(57)【要約】  本発明によるラインジェネレータは、光源と、第１レンズ群と、第２レンズ群とを、含む。前記光源から、第１レンズ群及び第２レンズ群の面にともに垂直に入射する光束の位置を光軸とし、第１レンズ群は、前記光源からの光束を、前記光軸に垂直な面内の第１の方向にコリメートまたは集光して、ラインの幅を定めるように構成され、第２レンズ群は、第１レンズ群を通過した光束を、前記光軸に垂直な面内において第１の方向に直交する第２の方向に拡散して、ラインを生成するように構成されている。
2010137082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、第１レンズ群と、第２レンズ群とを、含むラインジェネレータであって、前記光源から、第１レンズ群及び第２レンズ群の面にともに垂直に入射する光束の位置を光軸とし、第１レンズ群は、前記光源からの光束を、前記光軸に垂直な面内の第１の方向にコリメートまたは集光して、ラインの幅を定めるように構成され、第２レンズ群は、第１レンズ群を通過した光束を、前記光軸に垂直な面内において第１の方向に直交する第２の方向に拡散して、ラインを生成するように構成されたラインジェネレータ。
【請求項２】
第１レンズ群及び第２レンズ群の少なくとも一方が、前記光軸方向の位置を調整する機構をさらに備えた請求項１に記載のラインジェネレータ。
【請求項３】
前記光源が半導体レーザであり、半導体レーザの鉛直方向（Fast-Axis FA）を第１の方向、前記半導体レーザの水平方向（Slow-Axis SA）を第２の方向とした請求項１または２に記載のラインジェネレータ。
【請求項４】
前記光源が半導体レーザであり、半導体レーザの鉛直方向（Fast-Axis FA）を第２の方向、前記半導体レーザの水平方向（Slow-Axis SA）を第１の方向とした請求項１または２に記載のラインジェネレータ。
【請求項５】
第１レンズ群及び第２レンズ群の少なくとも一面が、第１の方向及び第２の方向に軸対象な形状であり、中心部と外周部で第１の方向の焦点距離が異なる自由曲面を有する請求項１から４のいずれかに記載のラインジェネレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ光源などを使用したラインジェネレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
建築現場、工事現場、工場などにおいて、位置決め用の基準線を設定するために、半導体レーザ、発光ダイオード、光ファイバなどの光源を使用したラインジェネレータが使用されている。【０００３】
図１８及び図１９は、従来のラインジェネレータの構成の一例を示す図である。ラインジェネレータは、半導体レーザ光源１１０１、回転対称なコリメートレンズ１１０３及びロッドレンズ１１０５を含む。図１８は、半導体レーザ光源１１０１の鉛直方向（Fast-Axis FA）の断面を示す図であり、図１９は、半導体レーザ光源１１０１の水平方向（Slow-Axis SA）の断面を示す図である。図１９において、半導体レーザ１１０１から出射された光は、回転対称なコリメートレンズ１１０３によって、ＳＡ方向にコリメータされ、３ミリメータの幅の光束となる。コリメート後の光束の幅は、ラインジェネレータによって生成されるラインの幅である。他方、図１８において、半導体レーザ１１０１から出射された光は、回転対称なコリメートレンズ１１０３によって、ＦＡ方向にコリメータされ、約６ミリメータの幅の光束となる。回転対称なコリメートレンズ１１０３によって、コリメートされた光は、ロッドレンズ１１０５によって、ＦＡ方向に拡散されラインが生成される。【０００４】
コリメートレンズ１１０３のサイズの制約から、ＦＡ方向に約１０ミリメータの幅を有する光束の一部のみが使用されるので、光の利用効率は最大で約６０％である。また、ロッドレンズを使用することにより、容易に広い放射角が得られるが、ライン輝度分布の制御を行うことはできない。【０００５】
図２０及び図２１は、従来のラインジェネレータの構成の他の例を示す図である。ラインジェネレータは、半導体レーザ光源１２０１、回転対称なコリメートレンズ１２０３及びシリンダーレンズ１２０５を含む。図２０は、半導体レーザ光源１２０１の鉛直方向（Fast-Axis FA）の断面を示す図であり、図２０は、半導体レーザ光源１２０１の水平方向（Slow-Axis SA）の断面を示す図である。図２１において、半導体レーザ１２０１から出射された光は、回転対称なコリメートレンズ１２０３によって、コリメータされ、３ミリメータの幅の光束となる。コリメート後の光束の幅は、ラインジェネレータによって生成されるラインの幅である。他方、図２０において、半導体レーザ１２０１から出射された光は、回転対称なコリメートレンズ１２０３によって、ＦＡ方向にコリメートされ、約６ミリメータの幅の光束となる。回転対称なコリメートレンズ１２０３によって、コリメートされた光は、シリンダーレンズ１２０５によって、ＦＡ方向に拡散されラインが生成される。【０００６】
コリメートレンズ１２０３のサイズの制約から、ＦＡ方向に約１０ミリメータの幅の光束の一部のみが使用されるので、光の利用効率は最大で約６０％である。シリンダーレンズ１２０５の光学面形状を調整することでラインの輝度分布を任意に設計することができる。しかし、レンズの成形に使用する金型加工の制約により、シリンダー形状の接線角度を大きくすることが困難であり、広い放射角を得るのが困難である。また、ラインの特定の投影位置に対して焦点を合わせて輝度分布が一定になるように設計しているので、コリメートレンズ１２０３のフォーカス調整を行うと輝度分布が設計値から外れるという問題があった。【０００７】
従来タイプのラインジェネレータは、たとえば、特開2008-58295号公報（特許文献１）に開示されている。また、米国特許第6069748号（特許文献２）は、別のタイプのラインジェネレータを開示している。【０００８】
このように、光の利用効率が高く、広い放射角が得られ、ライン輝度分布の制御を容易に行うことのできるラインジェネレータは開発されていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開2008-58295号公報
【特許文献２】米国特許第6069748号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、光の利用効率が高く、広い放射角が得られ、ライン輝度分布の制御を容易に行うことのできるラインジェネレータに対するニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によるラインジェネレータは、光源と、第１レンズ群と、第２レンズ群とを、含む。前記光源から、第１レンズ群及び第２レンズ群の面にともに垂直に入射する光束の位置を光軸とし、第１レンズ群は、前記光源からの光束を、前記光軸に垂直な面内の第１の方向にコリメートまたは集光して、ラインの幅を定めるように構成され、第２レンズ群は、第１レンズ群を通過した光束を、前記光軸に垂直な面内において第１の方向に直交する第２の方向に拡散して、ラインを生成するように構成されている。【００１２】
本発明によるラインジェネレータにおいて、第１レンズ群及び第２レンズ群の機能が明確に分離されている。したがって、第１レンズ群の光学面形状を調整することによってラインの幅を定め、第２レンズ群の光学面形状を調整することによって、ラインの輝度分布を任意に調整することができる。また、第１レンズ群によって、一方向（ラインの幅方向）にのみ光をコリメートまたは集光するので、第２レンズ群によって広い放射角が得られる。また、第１レンズ郡を通過した光の大部分が第２レンズ群に入射するので、光の利用効率が高くなる。【００１３】
本発明の実施形態によるラインジェネレータにおいて、第１レンズ群及び第２レンズ群の少なくとも一方が、前記光軸方向の位置を調整する機構をさらに備えている。【００１４】
本実施形態によれば、第１レンズ群の光軸方向の位置を調整することにより、ラインの長手方向の輝度分布を変化させずに、ラインの焦点位置を容易に調整することができる。また、光源の光の放射状態にばらつきがある場合に、第２レンズの光軸方向の位置を調整することにより、ラインの焦点位置を維持したまま、ラインの長手方向の輝度分布が変化しないようにすることができる。【００１５】
本発明の実施形態によるラインジェネレータにおいて、前記光源が半導体レーザであり、半導体レーザの鉛直方向（Fast-Axis FA）を第１の方向、前記半導体レーザの水平方向（Slow-Axis SA）を第２の方向としている。【００１６】
本実施形態によれば、ＦＡ方向をライン幅の方向とすることにより、より小型のラインジェネレータを作成することができる。【００１７】
本発明の実施形態によるラインジェネレータにおいて、前記光源が半導体レーザであり、半導体レーザの鉛直方向（Fast-Axis FA）を第２の方向、前記半導体レーザの水平方向（Slow-Axis SA）を第１の方向としている。【００１８】
本実施形態によれば、ＳＡ方向をライン幅の方向とすることにより、より広い放射角が得られる。【００１９】
本発明の実施形態によるラインジェネレータにおいて、第１レンズ群及び第２レンズ群の少なくとも一面が、第１の方向及び第２の方向に軸対象な形状であり、中心部と外周部で第１の方向の焦点距離が異なる自由曲面を有する。【００２０】
本実施形態によれば、少なくとも一面に自由曲面を使用することにより、コリメート性能を向上させることができる。具体的には、ラインをより細く集光し、または、任意の面上にラインを集光することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施例によるラインジェネレータの構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施例によるラインジェネレータの構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施例によるラインジェネレータの性能を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施例によるラインジェネレータの構成を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施例によるラインジェネレータの構成を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施例によるラインジェネレータの性能を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施例によるラインジェネレータの性能を示す図である。
【図８】本発明の第４の実施例によるラインジェネレータの構成を示す図である。
【図９】本発明の第４の実施例によるラインジェネレータの構成を示す図である。
【図１０】本発明の第４の実施例によるラインジェネレータにおける第１及び第２レンズ間の間隔調整機能を示す図である。
【図１１】本発明の第４の実施例によるラインジェネレータにおける半導体レーザと第１レンズ間の間隔隔調整機能を示す図である。
【図１２】ラインジェネレータ及び像面の配置を示す図である。
【図１３】本発明の第５の実施例によるラインジェネレータの構成を示す図である。
【図１４】本発明の第５の実施例によるラインジェネレータの構成を示す図である。
【図１５】本発明の第５の実施例によるラインジェネレータの性能を示す図である。
【図１６】第１レンズ又は第２レンズを光軸方向に移動させる機構の構成の一例を示す図である。
【図１７】第１レンズ又は第２レンズを光軸方向に移動させる機構の構成の他の例を示す図である。
【図１８】従来のラインジェネレータの構成の一例を示す図である。
【図１９】従来のラインジェネレータの構成の一例を示す図である。
【図２０】従来のラインジェネレータの構成の他の例を示す図である。
【図２１】従来のラインジェネレータの構成の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
第１の実施例
図１及び図２は、本発明の第１の実施例によるラインジェネレータの構成を示す図である。ラインジェネレータは、半導体レーザ光源１０１、シリンダーレンズである第１レンズ１０３及びシリンダーレンズである第２レンズ１０５を含む。図１は、半導体レーザ光源１０１の鉛直方向（Fast-Axis FA）の断面を示す図であり、図２は、半導体レーザ光源１０１の水平方向（Slow-Axis SA）の断面を示す図である。図１において、半導体レーザ１０１から出射された光は、第１レンズ１０３によって、ＦＡ方向にコリメートされ、３ミリメータの幅の光束となる。コリメート後の光束の幅は、ラインジェネレータによって生成されるラインの幅である。ここで、第１レンズ１０３は、シリンダーレンズであるので、ＳＡ方向にコリメートは行なわれない。第１レンズ１０３によって、ＦＡ方向にコリメートされた光は、第２レンズ１０５によって、ＳＡ方向に拡散されラインが生成される。
【００２３】
ＳＡ方向において、第１レンズ１０３は、コリメートを行なわず、第２レンズ１０５が、広がりを持った光をさらに拡散する。すなわち、本実施例において、ＳＡ方向のコリメートは行なわれない。このため、従来タイプのラインジェネレータと比較して広い放射角が得られる。また、第１レンズ１０３を通過した光の大部分が第２レンズ１０５に入射するので、光の利用効率は、９０％以上である。
【００２４】
第２レンズ１０５の光学面形状を調整することによって、ラインの輝度分布を均一にし、あるいは、任意の部分の輝度を強くすることができる。
【００２５】
本実施例において、第１レンズ１０３は、ラインの幅を定め、第２レンズ１０５は、長手方向に所定の輝度分布を有するラインを生成する。このように、第１レンズ１０３及び第２レンズ１０５の機能がはっきり分離されている。
【００２６】
ＦＡ方向をラインの幅の方向とする上記の構成の利点は以下のとおりである。ＦＡ方向は広がり角度が大きいため、短い光路長で十分なライン幅が得られ、光学系の小型化が可能となる。
【００２７】
表１は、第１の実施例によるラインジェネレータの光学系のデータを示す表である。ここで、光源の行の面間隔は、光源と第１レンズとの間隔を示す。第２面の行の面間隔は、第１レンズの厚さを示す。第３面の行の面間隔は、第１レンズと第２レンズとの間隔を示す。第４面の行の面間隔は、第２レンズの厚さを示す。以下の表についても同様である。
【表１】
2010137082.tif 000003
【００２８】
FＡ方向をｘ軸方向、SＡ方向をｙ軸方向として、第１レンズの光学面（物体側の第２面及び像側の第３面）は以下の式で表せる。
【数１】
2010137082.tif 000004
ここで、ｋは２次曲線の形状を定める定数、ｃは中心曲率、Ｒは中心曲率半径である。また、α2iは補正係数である。
【００２９】
表２は、第２面および第３面を表す式の係数及び定数を示す表である。
【表２】
2010137082.tif 000005
【００３０】
FＡ方向をｘ軸方向、SＡ方向をｙ軸方向として、第２レンズの光学面（物体側の第４面及び像側の第５面）は以下の式で表せる。
【数２】
2010137082.tif 000006
ここで、ｋは２次曲線の形状を定める定数、ｃは中心曲率、Ｒは中心曲率半径である。また、α2iは補正係数である。
【００３１】
表３は、第４面および第５面を表す式の係数及び定数を示す表である。
【表３】
2010137082.tif 000007
【００３２】
図３は、第１の実施例によるラインジェネレータの性能を示す図である。図３の横軸は、投影面におけるライン上の点の、光軸とラインとの交点からの距離を示す。縦軸は、その点における光の相対的な強度を示す。ここで、投影面は、光源からの距離が、１０００ｍｍであり、光軸に垂直な面である。投影面におけるラインの輝度分布は、ほぼ一様である。
【００３３】
投影面におけるラインの輝度分布を一様にするには、第４面のパラメータを適切に定める。
【００３４】
第２の実施例
図４及び図５は、本発明の第２の実施例によるラインジェネレータの構成を示す図である。ラインジェネレータは、半導体レーザ光源２０１、シリンダーレンズである第１レンズ２０３及びシリンダーレンズである第２レンズ２０５を含む。図４は、半導体レーザ光源２０１の鉛直方向（Fast-Axis FA）の断面を示す図であり、図５は、半導体レーザ光源２０１の水平方向（Slow-Axis SA）の断面を示す図である。図５において、半導体レーザ２０１から出射された光は、第１レンズ２０３によって、ＳＡ方向にコリメータされ、３ミリメータの幅の光束となる。コリメート後の光束の幅は、ラインジェネレータによって生成されるラインの幅である。ここで、第１レンズ２０３は、シリンダーレンズであるので、ＦＡ方向にコリメートは行なわれない。第１レンズ２０３によって、ＳＡ方向にコリメートされた光は、第２レンズ２０５によって、ＦＡ方向に拡散されラインが生成される。
【００３５】
ＦＡ方向において、第１レンズ２０３は、コリメートを行なわず、第２レンズ２０５が、広がりを持った光を拡散する。すなわち、本実施例において、ＦＡ方向のコリメートは行なわれない。このため、従来タイプのラインジェネレータと比較して広い放射角が得られる。また、第１レンズ２０３を通過した光の大部分が第２レンズ２０５に入射するので、光の利用効率は、８０％以上である。
【００３６】
第２レンズ２０５の光学面形状を調整することによって、ラインの輝度分布を均一にし、あるいは、任意の部分の輝度を強くすることができる。
【００３７】
本実施例において、第１レンズ２０３は、ラインの幅を定め、第２レンズ２０５は、長手方向に所定の輝度分布を有するラインを生成する。このように、第１レンズ２０３及び第２レンズ２０５の機能がはっきり分離されている。
【００３８】
ＳＡ方向をラインの幅の方向とする上記の構成の利点は以下のとおりである。ＦＡ方向は広がり角度が大きいため、容易に広い放射角が得られる。
【００３９】
表４は、第２の実施例によるラインジェネレータの光学系のデータを示す表である。
【表４】
2010137082.tif 000008
【００４０】
FＡ方向をｘ軸方向、SＡ方向をｙ軸方向として、第１レンズの光学面（物体側の第２面及び像側の第３面）は以下の式で表せる。
【数３】
2010137082.tif 000009
【００４１】
表５は、第２面および第３面を表す式の係数及び定数を示す表である。
【表５】
2010137082.tif 000010
【００４２】
FＡ方向をｘ軸方向、SＡ方向をｙ軸方向として、第２レンズの光学面（物体側の第４面及び像側の第５面）は以下の式で表せる。
【数４】
2010137082.tif 000011
ここで、ｋは２次曲線の形状を定める定数、ｃは中心曲率、Ｒは中心曲率半径である。また、α2iは補正係数である。
【００４３】
表６は、第４面および第５面を表す式の係数及び定数を示す表である。
【表６】
2010137082.tif 000012
【００４４】
図６は、第２の実施例によるラインジェネレータの性能を示す図である。図６の横軸は、ｘｚ面において光線の進む方向の光軸に対する角度を示す。図６の縦軸は、その角度における光の相対的な強度を示す。光の相対的な強度は、０乃至約３０度の角度においてほぼ一様である。
【００４５】
０乃至約３０度の角度においてラインの輝度分布を一様にするには、第４面のパラメータを適切に定める。
【００４６】
第３の実施例
第３の実施例によるラインジェネレータの構成は、図４及び図５に示した第２の実施例の構成と同様である。
【００４７】
表７は、第３の実施例によるラインジェネレータの光学系のデータを示す表である。
【表７】
2010137082.tif 000013
【００４８】
FＡ方向をｘ軸方向、SＡ方向をｙ軸方向として、第２面（第１レンズの物体側の面）は以下の式で表せる。
【数５】
2010137082.tif 000014
【００４９】
表８は、第２面を表す式の係数及び定数を示す表である。
【表８】
2010137082.tif 000015
【００５０】
FＡ方向をｘ軸方向、SＡ方向をｙ軸方向として、第３面（第１レンズの像側の面）は以下の式で表せる。第３面は、いわゆる自由曲面である。本実施例では、x軸方向及びy軸方向に軸対称な形状であり、y軸方向のレンズパワーがx軸方向のレンズパワーより大きく、また、y軸方向のレンズパワーがレンズ中心付近と外周部で異なるように自由曲面を定めている。
【数６】
2010137082.tif 000016
【００５１】
表９は、第３面を表す式の係数及び定数を示す表である。
【表９】
2010137082.tif 000017
【００５２】
FＡ方向をｘ軸方向、SＡ方向をｙ軸方向として、第２レンズの光学面（物体側の第４面及び像側の第５面）は以下の式で表せる。
【数７】
2010137082.tif 000018
ここで、ｋは２次曲線の形状を定める定数、ｃは中心曲率、Ｒは中心曲率半径である。また、α2iは補正係数である。
【００５３】
表１０は、第４面および第５面を表す式の係数及び定数を示す表である。
【表１０】
2010137082.tif 000019
【００５４】
図７は、第３の実施例によるラインジェネレータの性能を示す図である。図７の横軸は、ｘｚ面において光線の進む方向の光軸に対する角度を示す。図７の縦軸は、その角度における光の相対的な強度を示す。光の相対的な強度は、０乃至約４５度の角度においてほぼ一様である。
【００５５】
０乃至約４５度の角度においてラインの輝度分布を一様にするには、第４面のパラメータを適切に定める。
【００５６】
第３面に自由曲面を使用することにより、コリメート性能を向上させることができる。具体的には、ラインをより細く集光し、または、任意の面上にラインを集光することが可能となる。
【００５７】
第４の実施例
図８及び図９は、本発明の第４の実施例によるラインジェネレータの構成を示す図である。ラインジェネレータは、半導体レーザ光源３０１、シリンダーレンズである第１レンズ３０３及びシリンダーレンズである第２レンズ３０５を含む。図８は、半導体レーザ光源３０１の鉛直方向（Fast-Axis FA）の断面を示す図であり、図９は、半導体レーザ光源３０１の水平方向（Slow-Axis SA）の断面を示す図である。図９において、半導体レーザ３０１から出射された光は、第１レンズ３０３によって、ＳＡ方向にコリメータされ、３ミリメータの幅の光束となる。コリメート後の光束の幅は、ラインジェネレータによって生成されるラインの幅である。ここで、第１レンズ３０３は、シリンダーレンズであるので、ＦＡ方向にコリメートは行なわれない。第１レンズ３０３によって、ＳＡ方向にコリメートされた光は、第２レンズ３０５によって、ＦＡ方向に拡散されラインが生成される。
【００５８】
表１１は、第４の実施例によるラインジェネレータの光学系のデータを示す表である。
【表１１】
2010137082.tif 000020
【００５９】
FＡ方向をｘ軸方向、SＡ方向をｙ軸方向として、第２面（第１レンズの物体側の面）は以下の式で表せる。
【数８】
2010137082.tif 000021
【００６０】
表１２は、第２面を表す式の係数及び定数を示す表である。
【表１２】
2010137082.tif 000022
【００６１】
FＡ方向をｘ軸方向、SＡ方向をｙ軸方向として、第３面（第１レンズの像側の面）は以下の式で表せる。第３面は、いわゆる自由曲面である。本実施例では、x軸方向及びy軸方向に軸対称な形状であり、y軸方向のレンズパワーがx軸方向のレンズパワーより大きく、また、y軸方向のレンズパワーがレンズ中心付近と外周部で異なるように自由曲面を定めている。
【数９】
2010137082.tif 000023
【００６２】
表１３は、第３面を表す式の係数及び定数を示す表である。
【表１３】
2010137082.tif 000024
【００６３】
FＡ方向をｘ軸方向、SＡ方向をｙ軸方向として、第２レンズの光学面（物体側の第４面及び像側の第５面）は以下の式で表せる。
【数１０】
2010137082.tif 000025
ここで、α2iは補正係数である。
【００６４】
表１４は、第４面および第５面を表す式の係数及び定数を示す表である。
【表１４】
2010137082.tif 000026
【００６５】
本実施例において、第１レンズ３０３は、ラインの幅を定め、第２レンズ３０５は、長手方向に所定の輝度分布を有するラインを生成する。このように、第１レンズ３０３及び第２レンズ３０５の機能がはっきり分離されているので、たとえば、半導体レーザ光源３０１の光の放射状態に個体差がある場合に、第２レンズ３０５を光軸方向に移動させることによって、焦点位置を維持したまま、ラインの長手方向の輝度分布が変化しないようにすることができる。また、第１レンズ３０３を光軸方向に移動させることによってラインの焦点位置の調整を行っても、ラインの長手方向尾の輝度分布が変化しない。
【００６６】
図１６は、第１レンズ又は第２レンズを光軸方向に移動させる機構の構成の一例を示す図である。図１６（ｂ）は、移動機構の斜視図である。移動機構は、鏡筒２００１を含み、鏡筒の側面には長手方向にスリット２００７が設けられる。図１６（ａ）は、移動機構の長手方向の中心軸を含む断面の図である。鏡筒２００１内にはレンズホルダ２００３が中心軸（すなわち、光軸）方向に移動可能に設けられる。レンズホルダ２００３には、とって２００５が固定されている。とって２００５は、スリット２００７に沿って長手方向に移動させることができる。したがって、とって２００５をスリット２００７に沿って移動させることにより、レンズホルダ２００３を光軸方向に移動させることができる。
【００６７】
図１７は、第１レンズ又は第２レンズを光軸方向に移動させる機構の構成の他の例を示す図である。図１７（ａ）は、移動機構の長手方向の中心軸を含む断面の図である。図１７（ｂ）は、移動機構の長手方向の中心軸に垂直な断面の図である。移動機構は、鏡筒３００１を含み、鏡筒３００１は、長手方向の一部に環状の部分３００５を備える。環状の部分３００５の内面にはネジが切られている。鏡筒３００１内には、レンズホルダ３００３が備わる。レンズホルダ３００３の外面にはネジが切られ、環状の部分３００５の内面のネジとかみ合うように構成されている。また、レンズホルダ３００３は、鏡筒３００１内において、ストッパ３００７によって鏡筒３００１に対して回転されないよう構成されている。そこで、環状の部分３００５を鏡筒３００１に対して回転させると、レンズホルダ３００３は、回転することができないので長手方向に移動する。したがって、環状の部分３００５を回転させることにより、レンズホルダ３００３を光軸方向に移動させることができる。
【００６８】
図１０は、第４の実施例によるラインジェネレータにおける第１及び第２レンズ間の間隔調整機能を示す図である。図１０の横軸は、投影面におけるライン上の点の、光軸とラインとの交点からの距離を示す。縦軸は、その点における光の相対的な強度を示す。ここで、投影面は、光源からの距離が、１００ｍｍであり、光軸に垂直な面である。
【００６９】
図１０のＡは、光源（半導体レーザ）の広がり角度が３０度（設計値）であり、第１レンズ３０３及び第２レンズ３０５の間隔が３ｍｍの場合のラインの長手方向の光の強度分布を示す。光の強度分布は、ラインの長手方向にほぼ一様である。
【００７０】
図１０のＢは、上記の状態で半導体レーザの広がり角度が３５度に変化した場合のラインの長手方向の光の強度分布を示す。６０ｍｍ付近の光の強度は、光軸付近の強度に比較して２０％以上増加している。
【００７１】
図１０のＣは、半導体レーザの広がり角度が３５度の場合に、第１レンズ３０３及び第２レンズ３０５の間隔を２ｍｍとした場合のラインの長手方向の光の強度分布を示す。レンズ間隔を調整した結果、光の強度分布は、ラインの長手方向にほぼ一様となった。
【００７２】
このように本実施例によれば、半導体レーザの広がり角度に設計値からのばらつきがある場合でも、第２レンズ３０５の光軸方向の位置を調整することにより、ラインの長手方向の光の強度分布を一様にすることができる。
【００７３】
図１１は、第４の実施例によるラインジェネレータにおける半導体レーザと第１レンズ間の間隔隔調整機能を示す図である。図１１の横軸は、投影面におけるライン上の点の、光軸とラインとの交点からの距離を示す。縦軸は、その点における光の相対的な強度を示す。
【００７４】
図１２は、ラインジェネレータ及び像面の配置を示す図である。
【００７５】
図１１のＡは、半導体レーザと第１レンズ間の間隔を４．０ｍｍとした場合の光の強度分布を示す。図１２のＡに示すように、第２レンズ３０５と像面との間の間隔は、６５ｍｍである。
【００７６】
図１１のＢは、半導体レーザと第１レンズ間の間隔を３．０ｍｍとした場合の光の強度分布を示す。図１２のＢに示すように、第２レンズ３０５と像面との間の間隔は、１００ｍｍである。
【００７７】
図１１のＣは、半導体レーザと第１レンズ間の間隔を２．５ｍｍとした場合の光の強度分布を示す。図１２のＣに示すように、第２レンズ３０５と像面との間の間隔は、１７０ｍｍである。
【００７８】
図１１のＡ、Ｂ、Ｃいずれの場合にも、ラインの長手方向の強度分布はほぼ一様である。このように本実施例によれば、半導体レーザと第１レンズ間の間隔を調整することによって像面の位置（フォーカス位置）を変えても、ラインの長手方向の光の強度分布は、ほぼ一様に維持される。
【００７９】
第５の実施例
図１３及び図１４は、本発明の第５の実施例によるラインジェネレータの構成を示す図である。ラインジェネレータは、半導体レーザ光源４０１、シリンダーレンズである第１レンズ４０３、シリンダーレンズである第２レンズ４０５及びシリンダーレンズである第３レンズ４０７を含む。図１３は、半導体レーザ光源３０１の鉛直方向（Fast-Axis FA）の断面を示す図であり、図１４は、半導体レーザ光源４０１の水平方向（Slow-Axis SA）の断面を示す図である。図１４において、半導体レーザ４０１から出射された光は、第１レンズ４０３によって、ＳＡ方向にコリメータされ、３ミリメータの幅の光束となる。コリメート後の光束の幅は、ラインジェネレータによって生成されるラインの幅である。ここで、第１レンズ４０３は、シリンダーレンズであるので、ＦＡ方向にコリメートは行なわれない。第１レンズ４０３によって、ＳＡ方向にコリメートされた光は、第２レンズ４０５及び第３レンズ４０７によって、ＦＡ方向に拡散されラインが生成される。
【００８０】
表１５は、第５の実施例によるラインジェネレータの光学系のデータを示す表である。
【表１５】
2010137082.tif 000027
【００８１】
FＡ方向をｘ軸方向、SＡ方向をｙ軸方向として、第２面（第１レンズの物体側の面）は以下の式で表せる。
【数１１】
2010137082.tif 000028
【００８２】
表１６は、第２面を表す式の係数及び定数を示す表である。
【表１６】
2010137082.tif 000029
【００８３】
FＡ方向をｘ軸方向、SＡ方向をｙ軸方向として、第３面（第１レンズの像側の面）は以下の式で表せる。第３面は、いわゆる自由曲面である。本実施例では、x軸方向及びy軸方向に軸対称な形状であり、y軸方向のレンズパワーがx軸方向のレンズパワーより大きく、また、y軸方向のレンズパワーがレンズ中心付近と外周部で異なるように自由曲面を定めている。
【数１２】
2010137082.tif 000030
【００８４】
表１７は、第３面を表す式の係数及び定数を示す表である。
【表１７】
2010137082.tif 000031
【００８５】
FＡ方向をｘ軸方向、SＡ方向をｙ軸方向として、第２レンズの光学面（物体側の第４面及び像側の第５面）は以下の式で表せる。
【数１３】
2010137082.tif 000032
ここで、α2iは補正係数である。
【００８６】
表１８は、第４面および第５面を表す式の係数及び定数を示す表である。
【表１８】
2010137082.tif 000033
【００８７】
FＡ方向をｘ軸方向、SＡ方向をｙ軸方向として、第３レンズの光学面（物体側の第６面及び像側の第７面）は以下の式で表せる。
【数１４】
2010137082.tif 000034
ここで、ｋは２次曲線の形状を定める定数、ｃは中心曲率、Ｒは中心曲率半径である。
【００８８】
表１９は、第６面および第７面を表す式の係数及び定数を示す表である。
【表１９】
2010137082.tif 000035
【００８９】
図１５は、第５の実施例によるラインジェネレータの性能を示す図である。図１５の横軸は、投影面におけるライン上の点の、光軸とラインとの交点からの距離を示す。縦軸は、その点における光の相対的な強度を示す。ここで、投影面は、光源からの距離が、１００ｍｍであり、光軸に垂直な面である。投影面におけるラインの輝度分布は、ほぼ一様である。
【００９０】
本実施例においては、ビームをＦＡ方向に拡散する機能を２個のレンズ（第２のレンズ４０５及び第３のレンズ４０７）に分担させている。すなわち、第１乃至第４の実施例の第２レンズが第２レンズ群として構成されている。この結果、第２レンズ群の個々のレンズの設計及び製造が容易になる。第１レンズについても同様に複数のレンズからなる第１レンズ群として構成することができる。
【００９１】
上記の実施例において、光源は半導体レーザを使用した。光源として、発光ダイオードまたは光ファイバを経由した光を使用してもよい。
【図１】
2010137082.tif 000036
【図２】
2010137082.tif 000037
【図３】
2010137082.tif 000038
【図４】
2010137082.tif 000039
【図５】
2010137082.tif 000040
【図６】
2010137082.tif 000041
【図７】
2010137082.tif 000042
【図８】
2010137082.tif 000043
【図９】
2010137082.tif 000044
【図１０】
2010137082.tif 000045
【図１１】
2010137082.tif 000046
【図１２】
2010137082.tif 000047
【図１３】
2010137082.tif 000048
【図１４】
2010137082.tif 000049
【図１５】
2010137082.tif 000050
【図１６】
2010137082.tif 000051
【図１７】
2010137082.tif 000052
【図１８】
2010137082.tif 000053
【図１９】
2010137082.tif 000054
【図２０】
2010137082.tif 000055
【図２１】
2010137082.tif 000056
【手続補正書】
【提出日】平成21年11月27日(2009.11.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、第１レンズ群と、第２レンズ群とを、含むラインジェネレータであって、前記光源から、第１レンズ群及び第２レンズ群の面にともに垂直に入射する光束の位置を光軸とし、第１レンズ群は、前記光源からの光束を、前記光軸に垂直な面内の第１の方向にコリメートを行なわずに、前記光軸に垂直な面内の第１の方向に直交する第２の方向にのみコリメートまたは集光して、ラインの幅を定めるように構成され、第２レンズ群は、第１レンズ群を通過した光束を、第１の方向に拡散して、ラインを生成するように構成されたラインジェネレータ。
【請求項２】
第１レンズ群の、前記光軸方向の位置を調整することによって、ラインの長手方向の強度分布を維持したまま、ラインの像面の位置を調整できるように構成された請求項１に記載のラインジェネレータ。
【請求項３】
第２レンズ群の、前記光軸方向の位置を調整することによって、ラインの長手方向の強度分布を調整できるように構成された請求項１または２に記載のラインジェネレータ。
【請求項４】
前記光源が半導体レーザであり、半導体レーザの鉛直方向（Fast-Axis FA）を第２の方向、前記半導体レーザの水平方向（Slow-Axis SA）を第１の方向とした請求項１から３のいずれかに記載のラインジェネレータ。
【請求項５】
前記光源が半導体レーザであり、半導体レーザの鉛直方向（Fast-Axis FA）を第１の方向、前記半導体レーザの水平方向（Slow-Axis SA）を第２の方向とした請求項１から３のいずれかに記載のラインジェネレータ。
【請求項６】
第１レンズ群及び第２レンズ群の少なくとも一面が、第１の方向及び第２の方向に軸対象な形状であり、中心部と外周部で第一方向の焦点距離が異なる自由曲面を有する請求項１から５のいずれかに記載のラインジェネレータ。
【国際調査報告】
2010137082.tif 000057
2010137082.tif 000058