レーザースポット径計算ツール
波長、ビーム品質 M²、ビーム径、レンズの焦点距離を入力すると、集光スポット径と焦点深度を求められます。
このレーザースポット径計算ツールは、レーザービームをどこまで小さく集光できるか、また焦点がどこまで鋭く保たれるかを推定します。レーザーの種類または波長、ビーム品質 M²、レンズ位置でのビーム径、レンズの焦点距離を入力すると、集光後のスポット径、レイリー長、焦点深度、全発散角を求めます。「無料」で使えるブラウザ上で動くツールで、会員登録不要です。入力した内容が外部に送信されることはありません。
この結果は理想的なガウシアンビーム理論に基づいており、お使いの光学系で作れる最小のスポット径を示します。推定値であり、切断幅を保証するものではありません。このツールはF値も表示し、レーザーパワーを入力すると、スポット内のパワー密度も加えて表示します。切断、彫刻、マーキングに使うレンズを選ぶ際にご利用ください。
概要
レーザースポット径計算ツールは、レーザーの波長、M²、ビーム径、レンズの焦点距離から、集光スポット径、レイリー長、焦点深度、全拡がり角を推定します。
- 本ツールは無料で、ブラウザ上で動作し、会員登録不要です。入力した内容が外部に送信されることはありません。
- 結果は理想ガウシアンビーム理論に基づく推定値であり、切断幅を保証するものではありません。
- 本ツールは1/e²径を表示します。この直径内にはビーム出力の約86.5 %が含まれます。
- CO2の選択肢では、一般的なCO2レーザーの波長である10600 nm（10.6 µm）を使用します。
- 焦点距離がビーム径の3倍未満の場合、本ツールは警告を表示します。
スポット径計算ツールの使い方
- ツールの上部にある「メートル法 (mm)」または「ヤード・ポンド法 (in)」のスイッチで単位を選択します。
- 「レーザー」のリストからレーザーを選択します。例: CO2レーザー 10600 nm、ファイバーレーザー 1070 nm。一覧にない場合は「その他の波長」を選び、「波長（nm）」欄に波長を入力します。
- レーザーのデータシートに記載されている「ビーム品質 M²」を入力します。値が1の場合は、理想的なガウシアンビームです。
- 「レンズ位置でのビーム径」を入力します。これは、レンズに入射する位置でのコリメート済みビームの大きさです。
- 「集光レンズの焦点距離」を入力します。
- 任意: 「その他のオプション」を開き、「レーザー出力（W、任意）」を入力すると、パワー密度の結果を取得できます。
- 結果を確認します。集光後のスポット径、焦点深度、レイリー長、全発散角、焦点距離 ÷ ビーム径が表示されます。結果の下にある警告と、各計算式を入力値に当てはめた計算手順も確認してください。
結果の下にある「結果を印刷・保存」では、入力値、結果、計算手順、日付が印刷されます。ブラウザの「PDFとして保存」オプションを使うと、PDFのコピーを保存できます。「リンクをコピー」は、同じ入力値でページを開き直すリンクを作成します。同僚と設定を共有する際に便利です。「リセット」はフォームをクリアし、新しい計算を始められるようにします。
レーザービームのスポット径
レーザービームのスポット径とは、集光したビームがもっとも細くなる位置（ビームウエスト）での直径です。このツールは1/e²径を表示します。この直径内にビーム出力の約86.5 %が含まれます。スポット径が小さいほど同じ出力がより小さい面積に集中するため、出力密度は高くなります。平均出力密度はP ÷ (π × w0²)で、w0はスポットの半径です。ガウシアンビームのピーク値は、この平均値の2倍です。
レーザースポット径の計算方法
集光したスポット径は d0 = 4 × M² × λ × f ÷ (π × D) で求められます。ここで λ は波長、f は焦点距離、D はレンズ位置でのビーム径、M² はビーム品質です。λ、f、D には同じ長さの単位を使用してください。スポット径も同じ単位で求められます。
例として、波長 10.6 µm の CO2レーザー、M² = 1、ビーム径 10 mm、レンズ焦点距離 127 mm の場合、4 × 10.6 × 127 ÷ (π × 10) ≈ 171 µm となります。M² を倍にすると、スポット径も倍になります。焦点距離を短くするか、ビーム径を大きくすると、スポット径は小さくなります。
焦点深度とは
焦点深度とは、スポットが最も小さいサイズに近い状態を保つビーム方向の距離です。焦点深度はレイリー長の二倍に等しく、レイリー長は z_R = π × w0² ÷ (M² × λ) で求められます。レイリー長とは、ビームの断面積がビームウエストから倍になるまでの距離です。
焦点深度はスポットサイズの二乗に比例するため、スポット径を半分にすると焦点深度は四分の一になります。上記のCO2の例では、レイリー長は 2.18 mm、焦点深度は 4.35 mm です。このトレードオフにより、明るいレンズでは細いスポットが得られますが、材料を焦点に非常に正確に配置する必要があります。
スポット径の例
ツールによる理想的なガウシアンビームの値です。M²とビーム径は入力例であり、機械のデータではありません。
| 設定 | レンズ | スポット径（1/e²） | 焦点深度 |
|---|---|---|---|
| CO2、M² 1.0、10 mm ビーム | f 50.8 mm | 68.6 µm | 0.70 mm |
| CO2、M² 1.0、10 mm ビーム | f 63.5 mm | 85.7 µm | 1.09 mm |
| CO2、M² 1.0、10 mm ビーム | f 127 mm | 171.4 µm | 4.35 mm |
| ファイバー 1070 nm、M² 1.1、7 mm ビーム | f 100 mm | 21.4 µm | 0.61 mm |
| ファイバー 1070 nm、M² 1.1、7 mm ビーム | f 200 mm | 42.8 µm | 2.45 mm |
出典
このツールで使用しているデータと計算式です（2026年10月に確認）。
よくある質問
CO2レーザーにはどの波長を入力すればよいですか？
「CO2レーザー」を選択してください。この選択肢は10600 nm（10.6 µm）を使用します。これは一般的なCO2レーザーの波長です。ファイバーレーザーやNd:YAGレーザーの波長は約1.06から1.07 µmです。そのため、一覧にある該当の選択肢を選ぶか、一覧にないものは「その他の波長」を選んでください。
実際のスポット径が計算結果より大きいのはなぜですか？
計算結果は理想的なガウシアンスポットです。レンズの収差、ビームのケラレ、焦点がビームウエストに合っていないこと、ノズル、そして非常に速いレンズはいずれも実際のスポット径を大きくする要因になります。ツールは焦点距離がビーム径の3倍未満の場合に警告を表示します。
レーザーのM²値はどこで確認できますか？
M²は、お使いのレーザーのデータシートに記載されています。ツールに入力されている値1.1は例にすぎないため、お使いの機械の値としては使用しないでください。
このツールでは切断速度やレーザー出力を選べますか？
いいえ。このツールは切断速度もレーザー出力も設定しません。加工の費用を確認するには、下のリンクにあるレーザー切断費用計算ツールを使用してください。
結果を有償の作業に使用できますか？
はい。結果とファイルは、見積書、顧客案件、販売する製品など、商用の作業に使用できます。ロイヤリティフリーで、帰属表示は不要です。唯一の制限は、サイトそのものを競合するサービスとしてコピーすることです。結果は見積もりですので、重要な設計は該当する規格に照らして確認してください。
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