(57)【要約】  可変焦点照明装置は、前方に光を照射する光源と、その光源からの光路中に、光源の前方の光軸上で該光源に対して接近又は後退するように設けた可動レンズと、光源の前方に設けた固定レンズとを備えている。そのレンズの組み合わせによって、実際の光源の後方に光源の像を作り、可動レンズの移動により、その画像から前方に照射した光を合焦させる。単一レンズシステムと比較して、この二レンズシステムでは、焦点の所定の位置精度を達成するために要求される可動レンズの位置決め精度は一桁低くなる。この発明の他の形態では、可動レンズは、間隔を空けて対向する固定径の開口とともにユニットとして形成される。【選択図】    図７
2012502349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前方に光を照射する光源と、
照射された前記光の光路中の固定位置に設けた第１のレンズと、
照射された前記光の光路中に、前記光源に対して接近又は後退するように設けた第２のレンズとを備えた光学照明装置。
【請求項２】
前記第１及び第２のレンズが、前記光源の後方に該光源の像を生成し、その像が前記第２のレンズの位置とともに位置が変化するビームウエストを伴って装置の前方へ光を照射するように構成されている請求項１に記載の光学照明装置。
【請求項３】
前記光源が、レーザ光として規定される範囲の波長の光を発光する請求項１に記載の光学照明装置。
【請求項４】
前記光源が、略６５０ｎｍの波長をもつ光を発光する請求項３に記載の光学照明装置。
【請求項５】
前記第２のレンズが、前記光源と前記第１のレンズとの中間に設けられた請求項１又は３に記載の光学照明装置。
【請求項６】
前記第２のレンズが、前記光源から略１ｍｍの距離から略１．５ｍｍの距離まで移動できるように搭載された請求項５に記載の光学照明装置。
【請求項７】
前記第１のレンズが、前記光源から略２．２８４ｍｍの距離に搭載された請求項５に記載の光学照明装置。
【請求項８】
前記第１のレンズが、略２．３３ｍｍの焦点距離をもつ請求項３又は４に記載の光学照明装置。
【請求項９】
前記第２のレンズが、略２０ｍｍの焦点距離をもつ請求項６に記載の光学照明装置。
【請求項１０】
前記第２のレンズが、前記光源に対して略０．５ｍｍの距離に亘って移動できるように搭載された請求項８又は９に記載の光学照明装置。
【請求項１１】
前記第２のレンズが、略２０ｍｍの焦点距離をもつ請求項３又は４に記載の光学照明装置。
【請求項１２】
前記第２のレンズが、前記光源に対して略０．５ｍｍの距離に亘って移動できるように搭載された請求項１１に記載の光学照明装置。
【請求項１３】
前記第２のレンズが、前記光源に対して略０．５ｍｍの距離に亘って移動できるように搭載された請求項３又は４に記載の光学照明装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の光学照明装置において、
前記第２のレンズとともに移動し、該第２のレンズに対向して設けられる開口を規定する手段をさらに備えた光学照明装置。
【請求項１５】
前記開口が、前記第２のレンズと前記光源との間に設けられた請求項１４に記載の光学照明装置。
【請求項１６】
前記光源が、レーザ光として規定される波長の範囲内の光を発光する請求項１４に記載の光学照明装置。
【請求項１７】
前記光源が、略６５０ｎｍの波長をもつ光を発光する請求項１５に記載の光学照明装置。
【請求項１８】
前記開口が、前記第２のレンズから略０．３ｍｍの距離に設けられた請求項１６又は１７に記載の光学照明装置。
【請求項１９】
前記開口部が、略０．２５ｍｍの径をもつ請求項１６又は１７に記載の光学照明装置。
【請求項２０】
前方に光を照射する光源と、照射され前記光の光路中の固定位置に設けられた第１のレンズと、照射された前記光の光路中に前記光源に接近又は後退するように設けられた第２のレンズとを備えた光学照明装置を、目標に対して動作させる方法であって、
前記目標までの距離を検知し、前記光学照明装置の焦点距離がその検知した前記目標までの距離と略等しくなるように、前記第２のレンズを移動させる光学照明装置の動作方法。
【請求項２１】
前記第２のレンズとともに移動し、該第２のレンズに対向して設けられた開口を規定する手段をさらに備えた光学照明装置によってなされる請求項２０に記載の光学照明装置の動作方法。
【請求項２２】
前記第１及び第２のレンズが、前記光源の後方に該光源の像を生成し、その像が前記第２のレンズの位置とともに位置が変化するビームウエストを伴って前方へ光を照射するように構成されている光学照明装置によってなされる請求項２０に記載の光学照明装置の動作方法。
【請求項２３】
光源の前方に固定レンズを搭載し、光軸を有する可動レンズと開口とを互いに空間的に固定された関係で設置し、前記光軸に沿って前記可動レンズと前記開口とを前記光軸に沿って一緒に動かすことからなる方法。
【請求項２４】
前記開口と前記可動レンズとを一緒に動かすのは、電磁場を付与することからなる請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は光学装置に関し、特に可変焦点ビームを使用して被写界深度を増加させる光学照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バーコードリーダのような光学走査装置は、コードを含む離れた目標（ターゲット）に向けて走査されたレーザビームを照射する。そのコードから反射された照明光は、その後コード検知の処理がなされる。コードの正確な読み取りには、レーザビームの焦点が合った状態のままコード全体を走査する必要がある。これには、普通に用いることのできるＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサよりも大きな被写界深度が要求される。そのため、レーザスキャナにおいて被写界深度を効果的に増加させるために、可変焦点が一般に使用されている。
【０００３】
従来のレーザビーム照明装置１０の概略図を図１に示す。レーザダイオード１２のようなレーザ光源が、前方へレーザ光を照射する。その光は、この場合固定レンズである合焦レンズ１４に当ってそれを通過し、そのレンズの前方の開口（アパーチャ）１６を通過する。比較的狭いビームが開口１６から照射され、そして開口１６から距離Ｚ０において、ビームウエスト１８又は最小径を示す。そのＺ０の実値は、光の特定の波長におけるレンズ１４の焦点距離及び開口１６の直径によって決まる。
【０００４】
図２は、日本特許第３７３０６７３号公報に開示されているような、可変焦点レーザビーム照明装置１０′の概略を示す。この装置１０′は、開口からビームウエストまでの距離を調節できるレーザビームを生成する。この場合、光源１２は、レンズ２０を通して前方へレーザ光を照射する。レンズ２０は、光源１２に対して光軸上で接近又は後退移動するように設けられる。レンズ２０から前方に発光された光は、径を可変できる開口２２に進む。レンズ２０の移動と同時に開口２２を調節することによって、開口２２からレーザビームウエストまでの距離を、所定範囲に亘って調節し得る。開口２２からターゲットまでの距離を検出することによって、レンズ２０と開口２２を調節し、ターゲットの距離に対応する距離にビームウエストを設定できるように、開口２２からビームウエストまでの距離を所定範囲に亘って調節する。その結果、光源１０′の被写界深度が効果的に増加する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光源の被写界深度が効果的に増加するのは望ましい結果ではあるが、それはかなりの費用をかけて達成される。レンズ位置及び開口サイズの制御は、協調して動作する二つの別々の制御装置及びアクチュエータによって達成される。したがって、光源は複雑になり、小型化が困難になる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の一つの形態によると、前方へ光を照射する光源を備えた可変焦点照明装置は、その光源からの光路中に、光源の前方でその光源に対して光軸方向に接近又は後退移動するように設けられた可動レンズと、光源の前方に設けられた固定レンズとを備えている。その固定レンズは可動レンズの前方にあるとよい。設計により、このレンズの組み合わせは、実際の光源の後方に光源の像を作る、そして、可動レンズの移動は、その像から前方に照射される光を合焦させる。単一レンズシステムと比較して、この二レンズシステムにおいては、焦点の所定の位置精度を達成するために要求される可動レンズの位置決め精度が一桁低くなる。
【０００７】
この発明の他の形態によると、可動レンズは、間隔を置いて対向する固定径の開口とともにユニットとして形成される。その照明装置は、前方に光を照射する光源と、その光源の前方でその光源に対して光軸方向に接近又は後退移動するように設けられた前述のユニットと、光源の前方に設けられた固定レンズとを備えている。可動レンズの移動により発光した光線の焦点を変化させるだけでなく、同時に開口が光源に対して接近又は後退移動することにより、通過した光が固定レンズに当たる最大角も変化する。この結果、特に効果的な焦点の制御ができる。固定径の開口と比較してビームウエストの径を減少させ、その結果、照明装置によって生成される光のスポットサイズをより小さくすることができるだけでなく、照明装置の全焦点範囲に亘ってスポットサイズの変動が少なくなる。さらに、より一定した照度が達成される。
【０００８】
この発明の前述の簡単な説明とさらなる目的や特徴及び利点は、添付図面を参照してこの発明の好適な実施例を詳細に説明することにより、より完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】典型的な従来のレーザビーム照明の概略図である。
【図２】周知の可変焦点レーザビーム照明装置を示す概略図である。
【図３】この発明による可変焦点照明装置の第１実施例の断面図である。
【図４】図２に示した照明装置（３０）のための可動レンズ２０の位置の関数として装置の焦点距離Ｆを示す線図である。
【図５】図３に示した照明装置３０のためのレーザダイオード３４と可動レンズ３８との間の距離の関数として装置の焦点距離を示す線図である。
【図６】図３の装置３０における光学パラメータの概要を示す図である。
【図７】この発明による可変焦点照明装置の第２実施例１３０の断面図である。
【図８】装置１３０におけるフレーム１５４の移動端位置における開口１５６の効果を示す概略図であり、（Ａ）はフレーム１５４が最も前方に位置した場合に関し、（Ｂ）はフレーム１５４が最も後方に位置した場合に関する。
【図９】開口からの距離の関数としてスポットサイズ（ビームウエスト径）を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
まず、図３はこの発明による可変焦点照明装置３０の第１実施例の断面図である。装置３０は、ハウジング３２と、そのハウジングの後部に搭載されたレーザダイオード３４である光源と、そのハウジング３２のレーザダイオード３４より前方に設けられた固定レンズ３６と、レーザダイオード３４と固定レンズ３６の間に設けられ、そのレーザダイオードに対して接近又は後退移動する可動レンズ３８とを備えている。レンズ３８の移動は、以下でさらに詳述する線形アクチュエータによってなされる。
【００１１】
その作用において、レーザダイオード３４はレンズ３６及び３８に向けて前方に光を発光する。レンズ３６及び３８の協調動作によって、焦点の合ったビームがレンズ３６の前方に照射される。レンズ３８の移動は、照射したビームのビームウエストを移動させる。具体的には、レンズ３８がレーザダイオード３４に近付くにつれて、ビームウエストが前方に移動し、装置３０の有効な焦点距離を増加させる。
【００１２】
レーザダイオード３４は波長が６５０ｎｍの光を生成するとよいが、他の波長の光でも使用できる。レーザダイオード３４は、前方に光を発光するように、ハウジング３２の後方における開口部３２ａに搭載される。
【００１３】
固定レンズ３６は、ハウジング３２内の内壁４０に搭載される、そして、内壁４０の開口部４０ａ内に突き出ている。レンズ３６は２．３３ｍｍの焦点距離を持ち、レーザダイオード３４から２．２８４ｍｍの固定距離に設けるとよい。しかし、これらの値は適用に応じて変更し得ることが分かるであろう。可動レンズ３８は、２０ｍｍの焦点距離を持つ球面レンズであって、レーザダイオード３４から１ｍｍ〜１．５ｍｍの距離の間で移動するように設けるとよい。しかし、適用に応じて他の焦点距離及び移動距離を用いてもよい。また、レンズ３８は、円筒状、凸面状、凹面状又は他のどのような形状のものとすることも考えられる。この構成によって、装置の焦点距離を１００ｍｍから８００ｍｍの間で変化させることができる。
【００１４】
一般的な円筒状の固定ヨーク４５が、後方に突き出すようにハウジング３２の内部に設けられる。スリーブ状の可動ヨーク５０が、ヨーク４５に沿ってその軸方向にスライド可能に、そのヨーク４５に装着されている。ヨーク５０の前端が、弾性支持体５２によってハウジング３２に装着されている。ヨーク５０の後方には、可動レンズ３８を支持するフレーム５４が設けらている。そして、フレーム５４は、弾性支持体５６によってハウジング３２に装着されている。弾性支持体５２及び５６は、可動ヨーク５０を固定ヨーク４５上でその軸方向にスライドできるように保持する。その結果、レンズ３８がレーザダイオード３４に対して接近又は後退する移動が可能になる。
【００１５】
線形アクチュエータは、ハウジング３２内に設けられた固定磁石６０とヨーク５０の周りに形成された電気コイル６５とによって構成される。当業者であれば、コイル６５に電流を流したときに誘起される磁界が磁石６０と相互作用して、可動ヨーク５０を固定ヨーク４５に沿って軸方向にスライドさせることが分かるであろう。コイル６５に流す電流の大きさと方向を制御することによって、レーザダイオード３４に対するレンズ３８の位置を制御するヨーク５０の位置を制御することができる。実際には、目標の距離が検知され、その目標の位置にビームウエストが位置するようにレンズ３８の位置が制御される。
【００１６】
図４は、図２に示した照明装置（３０）のための可動レンズ２０の位置の関数として装置の焦点距離Ｆを示す線図である。図示のように、この線図における曲線は、可動レンズの略０．０５ｍｍの移動によって装置の焦点距離が１００ｍｍから８００ｍｍに変化する急勾配を示している。対照的に、図５は、図３に示した照明装置３０におけるレーザダイオード３４と可動レンズ３８との間の距離の関数として装置の焦点距離を示す線図である。図示のように、装置の焦点距離の１００ｍｍから８００ｍｍの変化が、可動レンズ３８の０．５ｍｍの距離に亘って達成されている。言い換えると、レンズ３８の移動量は、レンズ２０の移動量よりも一桁大きいことになる。つまり、仮にとびとびのステップ、例えば０．５ｍｍステップで装置の焦点距離を制御したい場合、図２の装置１０′では、図３の装置３０よりも非常に制御が難しい。
【００１７】
好ましい実施例において、可動レンズ３８はレーザダイオード３４と固定レンズ３６との間に配置されるが、その構成は必須ではない。この発明では、固定レンズ３６がレーザダイオード３４と可動レンズ３８との間に配置されることも考えられる。
【００１８】
図６は装置３０の光学パラメータの概要を示す図である。レンズ３６と３８及びレーザダイオード３４の位置Ｏが示されている。この発明の二レンズシステムの一つの効果は、位置Ｏから距離ＳＩＦＴだけ後方にシフトした位置Ｏｉｍａｇに、レーザダイオード３４の像を生成することである。そのシフトされた像は、その後、レンズ３８の移動によって合焦される。実質的な動作は、図４の線図の特性における勾配のより少ない部分にシフトされ、図５の線図の特性にする。
【００１９】
図７は、この発明による可変焦点照明装置の第２実施例１３０の断面図である。装置１３０の殆どの要素は、装置３０の対応する要素と構成及び作用が同じであり、同一の参照符号が付されている。主な違いはフレーム１５４の構成であり、それは可動レンズ３８の後方に距離を置いて開口１５８が一体に設けられている点で、フレーム５４と異なっていることである。好ましい実施例においては、この距離は０．３ｍｍで開口１５６の径は０．２５ｍｍである。しかし、当業者であれば、これらの値は適用に応じて変更し得ることが分かるであろう。その他の点では、種々の構成要素の距離、サイズ及び移動量は同じである。開口１５８をレンズ３８の前方に設置することや、固定レンズ３６をレーザダイオード３４とフレーム１５４との間に設置することもまた考えられる。
【００２０】
図８は、フレーム１５４の移動端な位置における開口１５６の効果を示す概略図である。図８の（Ａ）はフレーム１５４が最も前方に位置している。この位置では、開口１５８はダイオード３４から発光された光の大部分を遮光する。その結果、レンズ３６の前端における有効な開口径がφ１になる。一方、フレーム１５４が最も後方に位置している場合には、ダイオード３４から発光された光のより多くが開口１５８を通過し、φ１よりもかなり大きい有効な開口径φ１′になる。好ましい実施例においては、φ１は０．５ｍｍでφ１′は０．８ｍｍである。特定の適用に応じてこれらを変更してよいことが分かるであろう。しかしながら、有効な開口の増加に伴ってビームウエストの距離が増加することは明らかである。従って、目標に対して照射される光量が、目標の距離とともに望ましく増加し、より一定な照度をもたらす。
【００２１】
図９は、開口からの距離の関数としてスポットサイズ（ビームウエスト径）を示す線図である。理想的には、スポットサイズは曲線１１０によって示されるように、約０．２ｍｍであって、かつ距離によって変化しないのがよい。固定位置における開口では、曲線１２０によって示されるように、スポットサイズは、１００ｍｍにおいてはほぼ理想値と等しくなるものの、開口から５００ｍｍの距離では約０．７ｍｍに達するまで距離とともに直線的に増加する。図７に示した可動開口の装置においては、開口からの距離は、レンズ３６の前端における有効な開口から測定される。曲線１３０によって示されるように、スポットサイズは、レンズ３６から１００ｍｍにおいて理想値とほぼ等しくなり、曲線１２０よりもかなり低い変化率で距離の増加とともに直線的に増加する。実質的に、可動開口を用いると平均スポットサイズが減少し、そのスポットサイズが距離とともに徐々に大きくなる。
【００２２】
この発明の好ましい実施例を説明のために開示してきたが、当業者であれば、特許請求の範囲によって規定されるこの発明の範囲及び精神から逸脱することなく、種々の追加、変更および置き換えが可能なことが分かるであろう。
【図１】
2012502349.tif 000003
【図２】
2012502349.tif 000004
【図３】
2012502349.tif 000005
【図４】
2012502349.tif 000006
【図５】
2012502349.tif 000007
【図６】
2012502349.tif 000008
【図７】
2012502349.tif 000009
【図８】
2012502349.tif 000010
【図９】
2012502349.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成23年7月26日(2011.7.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は光学装置に関し、特に可変焦点ビームを使用して被写界深度を増加させる光学照明装置とその動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バーコードリーダのような光学走査装置は、コードを含む離れた目標（ターゲット）に向けて走査されたレーザビームを照射する。そのコードから反射された照明光は、その後コード検知の処理がなされる。コードの正確な読み取りには、レーザビームの焦点が合った状態のままコード全体を走査する必要がある。これには、普通に用いることのできるＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサよりも大きな被写界深度が要求される。そのため、レーザスキャナにおいて被写界深度を効果的に増加させるために、可変焦点が一般に使用されている。
【０００３】
従来のレーザビーム照明装置１０の概略図を図１に示す。レーザダイオード１２のようなレーザ光源が、前方へレーザ光を照射する。その光は、この場合固定レンズである合焦レンズ１４に当ってそれを通過し、そのレンズの前方の開口（アパーチャ）１６を通過する。比較的狭いビームが開口１６から照射され、そして開口１６から距離Ｚ０において、ビームウエスト１８又は最小径を示す。そのＺ０の実値は、光の特定の波長におけるレンズ１４の焦点距離及び開口１６の直径によって決まる。
【０００４】
図２は、日本特許第３７３０６７３号公報に開示されているような、可変焦点レーザビーム照明装置１０′の概略を示す。この可変焦点レーザビーム照明装置１０′は、開口からビームウエストまでの距離を調節できるレーザビームを生成する。この場合、光源１２は、レンズ２０を通して前方へレーザ光を照射する。レンズ２０は、光源１２に対して光軸上で接近又は後退移動するように設けられる。レンズ２０から前方に発光された光は、径を可変できる開口２２に進む。レンズ２０の移動と同時に開口２２を調節することによって、開口２２からレーザビームウエストまでの距離を、所定範囲に亘って調節し得る。開口２２からターゲットまでの距離を検出することによって、レンズ２０と開口２２を調節し、ターゲットの距離に対応する距離にビームウエストを設定できるように、開口２２からビームウエストまでの距離を所定範囲に亘って調節する。その結果、可変焦点レーザビーム照明装置１０′の被写界深度が効果的に増加する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光源の被写界深度が効果的に増加するのは望ましい結果ではあるが、それはかなりの費用をかけて達成される。レンズ位置及び開口サイズの制御は、協調して動作する二つの別々の制御装置及びアクチュエータによって達成される。したがって、光源は複雑になり、小型化が困難になる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の一つの形態によると、前方へ光を照射する光源を備えた可変焦点照明装置は、その光源からの光路中に、光源の前方でその光源に対して光軸方向に接近又は後退移動するように設けられた可動レンズと、光源の前方に設けられた固定レンズとを備えている。その固定レンズは可動レンズの前方にあるとよい。設計により、このレンズの組み合わせは、実際の光源の後方に光源の像を作る、そして、可動レンズの移動は、その像から前方に照射される光を合焦させる。単一レンズシステムと比較して、この二レンズシステムにおいては、焦点の所定の位置精度を達成するために要求される可動レンズの位置決め精度が一桁低くなる。
【０００７】
この発明の他の形態によると、可動レンズは、間隔を置いて対向する固定径の開口（光学開口）とともにユニットとして形成される。その照明装置は、前方に光を照射する光源と、その光源の前方でその光源に対して光軸方向に接近又は後退移動するように設けられた前述のユニットと、光源の前方に設けられた固定レンズとを備えている。可動レンズの移動により発光した光線の焦点を変化させるだけでなく、同時に開口が光源に対して接近又は後退移動することにより、通過した光が固定レンズに当たる最大角も変化する。この結果、特に効果的な焦点の制御ができる。固定径の開口と比較してビームウエストの径を減少させ、その結果、照明装置によって生成される光のスポットサイズをより小さくすることができるだけでなく、照明装置の全焦点範囲に亘ってスポットサイズの変動が少なくなる。さらに、より一定した照度が達成される。
【０００８】
この発明の前述の簡単な説明とさらなる目的や特徴及び利点は、添付図面を参照してこの発明の好適な実施例を詳細に説明することにより、より完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】典型的な従来のレーザビーム照明の概略図である。
【図２】周知の可変焦点レーザビーム照明装置を示す概略図である。
【図３】この発明による可変焦点照明装置の第１実施例の断面図である。
【図４】図２に示した可変焦点レーザビーム照明装置１０′のための可動レンズ２０の位置の関数として装置の焦点距離Ｆを示す線図である。
【図５】図３に示した照明装置３０のためのレーザダイオード３４と可動レンズ３８との間の距離の関数として装置の焦点距離を示す線図である。
【図６】図３の装置３０における光学パラメータの概要を示す図である。
【図７】この発明による可変焦点照明装置の第２実施例１３０の断面図である。
【図８】装置１３０におけるフレーム１５４の移動端位置における開口１５８の効果を示す概略図であり、（Ａ）はフレーム１５４が最も前方に位置した場合に関し、（Ｂ）はフレーム１５４が最も後方に位置した場合に関する。
【図９】開口からの距離の関数としてスポットサイズ（ビームウエスト径）を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
まず、図３はこの発明による可変焦点照明装置３０の第１実施例の断面図である。可変焦点照明装置３０は、ハウジング３２と、そのハウジングの後部に搭載されたレーザダイオード３４である光源と、そのハウジング３２のレーザダイオード３４より前方に設けられた第１のレンズである固定レンズ３６と、レーザダイオード３４と固定レンズ３６の間に設けられ、そのレーザダイオードに対して接近又は後退移動する第２のレンズである可動レンズ３８とを備えている。可動レンズ３８の移動は、以下でさらに詳述する線形アクチュエータによってなされる。
【００１１】
その作用において、レーザダイオード３４は固定レンズ３６及び可動レンズ３８に向けて前方に光を発光する。固定レンズ３６及び可動レンズ３８の協調動作によって、焦点の合ったビームが固定レンズ３６の前方に照射される。可動レンズ３８の移動は、照射したビームのビームウエストを移動させる。具体的には、可動レンズ３８がレーザダイオード３４に近付くにつれて、ビームウエストが前方に移動し、可変焦点照明装置３０の有効な焦点距離を増加させる。
【００１２】
レーザダイオード３４は波長が６５０ｎｍの光を生成するとよいが、他の波長の光でも使用できる。レーザダイオード３４は、前方に光を発光するように、ハウジング３２の後方における開口部３２ａに搭載される。
【００１３】
固定レンズ３６は、ハウジング３２内の内壁４０に搭載される、そして、内壁４０の開口部４０ａ内に突き出ている。固定レンズ３６は２．３３ｍｍの焦点距離を持ち、レーザダイオード３４から２．２８４ｍｍの固定距離に設けるとよい。しかし、これらの値は適用に応じて変更し得ることが分かるであろう。可動レンズ３８は、２０ｍｍの焦点距離を持つ球面レンズであって、レーザダイオード３４から１ｍｍ〜１．５ｍｍの距離の間で移動するように設けるとよい。しかし、適用に応じて他の焦点距離及び移動距離を用いてもよい。また、可動レンズ３８は、円筒状、凸面状、凹面状又は他のどのような形状のものとすることも考えられる。この構成によって、装置の焦点距離を１００ｍｍから８００ｍｍの間で変化させることができる。
【００１４】
一般的な円筒状の固定ヨーク４５が、後方に突き出すようにハウジング３２の内部に設けられる。スリーブ状の可動ヨーク５０が、ヨーク４５に沿ってその軸方向にスライド可能に、そのヨーク４５に装着されている。ヨーク５０の前端が、弾性支持体５２によってハウジング３２に装着されている。ヨーク５０の後方には、可動レンズ３８を支持するフレーム５４が設けらている。そして、フレーム５４は、弾性支持体５６によってハウジング３２に装着されている。弾性支持体５２及び５６は、可動ヨーク５０を固定ヨーク４５上でその軸方向にスライドできるように保持する。その結果、可動レンズ３８がレーザダイオード３４に対して接近又は後退する移動が可能になる。
【００１５】
線形アクチュエータは、ハウジング３２内に設けられた固定磁石６０とヨーク５０の周りに形成された電気コイル６５とによって構成される。当業者であれば、コイル６５に電流を流したときに誘起される磁界が磁石６０と相互作用して、可動ヨーク５０を固定ヨーク４５に沿って軸方向にスライドさせることが分かるであろう。コイル６５に流す電流の大きさと方向を制御することによって、レーザダイオード３４に対する可動レンズ３８の位置を制御するヨーク５０の位置を制御することができる。実際には、目標の距離が検知され、その目標の位置にビームウエストが位置するように可動レンズ３８の位置が制御される。
【００１６】
図４は、図２に示した可変焦点レーザビーム照明装置１０′のための可動レンズ２０の位置の関数として装置の焦点距離Ｆを示す線図である。図示のように、この線図における曲線は、可動レンズの略０．０５ｍｍの移動によって装置の焦点距離が１００ｍｍから８００ｍｍに変化する急勾配を示している。対照的に、図５は、図３に示した照明装置３０におけるレーザダイオード３４と可動レンズ３８との間の距離の関数として装置の焦点距離を示す線図である。図示のように、装置の焦点距離の１００ｍｍから８００ｍｍの変化が、可動レンズ３８の０．５ｍｍの距離に亘って達成されている。言い換えると、可動レンズ３８の移動量は、可動レンズ２０の移動量よりも一桁大きいことになる。つまり、仮にとびとびのステップ、例えば０．０５ｍｍステップで装置の焦点距離を制御したい場合、図２の装置１０′では、図３の装置３０よりも非常に制御が難しい。
【００１７】
好ましい実施例において、可動レンズ３８はレーザダイオード３４と固定レンズ３６との間に配置されるが、その構成は必須ではない。この発明では、固定レンズ３６がレーザダイオード３４と可動レンズ３８との間に配置されることも考えられる。
【００１８】
図６は装置３０の光学パラメータの概要を示す図である。固定レンズ３６と可動レンズ３８及びレーザダイオード３４の位置Ｏが示されている。この発明の二レンズシステムの一つの効果は、位置Ｏから距離ＳＩＦＴだけ後方にシフトした位置Ｏｉｍａｇに、レーザダイオード３４の像を生成することである。そのシフトされた像は、その後、可動レンズ３８の移動によって合焦される。実質的な動作は、図４の線図の特性における勾配のより少ない部分にシフトされ、図５の線図の特性にする。
【００１９】
図７は、この発明による可変焦点照明装置の第２実施例１３０の断面図である。装置１３０の殆どの要素は、装置３０の対応する要素と構成及び作用が同じであり、同一の参照符号が付されている。主な違いはフレーム１５４の構成であり、それは可動レンズ３８の後方に距離を置いて光学開口である開口１５８が一体に設けられている点で、フレーム５４と異なっていることである。好ましい実施例においては、この距離は０．３ｍｍで開口１５８の径は０．２５ｍｍである。しかし、当業者であれば、これらの値は適用に応じて変更し得ることが分かるであろう。その他の点では、種々の構成要素の距離、サイズ及び移動量は同じである。開口１５８を可動レンズ３８の前方に設置することや、固定レンズ３６をレーザダイオード３４とフレーム１５４との間に設置することもまた考えられる。
【００２０】
図８は、フレーム１５４の移動端な位置における開口１５８の効果を示す概略図である。図８の（Ａ）はフレーム１５４が最も前方に位置している。この位置では、開口１５８はダイオード３４から発光された光の大部分を遮光する。その結果、固定レンズ３６の前端における有効な開口径がφ１になる。一方、フレーム１５４が最も後方に位置している場合には、ダイオード３４から発光された光のより多くが開口１５８を通過し、φ１よりもかなり大きい有効な開口径φ１′になる。好ましい実施例においては、φ１は０．５ｍｍでφ１′は０．８ｍｍである。特定の適用に応じてこれらを変更してよいことが分かるであろう。しかしながら、有効な開口の増加に伴ってビームウエストの距離が増加することは明らかである。従って、目標に対して照射される光量が、目標の距離とともに望ましく増加し、より一定な照度をもたらす。
【００２１】
図９は、開口からの距離の関数としてスポットサイズ（ビームウエスト径）を示す線図である。理想的には、スポットサイズは曲線１１０によって示されるように、約０．２ｍｍであって、かつ距離によって変化しないのがよい。固定位置における開口では、曲線１２０によって示されるように、スポットサイズは、１００ｍｍにおいてはほぼ理想値と等しくなるものの、開口から５００ｍｍの距離では約０．７ｍｍに達するまで距離とともに直線的に増加する。図７に示した可動開口の装置においては、開口からの距離は、固定レンズ３６の前端における有効な開口から測定される。曲線１３０によって示されるように、スポットサイズは、固定レンズ３６から１００ｍｍにおいて理想値とほぼ等しくなり、曲線１２０よりもかなり低い変化率で距離の増加とともに直線的に増加する。実質的に、可動開口を用いると平均スポットサイズが減少し、そのスポットサイズが距離とともに徐々に大きくなる。
【００２２】
この発明の好ましい実施例を説明のために開示してきたが、当業者であれば、特許請求の範囲によって規定されるこの発明の範囲及び精神から逸脱することなく、種々の追加、変更および置き換えが可能なことが分かるであろう。
【手続補正２】
【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】
前方に光を照射する光源と、
照射された前記光の光路中の固定位置に設けた第１のレンズと、
照射された前記光の光路中に、前記光源に対して接近又は後退するように設けた第２のレンズとを備え、
前記第１及び第２のレンズが、前記光源の後方に該光源の像を生成し、その像が前記第２のレンズの位置とともに位置が変化するビームウエストを伴って装置の前方へ光を照射するように構成されている光学照明装置。
【請求項２】
前記光源が、レーザ光として規定される範囲の波長の光を発光する請求項１に記載の光学照明装置。
【請求項３】
前記光源が、略６５０ｎｍの波長をもつ光を発光する請求項２に記載の光学照明装置。
【請求項４】
前記第２のレンズが、前記光源と前記第１のレンズとの中間に設けられた請求項１から３のいずれか一項に記載の光学照明装置。
【請求項５】
前記第２のレンズが、前記光源から略１ｍｍの距離から略１．５ｍｍの距離まで移動できるように搭載された請求項４に記載の光学照明装置。
【請求項６】
前記第１のレンズが、前記光源から略２．２８４ｍｍの距離に搭載された請求項４に記載の光学照明装置。
【請求項７】
前記第１のレンズが、略２．３３ｍｍの焦点距離をもつ請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学照明装置。
【請求項８】
前記第２のレンズが、略２０ｍｍの焦点距離をもつ請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学照明装置。
【請求項９】
前記第２のレンズが、前記光源に対して略０．５ｍｍの距離に亘って移動できるように搭載された請求項１から８のいずれか一項に記載の光学照明装置。
【請求項１０】
前方に光を照射する光源と、
照射された前記光の光路中の固定位置に設けた第１のレンズと、
照射された前記光の光路中に、前記光源に対して接近又は後退するように設けた第２のレンズとを備え、
前記第２のレンズとともに移動し、該第２のレンズに間隔を置いて対向して設けられる光学開口を規定する手段を設けた光学照明装置。
【請求項１１】
前記開口が、前記第２のレンズと前記光源との間に設けられた請求項１０に記載の光学照明装置。
【請求項１２】
前記光源が、レーザ光として規定される波長の範囲内の光を発光する請求項１０に記載の光学照明装置。
【請求項１３】
前記光源が、略６５０ｎｍの波長をもつ光を発光する請求項１２に記載の光学照明装置。
【請求項１４】
前記開口が、前記第２のレンズから略０．３ｍｍの距離に設けられた請求項１２又は１３に記載の光学照明装置。
【請求項１５】
前記開口部が、略０．２５ｍｍの径をもつ請求項１２又は１３に記載の光学照明装置。
【請求項１６】
前方に光を照射する光源と、前記光の光路中の固定位置に設けられた第１のレンズと、前記光の光路中に前記光源に接近又は後退するように設けられた第２のレンズとを備えた光学照明装置を、目標に対して動作させる方法であって、
前記目標までの距離を検知し、前記光学照明装置の焦点距離がその検知した前記目標までの距離と略等しくなるように、前記第２のレンズを移動させ、
前記第１及び第２のレンズが、前記光源の後方に該光源の像を生成し、その像が前記第２のレンズの位置とともに位置が変化するビームウエストを伴って前方へ光を照射することを特徴とする光学照明装置の動作方法。
【請求項１７】
前方に光を照射する光源と、前記光の光路中の固定位置に設けられた第１のレンズと、前記光の光路中に前記光源に接近又は後退するように設けられた第２のレンズとを備えた光学照明装置を、目標に対して動作させる方法であって、
前記目標までの距離を検知し、前記光学照明装置の焦点距離がその検知した前記目標までの距離と略等しくなるように、前記第２のレンズを移動させ、
該第２のレンズに間隔を置いて対向して設けられた光学開口を前記第２のレンズとともに移動させることを特徴とする光学照明装置の動作方法。
【請求項１８】
光源の前方に固定レンズを搭載し、光軸を有する可動レンズと光学開口とを互いに空間的に固定された関係で設置し、前記光軸に沿って前記可動レンズと前記開口とを前記光軸に沿って一緒に動かすことからなる光学照明装置の動作方法。
【請求項１９】
前記光学開口と前記可動レンズとを一緒に動かすのは、電磁場を付与することからなる請求項１８に記載の光学照明装置の動作方法。
【国際調査報告】
2012502349.tif 000012
2012502349.tif 000013