(57)【要約】【課題】各レンズの位置合わせを行うことなく、偏心、光軸ずれ、レンズの面間隔のずれ等を低減するとともに、複数の機能を有するレンズの製造コストを増大させることがないレンズ、及びこれを応用した光照射装置並びにレーザポインタを提供することを目的とする。【解決手段】本発明にかかるレンズは、入射光の光径を拡大する光径拡大手段と、光径拡大手段で光径が拡大された光を入射して略平行光を射出する光コリメート手段を予め一体のレンズとして形成されていることを特徴とする。このようなレンズによれば、光径拡大手段とされるレンズと光コリメート手段とされるレンズとを個別に形成して一体とされるレンズに比べて、レンズ相互の位置ずれによる偏心、光軸ずれ、レンズ面間隔の誤差の発生を抑制することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光の光径を拡大して射出する光径拡大手段と、
前記光径拡大手段で光径が拡大される光を入射して略平行光を射出する光コリメート手段と、
前記光径拡大手段及び前記光コリメート手段を一体に形成するレンズ本体部とを備えることを特徴とするレンズ。
【請求項２】
前記光径拡大手段及び前記光コリメート手段の少なくとも一方は、前記レンズ本体部の光の入射側と射出側とでそれぞれ所定の曲率を有するように当該レンズ本体部を加工して形成されていることを特徴とする請求項１記載のレンズ。
【請求項３】
前記光径拡大手段の焦点と、前記光コリメート手段の焦点とが略等しい位置にあるように前記所定の曲率は調整されていることを特徴とする請求項２記載のレンズ。
【請求項４】
前記光径拡大手段は凹レンズであり、且つ前記光コリメート手段は凸レンズであることを特徴とする請求項１記載のレンズ。
【請求項５】
前記光径拡大手段は凸レンズであり、且つ前記光コリメート手段は凸レンズであることを特徴とする請求項１記載のレンズ。
【請求項６】
前記レンズ本体部は、前記光径拡大手段で光径が拡大された光の乱反射を低減するための光反射防止手段を備えることを特徴とする請求項１記載のレンズ。
【請求項７】
前記光反射防止手段は、光吸収部材であることを特徴とする請求項６記載のレンズ。
【請求項８】
前記光吸収部材は、前記レンズ本体部の周面と、前記入射光が前記レンズ本体部に入射する当該レンズ本体部の入射側とに形成されていることを特徴とする請求項７記載のレンズ。
【請求項９】
前記レンズ本体部は、前記光の波長を選択する光学フィルタを当該レンズ本体部を透過する光の光路中に備えることを特徴とする請求項１記載のレンズ。
【請求項１０】
前記光学フィルタは、赤外光を遮光することを特徴とする請求項９記載のレンズ。
【請求項１１】
前記入射光は、略平行光であることを特徴とする請求項１記載のレンズ。
【請求項１２】
前記略平行光は、レーザ光であることを特徴とする請求項１１記載のレンズ。
【請求項１３】
光を射出する光射出手段と、
前記光射出手段から射出される光の光径を拡大して射出する光径拡大手段と、前記光径拡大手段で光径が拡大される光を入射して略平行光を射出する光コリメート手段と、前記光径拡大手段及び前記光コリメート手段を一体に形成するレンズ本体部とを有するレンズとを備えることを特徴とする光照射装置。
【請求項１４】
前記光射出手段は、レーザ光を射出するレーザ発光モジュールであることを特徴とする請求項１３記載の光照射装置。
【請求項１５】
前記レーザ発光モジュールは、固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質が発光した光の波長を変換する非線形光学素子と、前記固体レーザ媒質と前記非線形光学素子とを挟み込んで光を往復させる一対の共振反射部とからなる共振器と、
前記固体レーザ媒質を励起するための光を発光するレーザダイオードと、
前記共振器が射出した光を取り出す窓部が形成されて、前記共振器と前記レーザダイオードとを収納するウィンドウキャップとを備えることを特徴とする請求項１４記載の光照射装置。
【請求項１６】
前記レンズを収納するためのレンズホルダーを備え、
前記レンズホルダーは、前記光径拡大手段から射出される光の乱反射を低減する光反射防止手段を備えることを特徴とする請求項１３記載の光照射装置。
【請求項１７】
前記光反射防止手段は、前記レンズホルダーの内側に形成される光吸収部材であることを特徴とする請求項１６記載の光照射装置。
【請求項１８】
前記光吸収部材が前記レンズ本体部の周面を覆う面積を調整することにより、前記レンズから射出される光の光強度分布を調整することを特徴とする請求項１７記載の光照射装置。
【請求項１９】
前記窓部の面積を調整することにより、前記レンズから射出される光の光強度分布を調整することを特徴とする請求項１５記載の光照射装置。
【請求項２０】
前記レンズ本体部は、前記光射出手段から射出される光の波長を選択する光学フィルタを備えることを特徴とする請求項１３記載の光照射装置。
【請求項２１】
前記光学フィルタは、赤外光を遮光することを特徴とする請求項２０記載の光照射装置。
【請求項２２】
固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質が発光した光の波長を変換する非線形光学素子と、前記固体レーザ媒質と前記非線形光学素子とを挟み込んで光を往復させる一対の共振反射部とからなる共振器と、前記固体レーザ媒質を励起するための光を発光するレーザダイオードと、前記共振器が射出した光を取り出す窓部が形成されて、前記共振器と前記レーザダイオードとを収納するウィンドウキャップとを備えるレーザ発光モジュールと、
前記窓部から射出された光の光径を拡大して略平行光とするレンズとを有し、前記レンズは、前記窓部から射出される光の光径を拡大して出射する光径拡大手段と、前記光径拡大手段で光径が拡大される光を入射して略平行光を射出する光コリメート手段と、前記光径拡大手段及び前記光コリメート手段を一体に形成するレンズ本体部とを有することを特徴とするレーザポインタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子は発光する光の波長を変換する発光モジュールを備える光照射装置及びレーザポインタに関し、特にレーザダイオードを用いたレーザ発光モジュールを備える光照射装置及びレーザポインタに関する。さらに、これら光照射装置及びレーザポインタに好適なレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
プレゼンテーション、建築用ラベラ−、アパレル用マーカー、組み立て用マーカー等において参照箇所を指し示すために、スポット光を照射するポインタが用いられている。これらのポインタでは、光によって該当部分を指示するため、指示対象からある程度離れた位置からでも指示可能であり、また、棒状の指示器具よりも小型なので取り扱いが容易だという特徴がある。光を照射する対象までの距離に依らずに、使用者が意図する領域を指し示すためには、ポインタから射出される光が略平行光であることが必要であり、レーザ光を用いることが好適である。
【０００３】
さらに、使用者が意図する領域を指し示すとともに、指し示された領域に対する視認性を高めるためには、光源から出射されるレーザ光の光径を拡大して一定の面積を照射することができるレーザ光が必要であり、略平行光であるとともに光径が拡大されたレーザ光を出射することができるポインタが望まれている。
【０００４】
このように、略平行光であるとともに光径が拡大されたレーザ光を出射するためには、光源から出射されるレーザ光の光径を拡大する機能及び当該レーザ光を略平行光にする機能の如き複数の機能を備えるレンズが必要となる。
【０００５】
ところで、複数の機能を有するレンズは、従来、個別の機能をそれぞれ備える複数のレンズを高い精度で組み上げて形成されており、例えば、複数のレンズ相互の偏心、光軸ずれ及び面間隔の誤差を排除するように位置合わせを行いながら、各レンズを接着剤等で接着してなる複合レンズが知られている（例えば、特許文献１。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１２３３８８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、成型技術の進歩にともなって、複雑、且つ高精度な加工が可能となってきているが、個別に形成された複数のレンズを組み上げる際には、レンズの位置決め誤差、すなわち偏心、光軸ずれ、レンズの面間隔のずれが生じる場合があり、上述の如き複数の機能を備えるレンズを製造する際の歩留まりが低下してしまう問題点があった。
【０００８】
また、このような歩留まりの低下を改善するために、複数のレンズを組み上げるための製造装置の位置合わせ精度を高めることもできるが、複数のレンズを組み上げる製造工程が煩雑になるとともに製造コストの増大にも繋がる。
【０００９】
さらに、組み上げられる各レンズの加工精度を向上させるととも、これらレンズが収納されるレンズホルダーに偏心、光軸ずれ、レンズの面間隔のずれ等を調整する機構を付加することも可能であるが、組み上げられるレンズの製造コストの増大、部品点数の増加及び加工コストの増大を招くこととなる。
【００１０】
また、複数のレンズを組み上げてなるレンズに入射する入射光は、各レンズに入射する毎に偏心、光軸ずれ、レンズの面間隔のずれによる誤差の影響を受けることとなり、入射光の光径を精度良く拡大して略平行光として射出することが困難なものとなっていた。
【００１１】
よって、本発明は、各レンズの位置合わせを行うことなく、偏心、光軸ずれ、レンズの面間隔のずれ等を低減することが可能であり、且つ複数の機能を有するレンズの製造コストを増大させることがないレンズ、及びこれを応用した光照射装置並びにレーザポインタを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるレンズは、入射光の光径を拡大して射出する光径拡大手段と、前記光径拡大手段で光径が拡大される光を入射して略平行光を射出する光コリメート手段と、前記光径拡大手段及び前記光コリメート手段を一体に形成するレンズ本体部とを備えることを特徴とする。本発明にかかるレンズによれば、光径拡大手段と光コリメート手段とを個別に準備して後で一体に組み立てることがないため、光径拡大手段と光コリメート手段との位置ずれによる偏心、光軸ずれ、レンズ面間隔の誤差の発生を抑制することができ、光径の拡大及び光のコリメートの如き２つの機能を備える一体型のレンズを提供することができる。さらに、光径拡大手段を備えるレンズと、光コリメート手段を備えるレンズとの相対位置を高精度で調整しながら接着して一体とされるレンズを形成する場合に比べて製造工程を簡略化することができ、製造コストの低減にも繋がる。さらに、一枚のレンズで入射光の光径を拡大して略平行光を射出することにより部品点数を低減することができる。
【００１３】
本発明にかかるレンズにおいては、前記光径拡大手段及び前記光コリメート手段の少なくとも一方は、前記レンズ本体部の光の入射側と射出側とでそれぞれ所定の曲率を有するように当該レンズ本体部を加工して形成されていても良い。このようなレンズによれば、予めレンズ本体部の光の入射側に光径拡大手段を形成し、さらに光の射出側に光コリメート手段を形成することにより、一枚のレンズで光の光径を拡大し、略平行光となるようにコリメートされた光を射出することができる。
【００１４】
さらに、このようなレンズにおいては、前記光径拡大手段の焦点と、前記光コリメート手段の焦点とが略等しい位置にあるように前記所定の曲率は調整されていても良い。このようなレンズにおいては、光径拡大手段及び光コリメート手段が同一材料で形成されていることにより、光径拡大手段及び光コリメート手段の屈折率のばらつきが殆どない。したがって、光径拡大手段及び光コリメート手段のそれぞれの曲率を調整するだけで、精度良く入射光の光径を拡大して略平行光を射出することができる。
【００１５】
本発明にかかるレンズにおいては、例えば前記光径拡大手段を凹レンズとし、且つ前記光コリメート手段を凸レンズとすることができる。このようなレンズによれば、凹レンズで光径を拡大し、凸レンズで略平行光を射出することにより、入射光に対して光径が拡大された略平行光を一枚のレンズで射出することができる。また、凹レンズと凸レンズを形成することにより、凸レンズを２つ形成する場合に比べてレンズ面間の距離を小さくすることができ、レンズ全体を小型化することもできる。
【００１６】
また、本発明にかかるレンズにおいては、例えば前記光径拡大手段を凸レンズとし、且つ前記光コリメート手段を凸レンズとすることができる。このようなレンズによれば、凸レンズによって入射光の光路を交差させることで光径を拡大し、光路が拡大された光を凸レンズで略平行光として射出することが可能となる。
また、研磨工程が必要な場合は、凹レンズに比べて、凸レンズは容易に形成することができ、製造工程を簡略化し、製造コストを低減することができる。
【００１７】
さらにまた、本発明にかかるレンズにおいては、前記レンズ本体部は、前記光径拡大手段で光径が拡大される光が乱反射されることを低減するための光反射防止手段を備えていても良い。このような光反射防止手段で入射光がレンズを通過する際の乱反射を低減することにより、当該レンズから射出される略平行光が対象物に照射される際の光強度分布の拡がりを抑制することが可能となる。したがって、照射領域がぼやけることなく、視認性を高めることができる。
【００１８】
このようなレンズにおいては、前記光反射防止手段は、光吸収部材であっても良い。このような光吸収部材によれば、光強度分布の拡がりの原因となる光を吸収することで光の反射を低減し、光強度分布の拡がりを低減することができる。
【００１９】
さらにこのようなレンズにおいては、前記光吸収部材を、前記レンズ本体部の周面と、前記入射光が前記レンズ本体部に入射する当該レンズ本体部の入射側とに形成しておくことができる。このような光吸収部材によれば、レンズ本体部で光が反射されることを低減することができ、光径が拡大された略平行光が射出されることにより、遠方の対象物まで略平行光を照射することができる。
【００２０】
本発明にかかるレンズにおいては、前記レンズ本体部が、前記光の波長を選択する光学フィルタを備えていても良い。このような光学フィルタによれば、略平行光として当該レンズから射出される光の波長を選択することができ、所要の波長を有する光を対象物に照射することができる。
【００２１】
このようなレンズにおいては、前記光学フィルタは、赤外光を遮光することもできる。このような光学フィルタによれば、視認できない不要な赤外光を遮光することにより、可視光のみを略平行光として当該レンズから射出することができ、別途フィルターを配置することなく安全性の高い光を照射することができる。
【００２２】
本発明にかかるレンズにおいては、前記入射光は、略平行光であっても良い。このようなレンズによれば、光源から射出された略平行光の光径を拡大して、さらに広い光径を有する略平行光を射出することができる。
【００２３】
このようなレンズにおいては、前記略平行光は、レーザ光であっても良い。このようなレンズによれば、コヒーレントな光であるレーザ光の光径を拡大して略平行光をして射出することができ、当該略平行光が照射される対象物を所定の色で照らし出すことができる。
【００２４】
本発明にかかる光照射装置は、光を射出する光射出手段と、前記光射出手段から射出される光の光径を拡大して射出する光径拡大手段と、前記光径拡大手段で光径が拡大される光を入射して略平行光を射出する光コリメート手段と、前記光径拡大手段及び前記光コリメート手段を一体に形成するレンズ本体部とを有するレンズとを備えることを特徴とする。このような光照射装置によれば、光径が拡大された光をコリメートして射出することができる。また、光径拡大手段及び光コリメート手段をレンズ本体部に一体に形成することにより、光径拡大手段と光コリメート手段とを個別に形成して組み合わせる場合に比べて、光照射装置の製造工程を簡略化することが可能であり、製造コストの低減にも繋がる。
【００２５】
さらにこのような光照射装置においては、前記光射出手段を、レーザ光を射出するレーザ発光モジュールとすることができる。このような光照射装置によれば、レーザ発光モジュールから射出されるレーザ光の光径を拡大し、略平行光として射出することができる。
【００２６】
さらにこのような光照射装置においては、前記レーザ発光モジュールは、固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質が発光した光の波長を変換する非線形光学素子と、前記固体レーザ媒質と前記非線形光学素子とを挟み込んで光を往復させる一対の共振反射部とからなる共振器と、前記固体レーザ媒質を励起するための光を発光するレーザダイオードと、前記共振器が射出した光を取り出す窓部が形成されて、前記共振器と前記レーザダイオードとを収納するウィンドウキャップとを備えていても良い。このような光照射装置によれば、ウィンドウキャップ内にレーザ光を発光するための素子群を収納することにより、レーザダイオードや共振器に塵芥が付着することを防止することができる。これにより、レーザ発光モジュールを電子機器に搭載する際の取り扱いが容易になり、さらに、レーザ発光モジュールの信頼性向上や長寿命化を図ることが可能となる。また、光を透過すると共に気密を保持する気密部材を窓部に取り付け、ウィンドウキャップの内部を気密保持することで、さらに防塵効果を高めることが可能となる。
【００２７】
本発明にかかる光照射装置においては、前記レンズを収納するためのレンズホルダーを備え、前記レンズホルダーは、前記光径拡大手段から射出される光が乱反射されることを低減する光反射防止手段を備えることができる。このようなレンズホルダーによれば、入射光がレンズを通過する際の乱反射を低減することにより、当該レンズから射出される略平行光が対象物に照射される際の光強度分布の拡がりを低減することが可能となり、視認性を高めることができる。
【００２８】
このような光照射装置においては、前記光反射防止手段を、前記レンズホルダーの内側に形成される光吸収部材とすることができる。このようなレンズホルダーによれば、当該レンズから射出される略平行光の光強度分布の拡がりの原因となる光を排除することができる。したがって、遠方の対象物まで略平行光を照射することができる。
【００２９】
さらにこのような光照射装置においては、前記光吸収部材が前記レンズ本体部の周面を覆う面積を調整することにより、前記レンズから射出される光の光強度分布を調整することができる。このような光照射装置によれば、光吸収部材によって吸収される光量を調整することができ、当該光照射装置から射出される光が照射される対象物における光強度分布を調整することが可能となる。
【００３０】
さらに本発明にかかる光照射装置においては、前記窓部の面積を調整することにより、前記レンズから射出される光の光強度分布を調整することができる。このような窓部によれば、レンズに入射する入射光の光強度分布を調整することが可能であり、光照射装置から射出される光が照射される対象物における光強度分布を調整することができる。
【００３１】
本発明にかかる光照射装置においては、前記レンズ本体部は、前記窓部から射出される光の波長を選択する光学フィルタを備えることができる。このような光学フィルタによれば、略平行光として当該レンズから射出される光の波長を選択することができ、所要の波長を有する光を対象物に照射することができる。
【００３２】
このような光照射装置においては、前記光学フィルタは、赤外光を遮光することもできる。このような光学フィルタによれば、視認できない不要な赤外光を遮光することにより、可視光のみを略平行光として当該レンズから射出することができ、別途フィルターを配置することなく安全性の高い光を照射することができる。
【００３３】
本発明にかかるレーザポインタは、固体レーザ媒質と、前記固体レーザ媒質が発光した光の波長を変換する非線形光学素子と、前記固体レーザ媒質と前記非線形光学素子とを挟み込んで光を往復させる一対の共振反射部とからなる共振器と、前記固体レーザ媒質を励起するための光を発光するレーザダイオードと、前記共振器が射出した光を取り出す窓部が形成されて、前記共振器と前記レーザダイオードとを収納するウィンドウキャップとを備えるレーザ発光モジュールと、前記窓部から射出された光の光径を拡大して略平行光とするレンズとを有し、前記レンズは、前記窓部から射出される光の光径を拡大して出射する光径拡大手段と、前記光径拡大手段で光径が拡大される光を入射して略平行光を射出する光コリメート手段と、前記光径拡大手段及び前記光コリメート手段を一体に形成するレンズ本体部とを有することを特徴とする。このようなレーザポインタによれば、ウィンドウキャップ内にレーザ光を発光するための素子群を収納することにより、レーザダイオードや共振器に塵芥が付着することを防止することができる。これにより、レーザ発光モジュールを電子機器に搭載する際の取り扱いが容易になり、さらに、レーザ発光モジュールの信頼性向上や長寿命化を図ることが可能となる。また、光を透過すると共に気密を保持する気密部材を窓部に取り付け、ウィンドウキャップの内部を気密保持することで、さらに防塵効果を高めることが可能となる。また、光径拡大手段及び光コリメーチ手段を一体に形成されたレンズを用いることにより、レーザポインタの製造工程を簡略化することが可能であり、製造コストを低減できる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかるレンズ、光照射装置及びレーザポインタについて図面を参照しながら詳細に説明する。先ず、本発明にかかるレンズについて説明し、続いてこれを応用した光照射装置の一例としてのレーザポインタについて説明する。
【００３５】
［第１の実施の形態］
本実施形態にかかるレンズは、入射光の光径を拡大して射出する光径拡大手段と、光径拡大手段で光径が拡大される光を入射して略平行光を射出する光コリメート手段と、光径拡大手段及び光コリメート手段を一体に形成するレンズ本体部とを備えるレンズであり、光径拡大手段としての凹レンズ部と、光コリメート手段としての凸レンズ部を有することを特徴とする。
【００３６】
図１は、本実施形態にかかるレンズの構造を示す概観図であり、図１（ａ）は入射光の入射側からレンズ１を見た端面図、同図（ｂ）は側面側からレンズ１を見た側面図である。図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、レンズ１は、レンズ本体部２、凹レンズ部３、及び凸レンズ部４から構成され、略円柱形状を有する。
【００３７】
凹レンズ部３は、入射光がレンズ１に入射する入射側に形成されている。凹レンズ部３は、レンズ本体部２に直接形成された凹レンズであり、レンズ本体部２及び凸レンズ部４と一体に形成されてレンズ１を構成する。したがって、個別に作成された凹レンズ及び凸レンズを接着して一体とされるレンズを形成する場合に比べて、凹レンズ及び凸レンズを個別に作成する製造工程を簡略化することができる。さらに、レンズ本体部２に凹レンズ部３及び凸レンズ部４を形成することにより、凹レンズ及び凸レンズが接着される接着面を減らすことができる。すなわち、これら接着面における光の反射を低減し、レンズ１に入射する入射光を効率良く射出することが可能となる。例えば、２枚のレンズで光学系を構成した場合には、各レンズと外部との境界面は４面とされるが、凹レンズと凸レンズとを一体に形成することにより境界面を２面とすることができ、レンズの表面で光が反射されることによる損失を低減することが可能となる。また、個別に作成された凹レンズ及び凸レンズの位置合わせを行いながら一体にする製造工程が不要となることから、凹レンズ及び凸レンズの偏心、光軸ずれ、及びレンズ面間隔のずれを高精度で調整することなく、凹レンズ及び凸レンズの各機能を有する一枚のレンズ１を形成することもできる。
【００３８】
凹レンズ部３は、所定の曲率を有するようにレンズ本体部２の端面５に形成され、光学レンズを加工する際に一般に用いられる加工方法によって形成される。また、レンズ１を構成する光学材料としてガラス、又はプラスチックの如き有機高分子材料を用いた場合には、光学材料をレンズ形状に成型する金型の精密加工と成型条件の管理によって凹レンズ部３及び凸レンズ部４が一体とされたレンズ１を高精度で形成することができる。したがって、凹レンズ及び凸レンズを高精度で作成した場合に、これらレンズを組み上げて一体とされるレンズを形成する場合に生じる偏心、光軸ずれ、及びレンズ面間隔のずれを低減することができる。さらに、凹レンズ部３及び凸レンズ部４がレンズ本体部２に一体に形成されたレンズ１によれば、個別に形成された凹レンズ及び凸レンズの屈折率のばらつきに応じて各レンズの曲率を個別に調整する必要もない。
【００３９】
また、レンズ１は特定の波長の光を吸収する光学フィルタを具備することもできる。レンズ１を形成する材料として特定の波長の光を吸収する材料を用いることにより、特定の波長の光が除去された光をレンズ１から略平行光として射出することができる。特に、赤外線（ＩＲ：ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｒａｙｓ）などを除去するＩＲカットフィルタに用いられる材料でレンズ１を形成することにより、レーザダイオードと固体レーザと非線形素子からなる後述するＳＨＧレーザ発光モジュールから射出された赤外光を吸収することができる。よってレンズ１により視認できない不要の赤外のレーザ光を除去することが可能で別途ＩＲカットフィルターを配置することなく安全性を確保できる。さらに、凹レンズ部３及び凸レンズ部４の少なくとも一方に上述した特定の波長の光を透過させない又は吸収する材料をコーティングしておくことにより特定の波長の光を射出させないこともできる。
【００４０】
凹レンズ部３は端面５の略中心に形成され、凹レンズ部３の光軸と凸レンズ部４の光軸とが一致するようにレンズ本体部２に形成されている。凹レンズ部３は、球面レンズ、又は非球面レンズのいずれのレンズでも良く、入射光を屈折して光径を拡大することができる凹レンズであれば良い。また、凹レンズ部３は入射光の入射側である端面５の一部に形成される。さらに、入射光の光径が拡大され、凹レンズ部３の光軸及び凸レンズ部４の光軸に対して略平行な光路を有する略平行光を凸レンズ部４から射出することができるように、凹レンズ部３の曲率が凸レンズ部４の曲率に合わせて調整されている。凹レンズ部３の曲率は、凹レンズ部３の焦点と凸レンズ部４の焦点とが一致するように調整されており、凹レンズ部３で光径が拡大された光を凸レンズ部４から略平行光として射出することができる。
【００４１】
凸レンズ部４は、凹レンズ部３によって入射光の光径が拡大された光が略平行光としてレンズ１から射出される射出側に形成されている。凸レンズ部４から射出される略平行光は、凹レンズ部３の光軸と凸レンズ部４の光軸と略平行な光路を有する。凸レンズ部４は、レンズ本体部２に直接形成された凸レンズであり、レンズ本体部２及び凸レンズ部４が一体に形成されている。
【００４２】
凸レンズ部４は、所定の曲率を有するようにレンズ本体部２の端面５に対して反対側に形成され、光学レンズを加工する際に一般に用いられる加工方法によって形成される。また、凹レンズ部３をレンズ本体部２に形成する際に合わせて凸レンズ部４を形成することができる。したがって、個別に作成された凹レンズ及び凸レンズを接着して一体とされるレンズを形成する場合に比べて、凹レンズ及び凸レンズを個別に作成する製造工程を簡略化することができる。さらに、凹レンズ及び凸レンズが接着される接着面における光の反射を低減することができ、入射光を殆ど減衰させることなく効率良く略平行光を射出することができる。
【００４３】
凸レンズ部４は、レンズ本体部２の端部全体に形成され、凹レンズ部３の光軸と凸レンズ部４の光軸とは一致する。凸レンズ部４は、必要な有効径を確保できればレンズ本体部２の端部中央部に部分的に形成されても良い。また、凸レンズ部４は、球面レンズ、又は非球面レンズのいずれのレンズでも良く、凹レンズ部３で光径が拡大された光を略平行光として射出することができる凸レンズであれば良い。また、凸レンズ部４の曲率は、凹レンズ部３で光径が拡大された光を略平行光として射出することができるように、凹レンズ部３の曲率に合わせて調整されている。
【００４４】
図２は、レンズ１によって入射光Ｌ１の光径が拡大され、射出光Ｌ２が略平行光として射出される過程を説明する図である。
【００４５】
図２に示すように、レンズ１は、入射光Ｌ１の光径を拡大して略平行光として射出するレンズであり、本実施形態において、入射光Ｌ１は凹レンズ部３の光軸及び凸レンズ部４の光軸に対して略平行な光路を有する光である。このような入射光Ｌ１の光径を拡大して略平行光として射出する際にレンズ１は好適とされる。
【００４６】
入射光Ｌ１は、例えばレーザ光とされ、レンズ１は波長が揃ったコヒーレントな光の光径を拡大して略平行光として射出することができる。よって、レンズ１は、略平行光が照射される照射領域を所定の色で照らし出すことができる。入射光Ｌ１は、光共振器の如き光源から指向性を有する光として射出され、凹レンズ部３の光軸及び凸レンズ部４の光軸に対する略平行光として凹レンズ部３に入射する。なお、入射光Ｌ１は、凹レンズ部３の光軸及び凸レンズ部４の光軸に対して略平行な光路を有して凹レンズ部３に入射される光であればレーザ光に限定されるものでない。
【００４７】
入射光Ｌ１は、凹レンズ部３で光径が拡大され、凹レンズ部３の光軸及び凸レンズ部４の光軸に対して略平行光とされる射出光Ｌ２として凸レンズ部４から射出される。凹レンズ部３の焦点ｆ１と凸レンズ部４の焦点ｆ２とはレンズ１に対して入射光Ｌ１の入射側で略一致していることから、凹レンズ部３で光径が拡大された光を略平行光として凸レンズ部４から射出することができる。さらに、凹レンズ部３の焦点ｆ１と凸レンズ部４の焦点ｆ２とがレンズ１に対して入射光Ｌ１の入射側で略一致していることにより、２つの凸レンズによって入射光Ｌ１の光径を拡大して略平行光として射出する場合に比べてレンズ面間の距離を狭めることが可能である。したがって、凹レンズ部３及び凸レンズ部４をレンズ本体部２に一体に形成することにより、レンズ本体部２に凸レンズ部を２つ形成する場合に比べてレンズ１を小型化することができる。
【００４８】
入射光Ｌ１の光径と射出光Ｌ２の光径との比は、凹レンズ部３の焦点距離と凸レンズ部４の焦点距離との比で調整することができる。例えば、０．２ｍｍの光径を有する入射光Ｌ１を、１ｍｍの光径を有する射出光Ｌ２として射出する場合には、入射光Ｌ１の光径（０．２ｍｍ）と射出光Ｌ２の光径（１ｍｍ）の比が１：５であることから、凹レンズ部３の焦点距離と凸レンズ部４の焦点距離との比を１：５にすれば良い。
【００４９】
図１及び図２を参照しながら説明したように、本実施形態にかかるレンズ１によれば、個別に作成された凹レンズ及び凸レンズを接着して一体とされるレンズを形成する場合に比べて、凹レンズ及び凸レンズを個別に製造する製造工程を簡略化することができる。さらに、凹レンズ及び凸レンズが接着される場合の接着面における光の反射を低減することができ、レンズ１に入射する入射光を効率良く射出することが可能となる。また、凹レンズ及び凸レンズの偏心、光軸ずれ、及びレンズ面間隔のずれを高精度で調整することなく、凹レンズ及び凸レンズの各機能を有するレンズを形成することができる。さらに、凹レンズ及び凸レンズが一体に形成されているため、衝撃や環境変化による凹レンズ及び凸レンズの偏心、光軸ずれ、及びレンズ面間隔のずれが生じづらく、例えば、後述するレーザポインタの如き携帯型の光照射装置に好適なレンズとされる。
【００５０】
［第２の実施の形態］
本実施形態にかかるレンズは、入射光の光径を拡大して射出する光径拡大手段と、光径拡大手段で光径が拡大される光を入射して略平行光を射出する光コリメート手段と、光径拡大手段及び光コリメート手段を一体に形成するレンズ本体部とを備えるレンズであり、光径拡大手段としての凸レンズ部と、光コリメート手段としての凸レンズ部を有することを特徴とする。
【００５１】
図３は、本実施形態にかかるレンズの構造を示す概観図であり、図３（ａ）は入射光の入射側からレンズ１１を見た端面図、同図（ｂ）は側面側からレンズ１を見た側面図である。図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、レンズ１１は、レンズ本体部１２、凸レンズ部１３，１４から構成され、略円柱形状を有する。
【００５２】
凸レンズ部１３は、入射光がレンズ１１に入射する入射側に形成されている。凸レンズ部１３は、レンズ本体部１２に直接形成された凸レンズであり、レンズ本体部１２及び凸レンズ部１４と一体に形成されてレンズ１１を構成する。したがって、個別に作成された２つの凸レンズを接着して一体とされるレンズを形成する場合に比べて、２つの凸レンズを個別に作成する製造工程を簡略化することができる。さらに、凸レンズが接着される接着面における光の反射を低減することができ、レンズ１１に入射する入射光を効率良く射出することが可能となる。
例えば、２枚のレンズで光学系を構成した場合には、各レンズと外部との境界面は４面とされるが、２つの凸レンズとを一体に形成することにより境界面を２面とすることができ、レンズの表面で光が反射されることによる損失を半減することが可能となる。また、２つの凸レンズの偏心、光軸ずれ、及びレンズ面間隔のずれを高精度で調整することなく、２つの凸レンズを組み合わせることにより得られる機能を一つのレンズ１１に付与することができる。
【００５３】
凸レンズ部１３は、所定の曲率を有するようにレンズ本体部１２の端面１５に形成され、光学レンズを加工する際に汎用とされる加工方法によって形成される。また、レンズ１１を構成する材料は、第１の実施形態において説明した材料と同様の材料されるため詳細な説明については省略するが、レンズ１１は、凸レンズ１３，１４をレンズ本体部１２に一体に形成して構成されることから、２つの凸レンズを高精度で作成して、これらレンズを組み上げて一体とされるレンズを形成する場合に生じる偏心、光軸ずれ、及びレンズ面間隔のずれを低減することができる。さらに、凸レンズ部１３，１４がレンズ本体部１２に一体に形成されたレンズ１１によれば、個別に形成された２つの凸レンズの屈折率のばらつきに応じて各レンズの曲率を個別に調整する必要がない。
【００５４】
また、レンズ１１は特定の波長の光を吸収する光学フィルタを具備することもできる。レンズ１１を形成する材料として特定の波長の光を吸収する材料を用いることにより、特定の波長の光が除去された光をレンズ１から略平行光として射出することができる。特に、ＩＲカットフィルタの如き赤外領域近辺の光を吸収する材料でレンズ１を形成することにより、レーザダイオードと固体レーザと非線形素子からなるＳＨＧレーザ発光モジュールから射出された赤外光を吸収することができ、レンズ１により視認できない不要の赤外のレーザ光を除去することが可能で、別途ＩＲカットフィルタを配置することなく安全性を確保できる。さらに、凸レンズ部１３，１４の少なくとも一方に上述した特定の波長の光を除去する材料をコーティングしておくこともできる。
【００５５】
凸レンズ部１３は端面１５の略中心に形成され、凸レンズ部１３の光軸と凸レンズ部１４の光軸とが一致するようにレンズ本体部１２に形成されている。凸レンズ部１３は、球面レンズ、又は非球面レンズのいずれのレンズでも良く、凸レンズ部１３で入射光が屈折された光が凸レンズ部１４に入射する際に光径が拡大されていればいかなる凸レンズでも良い。また、凸レンズ部１３は入射光の入射側である端面１５の一部に形成される。さらに、入射光の光径が拡大され、凸レンズ部１３の光軸及び凸レンズ部１４の光軸に対して略平行な光路を有する略平行光を凸レンズ部１４から射出することができるように、凸レンズ部１３の曲率が凸レンズ部１４の曲率に合わせて調整されている。凸レンズ部１３の曲率は、凸レンズ部１３の焦点と凸レンズ部１４の焦点とが一致するように調整されている。凸レンズ部１３で屈折された光は凸レンズ部１４に入射する際には入射光の光径に比べて光径が拡大されており、光径が拡大された光は凸レンズ部１４から略平行光として射出される。
【００５６】
凸レンズ部１４は、凸レンズ部１３によって入射光が屈折された光を略平行光としてレンズ１１から射出する射出側に形成されている。凸レンズ部１４から射出される略平行光は、凸レンズ部１３の光軸と凸レンズ部１４の光軸と略平行な光路を有する。凸レンズ部１４は、レンズ本体部１２に直接形成された凸レンズであり、レンズ本体部１２及び凸レンズ部１４が一体に形成されている。
【００５７】
凸レンズ部１４は、所定の曲率を有するようにレンズ本体部１２の端面１５に対して反対側に形成され、光学レンズを加工する際に汎用とされる加工方法によって形成される。また、凸レンズ部１３をレンズ本体部１２に形成する際に合わせて凸レンズ部１４を形成することができる。したがって、個別に作成された２つの凸レンズを接着して一体とされるレンズを形成する場合に比べて、２つの凸レンズを個別に作成する製造工程を簡略化することができる。さらに、２つの凸レンズが接着される接着面における光の反射を低減することができ、入射光を殆ど減衰させることなく効率良く略平行光を射出することができる。
【００５８】
凸レンズ部１４は、レンズ本体部１２の端部全体に形成され、凸レンズ部１３の光軸と凸レンズ部１４の光軸とが一致する。凸レンズ部１４は、必要な有効径を確保できればレンズ本体部１２の端部中央部に部分的に形成されても良い。また、凸レンズ部１４は、球面レンズ、又は非球面レンズのいずれのレンズでも良く、凸レンズ部１３で屈折された光を略平行光として射出することができる凸レンズであれば良い。また、凸レンズ部１４の曲率は、凸レンズ部１３で屈折された光を略平行光として射出することができるように、凸レンズ部１３の曲率に合わせて調整されている。
【００５９】
図４は、レンズ１１によって入射光Ｌ３が屈折されて略平行光とされる射出光Ｌ４として射出される状態を説明する図である。
【００６０】
図４に示すように、レンズ１１は入射光Ｌ３を屈折して略平行光として射出するレンズであり、本実施形態において、入射光Ｌ３は凸レンズ部１３の光軸及び凸レンズ部１４の光軸に対して略平行な光路を有する光である。このような入射光Ｌ３を屈折して略平行光として射出する際にレンズ１１は好適とされる。
【００６１】
入射光Ｌ３は、例えばレーザ光とされ、レンズ１１は波長が揃ったコヒーレントな光の光径を拡大して略平行光として射出することができる。よって、レンズ１１は、略平行光が照射される照射領域を所定の色で照らし出すことができる。
入射光Ｌ３は、レーザ発振器の如き光源から指向性を有する光として射出され、凸レンズ部１３の光軸及び凸レンズ部１４の光軸に対する略平行光として凸レンズ部１３に入射する。なお、入射光Ｌ３は、凸レンズ部１３の光軸及び凸レンズ部１４の光軸に対して略平行な光路を有して凹レンズ部３に入射させる光であればレーザ光に限定されるものでない。
【００６２】
入射光Ｌ３は、凸レンズ部１３で屈折され、凸レンズ部１３の光軸及び凸レンズ部１４の光軸に対して略平行光とされる射出光Ｌ４として凸レンズ部１４から射出される。凸レンズ部１３の焦点ｆ３と凸レンズ部１４の焦点ｆ４とはレンズ本体部１２中で一致していることから、凸レンズ部１３で屈折された光は一旦光径が狭められるが、凸レンズ部１４に入射する際には入射光Ｌ３の光径に比べて大きい光径を有する。入射光Ｌ３の光径に比べて光径が拡げられた光は、略平行光とされる射出光Ｌ４として凸レンズ部１４から射出されることになる。
【００６３】
また、研磨工程が必要な場合は、凸レンズ部１３をレンズ本体部１２に一体に形成することが、レンズ本体部１２に凹レンズを一体に形成する場合より容易であり、曲率が高い精度で調整された凸レンズ部１３をレンズ本体部１２に一体に形成することで、レンズ１１の収差を低減することができる。したがって、略平行光として射出される射出光Ｌ４で照射される照射領域において光強度分布の拡がりを抑制することができ、照射領域の視認性を高めることができる。
【００６４】
入射光Ｌ３の光径と射出光Ｌ４の光径との比は、凸レンズ部１３の焦点距離と凸レンズ部１４の焦点距離との比で調整することができる。例えば、０．２ｍｍの光径を有する入射光Ｌ３を、１ｍｍの光径を有する射出光Ｌ４として射出する場合には、入射光Ｌ３の光径（０．２ｍｍ）と射出光Ｌ４の光径（１ｍｍ）の比が１：５であることから、凸レンズ部１３の焦点距離と凸レンズ部１４の焦点距離との比を１：５にすれば良い。
【００６５】
図３及び図４を参照しながら説明したように、本実施形態にかかるレンズ１１によれば、個別に作成された２つの凸レンズを接着して一体とされるレンズを形成する場合に比べて、２つの凸レンズを個別に製造する製造工程を簡略化することができる。さらに、２つの凸レンズが接着される接着面における光の反射を低減することができ、レンズ１１に入射する入射光を効率良く射出することが可能となる。また、個別に製造された２つの凸レンズの偏心、光軸ずれ、及びレンズ面間隔のずれを高精度で調整することなく、２つの凸レンズが一体とされるレンズを形成することができることから、レンズの製造コストを低減することも可能である。
【００６６】
［第３の実施の形態］
本実施形態にかかるレンズは、入射光の光径を拡大して射出する光径拡大手段と、光径拡大手段で光径が拡大される光を入射して略平行光を射出する光コリメート手段と、光径拡大手段及び光コリメート手段を一体に形成するレンズ本体部とを備えるレンズであり、レンズ本体部は、入射された光がレンズ内部で乱反射されることを低減するための光反射防止手段を備えることを特徴とする。
【００６７】
図５は、本実施形態にかかるレンズの構造を示す概観図であり、図５（ａ）は入射光の入射側からレンズ２１を見た端面図、同図（ｂ）はレンズ２１の側断面図である。図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、レンズ２１は、第１の実施形態で説明したレンズ１と略同様の構成とされることからレンズ２１の構成についての詳細な説明は省略する。
【００６８】
レンズ２１は、レンズ本体部２２、凹レンズ部２３、及び凸レンズ部２４を有し、略円柱形状とされる。さらに、レンズ２１は、レンズ本体部２２の周面及びレンズ本体部２２の端面２５にレンズ本体部２２中で光が乱反射されることを低減する光反射防止手段２６を備える。
【００６９】
光反射防止手段２６は、レンズ本体部２２の周面に形成され、さらに、凹レンズ部２３を除いた端面２５全体を覆うように形成されている。光反射防止手段２６は、レンズ本体部２２中で光が乱反射することを低減し、光径が拡げられて略平行光として射出される射出光について光強度分布の拡がりを低減する。すなわち、凸レンズ部２４から射出される射出光の光路が、凹レンズ部２３の光軸及び凸レンズ部２４の光軸に対して略平行な光路から拡がることを低減する。これにより、凸レンズ部２４から射出される射出光が照射される被光照射面において光強度分布の拡がりを低減することができ、射出光によって照らし出される領域における光強度分布の拡がりを抑制することができる。
【００７０】
光反射防止手段２６は、レンズ本体部２２中で乱反射される光を吸収する光吸収部材とされる。例えば、黒色に着色された部材をレンズ本体部２２の周面及び凹レンズ部２３を除いた端面２５全体を覆うように配設して形成される。このように、レンズ２１の凹レンズ部２３及び凸レンズ部２４を除く領域に光吸収部材を配設することにより、光強度分布の拡がりが低減された略平行光をレンズ２１から射出することができる。また、レンズ２１を光反射防止手段２６で覆う領域を調整することにより、レンズ２１から射出される射出光の光強度分布を調整することもできる。
【００７１】
なお、レンズ２１は本実施形態で説明した構成に限定されず、第２の実施形態で説明したレンズ１１のように２つの凸レンズ部１３，１４を一体に形成した構成を有することもでき、凸レンズ部１３，１４を除いた領域を覆うように光反射防止手段が形成されたレンズでも良い。
【００７２】
図６は、本実施形態にかかるレンズの別の例を示す図であり、図６（ａ）は入射光の入射側からレンズ３１を見た端面図、同図（ｂ）はレンズ３１を側面側からみた側面図である。図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、レンズ３１は、第１の実施形態で説明したレンズ１と略同様の構成とされることからレンズ３１の構成についての詳細な説明は省略する。
【００７３】
レンズ３１は、レンズ本体部３２、凹レンズ部３３、及び凸レンズ部３４を有し、略円柱形状とされる。さらに、レンズ３１は、レンズ本体部３２の周面及びレンズ本体部３２の端面３５にレンズ本体部３２中で光が乱反射されることを低減する光反射防止手段３６を備える。
【００７４】
光反射防止手段３６は、レンズ本体部３２の周面に形成され、さらに、凹レンズ部３３を除いた端面３５全体を覆うように形成されている。光反射防止手段３６は、レンズ本体部２２の周面及び凹レンズ部３３を除いた端面２５全体を覆うように形成された光吸収膜とされる。このような光吸収膜は、例えば有機溶媒に黒色の顔料が溶かされた塗料をレンズ３１の凹レンズ部３３及び凸レンズ部３４を除く領域に塗布して形成され、光強度分布の拡がりが低減された略平行光をレンズ３１から射出することができる。また、レンズ３１を光反射防止手段３６で覆う領域を調整することにより、レンズ３１から射出される射出光の光強度分布を調整することもできる。
【００７５】
なお、レンズ３１は本実施形態で説明した構成に限定されず、第２の実施形態で説明したレンズ１１のように２つの凸レンズ部１３，１４を一体に形成した構成を有することもでき、光反射防止手段として凸レンズ部１３，１４を除いた領域を覆うように上述した塗料が塗布された光吸収膜を用いることもできる。
【００７６】
実施例
次に、本実施形態にかかるレンズについて、光反射防止手段の有無による光強度分布の違いを確認するために行った実験について説明する。なお、光反射防止手段として、黒色の塗料をレンズに塗布した。本実験では、上述したレンズ３１と略同様の構成を有するレンズに対して入射光としてレーザ光（出力：０．５ｍＷ、波長：５３２ｎｍ）を略平行光として入射させ、レンズから１ｍ離れた平面に射出光を照射した場合の光強度分布を測定した。表１に、本実験に用いたレンズの詳細なデータを示す。
【００７７】
【表１】
2004334129.tif 000003
【００７８】
図７は、光強度分布を測定した測定結果を示すグラフであり、光強度分布Ａがレンズに黒色の塗料を塗布しなかった場合（黒塗り無し）の光強度分布であり、光強度分布Ｂがレンズに黒色の塗料を塗布した場合（黒塗り有り）の光強度分布である。図７に示すように、光強度分布Ｂは光強度分布Ａに比べて、光強度分布の拡がりが抑制されており、鋭いピークを有する。
【００７９】
表２は、図７中に示す光強度分布Ａの幅に対して光強度分布Ｂの幅が減少した減少率を示す。
【００８０】
【表２】
2004334129.tif 000004
【００８１】
表２に示すように、光強度がピーク値の１／ｅ２（約１３．５％）になる光強度分布の幅は、レンズを黒く塗ることにより、１．４３ｍｍから１．２２ｍｍに狭められ、光強度分布の幅の減少率は１４．７％であった。さらに、光強度がピーク値の１／２（５０％）になる光強度分布の幅は、０．８５ｍｍから０．７１ｍｍに狭められ、光強度分布の幅の減少率は１６．５％であった。このように、レンズを黒塗りすることにより、レンズから射出される略平行光の光強度分布を狭めることができることが確認された。よって、レンズに光反射防止手段を設けることにより、光強度分布の拡がりが狭められた略平行光によって被光照射面を照らし出し、照射領域に対する視認性を高めることが可能となる。
【００８２】
［第４の実施の形態］
次に、本発明にかかるレンズを応用した光照射装置の一例とされるレーザポインタについて説明する。なお、本発明にかかる光照射装置は、以下の記述に限定されるものではなく、例えば、所要の光径を有して光路の拡がりが抑制された光を試料に照射することで分析を行う光分析装置にも好適であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００８３】
図８は、レーザポインタ４０の構造を示す断面図であり、図９はレーザポインタ４０の斜視断面図である。図８及び図９に示すように、レーザポインタ４０は、光射出手段とされるレーザ発光モジュール４１と、レーザ発光モジュール４１から射出される入射光の光径を拡大して略平行光として射出するレンズ８０と、レンズ８０を収納するレンズホルダー８１と、レーザポインタ４０を駆動するドライバ部４３とから構成される。図１０は、レンズホルダー８１からレンズ８０を取り外した状態を示す分解斜視図である。図８乃至図１０に示すように、レンズ８０は略円柱形状とされ、光径拡大手段とされる凹レンズ部８２と、光コリメート手段とされる凸レンズ部８３と、凹レンズ部８２及び凸レンズ部８３を一体に形成するレンズ本体部８４から構成される。
【００８４】
凹レンズ部８２は、入射光がレンズ８０に入射する入射側に形成されている。
凹レンズ部８２は、レンズ本体部８４に直接形成された凹レンズであり、レンズ本体部８４及び凸レンズ部８３と一体に形成されてレンズ８０を構成する。したがって、個別に作成された凹レンズ及び凸レンズを接着して一体とされるレンズを形成する場合に比べて、凹レンズ及び凸レンズを個別に作成する製造工程を簡略化することができる。さらに、凹レンズ及び凸レンズが接着される接着面における光の反射を低減することができ、レーザ発光モジュール４１から射出される光を効率良く射出することができる。例えば、２枚のレンズで光学系を構成した場合には、各レンズと外部との境界面は４面とされるが、凹レンズと凸レンズとを一体に形成することにより境界面を２面とすることができ、レンズの表面で光が反射されることによる損失を半減することが可能となる。また、レンズ８０は、凹レンズ及び凸レンズの偏心、光軸ずれ、及びレンズ面間隔のずれを高精度で調整することなく、凹レンズ及び凸レンズの各機能を有するレンズとされる。
【００８５】
凹レンズ部８２は、所定の曲率を有するようにレンズ本体部８４の端面５に形成され、光学レンズを加工する際に汎用とされる加工方法によって形成される。
また、レンズ８０を構成する材料がプラスチックの如き有機高分子材料を用いた光学材料である場合には、光学材料をレンズ形状に成型する金型の精密加工と成型条件の管理によって凹レンズ部８２及び凸レンズ部８３が一体とされたレンズ８０を高精度で形成することができる。したがって、凹レンズ及び凸レンズを高精度で作成した場合に、これらレンズを組み上げて一体とされるレンズを形成する場合に生じる偏心、光軸ずれ、及びレンズ面間隔のずれを低減することができる。さらに、凹レンズ部８２及び凸レンズ部８３がレンズ本体部８４に一体に形成されたレンズ８０によれば、個別に形成された凹レンズ及び凸レンズの屈折率のばらつきに応じて各レンズの曲率を個別に調整する必要もない。また、凹レンズ部８２及び凸レンズ部８３が一体に形成されていることにより、レーザポインタ４０に衝撃が加わった場合でもレンズの位置ずれが生じることない、したがって、レンズ８０を作成する際に所定の位置に凹レンズ部８２及び凸レンズ部８３を形成しておくことで光学特性に優れ、且つ信頼性の高いレーザポインタを提供することができる。
【００８６】
凹レンズ部８２はレンズ８０がレーザ発光モジュール４１に臨む端面の略中心に形成され、凹レンズ部８２の光軸と凸レンズ部８３の光軸とが一致するようにレンズ本体部８４に形成されている。凹レンズ部８２は、球面レンズ、又は非球面レンズのいずれのレンズでも良く、入射光を屈折して光径を拡大することができる凹レンズであれば良い。また、凹レンズ部８２は入射光の入射側である端面の一部に形成されている。さらに、入射光の光径が拡大され、凹レンズ部８２の光軸及び凸レンズ部８３の光軸に対して略平行な光路を有する略平行光を凸レンズ部８３から射出することができるように、凹レンズ部８２の曲率が凸レンズ部８３の曲率に合わせて調整されている。凹レンズ部８２の曲率は、凹レンズ部８２の焦点と凸レンズ部８３の焦点とが一致するように調整されており、凹レンズ部８２で光径が拡大された光を凸レンズ部８３から略平行光として射出することができる。すなわち、遠方の対象物に光を照射する際に、レーザポインタ４０から射出される光の光径が殆ど拡がることなく、当該光を対象物に照射することができる。
【００８７】
凸レンズ部８３は、レンズ４１から略平行光を射出する射出側に形成されている。凸レンズ部８３は、凹レンズ部８２によって入射光の光径が拡大された光が略平行光としてレンズ８０から射出される射出側に形成されている。凸レンズ部８３から射出される略平行光は、凹レンズ部８２の光軸と凸レンズ部８３の光軸と略平行な光路を有する。凸レンズ部８３は、レンズ本体部８４に直接形成された凸レンズであり、レンズ本体部８４及び凸レンズ部８３が一体に形成されている。
【００８８】
凸レンズ部８３は、所定の曲率を有するようにレンズ本体部８４に対してレーザ発光モジュール４１の反対側に形成され、光学レンズを加工する際に汎用とされる加工方法によって形成される。また、凹レンズ部８２をレンズ本体部８４に形成する際に合わせて凸レンズ部８３を形成することができる。したがって、個別に作成された凹レンズ及び凸レンズを接着して一体とされるレンズを形成する場合に比べて、凹レンズ及び凸レンズを個別に作成する製造工程を簡略化することができる。さらに、凹レンズ及び凸レンズが接着される接着面における光の反射を低減することができ、入射光を殆ど減衰させることなく効率良く略平行光を射出することができる。
【００８９】
凸レンズ部８３は、レンズ本体部８４の端部全体に形成され、凹レンズ部８２の光軸と凸レンズ部８３の光軸とは一致する。凸レンズ部８３は必要な有効径を確保できればレンズ本体部８４の端部中央部に部分的に形成されても良い。凸レンズ部８３は、球面レンズ、又は非球面レンズのいずれのレンズでも良く、凹レンズ部８２で光径が拡大された光を略平行光として射出することができる凸レンズであれば良い。また、凸レンズ部８３の曲率は、凹レンズ部８２で光径が拡大された光を略平行光として射出することができるように、凹レンズ部８２の曲率に合わせて調整されている。
【００９０】
レンズ８０は、凹レンズ部８２及び凸レンズ部８３がレンズ本体部８４に一体に形成されていることから、レンズを組み上げる際の位置決め等を高い精度で行うことを要せず、レンズ８０の製造コストを低減することが可能である。さらに、部品点数を低減することができ、本実施形態の如きレーザポインタ４０の製造コストを低減することも可能となる。
【００９１】
また、レンズ８０は特定の波長の光を吸収する光学フィルタを具備することもできる。レンズ８０を形成する材料として特定の波長の光を吸収する材料を用いることにより、特定の波長の光が除去された光をレンズ８０から略平行光として射出することができる。特に、ＩＲカットフィルタの如き赤外領域近辺の光を吸収する材料でレンズ８０を形成することにより、レーザダイオードと固体レーザと非線形素子からなるＳＨＧレーザ発光モジュールから射出された赤外光を吸収することができ、レンズ１により視認できない不要の赤外のレーザ光を除去することが可能で、別途ＩＲカットフィルターを配置することなく安全性を確保できる。
さらに、凹レンズ部８２及び凸レンズ部８３の少なくとも一方に上述した特定の波長の光を除去する材料をコーティングしておくこともできる。
【００９２】
レンズホルダー８１は、レンズ８０を収納可能なサイズとされ、レンズ８０の接するレンズホルダー８１の内面には光反射防止手段８１ａが形成されている。光反射防止手段８１ａは、レンズ本体部８４で乱反射される光を低減し、凸レンズ部８３から射出される射出光の光強度分布を狭めることができ、例えば光吸収部材でレンズ本体部８４の周面を覆うことにより光の乱反射を低減することができる。また、レンズ本体部８４の周面を覆う光反射防止手段８１ａの面積を調整することにより、レンズ８０から射出される射出光が所定の光強度分布を有して対象物に照射されるようにすることもできる。例えば、予め光反射防止手段８１ａを所定の面積に調整して形成しておくことにより、この面積に応じて光強度分布を調整することができる。さらに、レンズホルダー８１をレンズ本体部８４に対して摺動可能な構造としておくことにより、光強度分布を自在に変更することができる。このように、光反射防止手段８１ａがレンズ本体部８４の周面を覆う面積を調整することにより、ユーザの好みに応じた光強度分布で対象物を指し示すことができる。また、レンズ８０がレーザ発光モジュールに臨む端面に光反射防止手段を形成しておくこともできる。さらに、レンズ本体部８４の周面と、凹レンズ部８２を除くレンズ８０の端面に光反射防止手段を予め形成しておくこともでき、例えば、黒色の塗料を塗布しておくことで、光の乱反射を低減することもできる。
【００９３】
レンズホルダー８１の内径はレーザ発光モジュール４１、発光モジュール保持部７３、レンズ８０と同程度である。レンズホルダー８１内にはレーザ発光モジュール４１、発光モジュール保持部７３、レンズ８０が固定して配される。
【００９４】
レンズホルダー８１は熱伝導率の高い材質、例えば銅によって形成され、レーザ発光モジュール４１をレンズホルダー８１内部に固定する際に、ヒートシンク５２とレンズホルダー８１とを熱伝導率の高い接着剤で固定する。これにより、レーザ発光モジュール４１内部においてレーザダイオード５４や光共振器５５で発生した熱を、ヒートシンク５２を介してレンズホルダー８１に伝導して効率的に放熱することができる。上述したように、レーザダイオード５４や光共振器５５の放熱を効率よく行い、レーザダイオード５４や光共振器５５の温度を安定させることにより、レーザ光の発光効率を向上させると共に安定した出力の発光を継続することが可能となる。また、温度制御のための複雑な制御系を用いずに安定した出力を得ることができるため、部品点数を削減して低コスト化を図ることも可能である。
【００９５】
続いて、レーザ発光モジュール４１について、図１１及び図１２を参照しながら説明する。図１１は、レーザ発光モジュール４１の構造を示す断面図であり、図１２は、分解斜視図である。レーザ発光モジュール４１は、レーザダイオードが取り付けられるヘッダー５１と、熱を外部に伝導して放熱を行うヒートシンク５２と、モジュール内部を保護するウィンドウキャップ５３とで外形が構成されている。ウィンドウキャップ５３内部には、固体レーザ媒質を励起する光を発光するレーザダイオード５４と、レーザ光の波長を変換する光共振器５５と、光共振器１５を固定保持するベース部材５６と、レーザ光の波長を選択する光学フィルター５７，５８と、レーザ光フォトダイオード側に反射する反射鏡５９と、フォトダイオードと光学フィルター５８の間隔を保持するスペーサ−６０と、レーザ光の強度を電気信号に変換するフォトダイオード６１が収納されている。
【００９６】
ヘッダー５１は略円盤形状の部材であり、直径の異なる円盤が二つ接合して外形を形成している。直径の小さい円盤はレーザ発光モジュール４１の内部側に向けて配置され、隣接するヒートシンク５２と嵌合して接続される。ヒートシンク５２とヘッダー５１との接触部分は気密を保って接合されており、接合部分からの気体の出入りが防止されている。また、ヘッダー５１には外部端子６２と内部端子６３とが形成されており、外部端子６２と内部端子６３とが電気的に接続されていることで、レーザ発光モジュール４１の外部から内部に対して電流を供給可能となっている。
【００９７】
ヒートシンク５２はフランジ状部分５２ａと台座部分５２ｂとが一体に形成された形状の部材である。ヒートシンク５２は光共振器５５を保持するベース部材５６およびレーザダイオード５４と接触して配され、レーザダイオード５４および光共振器５５が発する熱をモジュール外部に伝導して放出するための部材であり、熱伝導率の高い金属等によって形成され、例えば銅が用いられる。
【００９８】
フランジ状部分５２ａの外径はレーザ発光モジュール４１の最大の直径であり、その外周表面はモジュール表面に露出している。フランジ状部分５２ａの内径は、ヘッダー５１が嵌合される大きさであり、ヘッダー５１が嵌合されて接触部分の気密を保つように接合されている。台座部分５２ｂは、円柱を中心軸方向に分割した半円柱状を成し、フランジ状部分５２ａの図中下側半分を覆うように形成されている。また、台座部分５２ｂにはレーザダイオード５４が取り付けられて、レーザダイオード５４をウィンドウキャップ５３の中心軸位置に保持する。また、台座部分５２ｂは、ウィンドウキャップ５３をヒートシンク５２に取り付けた際に、ウィンドウキャップ５３内部に収容される。
【００９９】
ウィンドウキャップ５３は略円筒形状の側壁５３ｄと、円筒の中心軸に対して斜めに形成された斜開窓面５３ａと斜側平面５３ｃを有する形状の部材である。ウィンドウキャップ５３のヒートシンク５２側に位置する一方は開放されており、ヒートシンク５２と反対側には側壁５３ｄの中心軸に対して斜めに斜開窓面５３ａが形成され、斜開窓面５３ａには窓部５３ｂが開口されている。また、５３ｄの一部が中心軸方向に屈曲して、中心軸に対して斜めの平面である斜側平面５３ｃを形成している。斜開窓面５３ａと斜側平面５３ｃとはＬ字型に交差しているが、二平面が交差する角度は直角である必要は無い。また、二平面が交差する角度は、後述するように斜開窓面５３ａに形成された光学フィルター５７で反射されたレーザ光を、斜側平面５３ｃに形成された反射鏡５９でさらに反射してフォトダイオード６１に対して入射させることが可能な位置および角度関係を保って形成されている。
【０１００】
ウィンドウキャップ５３の側壁直径はヒートシンク５２の台座部分５２ｂを収容可能な大きさであり、後述する光共振器５５やベース部材５６、光学フィルター５７，５８、反射鏡５９、スペーサ−６０およびフォトダイオード６１をウィンドウキャップ５３の内部に収容することが可能である。また、ヒートシンク５２およびベース部材５６はウィンドウキャップ５３の内部で図８下方に偏在して形成されているため、ウィンドウキャップ５３内の図８上方は部材が配置されておらず空間を確保している。
【０１０１】
ウィンドウキャップ５３の開放された側は、ヒートシンク５２のフランジ状部分５２ａと接合されて、接合部分での気密が保持されている。接合には様々な方法を用いることが可能であるが、ヒートシンク５２表面にニッケルメッキを施して所要の溶接法を用いてウィンドウキャップ５３とヒートシンク５２とを接着し、気密を確保するとしてもよい。
【０１０２】
窓部５３ｂは、ウィンドウキャップ５３の斜開窓面５３ａに形成された開口部であり、レーザ発光モジュール４１内部で発生した光をモジュール外部に取り出すための光取出し口として機能する。窓部５３ｂは、レーザ光の取り出し口であるので、モジュール内部から射出されるレーザ光の経路上に形成され、ウィンドウキャップ５３の斜開窓面５３ａの略中心に位置している。図中では窓部５３ｂは略円形状に開口されているが、モジュール内部から射出されるレーザ光を外部に取り出すことが可能であれば形状は問わない。また、窓部５３ｂの大きさも、モジュール内部からレーザ光を射出することが可能な大きさであればよい。また、窓部５３ｂには後述する光学フィルター５７が取り付けられて、気密が確保される。
【０１０３】
ウィンドウキャップ５３は内部に収容した各部材の保護を目的とした部材であるため、通常の電子部品の取り扱い時に生じる圧力に耐えうる程度の剛性を有することが望ましい。また、ヒートシンク５２と接合されるため、ヒートシンク５２が伝導する熱を効率的にモジュール外部に放出するためには熱伝導率が高い材質によって形成されることが望ましい。また、レーザ発光モジュール４１内部で発生した光を外部に取り出す位置を窓部５３ｂに限定するために、遮光性を有する必要がある。
【０１０４】
レーザダイオード５４は、電圧を印加すると所定の波長のレーザ光を発振する素子であり、例えばガリウム・アルミニウム砒素（ＧａＡｌＡｓ）の半導体レーザ素子である。本実施の形態では、波長が８０８ｎｍのレーザ光を発振するものを用いる。レーザダイオード５４は、ヒートシンク５２の台座部分５２ｂに接触して配置される。この際、レーザダイオード５４の発光面がウィンドウキャップ５３に形成された窓部５３ｂ方向に向けて配置され、光共振器５５との距離を小さくするために台座部分５２ｂの窓部５３ｂ側端面付近に配置される。
【０１０５】
また、図示していないがレーザダイオード５４は内部端子６３と電気的に接続されて、外部端子６２に印加された電圧に応じて波長が８０８ｎｍのレーザ光を発振する。レーザダイオード５４はレーザ光の発光時の発熱をヒートシンク５２に伝導して、ヒートシンク５２からモジュール外部に放熱を行う。このため、レーザダイオード５４とヒートシンク５２の台座部分５２ｂとは、高い熱伝導率を有する接着剤で接触させる必要があり、例えば銀ペーストを用いることが好ましい。
【０１０６】
光共振器５５は、レーザダイオード５４が発光したレーザ光の波長を変換して異なる波長のレーザ光を発光する部材であり、固体レーザ媒質５５ａと非線形光学素子５５ｂとが接合されて、所定の波長の光を反射するダイクロイックコートで挟み込まれた構造を有している。光共振器５５はベース部材５６に保持されて、固体レーザ媒質５５ａがレーザダイオード５４に隣接し、非線形光学素子５５ｂが窓部５３ｂ側になるようにウィンドウキャップ５３の中心軸付近に配される。このとき、光共振器５５とレーザダイオード５４とは接触せず、数μｍ程度の間隙をおいて配される。
【０１０７】
光共振器５５が入射されたレーザ光の波長を変換して、異なる波長のレーザ光を射出するメカニズムは、二次高調波の発生（ＳＨＧ：Ｓｅｃｏｎｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）として知られるものである。本実施の形態では、固体レーザ媒質としてＮｄ：ＹＶＯ４を用い、非線形光学素子としてリンチタン酸カリウム（ＫＴｉＯＰＯ４：以下ＫＴＰ）を用いるが、他の材質によって光共振器５５を構成しても構わない。レーザダイオード５４が発振した波長８０８ｎｍのレーザ光は、固体レーザ媒質５５ａに入射されて固体レーザ媒質５５ａの電子状態を励起し、固体レーザ媒質５５ａが１０６４ｎｍの波長の光を発光する。固体レーザ媒質５５ａが発光した波長１０６４ｎｍの光は、非線形光学素子５５ｂに入射して更に波長が変換され、光共振器５５から波長５３２ｎｍのレーザ光が発光される。
【０１０８】
レーザダイオード５４が発光した光は拡がり角度が大きいため、レーザダイオード５４から射出された８０８ｎｍの光は、固体レーザ媒質５５ａに到達するまでに光径が拡大し、単位面積あたりのエネルギー密度が低下してしまう。このため、レーザダイオード５４の発光面と固体レーザ媒質５５ａの端面とは可能な限り接近させて、固体レーザ媒質５５ａでの波長１０６４ｎｍの光を励起する効率を向上させることが重要である。
【０１０９】
ベース部材５６は、光共振器５５を固定するとともに光共振器５５で発する熱をヒートシンク５２に伝導するための部材である。したがって、ベース部材５６は高い熱伝導率を有する材質によって形成することが望ましく、例えば銅により形成されるとする。ベース部材５６は、矩形状の溝部５６ａが形成された直方体形状を成しており、光共振器５５を溝部５６ａに嵌合して保持すると共に、ヒートシンク５２の台座部分５２ｂに接触して配される。これにより、光共振器５５が発する熱をヒートシンク５２に伝導すると共に、台座部分５２ｂに保持されているレーザダイオード５４と光共振器５５とを隣接させることができる。
【０１１０】
また、光共振器５５の熱を効率的にベース部材５６に伝えるために、光共振器５５とベース部材５６との接着には熱伝導性の高い接着剤を用いることが望ましく、例えば銀ペーストが好適である。さらに、ベース部材５６とヒートシンク５２との接着も熱伝導性の高い接着剤を用いることが望ましく、例えば銀ペーストが好適である。または、ヒートシンク５２とベース部材５６とを同一の部材として一体に形成しても良い。
【０１１１】
光学フィルター５７は斜開窓面５３ａの形状と略同一形状の平板状の部材であり、斜開窓面５３ａに密着して配置されて窓部５３ｂでの気密を確保する。窓部５３ｂで気密を確保するために、光学フィルター５７の外形は窓部５３ｂの口径よりも大きく、ウィンドウキャップ５３の斜開窓面５３ａと光学フィルター５７とは気密性を確保するように接着される。斜開窓面５３ａがウィンドウキャップ５３の側壁の中心軸に対して斜めに形成されているため、光学フィルター５７も中心軸に対して斜めに配置され、光共振器５５から射出されたレーザ光の進行方向に対しても斜めに配置される。レーザ光の主たる進行方向である中心軸に対して斜めに光学フィルター５７が配置されることで、光共振器５５から発光されたレーザ光の一部を光学フィルター５７で反射鏡５９方向に反射させることができる。
【０１１２】
光学フィルター５７は、所定の波長の光を吸収する光学特性を有する部材である。本実施の形態では、光学フィルター５７の材質は、レーザダイオード５４が発光する波長８０８ｎｍの光と、固体レーザ媒質５５ａが発光する波長１０６４ｎｍの光を効率よく反射または吸収して遮り、非線形光学素子５５ｂで変換された波長５３２ｎｍのレーザ光を透過するものを選択する。波長８０８ｎｍと波長１０６４ｎｍの光を光学フィルター５７が吸収するため、ウィンドウキャップ５３内部から窓部５３ｂを通過して外部に射出される光は波長が５３２ｎｍの緑色のレーザ光となる。
【０１１３】
また、光共振器５５が発光したレーザ光が光学フィルター５７に入射すると、空気と光学フィルター５７の屈折率が異なるために、光学フィルター５７の表面でレーザ光が一部反射される。光学フィルター５７の表面で反射されたレーザ光は、斜側平面５３ｃ方向へ反射されて、後述する反射鏡５９に入射する。光学フィルター５７表面で反射されるレーザ光の割合は、光学フィルター５７の屈折率や表面状態によって定まり、通常７％程度の光が反射される。レーザ光は、光学フィルター５７から空気に入射する際にも一部が反射されるため、全体として１４％程度のレーザ光が反射鏡５９に対して反射されることになる。光学フィルター５７表面にコーティングを施して反射される光の割合を増減させることも可能である。また、光学フィルター５７として、ガラス板などの光を透過する材質に、透過する光の波長を選択する誘電体を形成したものを用いても良い。
【０１１４】
反射鏡５９は、ウィンドウキャップ５３の斜側平面５３ｃの形状と略同一形状の部材であり、入射光を表面で反射する鏡として機能する。反射鏡５９は斜側平面５３ｃに形成されるため、反射鏡５９もウィンドウキャップ５３の中心軸に対して斜めに配される。反射鏡５９の形成は、鏡を斜側平面５３ｃに貼り付けるとしてもよく、また、斜側平面５３ｃに直接鏡面を形成して反射鏡５９として機能させるとしても良い。光学フィルター５７が斜開窓面５３ａに形成され、反射鏡５９が斜側平面５３ｃに形成されることにより、斜開窓面５３ａと斜側平面５３ｃとの角度関係から、光学フィルター５７で反射されたレーザ光の一部は反射鏡５９で再び反射され、後述するフォトダイオード６１に入射することになる。
【０１１５】
光学フィルター５８は、所定の波長の光を吸収する光学特性を有する部材であり、反射鏡５９が反射した光がフォトダイオード６１に到達する経路上に配置される。本実施の形態では、レーザダイオード５４が発光する波長８０８ｎｍの光と、固体レーザ媒質５５ａが発光する波長１０６４ｎｍの光を効率よく吸収し、非線形光学素子５５ｂで変換された波長５３２ｎｍのレーザ光を透過するものを選択する。波長８０８ｎｍと波長１０６４ｎｍの光を光学フィルター５７が吸収するため、光学フィルター５７の表面および反射鏡５９で反射された光のうち、フォトダイオード６１に入射する光の波長が５３２ｎｍの緑色のレーザ光のみとなる。また、光学フィルター５８をフォトダイオード６１の受光面の前に配置することでフォトダイオード６１が受光する光の波長を選択する他に、フォトダイオード６１の受光面上に誘電体を形成して、透過する光の波長を選択するとしても良い。
【０１１６】
スペーサ６０は、フォトダイオード６１と光学フィルター５８との間に空間を確保するために取り付けられる円筒形状の部材である。スペーサ６０で光学フィルター５８を保持して、フォトダイオード６１と光学フィルター５８との間に電気配線を形成する空間を確保する。
【０１１７】
フォトダイオード６１は、受光面に照射された光を強度に応じた電気信号に変換する素子である。図示していないが、フォトダイオード６１には電気配線が形成されて、電気配線を介して内部端子６３に電気的に接続され、受光した光の強度を変換した電気信号を外部端子６２に伝達する。フォトダイオード６１が受光する光は、光共振器５５から射出した光のうち、光学フィルター５７表面で反射されて、反射鏡５９で再度反射され、光学フィルター５８を通過した光である。
したがってフォトダイオード６１はヘッダー５１に保持されて、光学フィルター５８を通過した光を受光する位置に配置される。フォトダイオード６１で受光した光は光共振器５５が発光した光の一部であるため、フォトダイオード６１で受光した光りの強度に基づいて、窓部５３ｂから射出されるレーザ光の強度を計算によって求めることが可能となる。
【０１１８】
フォトダイオード６１をヘッダー５１に配置することで、内部端子６３とフォトダイオード６１とを電気的に接続することが容易になり、また、フォトダイオード６１がレーザダイオード５４よりも後方に配置されてレーザ発光モジュール４１の小型化を行うことが可能となる。
【０１１９】
ウィンドウキャップ５３内部に各部材を収容して配置する際には、クリーンルーム内などの清浄な乾燥空気の環境下で組み立てを行う。組み立て時には、ウィンドウキャップ５３の窓部５３ｂと光学フィルター５７との気密を確保し、ウィンドウキャップ５３とヒートシンク５２との気密を確保し、ヒートシンク５２とヘッダー５１との気密を確保するため、レーザ発光モジュール４１の内部は完全に気密封止される。モジュール内を露点が−４０℃程度の乾燥空気で気密封止することにより、モジュール内に配置されているレーザダイオード５４および光共振器５５に対する汚れの付着や低温環境下での結露を防止することができる。これによりレーザダイオード５４や光共振器５５の長寿命化や故障率の低減、歩留まりの向上を図ることが可能となり、レーザ発光モジュール４１の信頼性を向上させることができる。空気の代わりに窒素等の不活性ガスを封止してもよい。
【０１２０】
図１３は、図１１及び図１２に示したレーザ発光モジュール４１内部の、各部材間での光の波長変化を模式的に示した図である。レーザダイオード５４で発振された波長８０８ｎｍのレーザ光が、固体レーザ媒質５５ａを通過して波長１０６４ｎｍの光が発生する。このとき、レーザダイオード５４が発光した波長８０８ｎｍの光も一部が未変換であり、二つの波長の光が非線形光学素子５５ｂに到達する。非線形光学素子５５ｂでは、波長１０６４ｎｍの光の一部が波長５３２ｎｍに変換されるが、波長１０６４ｎｍの光も波長８０８ｎｍの光も光共振器５５の外部に射出される。
【０１２１】
光共振器５５から射出された３つの波長の光は、一部が光学フィルター５７の表面で反射されてフォトダイオード６１に到達する。また、光学フィルター５７を透過した光は、波長１０６４ｎｍと波長８０８ｎｍの光が吸収され、波長５３２ｎｍのレーザ光のみがレーザ発光モジュール４１の外部に射出される。
【０１２２】
図１４は、レーザ発光モジュール４１内部でのレーザ光の経路を示した模式図である。レーザダイオード５４が発光した光によって、光共振器５５でＳＨＧによって波長が変換された光が生じ、窓部５３ｂからレーザ発光モジュール４１の外部に射出されるレーザ光の経路と、光学フィルター５７で反射されてフォトダイオード６１に到達する光の経路が矢印で示されている。
【０１２３】
光共振器５５から射出された光は、図１２を用いて説明したように波長が８０８ｎｍ，１０６４ｎｍ，５３２ｎｍの３種類の光である。光共振器５５から射出した光は、ウィンドウキャップ５３の中心軸に沿って進行し、光学フィルター５７に入射する。このとき、前述したように光学フィルター５７と空気の屈折率の違いから光の一部が反射鏡５９方向へ反射される。したがって、波長の異なる３種類の光は、光学フィルター５７表面で反射されて、反射鏡５９でも反射されてフォトダイオード６１方向に進行する。フォトダイオード６１の受光面前には、光学フィルター５８が配されているため、波長の異なる３種類の光のうち、波長が８０８ｎｍと１０６４ｎｍの光は光学フィルター５８に吸収され、フォトダイオード６１に到達する光は波長が５３２ｎｍの光のみとなる。
【０１２４】
光学フィルター５７を通過した光のうち、光学フィルター５７から空気へと射出する面で、さらに一部が反射鏡５９方向へ反射され、反射鏡５９で再度反射されて光学フィルター５８を通過してフォトダイオード６１に到達する。この光は光学フィルター５７および光学フィルター５８を通過しているため、フォトダイオード６１に到達する光の波長は５３２ｎｍのみとなる。ウィンドウキャップ５３内部では、ヒートシンク５２の台座部分５２ｂやベース部材５６などが図中下方に偏在しているため、図中上方に空間が確保されている。このため、フォトダイオード６１をヘッダー５１に配置したとしても、反射鏡５９で反射した光は空間部分を伝播してフォトダイオード６１に到達することが可能である。
【０１２５】
また、光学フィルター５７を通過して窓部５３ｂからレーザ発光モジュール４１外部に射出される光は、光学フィルター５７によって波長８０８ｎｍの光と波長１０６４ｎｍの光を吸収されているので、波長５３２ｎｍの光のみとなる。光学フィルター５７で反射される光の割合は、光学フィルター５７の材質や表面状態で定まるので、フォトダイオード６１が受光した光の強度を検出することにより、計算で窓部５３ｂから射出される光の強度を求めることができる。
【０１２６】
また、光の主たる進行方向と斜開窓面５３ａとが成す角が直角に近い場合には、光の主たる進行方向と光学フィルター５７と成す角も直角に近くなり、光学フィルター５７で反射された一部の光が光共振器５５に到達し、光共振器５５表面でさらにその光が反射されて光学フィルター５７に戻ってくる。このように光学フィルター５７と光共振器５５との間で多重反射された光が、光学フィルター５７を通過して窓部５３ｂから射出してしまうため、レーザ発光モジュール４１が射出するレーザ光が複数の経路を持ち、多数の点を描くことになる。したがって、光の主たる進行方向と斜開窓面５３ａとが成す角を調整して、光学フィルター５７からの反射光が光共振器５５に到達しないようにすることで、光学フィルター５７と光共振器５５との間での多重反射を防止し、窓部５３ｂから射出されるレーザ光を一点に限定することができる。すなわち、レンズ８０に入射する入射光を光径の拡がりが抑制された略平行光としてレーザ発光モジュール４１から射出することができる。
【０１２７】
波長５３２ｎｍの光は人間の視覚には緑色の光として認識され、赤外に近い赤色のレーザ光よりも比視感度が高いため、赤色のレーザ光と同程度の出力で緑色のレーザ光を出力した場合には、赤色よりも視認性が良い。したがって、出力を低下させて人体への影響を与える可能性を低減した場合にも、良好な視認性を確保することが可能である。
【０１２８】
また、図１３に示したＳＨＧによる波長変換に際しては、レーザダイオード５４，固体レーザ媒質５５ａおよび非線形光学素子５５ｂのいずれも発光特性や波長変換特性が温度に依存するため、使用環境の温度変化が小さいことが望ましい。例えば、固体レーザ媒質５５ａとしてＮｄ：ＹＶＯ４を用いる場合には、固体レーザ媒質５５ａを効率よく励起させるための光の波長は８０８．６±２．０ｎｍの領域であることが望まれるが、レーザダイオード５４は環境温度が１０℃程度変化すると発光波長が３ｎｍ程度変化してしまう。また、固体レーザ媒質５５ａの使用環境温度も２５℃程度に設定して結晶の切り出しを行っているため、温度変化が大きいとＳＨＧによる短波長の発光効率が低下する。
【０１２９】
そこで、図１１を用いて説明したように、レーザダイオード５４がヒートシンク５２に熱伝導率の高い半田で接着され、光共振器５５がベース部材５６に熱伝導率の高い接着剤で接着され、ヒートシンク５２とベース部材５６とが熱伝導率の高い接着剤で接着されている。また、ヒートシンク５２とベース部材５６も熱伝導率の高い金属で形成されており、ヒートシンク５２がレーザ発光モジュール４１の表面に露出しているため、レーザダイオード５４と光共振器５５に発生した熱は、ベース部材５６およびヒートシンク５２により効率的に外部に放出されることになる。したがって、レーザ発光モジュール４１では、レーザダイオード５４と光共振器５５の使用環境温度を安定させることが可能であり、最終的に射出する波長５３２ｎｍのレーザ光を効率よく発光し、出力を安定させることができる。
【０１３０】
続いて、図１５を参照しながら、ドライバ部４３について説明する。図１５は、ドライバ部４３の分解斜視図である。ドライバ部４３はレーザ発光モジュール４１と電気的に接続されて、レーザ発光モジュール４１に対して電圧を印加して発光を制御する部材であり、回路基板７１とドライバ保持部７２と発光モジュール保持部７３とにより構成される。
【０１３１】
回路基板７１は電気回路が形成された基板であり、レーザ発光モジュール４１の外部端子６２と電気的に接続されている。回路基板７１に形成されている電気回路としては、例えば自動光出力制御回路（Ａｕｔｏ  Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＡＰＣ）がある。回路基板７１には、スプリング状の導電部材で形成された電源配線７１ａが取り付けられている。電源配線７１ａに電池等の電力供給源を接続することで、電源配線７１が電流を回路基板７１に供給して回路基板７１が駆動される。
【０１３２】
光共振器５５が発振したレーザ光の一部を光学フィルター５７および反射鏡５９で反射し、フォトダイオード６１が反射光の強度を検出する。検出した反射光はフォトダイオード６１で電気信号に変換され、反射光強度を示す電気信号が内部端子６３を介して外部端子６２から回路基板７１に伝達される。回路基板７１は、電気信号を基にして窓部５３ｂから射出される光の強度を計算し、電源から供給される電圧を制御することでレーザ発光モジュール４１が発振するレーザ光の強度を制御する。回路基板７１がレーザ発光モジュール４１の発光強度をＡＰＣ回路で制御することで、レーザポインタから射出されるレーザ光の強度を確実に一定値以下に設定することができ、人体に影響の少ない出力で継続的にレーザ光の発光を行うことができる。
【０１３３】
ドライバ保持部７２はドライバ部４３の外形を構成し、回路基板７１と発光モジュール保持部７３とを固定保持する部材である。ドライバ保持部７２は、ドライバ保持部７２に形成された溝部７２ａに回路基板７１の基板部分を嵌合させて保持する筐体として機能する。発光モジュール保持部７３は、ドライバ保持部７２と回路基板７１に固定して取り付けられ、レーザ発光モジュール４１と回路基板７１との電気的接続を確保した状態で保持する部材である。ドライバ保持部７２に形成された溝部７２ａに回路基板７１の基板部分を嵌合させて保持し、回路基板７１と反対側にレーザ発光モジュール４１が取り付けられた状態でレンズホルダー８１に収納される。
【０１３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかるレンズによれば、光径拡大手段と光コリメート手段とを個別に形成して一体に形成することがないため、光径拡大手段と光コリメート手段との位置ずれによる偏心、光軸ずれ、レンズ面間隔の誤差の発生を抑制することができ、光径の拡大及び光のコリメートの如き２つの機能を備える一体型のレンズを提供することができる。さらに、光径拡大手段を備えるレンズと、光コリメート手段を備えるレンズとの相対位置を高精度で調整しながら接着して一体とされるレンズを形成する場合に比べて製造工程を簡略化することができる。また、一枚のレンズで入射光の光径を拡大して略平行光を射出することにより部品点数を低減することができ、製造コストの低減にも繋がる。さらに、複数のレンズをモールド成型で個別に形成して一体とする場合に、各レンズを形成するために必要とされる金型の数を低減することができる。すなわち、光径拡大手段とされるレンズと光コリメート手段とされるレンズとを一体に形成するための金型は一つで良いことから、これら複数の機能を備えるレンズを形成するための初期投資を低減することが可能となる。
【０１３５】
また、本発明にかかるレンズによれば、光径拡大手段とされるレンズと光コリメート手段とされるレンズと個別に形成して一体とする場合に比べて、レンズの表面で反射される光を低減することができ、これら表面による損失を抑制することができることにより効率良く光をレンズ外部に取り出すことができる。さらにまた、光反射防止手段により、レンズに入射する光の乱反射を低減することができる。これにより、対象物に光が照射される際の光強度分布の拡がりを抑制し、照射領域の視認性を高めることが可能となる。また、レンズ中の光が乱反射されることを調整することにより、光強度分布の拡がりを所要の分布とすることができる。
【０１３６】
本発明にかかる光照射装置によれば、光径拡大手段及び光コリメート手段をレンズ本体部に一体に形成することにより、光径拡大手段と光コリメート手段とを個別に形成して組み合わせる場合に比べて、光照射装置の製造工程を簡略化することが可能であり、製造コストの低減にも繋がる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態にかかるレンズの外観を示す図であり、（ａ）はレンズを入射光の入射側から見た端面図、（ｂ）はレンズを側面側から見た側面図である。
【図２】同レンズによって入射光の光径を拡大して略平行光として射出する光路を説明する図である。
【図３】第２の実施形態にかかるレンズの外観を示す図であり、（ａ）はレンズを入射光の入射側から見た端面図、（ｂ）はレンズを側面側から見た側面図である。
【図４】同レンズによって入射光の光径を拡大して略平行光として射出する光路を説明する図である。
【図５】第３の実施形態にかかるレンズの外観を示す図であり、（ａ）はレンズを入射光の入射側から見た端面図、（ｂ）はレンズを側面側から見た側面図である。
【図６】同レンズの別の例の外観を示す図であり、（ａ）はレンズを入射光の入射側から見た端面図、（ｂ）はレンズを側面側から見た側面図である。
【図７】同レンズを用いて行った実験結果を示す光強度分布図であり、黒塗り有りのレンズと黒塗り無しのレンズで光強度分布を比較した光強度分布図である。
【図８】第４の実施形態にかかる光照射装置の一例であるレーザポインタの構成を示す断面図である。
【図９】同光照射装置の一例であるレーザポインタの構成を示す分解斜視図である。
【図１０】レンズホルダーからレンズを取り外した状態を示す分解斜視図である。
【図１１】レーザ発光モジュールの構成を示す断面図である。
【図１２】レーザ発光モジュールの構成を示す分解斜視図である。
【図１３】レーザ発光モジュール内で行われるＳＨＧによる光の波長の変換を、各部での波長を示して説明する模式図である。
【図１４】レーザ発光モジュール内での、光の経路を示した模式図である。
【図１５】ドライバ部の構成を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
凹レンズ部  ３，２３，３３，８２、凸レンズ部  ４，１３，１４，２４，３４，８３、レンズ本体部  ２，１２，２２，３２，８４、光反射防止手段  ２６，３６，８１ａ、レンズ  １，１１，２１，３１，８０、レーザポインタ  ４０、レーザ発光モジュール  ４１、レンズホルダー  ８１
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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