JP2007179823A - Line illuminator and line illumination method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ライン照明装置およびライン照明方法 The present invention relates to a line illumination device and a line illumination method.
ライン状の照明光は、物体の寸法測定、物体表面の傷の検査、物体の色識別、物体の欠陥検査あるいはスキャナー用の走査光などに広く利用されている。
ライン状の照明光を実現するのに、従来、LED等の安価な微小光源を「線上に複数個配列」する方法が知られているが、配列される複数の微小光源の「発光強度のバラツキ」がライン状の照明光の強度分布(シェーディング)を劣化させるので、発光強度の揃った微小光源を選別する必要があり、微小光源の選別が面倒である。
Line-shaped illumination light is widely used for measuring dimensions of an object, inspecting an object surface for scratches, identifying the color of an object, inspecting an object for defects, or scanning light for a scanner.
In order to realize line-shaped illumination light, conventionally, there is known a method of “arranging a plurality of inexpensive light sources such as LEDs” on a line. ”Degrades the intensity distribution (shading) of the line-shaped illumination light, so it is necessary to select a micro light source with uniform light emission intensity, and the selection of the micro light source is troublesome.
また、単一の光源を用いてライン状の照明光を実現する方法として、光源からの光を光ファイバ束に通し、光ファイバ束の光射出端部側を密接してライン状に配列し、光ファイバ束から射出する光をシリンドリカルレンズや鋸歯状の集光レンズを用いてライン状に結像させる方法が特許文献1に開示されている。
Moreover, as a method of realizing line-shaped illumination light using a single light source, the light from the light source is passed through the optical fiber bundle, the light emission end side of the optical fiber bundle is closely arranged in a line shape,
この発明は、従来に無い新規なライン照明装置およびライン照明方法の実現を課題とする。 This invention makes it a subject to implement | achieve the novel line illumination apparatus and line illumination method which are not in the past.
この発明のライン照明装置は「ライン状の照明光を生成する装置」であって、単一の光源と、1以上の共軸レンズと、シリンドリカルレンズアレイとを有する(請求項1)。 The line illumination device according to the present invention is a “device for generating line-shaped illumination light”, and includes a single light source, one or more coaxial lenses, and a cylindrical lens array.
「単一の光源」は、発散性の光束を放射する。
「1以上の共軸レンズ」の個々は光軸対称なレンズである。共軸レンズが2以上ある場合、これらは同一光軸上に配置される。
「シリンドリカルレンズアレイ」は、複数のシリンドリカルレンズをアレイ配列してなる。
A “single light source” emits a divergent light beam.
Each of the “one or more coaxial lenses” is an optical axis symmetric lens. When there are two or more coaxial lenses, these are arranged on the same optical axis.
The “cylindrical lens array” is formed by arraying a plurality of cylindrical lenses.
単一の光源から放射される光束は、1以上の共軸レンズとシリンドリカルレンズアレイとにより「1以上のライン像に結像」される。
「ライン像」は「ライン状の照明光」となる像である。
A light beam emitted from a single light source is “formed into one or more line images” by one or more coaxial lenses and a cylindrical lens array.
The “line image” is an image that becomes “line-shaped illumination light”.
請求項1記載のライン照明装置の「シリンドリカルレンズアレイの個々のシリンドリカルレンズ」は、パワー方向において非円弧形状(非球面形状の光軸を含む断面内のプロファイル形状)をなすことが好ましい(請求項2)。
「パワー方向」はシリンドリカルレンズ面のパワーの最大の方向、即ち、最大曲率を持つ方向であり、上記シリンドリカルレンズ面の母線と光軸とに直交する方向である。
The “individual cylindrical lens of the cylindrical lens array” of the line illumination device according to claim 1 preferably has a non-arc shape (profile shape in a cross section including an aspherical optical axis) in the power direction. 2).
The “power direction” is the maximum power direction of the cylindrical lens surface, that is, the direction having the maximum curvature, and is the direction orthogonal to the generatrix of the cylindrical lens surface and the optical axis.
請求項1または2記載のライン照明装置において、1以上の共軸レンズは、1以上の非球面を含むことが好ましい(請求項3)。
The line illumination device according to
請求項1〜3の任意の1に記載のライン照明装置においては、1以上の共軸レンズを光源側に、シリンドリカルレンズアレイを像側に配置するのが好ましい(請求項4)が、これに限らず、シリンドリカルレンズアレイを光源側に配しても良く、共軸レンズが複数ある場合には、シリンドリカルレンズアレイが共軸レンズ間に位置するようにしても良い。
In the line illumination device according to any one of
請求項1〜4の任意の1記載のライン照明装置は、シリンドリカルレンズアレイを「シリンドリカルレンズがパワー方向へ1列に配列した構成」のものとすることができ、光源からの光束を単一のライン像に結像させる構成とすることができる(請求項5)。
The line illuminating device according to any one of
請求項1〜4の任意の1に記載のライン照明装置はまた、シリンドリカルレンズアレイが複数のアレイ領域を有し、アレイ領域ごとに、シリンドリカルレンズの配列方向が異なる構成とすることができる(請求項6)。この場合には、光源からの光束を、アレイ領域ごとにライン像に結像させることができ「互いに方向の異なる複数のライン像」を得ることができる。
In the line illumination device according to any one of
上記請求項1〜6の任意の1に記載のライン照明装置における「単一の光源」には特に制限が無いが、安価で取り扱いが容易であり、発光強度の変更も容易であり、実質的な点光源を実現できることからLDもしくはLED、または単一光ファイバ(1本の光ファイバ)の出力端面(光ファイバを伝搬する光が射出する端面)が好適である(請求項7)。単一光ファイバの出力端面から射出する光は、LDもしくはLEDからの光を伝搬したものでもよく、この場合、2以上のLDや2以上のLEDからの光を単一の光束として合成した光でもよい。 Although there is no restriction | limiting in particular in the "single light source" in the line illuminating device of any one of the said Claims 1-6, it is cheap, it is easy to handle, and the change of emitted light intensity is also easy, and it is substantially An LD or LED, or an output end face of a single optical fiber (one optical fiber) (an end face from which light propagating through the optical fiber is emitted) is preferable. The light emitted from the output end face of the single optical fiber may be the light propagated from the LD or LED. In this case, the light synthesized from two or more LDs or two or more LEDs as a single light beam. But you can.
この発明のライン照明方法は、上記請求項1〜7の任意の1に記載のライン照明装置を用いる照明方法である(請求項8)。
The line illumination method according to the present invention is an illumination method using the line illumination device according to any one of
若干説明を補足する。説明の具体性のために請求項5の場合、即ち、シリンドリカルレンズアレイが「シリンドリカルレンズがパワー方向へ1列に配列した構成」のものである場合を例にとる。シリンドリカルレンズアレイを構成するシリンドリカルレンズの数をn個とすると、これらn個のシリンドリカルレンズは、互いに母線方向を平行にして、母線と光軸とに直交するパワー方向へ密接して配列される。
Some supplementary explanation. For the sake of concreteness of explanation, the case of
この場合、1以上の共軸レンズとシリンドリカルレンズアレイとによる光学系は「1以上の共軸レンズと個々のシリンドリカルレンズの組み合わせごと」に別個の結像光学系を構成する。即ち、1以上の共軸レンズと個々のシリンドリカルレンズとの組み合わせにより、n組の別個の結像光学系が構成される。 In this case, an optical system including one or more coaxial lenses and a cylindrical lens array constitutes a separate imaging optical system for each “combination of one or more coaxial lenses and individual cylindrical lenses”. That is, n sets of separate image-forming optical systems are configured by a combination of one or more coaxial lenses and individual cylindrical lenses.
シリンドリカルレンズは母線方向にはパワーを持たないので、単一の光源から放射された光束は、シリンドリカルレンズアレイにおける「シリンドリカルレンズの母線方向」においては、1以上の共軸レンズのみによって集光される。 Since the cylindrical lens has no power in the generatrix direction, the light beam emitted from a single light source is condensed by only one or more coaxial lenses in the “cylindrical lens generatrix direction” in the cylindrical lens array. .
一方、シリンドリカルレンズの母線と光軸とに直交するパワー方向においては、1以上の共軸レンズと個々のシリンドリカルレンズの組み合わせによる個別の結像作用が作用するが、この「1以上の共軸レンズと個々のシリンドリカルレンズとの個別の結像作用」を、光源からの光束が「シリンドリカルレンズのパワー方向に長く伸びる」ように設定するのである。そうすると、1以上の共軸レンズと個々のシリンドリカルレンズとの個別の結像作用により、光源からの光束は個々のシリンドリカルレンズに応じて「シリンドリカルレンズのパワー方向に長いライン状の像」として結像することになる。 On the other hand, in the power direction orthogonal to the generatrix and the optical axis of the cylindrical lens, an individual imaging action by the combination of one or more coaxial lenses and individual cylindrical lenses acts. This “one or more coaxial lenses” And “individual image forming action between the individual cylindrical lenses” are set so that the light beam from the light source “extends in the power direction of the cylindrical lens long”. Then, due to the individual imaging action of the one or more coaxial lenses and the individual cylindrical lenses, the light flux from the light source is imaged as “a linear image long in the power direction of the cylindrical lens” according to the individual cylindrical lenses. Will do.
このように「ライン状の像」は個々のシリンドリカルレンズに応じて結像するので「n個のライン状の像」が結像するが、これらn個の「ライン状の像」は長さ方向においては同一直線状にあるので、「n個のライン状の像」が長さ方向において互いに重なりあうように上記結像作用を設定する。このようにして「n個のライン状の像」が長さ方向に互いに重畳して「ライン像」を構成する。 In this way, the “line images” are formed according to the individual cylindrical lenses, so that “n line images” are formed. These n “line images” are in the length direction. In FIG. 4, the image forming action is set so that “n line-shaped images” overlap each other in the length direction. In this way, “n line-shaped images” are superimposed on each other in the length direction to form a “line image”.
単一の光源から放射される光束は発散性であり「光束光軸からの角度」により強度が異なる。個々のシリンドリカルレンズの結像に関与するのは、光束光軸からの角度が「ある範囲内にある光束部分」であり、この部分の光強度は光束部分ごとに異なるし、また、1つの光束部分の中でも異なる。 A light beam emitted from a single light source is divergent, and its intensity varies depending on the “angle from the light beam optical axis”. It is the light beam portion whose angle from the light beam optical axis is “within a certain range” that is involved in the image formation of each cylindrical lens, and the light intensity of this portion differs for each light beam portion, and one light beam Different in the part.
従って、1個のシリンドリカルレンズが結像に関与した「ライン状の像」は、個々にその強度が異なるのみならず、ライン長さ方向においても一般に光強度が変化する。しかしながら、これらn個の「ライン状の像」を互いに長手方向に重ね合わせて結像させると、「個々のライン状の像における光強度の不均一」が全体として均され、ライン状の像の重ね合わせにより得られる「ライン像」は長手方向に強度の一様な線状の像となる。この点に関しては、具体的な実施例に即して説明する。 Accordingly, the “line-shaped image” in which one cylindrical lens is involved in image formation not only differs in intensity but also generally changes in light intensity in the line length direction. However, when these n “line-shaped images” are superimposed on each other in the longitudinal direction, the “non-uniformity of light intensity in each line-shaped image” is averaged as a whole. A “line image” obtained by superposition becomes a linear image having a uniform intensity in the longitudinal direction. This point will be described with reference to a specific embodiment.
この発明によれば、新規なライン照明装置およびライン照明方法を実現できる。この発明のライン照明装置は、単一の光源を用いるので、LED等を複数個配列する方法と異なり「発光強度の揃った微小光源を選別」する面倒がない。 According to the present invention, a novel line illumination device and line illumination method can be realized. Since the line illumination device of the present invention uses a single light source, unlike the method of arranging a plurality of LEDs and the like, there is no trouble of “selecting a micro light source with uniform emission intensity”.
また、単一の光源と1以上の共軸レンズとシリンドリカルレンズアレイとにより構成できるので、構成が簡素で組み付けも容易であり、部品点数も比較的少ないため低コストで実現でき、可動部を含まないので環境に対する信頼性が高い。 In addition, since it can be configured with a single light source, one or more coaxial lenses, and a cylindrical lens array, the configuration is simple and easy to assemble, and the number of components is relatively small, so it can be realized at low cost and includes moving parts. There is no reliability in the environment.
以下、実施の形態を説明する。
図1は、ライン照明装置の実施の1形態を説明するための図である。
図において、符号1は光源、符号2は共軸レンズ、符号3はシリンドリカルレンズアレイを示している。図の如く、共軸レンズ2の光軸方向に平行にZ方向を定め、図1(a)の上下方向をX方向、図1(b)の上下方向をY方向として、直交3方向を定義する。
光源1は、単一光ファイバ即ち、1本の光ファイバの出力端面である。
Hereinafter, embodiments will be described.
FIG. 1 is a diagram for explaining one embodiment of a line illumination device.
In the figure,
The
図1(a)は、上下方向であるX方向が、シリンドリカルレンズアレイ3におけるシリンドリカルレンズ3−1、3−2、・・3−i、・・の配列方向(シリンドリカルレンズ3−iの母線と光軸とに直交するパワー方向)であり、図1(b)は、シリンドリカルレンズの母線方向に平行なY方向の様子を示している。 In FIG. 1A, the X direction, which is the vertical direction, indicates the arrangement direction of the cylindrical lenses 3-1, 3-2,... 3-i,. 1 (b) shows a state in the Y direction parallel to the generatrix direction of the cylindrical lens.
シリンドリカルレンズ3を構成する各シリンドリカルレンズ3−i(i=1、2、・・・)は、母線方向にはパワーを持たないので、図1(b)に示すように、光源1からの発散性の光束はY方向においては「共軸レンズ2のみの結像作用」により、結像位置Pに結像する。
Since each cylindrical lens 3-i (i = 1, 2,...) Constituting the
一方、シリンドリカルレンズ3−iの配列方向であるX方向においては、光源1からの光束は共軸レンズ2により集光光束に変換されてシリンドリカルレンズアレイ3に入射するが、シリンドリカルレンズ3−iに入射する光束部分は、共軸レンズ2の光学作用とシリンドリカルレンズ3−iの光学作用とを受け、図1(a)のX方向に「光束断面」を伸ばされる。そして、Y方向の結像位置Pにおいて、X方向に長いライン像LIとして結像する。ライン像LIは、共軸レンズ2と個々のシリンドリカルレンズ3−iの結像作用による前述の「ライン状の像」が重畳されたものである。
On the other hand, in the X direction, which is the arrangement direction of the cylindrical lenses 3-i, the light beam from the
このようにして得られるライン像LIは「像長さ方向(X方向)の光強度の分布」が均一に近いものとなる。この光強度均一化の作用を、図2を参照して説明する。
図2(a)、(b)の最上の図は、共軸レンズ2を透過してシリンドリカルレンズアレイ3に入射するときの光強度分布の代表的な2例を示している。図2(a)に示すのは単純な一山型の分布であり、以下このタイプの分布を「凸型」と呼ぶ。図2(b)に示すのは2山型の分布であり、以下このタイプの分布を「凹型」と呼ぶ。
The line image LI obtained in this way has a “light intensity distribution in the image length direction (X direction)” that is nearly uniform. The effect of this uniform light intensity will be described with reference to FIG.
2A and 2B show two typical examples of the light intensity distribution when the light passes through the
図2(a)のように、凸型の分布を持つ光束がシリンドリカルレンズアレイに入射すると、シリンドリカルレンズ3−iの作用を個別に受けるが、シリンドリカルレンズ3−i(i=1、2、・・)は、入射する光束部分をX方向(図の左右方向)に引き伸ばし、ライン状の像L11、・・L1i、・・を結像する。図2(a)に図示されているライン状の像はL11、L1iの2つのみであるが、シリンドリカルレンズ3−iごとに「ライン状の像」が形成される。
図2(a)の中段において、符号L1i(i=1、2、・・)で示すのは、ライン状の像L1iの光強度の分布であり上下方向が光強度に対応する。
As shown in FIG. 2 (a), when a light beam having a convex distribution is incident on the cylindrical lens array, the cylindrical lens 3-i is individually affected by the cylindrical lens 3-i (i = 1, 2,... ·) Extends the incident light beam portion in the X direction (left and right direction in the figure) to form line-shaped images L11, ··· L1i, ···. Although only two line images L11 and L1i are shown in FIG. 2A, a “line image” is formed for each cylindrical lens 3-i.
In the middle part of FIG. 2A, what is indicated by a symbol L1i (i = 1, 2,...) Is a light intensity distribution of the line-shaped image L1i, and the vertical direction corresponds to the light intensity.
これらのライン状の像L1i(i=1、2、・・)が互いに重畳して、図1に示すライン像LIを構成する。このとき、個々のライン状の像L1i(i=1、2、・・)の光強度は像長手方向(X方向)に均一ではないが、凸型の分布が「X方向に対称な分布」であるので、ライン状のある像L1iに対して、長手方向の光強度分布が逆になる像が存在することになり、従って、ライン状の像L1iの全てが重畳して形成されるライン像LIの光強度分布は、図2(a)最下段に示すように長手方向(X方向)に均一化される。 These line-shaped images L1i (i = 1, 2,...) Overlap each other to form the line image LI shown in FIG. At this time, the light intensity of each line-shaped image L1i (i = 1, 2,...) Is not uniform in the image longitudinal direction (X direction), but the convex distribution is “a distribution that is symmetric in the X direction”. Therefore, there is an image in which the light intensity distribution in the longitudinal direction is reversed with respect to the line-shaped image L1i. Therefore, the line image formed by superimposing all the line-shaped images L1i. The light intensity distribution of LI is made uniform in the longitudinal direction (X direction) as shown in the lowermost part of FIG.
図2(b)のように、凹型の分布を持つ光束がシリンドリカルレンズアレイに入射すると、シリンドリカルレンズ3−iの作用を個別に受けるが、シリンドリカルレンズ3−i(i=1、2、・・)は、入射する光束部分をX方向(図の左右方向)に引き伸ばし、ライン状の像L21、・・L2i、・・を結像する。図2(a)に図示されているライン状の像はL11、L1iの2つのみであるが、シリンドリカルレンズ3−iごとにライン状の像が形成される。
図2の中段において、符号L2i(i=1、2、・・・)で示すのは、ライン状の像L2iの光強度の分布であり、上下方向が光強度に対応する。
As shown in FIG. 2 (b), when a light beam having a concave distribution is incident on the cylindrical lens array, the cylindrical lens 3-i is individually affected by the cylindrical lens 3-i (i = 1, 2,...). ) Stretches the incident light beam portion in the X direction (left-right direction in the figure) to form line-shaped images L21,... L2i,. Although only two line images L11 and L1i are illustrated in FIG. 2A, a line image is formed for each cylindrical lens 3-i.
In the middle part of FIG. 2, a symbol L2i (i = 1, 2,...) Indicates a light intensity distribution of the line-shaped image L2i, and the vertical direction corresponds to the light intensity.
これらライン状の像L2i(i=1、2、・・)が互いに重畳して、図1に示すライン像LIを構成する。このとき、個々のライン状の像L2i(i=1、2、・・)の光強度は像長手方向(X方向)に均一ではないが、凹型の分布が「X方向に対称な分布」であるので、ライン状のある像L2iに対して、長手方向の光強度分布が逆になる像が存在することになり、従って、ライン状の像L2iの全てが重畳して形成されるライン像LIの光強度分布は、図2(b)最下段に示すように長手方向に均一化される。 These line-shaped images L2i (i = 1, 2,...) Are superimposed on each other to form a line image LI shown in FIG. At this time, the light intensity of each line-shaped image L2i (i = 1, 2,...) Is not uniform in the longitudinal direction of the image (X direction), but the concave distribution is “a distribution that is symmetric in the X direction”. Therefore, there exists an image having a light intensity distribution in the longitudinal direction opposite to the image L2i having a line shape. Therefore, the line image LI formed by superimposing all the line-shaped images L2i. The light intensity distribution is made uniform in the longitudinal direction as shown in the lowermost part of FIG.
上の説明は、シリンドリカルレンズアレイに入射する光束のX方向の光強度分布が、X方向に対称な形状である場合の説明であるが、光強度分布がこのような対称性を持たない任意の分布の場合は、シリンドリカルレンズアレイを構成するシリンドリカルレンズの数を大きくし、各シリンドリカルレンズに入射する光束のX方向の光強度が、個々のシリンドリカルレンズ内では実質的に一定になるようにする。 The above explanation is for the case where the light intensity distribution in the X direction of the light beam incident on the cylindrical lens array has a symmetric shape in the X direction, but the light intensity distribution is not an arbitrary one having such symmetry. In the case of distribution, the number of cylindrical lenses constituting the cylindrical lens array is increased so that the light intensity in the X direction of the light beam incident on each cylindrical lens is substantially constant in each cylindrical lens.
このようにすると「各シリンドリカルレンズによるライン状の像」は、互いに光強度は異なるが、各像の内部では光強度がX方向に略一定となる。従って、これらを重畳させることにより、シリンドリカルレンズアレイへの入射光束がX方向にどのような分布を持っていても「長手方向に均一な光強度を持つライン像LI」を実現できる。 In this case, the “line-shaped images by the respective cylindrical lenses” have different light intensities, but the light intensity is substantially constant in the X direction inside each image. Therefore, by superimposing these, a “line image LI having a uniform light intensity in the longitudinal direction” can be realized regardless of the distribution of the incident light beam to the cylindrical lens array in the X direction.
以下、具体的なシミュレーションの結果を実施例として示す。
図1に示す実施の形態において、光源1として「単一光ファイバの出力端面」を用い、光源1から1m離れた位置に長さ:800mm、幅:3.5mmのライン像を形成する場合を想定した。
Hereinafter, specific simulation results are shown as examples.
In the embodiment shown in FIG. 1, a case where a “single optical fiber output end face” is used as the
実施例1
共軸レンズ2を平凸レンズとし、凸面を光源側に向けた。
共軸レンズ2の凸面は、曲率半径:64.18677mmの球面とした。レンズ肉厚は10mmである。レンズ径は60mmである。
シリンドリカルレンズアレイ3は、6個の「平凸のシリンドリカルレンズ」をX方向へ配列した構成とし、凸面を光源側に向けた。
Example 1
The
The convex surface of the
The
各シリンドリカルレンズの凸面は、X方向の曲率半径:13.0mmで、レンズ肉厚は13mmである。シリンドリカルレンズ1つあたりの幅は10mm、長さは60mmであり、シリンドリカルレンズアレイ3としての大きさは60mm×60mmである。
材質は、共軸レンズ2、シリンドリカルレンズアレイ3とも、日本ゼオン社の「ZEONEX 330r(商品名)」である。
The convex surface of each cylindrical lens has a curvature radius in the X direction of 13.0 mm and a lens thickness of 13 mm. The width per cylindrical lens is 10 mm and the length is 60 mm, and the size of the
The materials of both the
これら共軸レンズ2と、シリンドリカルレンズアレイ3とを、光源1の発光源(光ファイバの出力端面)とライン像LIとの間隔が1mmで、ライン像LIの長さが800mm、幅が3.5mmとなるように、共軸レンズ2とシリンドリカルレンズアレイ3の位置関係を最適化した。
The
光源1である「単一光ファイバの出力端面」におけるX方向の発光強度の角度分布として、図3(a)に示す「凹型の分布」と、図3(b)に示す「凸形の分布」を設定した。
As the angular distribution of the emission intensity in the X direction at the “output end face of the single optical fiber” that is the
実施例1においては、凹型の分布について、ライン像LIの光強度分布をシミュレーションにより調べた。図4はその結果である。結像されたライン像LIの光強度分布は、長手方向(X方向)において図4(a)に示す如くであり、幅方向(Y方向)において図4(b)に示す如くである。縦軸の光強度は最大強度を1に規格化した値である。 In Example 1, for the concave distribution, the light intensity distribution of the line image LI was examined by simulation. FIG. 4 shows the result. The light intensity distribution of the formed line image LI is as shown in FIG. 4A in the longitudinal direction (X direction) and as shown in FIG. 4B in the width direction (Y direction). The light intensity on the vertical axis is a value obtained by standardizing the maximum intensity to 1.
図4の結果から「長さ:800mmに亘り光強度が略一定(0.8〜1.0)で、幅:3.5mmの範囲内で0.3以上の光強度を持つライン像」が結像されることが分かる。 From the result of FIG. 4, a “line image having a light intensity of approximately constant (0.8 to 1.0) over a length of 800 mm and a light intensity of 0.3 or more within a width of 3.5 mm” is obtained. It can be seen that an image is formed.
実施例2
実施例1において、共軸レンズ2の凸面を非球面化し、さらに、シリンドリカルレンズアレイの各シリンドリカルレンズ面を非円弧形状とした。
非球面あるいは非円弧の形状は、円錐定数:kと「4次の非球面係数」:Aを用いる周知の非球面形状(非円弧形状)とした。
Example 2
In Example 1, the convex surface of the
The shape of the aspherical surface or noncircular arc was a known aspherical shape (noncircular arc shape) using a conic constant: k and a “fourth-order aspheric coefficient”: A.
共軸レンズ2は、近軸曲率半径:64.18677mm、円錐定数:k=−0.67457、非球面係数:A=−0.67425の形状とした。レンズ肉厚は10mmである。シリンドリカルレンズ3−iのレンズ面は、近軸曲率半径:13.0mm、円錐定数:k=−1とした。レンズ肉厚は10mmである。
The
このとき、図3(a)に示す[凹型の分布]に対するライン像LIの光強度分布は、長手方向(X方向)につき図5(a)、幅方向(Y方向)につき図5(b)に示す如くである。また、図3(b)に示す如き「凸型の分布」に対するライン像LIの光強度分布は、長手方向(X方向)につき図6(a)、幅方向(Y方向)につき図6(b)に示す如くである。 At this time, the light intensity distribution of the line image LI with respect to the [concave distribution] shown in FIG. 3A is shown in FIG. 5A for the longitudinal direction (X direction) and FIG. 5B for the width direction (Y direction). As shown in Further, the light intensity distribution of the line image LI with respect to the “convex distribution” as shown in FIG. 3B is shown in FIG. 6A for the longitudinal direction (X direction) and FIG. 6B for the width direction (Y direction). ).
これら図5、図6から、実施例2においては、長手方向の800mmに亘って極めて均一性が高く、幅方向においても十分に集光した「良好なライン像」が得られることが分かる。図5、図6の結果を、図4の結果と対比すると、共軸レンズのレンズ面に非球面を採用し、シリンドリカルレンズに非円弧形状を採用することの効果が明確に理解される。 5 and 6, it can be seen that in Example 2, a “good line image” having extremely high uniformity over the longitudinal direction of 800 mm and sufficiently condensed in the width direction can be obtained. Comparing the results of FIGS. 5 and 6 with the results of FIG. 4, the effect of adopting an aspherical surface for the lens surface of the coaxial lens and an aspherical shape for the cylindrical lens is clearly understood.
なお、実施例1において、共軸レンズ2の凸面のみを実施例2のように非球面化した場合、ライン像LIの光強度分布は長手方向(X方向)に付いては、入射光束の分布が凹型の場合は図4(a)の如くであり、幅方向(Y方向)の光強度分布は図5(b)の如くである。即ち、ライン像LIの光強度の「X方向の分布」はシリンドリカルレンズのレンズ面形状が影響し、「Y方向の分布」には共軸レンズ2のレンズ面形状が影響するのであり、これらは互いに独立している。
In Example 1, when only the convex surface of the
また、図5、図6の場合を対比すると、これらの間には「光源における光強度の角度分布」が凹型か凸型かの差があるが、これら分布の差異にかかわらず、X、Y方向とも光強度分布は同一である。 5 and FIG. 6, there is a difference between the “angle distribution of the light intensity in the light source” between the concave and convex types. The light intensity distribution is the same in both directions.
即ち、共軸レンズのレンズ面を非球面化し、シリンドリカルレンズのレンズ面を非円弧化すると、光源における光強度の角度分布にかかわらず、良好なライン像を得ることができる。 That is, when the lens surface of the coaxial lens is aspherical and the lens surface of the cylindrical lens is aspherical, a good line image can be obtained regardless of the angular distribution of the light intensity at the light source.
上に実施の形態を説明したライン照明装置およびその実施例1は、ライン状の照明光を生成する装置であって、発散性の光束を放射する単一の光源1と、共軸レンズ2と、複数のシリンドリカルレンズ3−i(i=1、2、・・)をアレイ配列してなるシリンドリカルレンズアレイ3とを有し、1以上の共軸レンズ2とシリンドリカルレンズアレイ3により、単一の光源1からの発散性の光束をライン像LIに結像させるライン照明装置(請求項1)である。
The line illuminating device described in the embodiment and the example 1 thereof are devices that generate line-shaped illumination light, and include a single
また、実施例2は、シリンドリカルレンズアレイ3の個々のシリンドリカルレンズ3−i(i=1、2、・・)が、レンズ配列方向であるパワー方向(X方向)において非円弧形状をなし(請求項2)、共軸レンズ2おける光源側のレンズ面が非球面形状である(請求項3)。また、実施例1、2とも、共軸レンズ2が光源1側に配置され、シリンドリカルレンズアレイ3が像LI側に配置されている(請求項4)。
In the second embodiment, each cylindrical lens 3-i (i = 1, 2,...) Of the
さらに、シリンドリカルレンズアレイ3は、シリンドリカルレンズ3−i(i=1、2、・・)をパワー方向(X方向)へ1列に配列してなり、光源1からの光束を単一のライン像LIに結像させる(請求項5)。そして、単一の光源1は「単一光ファイバの出力端面」である(請求項7)。
Further, the
従って、上記実施の形態、実施例1、2のライン照明装置を用いることにより良好なライン像によるライン照明方法(請求項8)を実施できる。 Therefore, the line illumination method (claim 8) with a good line image can be implemented by using the line illumination device of the above embodiment and Examples 1 and 2.
上には、シリンドリカルレンズアレイにおけるシリンドリカルレンズを「X方向にパワーを持つ凸シリンドリカル面」とした場合を説明したが、シリンドリカルレンズ面の形態はこれに限らず種々のものが許容される。いくつか例を挙げると、図7(a)に示すように、凹シリンドリカルレンズによるシリンドリカルレンズアレイ71や、凸シリンドリカルレンズと凹シリンドリカルレンズとを組み合わせたシリンドリカルレンズアレイ72等が可能である。
The case where the cylindrical lens in the cylindrical lens array is a “convex cylindrical surface having power in the X direction” has been described above, but various forms of cylindrical lens surfaces are allowed. To give some examples, as shown in FIG. 7A, a
また、シリンドリカルレンズアレイに、図7(c)のように、2つアレイ領域を設け、各アレイ領域に「母線が互いに直交する方向を向いた2種のシリンドリカルレンズ71A、71B」をアレイ配列することもできる(請求項6)。この場合には、互いに直交するライン像を結像させることができる。このように母線方向が異なる複数種のシリンドリカルレンズ面を配列形成することにより「く字状」、「L字状」、「*印状」等のライン像を照明光として生成できる。
In addition, as shown in FIG. 7C, the cylindrical lens array is provided with two array regions, and “two types of
1 光源
2 共軸レンズ
3 シリンドリカルレンズアレイ
LI ライン像
P 結像位置
DESCRIPTION OF
Claims (8)
発散性の光束を放射する単一の光源と、
1以上の共軸レンズと、
複数のシリンドリカルレンズをアレイ配列してなるシリンドリカルレンズアレイとを有し、
上記1以上の共軸レンズとシリンドリカルレンズアレイにより、上記単一の光源からの発散性の光束を1以上のライン像に結像させることを特徴とするライン照明装置。 An apparatus for generating line-shaped illumination light,
A single light source that emits a divergent light beam;
One or more coaxial lenses;
A cylindrical lens array formed by arraying a plurality of cylindrical lenses;
A line illumination device, wherein the divergent light beam from the single light source is formed into one or more line images by the one or more coaxial lenses and a cylindrical lens array.
シリンドリカルレンズアレイの個々のシリンドリカルレンズが、パワー方向において非円弧形状をなすことを特徴とするライン照明装置。 The line lighting device according to claim 1, wherein
A line illumination device characterized in that each cylindrical lens of the cylindrical lens array has a non-arc shape in the power direction.
1以上の共軸レンズにおける1以上のレンズ面が非球面であることを特徴とするライン照明装置。 The line illumination device according to claim 1 or 2,
A line illumination device, wherein one or more lens surfaces of one or more coaxial lenses are aspherical.
1以上の共軸レンズが光源側に配置され、シリンドリカルレンズアレイが像側に配置されることを特徴とするライン照明装置。 In the line lighting device according to any one of claims 1 to 3,
One or more coaxial lenses are arranged on the light source side, and a cylindrical lens array is arranged on the image side.
シリンドリカルレンズアレイが、シリンドリカルレンズをパワー方向へ1列に配列してなり、光源からの光束を単一のライン像に結像させることを特徴とするライン照明装置。 In the line lighting device according to any one of claims 1 to 4,
A line illumination device, wherein the cylindrical lens array includes cylindrical lenses arranged in a line in a power direction, and forms a light beam from a light source into a single line image.
シリンドリカルレンズアレイが、複数のアレイ領域を有し、アレイ領域ごとに、シリンドリカルレンズの配列方向が異なることを特徴とするライン照明装置。 In the line lighting device according to any one of claims 1 to 4,
A line illumination device, wherein the cylindrical lens array has a plurality of array regions, and the array direction of the cylindrical lenses is different for each array region.
単一の光源が、LDもしくはLEDまたは単一光ファイバの出力端面であることを特徴とするライン照明装置。 In the line lighting device according to any one of claims 1 to 6,
A line illumination device, wherein the single light source is an output end face of an LD or LED or a single optical fiber.
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