(57)【要約】    【課題】  同時に複数の照射光もしくは連続した照射光を対象物に照射することができる簡素な構成の照射装置及び照射応用装置を提供する。    【解決手段】  照射装置は、光源１、第１レンズ群Ｌ１〜第３レンズ群Ｌ３からなる結像光学系２、円錐型プリズム（Ａ）３、円錐型プリズム（Ｂ）４を備える。光源１から射出した光線を結像光学系２により集光し、円錐型プリズム（Ａ）３の側面部に入射させ、円錐型プリズム（Ａ）３により光線を複数の方向へ偏向させる。更に、円錐型プリズム（Ａ）３と底面部を向き合わせた円錐型プリズム（Ｂ）４の底面部に光線を入射させ、円錐型プリズム（Ｂ）４の側面部において光線を全反射させた後、対向する側面部から光線を射出させる。これにより、円筒形状の被照射物体５の内壁に連続的に照射光を与える。【選択図】      図１
2007035700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発する光線を集光する集光手段と、
錐形状であって、前記集光手段から射出された光線が側面部に入射し、底面部から射出するように配置され、前記集光手段から入射された光線を複数の方向に偏向させる第１のプリズムと、
錐形状であって、前記第１のプリズムから射出された光線が底面部に入射し、側面部から射出するように配置され、前記底面部から入射した光線を前記側面部で反射させた後、反射させた側面部と対向する側面部から射出する第２のプリズムとを備えた
ことを特徴とする照射装置。
【請求項２】
前記第２のプリズムは、前記底面部から入射した光線を前記側面部で反射させた後、反射させた側面部と対向する側面部から射出するようにその頂角が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の照射装置。
【請求項３】
前記第１のプリズムと前記第２のプリズムのうち少なくとも一方を光軸方向に移動させる移動手段を更に備え、
前記移動手段により前記第１のプリズムと前記第２のプリズムとの光軸方向の相対位置を変化させることにより、照射位置を変化させることを特徴とする請求項１または２記載の照射装置。
【請求項４】
前記第１のプリズムを光軸方向に対して固定状態とし、前記移動手段により前記第２のプリズムを光軸方向に移動させることにより、照射位置を変化させることを特徴とする請求項３記載の照射装置。
【請求項５】
前記第１のプリズム及び前記第２のプリズムは、円錐形状であって、前記対象物に照射される光線は、環形状であることを特徴とする請求項１または２記載の照射装置。
【請求項６】
前記第１のプリズム及び前記第２のプリズムは、偶数の底辺を有する多角錐形状であって、前記第２のプリズムの側面部から射出される光線数が、多角錐の角数と同数であることを特徴とする請求項１または２記載の照射装置。
【請求項７】
前記第１のプリズム及び前記第２のプリズムの頂点部の形状は、光線の透過が可能で且つ底面部と平行な平面形状、光線の透過が可能で且つ凹面或いは凸面からなる湾曲面形状を含む群から選択されることを特徴とする請求項１または２記載の照射装置。
【請求項８】
前記光源は、単波長のレーザ光であることを特徴とする請求項１または２記載の照射装置。
【請求項９】
前記請求項１乃至８の何れかに記載の照射装置を備えることを特徴とする照射応用装置。
【請求項１０】
前記照射応用装置は、照射光線を集光した際の集光熱により対象物の加工を行う加工装置、照射光線を集光した際の集光熱により対象物同士の溶着を行う溶着装置、基準点を照射光線で示すことで光学的な位置決めを行う位置決め装置、複数個所を同時に照明する照明装置を含む群から選択されることを特徴とする請求項９記載の照射応用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一の光源を用いて同時に複数の点もしくは連続した部分に光線を照射する照射装置及び照射応用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高出力なレーザ光源を用い、例えば、レーザ集光熱を利用してプレートにマーキングを行う、或いはレーザ集光熱による溶接作用を利用して物体の固定を行うなど、各種分野でレーザ技術の応用が数多く行われている。特に、物体の固定に関しては、固定作業の時間短縮や固定対象物の位置決め精度向上の要求を満たすために、複数の溶接点に対し同時にレーザ照射を行い、レーザ照射と並行して溶接固定作業を行いたいという技術的要求が多くなってきている。
【０００３】
他方、例えば円筒形状の物体の加工時に物体の内壁に光線を照射する際は、光源から射出した光線を平面反射板等で偏向させる方法が一般的であるが、物体の内壁の全周を照射する場合には、上記平面反射板の回転を行う必要がある。また、光源から射出した光線を円錐型ミラーで反射させることで物体の内壁の全周を同時に照射したい場合は、次のような方法もある。即ち、光線束の中心を円錐型ミラーの頂点に略一致させると共に光線束が円錐型ミラーの側面に略等分に当たるように光線を入射させることで、光路を分割して３６０°方向に反射させる方法もある。
【０００４】
図１２は、従来例に係る円錐型ミラーを用いた照射装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は、概略断面図、（ｂ）は、概略上面図である。
【０００５】
図１２において、照射装置は、光源１０１、複数のレンズ１１１、１１２を有する結像光学系１０２、円錐型ミラー１０３、円錐型ミラー１０３を固定する台座１０４、台座１０４を支持する支持部材１０５を備えている。
【０００６】
照射装置では、光源１０１から射出した光を結像光学系１０２により円錐型ミラー１０３に入射させ、円錐型ミラー１０３により反射することで、円筒形状の被照射物体１０６の内壁を照射する。この場合、円錐型ミラー１０３で反射させた照射光により被照射物体１０６の内壁を照射する際に、円錐型ミラー１０３が固定された台座１０４を支持する支持部材１０５により、照射光のケラレが生じる（図中破線で示す照射ケラレ発生域）。
【０００７】
従来は、光源から光線を照射した際に同時に複数の照射点（点像）を得る方法としては、複数の照射点と同数分の光源を用意するいわゆるマルチレーザを使用する方法が一般的である。他方、単一の光源から光線を照射した際に同時に複数の照射点を得る方法としては、例えば、光源から射出された光線を光ファイバにより分岐する方法や、光源から射出された光線をビームスプリッタやハーフミラーにより分割する方法などの各種の方法が提案されている。
【０００８】
更に、複数の照射点を連続的に繋げることで輪帯環状として照射する技術に関しては、医療器用途の血管吻合装置（例えば、特許文献１参照）、円錐型プリズムを用いたＸ線集光光学装置（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
【特許文献１】特開昭６１−３１１４２号公報
【特許文献２】特開平９−２６５００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来例で示した円錐型ミラーを用いた照射装置は、配光ムラの原因となる円錐型ミラーの配置精度が厳しくなるという問題が生ずる。更に、円錐型ミラーを固定した台座を支持する支持部材を設ける構造であるため、支持部材により照射光のケラレが発生してしまい、被照射物体に対する理想的な照射光を得ることができないという問題がある。
【００１０】
また、上記特許文献記載の技術は、光源から発した光線を光ファイバ等により導光することを前提とするものであり、円錐型プリズムまでの光線の導光方法については開示されていない。更に、上記特許文献記載の技術においては、後述する本発明の実施の形態のように、被照射物体に対する照射光の精密な照射位置の調整や所望の照射状態を達成するための方法については提案されていない。
【００１１】
本発明の目的は、同時に複数の照射光もしくは連続した照射光を対象物に照射することができる簡素な構成の照射装置及び照射応用装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の目的を達成するために、本発明の照射装置は、光源から発する光線を集光する集光手段と、錐形状であって、前記集光手段から射出された光線が側面部に入射し、底面部から射出するように配置され、前記集光手段から入射された光線を複数の方向に偏向させる第１のプリズムと、錐形状であって、前記第１のプリズムから射出された光線が底面部に入射し、側面部から射出するように配置され、前記底面部から入射した光線を前記側面部で反射させた後、反射させた側面部と対向する側面部から射出する第２のプリズムとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、集光手段から入射された光線を第１のプリズムで複数の方向に偏向させ、第２のプリズムの側面部で光線を全反射させた後、対向する側面部から射出させるため、同時に複数の照射光もしくは連続した照射光を対象物に照射できる簡素な構成の照射装置を実現可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１５】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る円錐型プリズムを用いた照射装置における環形状の照射光を生成する照射光学系の配置及び子午断面での光路を示す図である。図２は、照射装置の結像光学系の第３レンズ群と円錐型プリズムを拡大した状態を示す図である。
【００１６】
図１及び図２において、照射装置は、光源１、後述の数値例に示す数値データを有すると共に第１レンズ群Ｌ１〜第３レンズ群Ｌ３からなる結像光学系２、後述の数値例に示す形状／材質データ及び光軸上位置データを有する円錐型プリズム（Ａ）３、円錐型プリズム（Ｂ）４を備えている。
【００１７】
照射装置は、単一の光源１から射出した光線を、円錐型プリズム（Ａ）３、円錐型プリズム（Ｂ）４を用いて光軸周りに３６０°連続的に射出することで、光軸と略平行になるように配置された円筒形状を有する被照射物体５の内壁を照射する。円錐型プリズム（Ｂ）４は、底面から入射された光線を側面で全反射し、側面で全反射した光線を透過するような頂点角度に設定されている。尚、被照射物体５の内径はφ５２mmである。
【００１８】
本実施の形態の照射装置は、光源１（単波長のレーザ光）の有効光線束を結像光学系２に入射させ、２個の円錐型プリズム（Ａ）３及び円錐型プリズム（Ｂ）４内の光路を確保し且つ様々な被照射物体の大きさに適合した照射点を確保するため、以下の構成をとる。
【００１９】
結像光学系２において、全体として正の屈折力を有する第１レンズ群Ｌ１により、光線を略アフォーカルな近平行光に屈折させる。更に、集光作用を持たせるための正の屈折力を有する第２レンズ群Ｌ２により、上記近平行光を収斂させる。更に、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｌ３により、結像光学系２全体の焦点距離を伸ばし、長いワーキングディスタンスを確保する。
【００２０】
また、結像光学系２から該結像光学系２の結像面側に配置した円錐型プリズム（Ａ）３、円錐型プリズム（Ｂ）４に対して射出する光線束を小径に収縮させることにより、円錐型プリズム（Ａ）３、円錐型プリズム（Ｂ）４の小型化を達成している。更に、結像光学系２をテレフォト系の光学配置にすることにより、第１レンズ群Ｌ１、第２レンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３の各レンズの長さの短縮と収差の補正を行うことができる結像光学系２を達成している。
【００２１】
円錐型プリズム（Ａ）３は、結像光学系２の結像面側に配置されると共に、頂点を光源側に向けた状態で且つ頂点と底面部の中心点を光軸上に一致させた状態で配置されている。これにより、円錐型プリズム（Ａ）３の側面部に入射した光線は、同心円状に分離され、円錐型プリズム（Ａ）３の底面部から射出される。円錐型プリズム（Ｂ）４は、円錐型プリズム（Ａ）３と底面部同士が対向する状態に配置されると共に、底面部を光源側に向けた状態で且つ底面部の中心点と頂点を光軸上に一致させた状態で配置されている。
【００２２】
光源１から射出され結像光学系２により集光された光線が円錐型プリズム（Ａ）３の側面部に入射すると、光線は円錐型プリズム（Ａ）３により複数の方向へ偏向される。更に、光線が円錐型プリズム（Ａ）３と底面部を向き合わせた円錐型プリズム（Ｂ）４の底面部に入射すると、円錐型プリズム（Ｂ）４の上記頂点角度の設定により、円錐型プリズム（Ｂ）４の側面部において光線が全反射された後、対向する側面部から射出される。これにより、円筒形状の被照射物体５の内壁に連続的に照射光を与えることを可能としている。
【００２３】
尚、本実施の形態では、被照射物体に対する光線の照射により生じる連続した照射形状、例えば環形状のような照射形状も、無数の（複数の）照射点で構成されているものとしている。
【００２４】
また、本実施の形態では、円錐型プリズム（Ａ）３と円錐型プリズム（Ｂ）４における光軸上の相対位置（円錐型プリズム（Ａ）３と円錐型プリズム（Ｂ）４の空気間隔）を変化させることができるように構成されている。
【００２５】
図３は、上記図１の照射装置の照射光学系において円錐型プリズム（Ｂ）４を円錐型プリズム（Ａ）３に近接させるように光軸上を移動させることにより光線の集光位置に変化を与えた状態を示す図である。
【００２６】
図３において、照射装置が備える移動機構（不図示）により、円錐型プリズム（Ｂ）４を、上記図１の位置から円錐型プリズム（Ａ）３に近接させるように光軸上を移動させた状態を示している（後述の数値例の「Ｄ」参照。Ｄ＝１０mm→Ｄ＝１mm）。これにより、照射位置を変化させる。円錐型プリズム（Ｂ）４内における光線の全反射部分が、より円錐型プリズム（Ａ）３の頂点方向に移動される。これにより、円錐型プリズム（Ｂ）４から射出された光線が、光軸と直交する方向における光軸からより遠い距離の位置、即ち、被照射物体１５の内壁に結像点を生成させている。尚、被照射物体１５の内径はφ６４mmである。
【００２７】
尚、本案の実施例においては、プリズムの移動方法は光源側のプリズム（Ａ）を光軸上固定としてプリズム（Ｂ）のみを光軸上移動する方法を採っている。その理由としては、プリズム（Ａ）での光線分岐時に、前記結像光学系とプリズム（Ａ）の相対的な光軸外の位置ずれによって分岐された光線の光量ムラや偏向方向のズレを極力防止したいためである、そのため、本実施の形態では、プリズム（Ａ）を光軸上固定として、前記した結像光学系との位置精度の向上を達成可能としている。
【００２８】
しかしながら、前記した問題が無ければ、プリズム（Ａ）、（Ｂ）を同一に光軸上移動しても良く、また少なくともどちらか一方のプリズムを光軸上移動させることによってプリズム（Ａ）とプリズム（Ｂ）の相対位置変化を与えることにより照射位置変化を行わせても良い。
【００２９】
図４は、上記図１の照射装置における照射光線の状態を三次元的に示した図である。
【００３０】
図４において、円錐型プリズム（Ｂ）４から射出された光線が、円筒形状の被照射物体の内壁に照射されている状態を示している。
【００３１】
本実施の形態の照射装置は、円錐型プリズムを用いて輪帯状の照射光を被照射物体の内壁に与えるものであるが、底面部が偶数角を有する多角錐型プリズムを用いると、単一の光源から同時に複数の照射点を得ることが可能となる。多角錐型プリズム（四角錐型プリズム、六角錐型プリズム）を用いた照射装置については、第２及び第３の実施の形態で説明する。
【００３２】
次に、数値例について説明する。数値例は、（１）照射装置の結像光学系２の数値データと、（２）円錐型プリズムの形状／材質データ及び図１の配置における光軸上位置データと、（３）円錐型プリズムの図３の配置における光軸上位置データである。尚、面番号１〜１０は、結像光学系２の第１レンズ群Ｌ１、第２のレンズ群Ｌ２、第３レンズ群Ｌ３を構成する各レンズの面（第１面〜第１０面）に対応する。
【００３３】
（１）結像光学系２の数値データ
使用波長930nm
光源から結像光学系２の第１レンズ群Ｌ１の第１面までの距離：57.6ｍｍ
面番号  曲率半径 面間隔     Ｎｄ      Ｖｄ    Ｎ(930nm)
1       -99.210     6.0    1.516330   64.14   1.508074
2       -40.007     1.7  
3       179.443     6.0    1.516330   64.14   1.508074  
4       -85.125    13.8    
5        85.152     6.0    1.516330   64.14   1.508074  
6      -179.443     1.7   
7        40.007     6.0    1.516330   64.14   1.508074  
8        99.210    30.0   
9      -24.605     3.0    1.516330   64.14   1.508074  
10      66.014
結像光学系２の第１レンズ群Ｌ１の第１面の有効径：φ２５
（２）円錐型プリズムの形状／材質データ及び図１の配置における光軸上位置データ
円錐型プリズム（Ａ）：底面部がφ10mmの円形状
：材質 Nd=1.516330  Vd=64.14  N(930nm)=1.508
円錐型プリズム（Ｂ）：底面部がφ16mmの円形状
：材質 Nd=1.696797  Vd=55.53  N(930nm)=1.684
光軸上位置
Ａ＝２mm
Ｂ＝５mm
Ｃ＝２mm
Ｄ＝１０mm
Ｅ＝２mm
Ｆ＝１３．８mm
（３）円錐型プリズムの図３の配置における光軸上位置データ
円錐型プリズム（Ａ）及び円錐型プリズム（Ｂ）の形状／材質データは、上記（２）に示した数値と同じであるため、記載を省略する。
【００３４】
光軸上位置
Ａ＝２mm
Ｂ＝５mm
Ｃ＝２mm
Ｄ＝１mm
Ｅ＝２mm
Ｆ＝１３．８mm
以上説明したように、本実施の形態によれば、光源１から射出した光線を円錐型プリズム（Ａ）３で複数方向へ偏向させ、更に円錐型プリズム（Ｂ）４の底面部に入射させ、円錐型プリズム（Ｂ）４の側面部にて光線を全反射させた後、対向する側面部から射出させる。これにより、連続した照射光を円筒形状の被照射物体の内壁に照射することができる簡素な構成の照射装置を実現することが可能となる。
【００３５】
［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態は、上述した第１の実施の形態に対して、円錐型プリズムに代えて四角錐型プリズムを使用する点において相違する。本実施の形態のその他の要素は、上述した第１の実施の形態（図１）の対応するものと同一なので、説明を省略する。
【００３６】
図５は、本実施の形態に係る四角錐型プリズムを用いた照射装置における同時に４箇所に照射光を生成する照射光学系の配置及び子午断面での光路を示す図である。
【００３７】
図５において、照射装置は、光源１、第１レンズ群Ｌ１〜第３レンズ群Ｌ３からなる結像光学系２、後述の数値例に示す形状／材質データ及び光軸上位置データを有する四角錐型プリズム（Ａ）１３、四角錐型プリズム（Ｂ）１４を備えている。
【００３８】
照射装置は、単一の光源１から射出した光線を、底辺が正四角形の形状を有する四角錐型プリズム（Ａ）１３、四角錐型プリズム（Ｂ）１４を用いて、光軸に直交する断面形状が四角形の箱型形状を有する被照射物体２５の４つの内壁に照射することで点像を各々形成する。四角錐型プリズム（Ｂ）１４は、底面から入射された光線を側面で全反射し、側面で全反射した光線を透過するような頂点角度に設定されている。尚、被照射物体２５における光軸から内壁までの寸法は２４．０mmである。
【００３９】
結像光学系２は、上記図１に示したものと共通である。四角錐型プリズム（Ａ）１３、四角錐型プリズム（Ｂ）１４は、円錐型プリズムの場合と同様に、底面部同士が対向する状態に配置されると共に、各々の底面部の中心点と各々の頂点が光軸に一致するように配置されている。また、四角錐型プリズム（Ａ）１３、四角錐型プリズム（Ｂ）１４は、各々の底面部同士が平行になるように配置されている。これにより、光軸を挟んで対向する、四角錐型プリズム（Ａ）１３の側面部と四角錐型プリズム（Ｂ）１４の側面部が略平行となる。
【００４０】
光源１から射出され結像光学系２により集光された光線が四角錐型プリズム（Ａ）１３の側面部に入射すると、光線は４方向に分離され、四角錐型プリズム（Ａ）１３の底面部から射出される。更に、光線が四角錐型プリズム（Ａ）１３と底面部を向き合わせた四角錐型プリズム（Ｂ）１４の底面部に入射すると、四角錐型プリズム（Ｂ）１４の側面部において光線が全反射された後、対向する側面部から光軸に対して略鉛直な光線として射出される。四角錐型プリズム（Ｂ）１４の各側面部から射出される光線により、四角錐型プリズムと同角数の４つの照射点が得られる。これにより、被照射物体２５における光軸に対して平行な４つの照射面（内壁面）にそれぞれ光線が照射されることとなる。
【００４１】
尚、本実施の形態では、四角錐型プリズムと同角数の４つの照射点を得る構成としているが、更に照射点を多くしたい場合には、底面部をより多くの偶数角を有するような多角錐型プリズムを用いることにより多数の照射点を得ることができる。即ち、多角錐型プリズムを用いた場合、該多角錐型プリズムと同角数の照射点を得ることができる。多角錐型プリズムのうち六角錐型プリズムについては、第３の実施の形態で説明する。
【００４２】
また、本実施の形態では、四角錐型プリズム（Ａ）１３と四角錐型プリズム（Ｂ）１４における光軸上の相対位置（四角錐型プリズム（Ａ）１３と四角錐型プリズム（Ｂ）１４の空気間隔）を変化させることができるように構成されている。
【００４３】
更に、上記照射装置を用いた例えばレーザ光による溶接作業時や加工作業時には、複数の照射点について同時に精密な位置合わせを行いたい場合も想定される。そのため、本実施の形態では、上記のように四角錐型プリズム（Ａ）１３と四角錐型プリズム（Ｂ）１４における光軸上の相対位置を変化させることにより、分割された光線の広がり量を調整することを可能としている。これにより、照射装置の簡易な機械的な構造にて照射位置を変化させることが可能となるため、照射装置の機械的な精度の向上に有利となると共に作業性の向上を図ることができるという利点がある。
【００４４】
図６は、上記図５の照射装置の照射光学系において四角錐型プリズム（Ｂ）を四角錐型プリズム（Ａ）に近接させるように光軸上を移動させることにより光線の集光位置に変化を与えた状態を示す図である。
【００４５】
図６において、照射装置が備える移動機構（不図示）により、四角型プリズム（Ｂ）１４を、上記図１の位置から四角錐型プリズム（Ａ）１３に近接させるように光軸上を移動させた状態を示している。これにより、照射位置を変化させる。四角錐型プリズム（Ｂ）１４内における光線の全反射部分が、より四角錐型プリズム（Ａ）１３の頂点方向に移動される。これにより、四角錐型プリズム（Ｂ）１４から射出された光線が、光軸と直交する方向における光軸からより遠い距離の位置、即ち、被照射物体３５の内壁に結像点を生成させている。尚、被照射物体３５における光軸から内壁までの寸法は２８．０mmである。
【００４６】
図７は、上記図６の照射装置における照射光線の状態を三次元的に示した図である。
【００４７】
図７において、四角錐型プリズム（Ｂ）１４から射出された光線が、箱型形状の被照射物体の内壁に照射されている状態を示している。
【００４８】
次に、数値例について説明する。数値例は、（１）四角錐型プリズムの形状／材質データ及び図５の配置における光軸上位置データと、（２）四角錐型プリズムの図６の配置における光軸上位置データである。
【００４９】
（１）四角錐型プリズムの形状／材質データ及び図５の配置における光軸上位置データ
四角錐型プリズム（Ａ）：底面部が一辺１０mmの正方形
：材質 Nd=1.516330  Vd=64.14  N(930nm)=1.508
四角錐型プリズム（Ｂ）：底面部が一辺１２mmの正方形
：材質 Nd=1.696797  Vd=55.53  N(930nm)=1.684
光軸上位置
Ａ＝２mm
Ｂ＝５mm
Ｃ＝２mm
Ｄ＝５mm
Ｅ＝２mm
Ｆ＝１０．５mm
（２）四角錐型プリズムの図６の配置における光軸上位置データ
四角錐型プリズム（Ａ）及び四角錐型プリズム（Ｂ）の形状／材質データは、上記（１）に示した数値と同じであるため、記載を省略する。
【００５０】
光軸上位置
Ａ＝２mm
Ｂ＝５mm
Ｃ＝２mm
Ｄ＝１．５mm
Ｅ＝２mm
Ｆ＝１０．５mm
以上説明したように、本実施の形態によれば、光源１から射出した光線を四角錐型プリズム（Ａ）１３で複数方向へ偏向させ、更に四角錐型プリズム（Ｂ）１４の底面部に入射させ、四角錐型プリズム（Ｂ）１４の側面部にて光線を全反射させた後、対向する側面部から射出させる。これにより、同時に複数の照射光を箱型形状の被照射物体の内壁に照射することができる簡素な構成の照射装置を実現することが可能となる。
【００５１】
［第３の実施の形態］
本発明の第３の実施の形態は、上述した第１の実施の形態に対して、円錐型プリズムに代えて六角錐型プリズムを使用する点において相違する。本実施の形態のその他の要素は、上述した第１の実施の形態（図１）の対応するものと同一なので、説明を省略する。
【００５２】
図８は、本実施の形態に係る六角錐型プリズムを用いた照射装置における同時に６箇所に照射光を生成する照射光学系の配置及び子午断面での光路を示す図であり、（ａ）、（ｂ）は、六角錐型プリズム（Ａ）と六角錐型プリズム（Ｂ）における光軸上の相対位置の変化により光軸方向に照射位置が変化する状態を示す図である。
【００５３】
図８において、照射装置は、光源１、第１レンズ群Ｌ１〜第３レンズ群Ｌ３からなる結像光学系２、後述の数値例に示す形状／材質データ及び光軸上位置データを有する六角錐型プリズム（Ａ）２３、六角錐型プリズム（Ｂ）２４を備えている。
【００５４】
照射装置は、単一の光源１から射出した光線を、底辺が正六角形の形状を有する六角錐型プリズム（Ａ）２３、六角錐型プリズム（Ｂ）２４を用いて、光軸に直交する断面形状が六角形の形状を有する被照射物体４５の６つの内壁に照射することで点像を各々形成する。六角錐型プリズム（Ｂ）２４は、底面から入射された光線を全反射し、側面で全反射した光線を透過するような頂点角度に設定されている。尚、被照射物体４５における光軸から内壁までの寸法は３４．０mmである。
【００５５】
結像光学系２は、上記図１に示したものと共通である。六角錐型プリズム（Ａ）２３、六角錐型プリズム（Ｂ）２４は、円錐型プリズムの場合と同様に、底面部同士が対向する状態に配置されると共に、各々の底面部の中心点と各々の頂点が光軸に一致するように配置されている。また、六角錐型プリズム（Ａ）、六角錐型プリズム（Ｂ）２４は、底面部同士が平行になるように配置されている。これにより、光軸を挟んで対向する、六角錐型プリズム（Ａ）２３の側面部と六角錐型プリズム（Ｂ）２４の側面部が略平行となる。
【００５６】
光源１から射出され結像光学系２により集光された光線が六角錐型プリズム（Ａ）２３の側面部に入射すると、光線は６方向に分離され、六角錐型プリズム（Ａ）２３の底面部から射出される。更に、光線が六角錐型プリズム（Ａ）２３と底面部を向き合わせた六角錐型プリズム（Ｂ）２４の底面部に入射すると、六角錐型プリズム（Ｂ）２４の側面部において光線が全反射された後、対向する側面部から光軸に対して略鉛直な光線として射出される。六角錐型プリズム（Ｂ）２４の各側面部から射出される光線により、六角錐型プリズムと同角数の６つの照射点が得られる。これにより、被照射物体４５における光軸に対して平行な６つの照射面（内壁面）にそれぞれ光線が照射されることとなる。
【００５７】
図８（ｂ）の状態は、照射装置が備える移動機構（不図示）により、六角錐型プリズム（Ｂ）２４を、図８（ａ）の状態から六角錐型プリズム（Ａ）２３に近接させるように光軸上を移動させた状態を示している。これにより、照射位置を変化させる。
【００５８】
図９は、図８（ａ）の照射装置における照射光線の状態を三次元的に示した図である。
【００５９】
図９において、六角錐型プリズム（Ｂ）２４から射出された光線が、断面が六角形状の被照射物体の内壁に照射されている状態を示している。
【００６０】
次に、数値例について説明する。数値例は、六角錐型プリズムの形状／材質データ及び図８の配置における光軸上位置データである。
【００６１】
六角錐型プリズム（Ａ）：底面部が一辺5.7735mmの正六角形
：材質 Nd=1.516330  Vd=64.14  N(930nm)=1.508
六角錐型プリズム（Ｂ）：底面部が一辺6.9282mmの正六角形
：材質 Nd=1.696797  Vd=55.53  N(930nm)=1.684
光軸上位置
Ａ＝２mm
Ｂ＝５mm
Ｃ＝２mm
Ｄ＝６mm（図８（ａ））、Ｄ＝１mm（図８（ｂ））
Ｅ＝２mm
Ｆ＝１０．５mm
以上説明したように、本実施の形態によれば、光源１から射出した光線を六角錐型プリズム（Ａ）２３で複数方向へ偏向させ、更に六角錐型プリズム（Ｂ）２４の底面部に入射させ、六角錐型プリズム（Ｂ）２４の側面部にて光線を全反射させた後、対向する側面部から射出させる。これにより、同時に複数の照射光を断面が六角形状の被照射物体の内壁に照射することができる簡素な構成の照射装置を実現することが可能となる。
【００６２】
［第４の実施の形態］
本発明の第４の実施の形態は、上述した第１の実施の形態に対して、円錐型プリズム（Ａ）及び円錐型プリズム（Ｂ）の頂点部を底面部に平行な平面形状としたプリズム（本実施の形態では頂点部除去型プリズムと表記する）を使用する点において相違する。本実施の形態のその他の要素は、上述した第１の実施の形態（図１）の対応するものと同一なので、説明を省略する。
【００６３】
図１０は、本実施の形態に係る頂点部除去型プリズムを用いた照射装置における基準位置にガイド光を照射して位置決めを行う照射光学系の配置及び子午断面での光路を示す図である。図１１は、照射装置の結像光学系の第３レンズ群と頂点部除去型プリズムを拡大した状態を示す図である。
【００６４】
図１０及び図１１において、照射装置は、光源１、第１レンズ群Ｌ１〜第３レンズ群Ｌ３からなる結像光学系２、後述の数値例に示す形状／材質データ及び光軸上位置データを有する頂点部除去型プリズム（Ａ）３３、頂点部除去型プリズム（Ｂ）３４を備えている。図中３５は被照射物体用の台座、３６は三次元（ＸＹＺ）移動が可能なステージを示す。
【００６５】
照射装置は、単一の光源１から射出した光線を、頂点部除去型プリズム（Ａ）３３、頂点部除去型プリズム（Ｂ）３４を用いて、円筒形状を有する被照射物体５５の内壁に照射する。頂点部除去型プリズム（Ｂ）３４は、頂点部除去型プリズム（Ａ）３３から入射された光線を全反射するような状態に設定されている。
【００６６】
結像光学系２は、上記図１に示したものと共通である。頂点部除去型プリズム（Ａ）３３、頂点部除去型プリズム（Ｂ）３４は、円錐型プリズムの場合と同様に、底面部同士が対向する状態に配置されると共に、各々の底面部の中心点と各々の頂点部の中心点が光軸に一致するように配置されている。
【００６７】
光源１から射出され結像光学系２により集光された光線が頂点部除去型プリズム（Ａ）３３の側面部に入射すると、光線は頂点部除去型プリズム（Ａ）３３により複数の方向へ偏向される。更に、光線が頂点部除去型プリズム（Ａ）３３と底面部を向き合わせた頂点部除去型プリズム（Ｂ）３４の底面部に入射すると、頂点部除去型プリズム（Ｂ）３４の側面部において光線が全反射された後、対向する側面部から射出される。これにより、円筒形状の被照射物体３５の内壁に連続的に照射光を与える。
【００６８】
次に、上記照射装置を用いたレーザ照射加工について説明する。例えば円筒形状の被照射物体の内壁にレーザ光を照射して加工を行う際、照射位置を直接的に肉眼で確認することは困難である。そのため、照射位置を肉眼で確認する代わりに、ガイド光を照射基準位置に照射し、簡易に照射位置を調整したい場合がある。
【００６９】
そこで、上記図１０に示したように、頂点部除去型プリズム（Ａ）３３、頂点部除去型プリズム（Ｂ）３４の頂点部の面を光線の通過を可能とし、頂点部の面にガイド光を通過させ、ガイド光の焦点位置と被照射物体との相対距離を合わせ込む。これにより、光軸に直交する方向における被照射物体と照射光学系との相対位置調整を簡易且つ正確に行うことが可能となる。更に、ガイド光の集光具合を監視しながら、ステージ３６を光軸方向に移動させる。これにより、被照射物体の光軸方向における位置調整も同時に行うことが可能となる。
【００７０】
尚、本実施の形態では、頂点部除去型プリズム（Ａ）３３、頂点部除去型プリズム（Ｂ）３４の頂点部の形状を平面形状としているが、これに限定されるものではない。ガイド光の集光位置（結像位置）の自由度の拡張やガイド光の結像性能を制御するために、頂点部除去型プリズム（Ａ）３３、頂点部除去型プリズム（Ｂ）３４の頂点部の形状を凹面形状や凸面形状などの湾曲面形状としてもよい。
【００７１】
次に、数値例について説明する。数値例は、頂点部除去型プリズムの形状／材質データ及び図１０の配置における光軸上位置データである。
【００７２】
頂点部除去型プリズム（Ａ）：上面がφ2mm、底面部がφ10mmの円形状
：材質 Nd=1.516330  Vd=64.14  N(930nm)=1.508
頂点部除去型プリズム（Ｂ）：上面がφ２mm、底面部がφ16mmの円形状
：材質 Nd=1.696797  Vd=55.53  N(930nm)=1.684 
光軸上位置
Ａ＝４mm
Ｂ＝４mm
Ｃ＝２mm
Ｄ＝９mm
Ｅ＝２mm
Ｆ＝１２．１mm
以上説明したように、本実施の形態によれば、光源１から射出した光線を頂点部除去型プリズム（Ａ）３３で複数方向へ偏向させ、更に頂点部除去型プリズム（Ｂ）３４の底面部に入射させ、頂点部除去型プリズム（Ｂ）３４の側面部にて光線を全反射させた後、対向する側面部から射出させる。これにより、連続した照射光を円筒形状の被照射物体の内壁に照射することができる簡素な構成の照射装置を実現することが可能となる。
【００７３】
［他の実施の形態］
上記第１乃至第４の実施の形態では、機構の簡略化のためと、光路を分岐する作用を持つプリズム（Ａ）と結像光学系の相対偏心をなるべく抑えるようにするため、プリズム（Ｂ）のみを光軸上を移動させるように構成しているが、これに限定されるものではない。プリズム（Ｂ）を光軸上固定してプリズム（Ａ）のみを移動させてもよく、プリズム（Ａ）、プリズム（Ｂ）共に光軸上の移動を行って分割された複数の光線の相対距離を調整しても構わない。
【００７４】
上記第１乃至第４の実施の形態では、照射装置の構成及び該照射装置により照射光線を集光した際の集光熱により対象物の内壁を加工する場合について説明したが、照射装置は特定の分野への適用に限定されるものではない。照射光線を集光した際の集光熱により対象物の表面の加工を行う加工装置、照射光線を集光した際の集光熱により対象物同士の溶着を行う溶着装置、基準点を照射光線で示すことで光学的な位置決めを行う位置決め装置、複数個所を同時に照明する照明装置等の各種装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る円錐型プリズムを用いた照射装置における環形状の照射光を生成する照射光学系の配置及び子午断面での光路を示す図である。
【図２】図１の照射装置の結像光学系の第３レンズ群と円錐型プリズムを拡大した状態を示す図である。
【図３】図１の照射装置の照射光学系において円錐型プリズム（Ｂ）を円錐型プリズム（Ａ）に近接させるように光軸上を移動させることにより光線の集光位置に変化を与えた状態を示す図である。
【図４】図１の照射装置における照射光線の状態を三次元的に示した図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る四角錐型プリズムを用いた照射装置における同時に４箇所に照射光を生成する照射光学系の配置及び子午断面での光路を示す図である。
【図６】図５の照射装置の照射光学系において四角錐型プリズム（Ｂ）を四角錐型プリズム（Ａ）に近接させるように光軸上を移動させることにより光線の集光位置に変化を与えた状態を示す図である。
【図７】図６の照射装置における照射光線の状態を三次元的に示した図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る六角錐型プリズムを用いた照射装置における同時に６箇所に照射光を生成する照射光学系の配置及び子午断面での光路を示す図であり、（ａ）、（ｂ）は、六角錐型プリズム（Ａ）と六角錐型プリズム（Ｂ）における光軸上の相対位置の変化により光軸方向に照射位置が変化する状態を示す図である。
【図９】図８（ａ）の照射装置における照射光線の状態を三次元的に示した図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る頂点部除去型プリズムを用いた照射装置における基準位置にガイド光を照射して位置決めを行う照射光学系の配置及び子午断面での光路を示す図である。
【図１１】図１０の照射装置の結像光学系の第３レンズ群と頂点部除去型プリズムを拡大した状態を示す図である。
【図１２】従来例に係る円錐型ミラーを用いた照射装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は、概略断面図、（ｂ）は、概略上面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１  光源
２  結像光学系（集光手段）
３  円錐型プリズム（第１のプリズム）
４  円錐型プリズム（第２のプリズム）
１３  四角錐型プリズム（第１のプリズム）
１４  四角錐型プリズム（第２のプリズム）
２３  六角錐型プリズム（第１のプリズム）
２４  六角錐型プリズム（第２のプリズム）
３３  頂点部除去型プリズム（第１のプリズム）
３４  頂点部除去型プリズム（第２のプリズム）
【図１】
2007035700.tif 000003
【図２】
2007035700.tif 000004
【図３】
2007035700.tif 000005
【図４】
2007035700.tif 000006
【図５】
2007035700.tif 000007
【図６】
2007035700.tif 000008
【図７】
2007035700.tif 000009
【図８】
2007035700.tif 000010
【図９】
2007035700.tif 000011
【図１０】
2007035700.tif 000012
【図１１】
2007035700.tif 000013
【図１２】
2007035700.tif 000014