにはテレセントリックfΘレンズが必要です。

また、普通のfΘレンズですと、エリアの端ではビームが楕円形状になりますが、テレセントリックfΘレンズだと真円に近いビームが得られますよ。


テレセントリックレンズ 図解

 

波長別 fθレンズ 製品一覧

金属カット・溶接・マーキング・樹脂溶接など
1μm帯( 1064nm / 980nm )用fθレンズ一覧はこちら

銅・金・ソーラーセル・電子基板加工など
532nm帯(グリーン:532nm)用fθレンズ一覧はこちら

ガラス切断・半導体・超微細加工など
UV帯(紫外線:266nm / 343nm / 355 nm)用fθレンズ一覧はこちら

樹脂・アクリル・木材・紙の加工など
CO2帯(10.6µm / 9.3 µm)用fθレンズ一覧はこちら

その他光造形・3Dプリンター・特殊透明樹脂加工など
特殊波長(405nm/633nm/808nm/2000nm等)用fθレンズ一覧はこちら


fθレンズの取付について

 

fΘレンズによってマウントが違うようだから、使うスキャナのマウントと合わない場合はアダプタが必要になるね

 

はい、アダプタは必要ですが、単純にマウントのねじサイズを合わせれば良いということではありません。fΘレンズが設計性能を発揮するためには、レンズとミラーの距離が重要です。

 

え?マウントのねじサイズだけ合わせればOKってわけじゃないのね。

どんなことに注意してアダプタを作ればいいの?

 

まずはガルバノスキャナとfΘレンズの位置を確認しましょう。

fΘレンズの図面にスキャナとレンズの位置関係推奨値が書かれていますよ。

第一ミラーと台にミラーの位置が記載されていますが、ご使用されているガルバノの第一ミラーと第二ミラーの距離は必ずしもfΘレンズの設計値と同じではないと思いますので、その場合は、レンズ図面から、レンズと第一ミラーと第二ミラーの中間地点の距離を求めてください。

 

あとはどうするの?

 

入射瞳位置(Aperture Stop)が2枚のミラーの中間にくるように設置すればOKです。

 

ミラー間距離が設計値と実際で異なるから仕様が変わってくるのかしら?

 

その通りです。そのため、fΘレンズの仕様に書かれている数値はあくまでも目安としてお考え下さい。ご使用のガルバノスキャナにおける仕様が気になる場合はお問い合わせください。