(57)【要約】【課題】線状光の広がり角を自由に変更することのできる線状光照射装置を提供する。【解決手段】レーザ光源１０から出射されるレーザ光束の光軸上に該光束を線状光束に変換する円柱体状レンズ２０と、該円柱体状レンズ２０から出射した線状光束を収束又は拡散するシリンドリカルレンズ３０とを配置し、更に、シリンドリカルレンズ３０を光軸方向に移動させるためのリニアガイド装置４０とボールねじ装置５０から成るレンズ移動手段を設ける。シリンドリカルレンズ３０を通過した線状光の広がり角は、円柱体状レンズ２０とシリンドリカルレンズ３０との間の距離に応じて変化するため、レンズ移動手段を用いてシリンドリカルレンズ３０を光軸方向に移動させることで、被照射物との距離に応じた適切な広がり角の線状光を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被照射物に対して直線状の光束を照射する線状光照射装置において、
a)光源と、
b)前記光源から出射した光束を線状光束に変換する第１レンズと、
c)前記第１レンズから出射した線状光束を前記第１レンズからの距離に応じて収束又は拡散する第２レンズと、
d)前記第１レンズ及び／又は第２レンズを光軸方向に移動させることにより、両レンズ間の距離を変化させるレンズ移動手段と、
を有することを特徴とする線状光照射装置。
【請求項２】
上記第１レンズが円柱レンズであり、上記第２レンズがシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１に記載の線状光照射装置。
【請求項３】
上記第１レンズ及び上記第２レンズがいずれもシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１に記載の線状光照射装置。
【請求項４】
上記第１レンズ及び上記第２レンズがいずれも円柱レンズであることを特徴とする請求項１に記載の線状光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被照射物に対して線状（一次元状）の光を照射する線状光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、計測分野、切削加工分野などにおいて、被照射面に直線状の光束を照射する線状光照射装置が利用されている（例えば特許文献１等を参照）。図５は、このような線状光照射装置の基本要素のみを抽出して描いた斜視図である。
【０００３】
レーザ光源１１から出射した光束径ｄのレーザ光束Ｌは円柱体状レンズ２１の周面に入射し、円柱体状レンズ２１を通過する際に屈折され、そのレンズ２１の中心軸Ｃに直交する面内で扇状に広がりつつ進行する。このとき中心軸Ｃの延伸方向に光は広がらない。その結果、円柱体状レンズ２１から所定距離離れた位置では、線幅ｄで長さがＵであるような線状の光束Ｌ’が得られる。また、こうした線状光を得るために、レンズは円柱面を有しておればよく、特許文献２に記載のように円柱凹レンズを利用した構成とすることもできる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１５８００３号公報
【特許文献２】特開平０７−１２０６８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような線状光照射装置においては、円柱体状レンズ２１を通過して扇状に広がった線状光束Ｌ’が被照射物に照射されるため、被照射物が遠くにある場合には、単位長（厳密には単位面積）当たりの光量はレーザ光源１１からの光束Ｌの単位面積当たりの光量よりも遙かに低くなり、目的によっては充分な光強度（又は輝度）を確保することが難しくなる。また、逆に被照射物が近くにある場合には、単位長当たりの光強度が高すぎてハレーション等の不都合を生じる場合がある。従って、被照射物との距離に応じて被照射面における線状光の長さＵが適切になるよう線状光の広がり角を調節することが望ましい。しかし、上記従来の線状光照射装置においては、線状光の広がり角は円柱体状レンズの径によって決定されるため、使用時に線状光の広がり角を自由に変更することはできなかった。
【０００６】
本発明はかかる課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、線状光の広がり角を自由に変更することのできる線状光照射装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために成された本発明に係る線状光照射装置は、被照射物に対して直線状の光束を照射する線状光照射装置において、
a)光源と、
b)前記光源から出射した光束を線状光束に変換する第１レンズと、
c)前記第１レンズから出射した線状光束を前記第１レンズからの距離に応じて収束又は拡散する第２レンズと、
d)前記第１レンズ及び／又は第２レンズを光軸方向に移動させることにより、両レンズ間の距離を変化させるレンズ移動手段と、
を有することを特徴としている。
【０００８】
ここで言う「光源」とは必ずしもそれ自身が能動的に発光するものであるとは限らず、例えば他の場所に設けられた光源による出射光を案内する光導波路（光ファイバなど）の出射端面など、光を放出するもの全てを含む。なお、光源としては各種のものを利用することができるが、レーザ光源を用いれば、光束径をできる限り絞った状態でレンズに入射することができるため、より望ましい。
【０００９】
なお、上記第１レンズは、入射光束を線状光束に変換できるものであればいかなるものであってもよく、上記第２レンズは、該第１レンズから出射した線状光束を該第１レンズからの距離に応じて収束又は拡散させられるものであればいかなるものであってもよいが、本発明に係る線状光照射装置においては、図４（ａ）に示すように、上記第１レンズとして円柱レンズ１０１を使用し、上記第２レンズとしてシリンドリカルレンズ１０２を使用することが望ましい。また、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、上記第１レンズ、第２レンズの両方をシリンドリカルレンズ１０２又は円柱レンズ１０１のいずれかとしてもよい。
【００１０】
本発明における「円柱レンズ」とは、入射面及び出射面が円柱面となっているレンズであり、レンズ自体が円柱体形状であるレンズのみならず円柱凹レンズ等も含む。また、「シリンドリカルレンズ」とは、入射面が平面且つ出射面が凸状又は凹状の円柱面となっているレンズをいう。これらのレンズは、上記第１レンズとして使用される場合には光源からの出射光束を線状光束に変換する役割を果し、上記第２レンズとして使用される場合には、前記第１レンズから扇状に広がって出射される線状光を更に拡散させたり、該線状光を収束させて平行光化、又は収束光化したりする役割を果たす。
【発明の効果】
【００１１】
上記のような構成を有する本発明の線状光照射装置では、第１レンズから出射した線状光束は第２レンズを透過する際に屈折されるが、このとき、第１レンズと第２レンズとの間の距離に応じて該線状光が収束又は拡散されて広がり角が変化する。従って、上記レンズ移動手段によって第１レンズ及び／又は第２レンズの光軸上の位置を変化させることにより、被照射物との距離や照射目的に応じた適切な広がり角の線状光を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について実施例に基づいて説明する。本実施例の線状光照射装置は、レーザ光源１０、円柱体状レンズ２０、シリンドリカルレンズ３０、及びシリンドリカルレンズ３０を移動させるためのレンズ移動機構を備えている（図１）。円柱体状レンズ２０は入射面及び出射面が凸状の円柱面となった断面略円形のレンズであり、シリンドリカルレンズ３０は平面から成る入射面と、凸状の円柱面から成る出射面とを備えた蒲鉾型のレンズである。シリンドリカルレンズ３０と円柱体状レンズ２０は互いに平行且つ、シリンドリカルレンズ３０の平面側が円柱体状レンズ２０と対向するように配置されている。また、レーザ光源１０は、その出射光束の光軸が各レンズの軸方向に直交するように配置されている。
【００１３】
レンズ移動機構は、長尺状のガイドレール４１と該ガイドレール４１上を摺動するスライダ４２から成るリニアガイド装置４０と、該スライダ４２を駆動するためのボールねじ装置５０で構成されている。リニアガイド装置４０のガイドレール４１は上記レーザ光源から出射されるレーザ光の光軸に沿って配置されており、スライダ４２の上面にはシリンドリカルレンズ３０が固定されている。また、ボールねじ装置５０は周面に螺旋状のネジ溝が設けられた回転軸５１、該回転軸５１に螺合された移動子５２、及び該回転軸５１を回転駆動するモータ５３を備えており、移動子５２は連結部材６０によってリニアガイド装置４０のスライダ４２と連結されている。従って、このようなレンズ移動機構によれば、モータ５３によって回転軸５１を回転させることで、移動子５２を回転軸５１に沿って移動させ、これに伴ってスライダ４２上のシリンドリカルレンズ３０を光軸方向に移動させることができる。
【００１４】
以上のような構成を有する本実施例の線状光照射装置においては、レーザ光源１０から出射したレーザ光束が円柱体状レンズ２０に入射し、円柱体状レンズ２０を通過する際に屈折され、その中心軸と直交する面内で扇状に拡散されて線状光となる。円柱体状レンズ２０から出射した線状光束はシリンドリカルレンズ３０の平面側から入射し、円柱面側から出射する。
【００１５】
このとき、円柱体状レンズ２０とシリンドリカルレンズ３０との間の距離に応じて、シリンドリカルレンズ３０から出射される線状光束の広がり角が変化する。例えば、円柱体状レンズ２０とシリンドリカルレンズ３０とが所定の距離Ｘだけ離間している場合には、円柱体状レンズ２０から扇状に広がって出射された線状光はシリンドリカルレンズ３０によって収束されて平行光となり（図２（ａ））、両レンズ間の距離Ｘ’が前記Ｘより長くなると、線状光は更に収束されて集中光として出射される（図２（ｂ））。一方、両レンズ間の距離Ｘ”が前記Ｘより短い場合には、円柱体状レンズ２０から扇状に広がって出射された線状光はシリンドリカルレンズ３０によって更に拡散される（図２（ｃ））。なお、平行光としたときの線状光の長さＵは円柱体状レンズ２０とシリンドリカルレンズ３０の径の組み合わせによって決定することができる（図３）。
【００１６】
従って、本実施例の線状光照射装置によれば、上述のレンズ駆動機構によってシリンドリカルレンズ３０を光軸方向に移動させることにより、被照射物に向けて出射される線状光の広がり角を容易に調節することができる。また、広がり角の制御によって線状光とスポット光の使い分けを行うことで、エネルギの集中や拡散を自在に行うこともできる。
【００１７】
本実施例のような線状光照射装置は各種の装置に利用することができるが、例えば、ポリゴンミラー等を用いて線状レーザ光をそれに直交する方向に走査することにより、面状の領域に光を照射して、その領域内の３次元計測を行う計測装置などに利用することができる。
【００１８】
なお、上記実施例は本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正を行うことができることは明らかである。例えば、上記実施例では、第２レンズであるシリンドリカルレンズを移動させることで線状光の広がり角を調節する例を示したが、それ以外に、第１レンズ又は第１レンズと第２レンズの両方を移動させる構成とすることもできる。また、レンズ移動手段は、上記実施例のようなモータ等の駆動源を利用してレンズを移動させるもののほか、ユーザが手動でレンズを移動できるようにしたものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例に係る線状光照射装置の要部構成を上から見た状態を示す概略平面図。
【図２】同実施例に係る線状光照射装置の原理説明図であって、（ａ）は、線状光を平行光化する場合、（ｂ）は線状光を収束光化する場合、（ｃ）は線状光を拡散させる場合を示す。
【図３】同実施例に係る線状光照射装置のレンズ径の組み合わせによる平行光の長さの変化を示す図であって、（ａ）は径の大きい円柱体状レンズを用いた場合、（ｂ）は径の小さい円柱体状レンズを用いた場合を示す。
【図４】本発明の線状光照射装置に係る第１レンズと第２レンズの組み合わせの例を示す概略平面図であって、（ａ）は円柱レンズとシリンドリカルレンズを組み合わせた例を、（ｂ）はシリンドリカルレンズとシリンドリカルレンズを組み合わせた例を示し、（ｃ）は円柱レンズと円柱レンズを組み合わせた例を示す。
【図５】従来の線状光照射装置の概略構成を示す斜視図。
【符号の説明】
【００２０】
１０、１１…レーザ光源
２０、２１…円柱体状レンズ
３０…シリンドリカルレンズ
４０…リニアガイド装置
４１…ガイドレール
４２…スライダ
５０…ボールねじ装置
５１…回転軸
５２…移動子
５３…モータ
６０…連結部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
2007171286.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007171286.tif 000007