JP2009169095A - 遠近両用レーザ光学装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明の課題は、レンズ中心近傍が平面であるレンズを用いることにより、レンズを単レンズにして調整不良が発生しやすい煩雑な作業を低減すると共に、近距離から遠距離までの中間距離においてのレーザパタンサイズの減少を低減する遠近両用レーザ光学装置を提供することにある。
【解決手段】本発明は、レーザビームを発生するレーザダイオード１と、前記レーザダイオード１から発生したレーザビームが入射されるレンズ中心近傍が平面部２０１である凸レンズ２とを具備することを特徴とするものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レンズ中心近傍が平面であるレンズを用いた一つの光学系により、近距離から遠距離までほぼ一定の大きさに維持したビームパタン形成を可能とする遠近両用レーザ光学装置に関するものである。
従来は複数枚のレンズの組み合わせ及びレンズに施した反射膜により、近距離用レーザパタン及び遠距離用レーザパタンを形成していた（例えば、特許文献１参照。）。
特許第３９８１６０８号公報
しかしながら、パターンサイズを調整するため、複数枚のレンズ間距離を変更させる場合、レンズ軸が微妙に変動し、調整不良が発生しやすく煩雑な作業であった。また、近距離レーザパタンの減衰が早く、遠距離レーザが増大するまでの中間距離においてレーザパタンが小さくなっていた。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、レンズ中心近傍が平面であるレンズを用いることにより、レンズを単レンズにして調整不良が発生しやすい煩雑な作業を低減すると共に、近距離から遠距離までの中間距離においてのレーザパタンサイズの減少を低減する遠近両用レーザ光学装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明の遠近両用レーザ光学装置は、レーザビームを発生するレーザ光源と、前記レーザ光源から発生したレーザビームが入射されるレンズ中心近傍が平面であるレンズとを具備することを特徴とするものである。
また本発明は、前記遠近両用レーザ光学装置において、レンズとして、レンズ曲率半径または焦点距離とレンズ開口径、及びレンズ曲率半径または焦点距離とレンズ中心部の平面径が、所定のレーザ強度以上のエリアを示すレーザパタンを近距離から遠距離においてほぼ一定の大きさに維持するような関係を持つレンズを用いることを特徴とするものである。
本発明の遠近両用レーザ光学装置は、所定のレーザ強度以上のエリアを示すレーザパタンを近距離から遠距離においてほぼ一定の大きさに維持することができ、部品点数等の削減による経済性の改善、構造の単純化による光学系調整の簡素化ができる。
以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係る遠近両用レーザ光学装置を示す概略構成説明図である。図１において、１はレーザビームを発生するレーザ光源の一例であるレーザダイオード、２は前面が凸部で、裏面が平坦部である凸レンズ（例えば平凸レンズ）である。２０１は凸レンズ２の凸部の中心近傍に設けられた平面部、２０２は凸レンズ２の凸部の外周近傍に設けられた湾曲した面状の外側曲率部、２０３は凸レンズ２の裏面に設けられた平坦部である。
図１に示すように、レーザダイオード１から発生したレーザビームは凸レンズ２に入射する。前記凸レンズ２の平面部２０１を透過したレーザビームは近距離用のレーザビーム（近距離レーザビーム３）を形成し、前記凸レンズ２の外側曲率部２０２を透過したレーザビームは遠距離用のレーザビーム（遠距離レーザビーム４）を形成する。
図３は本発明の実施形態に係る遠近両用レーザ光学装置を示す原理説明図である。図３において、１１は遠近両用レーザ光学装置の筐体で、筐体１１内の開口部に凸レンズ２が設けられる。Ａは筐体１１内に設けられるレーザダイオード１の位置、Ｒは凸レンズ２の曲率半径、Ｄ１は凸レンズ２のレンズ開口直径、Ｄ２は凸レンズ２の平面部２０１の直径、ｆ１は凸レンズ２の焦点距離である。
図３に示すように、凸レンズ２の曲率半径Ｒの値、焦点距離ｆ１の値、レンズ開口直径Ｄ１の値により遠距離レーザビーム４の広がり角を決めることができ、遠距離レーザビーム４が形成するレーザパタンの大きさは下記の関係式で表すことができる。
ｆ１＝４×Ｄ１
ｆ１＞４×Ｄ１の場合、遠距離レーザビーム４が筐体１１の開口部エッジに干渉し回折が大きくなり縦横比が増大する。
ｆ１＜４×Ｄ１の場合、レーザダイオード１の縦横比が投影される。
また、凸レンズ２の平面部２０１の直径Ｄ２の値と焦点距離ｆ１の値で近距離レーザビーム３の広がり角を決めることができ、近距離レーザビーム３が形成するレーザパタンの大きさは下記の関係式で表すことができる。近距離レーザビーム３はレーザダイオード１の特性をそのまま利用しており、一般的なアパーチャ効果を利用している。遠近両用レーザ光学装置の筐体１１の前方５ｍで直径６０ｃｍのレーザパタンの確保が必要となる場合、焦点距離ｆ１の値と平面部２０１の直径Ｄ２の値が一定の比率で維持すれば良い。
ｆ１＝８×Ｄ２
ｆ１＞８×Ｄ２の場合、遠近両用レーザ光学装置の筐体１１の前方５ｍ付近の近距離レーザビーム３のレーザパタンサイズは比例的に減少する。
ｆ１＜８×Ｄ２の場合、遠近両用レーザ光学装置の筐体１１の前方５ｍ付近の近距離レーザビーム３のレーザパタンサイズは比例的に増加する。
この場合、近距離レーザビーム３の到達距離はレーザダイオード１の出力によるため、遠くまで到達させる場合はレーザダイオード１の出力を増加させる必要がある。
また、遠近両用レーザ光学装置の光学系の外形形状は上記関係を維持すれば、おおよそ似たパターンを取得することが可能となる。但し、小型化した場合、部品の寸法精度及び調整精度の影響を受けやすくなる。
尚、凸レンズ２の焦点距離ｆ１の値と曲率半径Ｒの値は互いに対応して変化する。
図４は本発明の実施形態に係るレーザパタンを従来のレーザパタンと比較して示す説明図である。図４において、２１は本発明の実施形態に係るレーザパタン（実線）、２２は従来のレーザパタン（点線）、２３はレーザビームの発射点、２４はレーザビームの近射距離、２５はレーザビームの標準射距離、２６はレーザビームの最大射距離である。
図４に示すように、本発明の実施形態に係るレーザパタン２１は、レンズ曲率半径Ｒまたは焦点距離ｆ１（レーザダイオード１と凸レンズ２との距離）とレンズ開口直径Ｄ１、及びレンズ曲率半径Ｒまたは焦点距離ｆ１とレンズ中心平面部２０１の直径Ｄ２に、所定の関係（ｆ１＝４×Ｄ１、ｆ１＝８×Ｄ２）を持つ凸レンズ２を用いることにより、所定のレーザ強度以上のエリアを示すレーザパタンを、近距離から遠距離においてほぼ一定の大きさに維持することができる。すなわち、レーザパタン２１１に示すように、より近傍からのレーザパタンを形成することができると共に、レーザパタン２１２に示すように、中距離レーザパタン形成により近傍から標準射距離２５まで所望のレーザパタンサイズを確保することができる。
尚、従来のレーザパタン２２は、近距離レーザパタンの減衰が早く、遠距離レーザパタンが増大するまでの中間距離においてレーザパタンが小さくなっていた。
図２は本発明の実施形態に係る遠近両用レーザ光学装置を示す断面図である。
図２において、図１と同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。１１１は円筒状よりなる遠近両用レーザ光学装置の筐体本体、１１２は光源部筐体、１１３はレンズ部筐体である。
図２に示すように、レーザダイオード１が中心軸部に設けられた光源部筐体１１２は筐体本体１１１の一端に取付けられ、前記筐体本体１１１の他端には凸レンズ２が設けられたレンズ部筐体１１３が取付けられる。
すなわち、レーザダイオード１から発生したレーザビームは凸レンズ２に入射する。前記凸レンズ２の平面部２０１を透過したレーザビームは近距離用のレーザビーム（近距離レーザビーム３）を形成し、前記凸レンズ２の外側曲率部２０２を透過したレーザビームは遠距離用のレーザビーム（遠距離レーザビーム４）を形成する。
図５は本発明の実施形態に係る試作器によるレーザパタン例を示す特性図であり、縦方向の平面パターンを示す。すなわち、レーザ照射距離とレーザパタンサイズの関係（２Ａ）を示す。
図６は本発明の実施形態に係る試作器によるレーザパタン例を示す特性図であり、横方向の平面パターンを示す。すなわち、レーザ照射距離とレーザパタンサイズの関係（２Ａ）を示す。
尚、本発明の実施形態に係る遠近両用レーザ光学装置は、近距離戦闘訓練のため、近距離でも広いレーザパタンを必要とする例えば交戦訓練装置、射撃訓練装置のプロジェクタに使用される。
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
本発明の実施形態に係る遠近両用レーザ光学装置を示す概略構成説明図である。 本発明の実施形態に係る遠近両用レーザ光学装置を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る遠近両用レーザ光学装置を示す原理説明図である。 本発明の実施形態に係るレーザパタンを従来のレーザパタンと比較して示す説明図である。 本発明の実施形態に係る試作器によるレーザパタン例を示す特性図である。 本発明の実施形態に係る試作器によるレーザパタン例を示す特性図である。
符号の説明
１…レーザダイオード、２…凸レンズ、３…近距離レーザビーム、４…遠距離レーザビーム、２０１…平面部、２０２…外側曲率部、２０３…平坦部。

Claims (2)

  1. レーザビームを発生するレーザ光源と、
    前記レーザ光源から発生したレーザビームが入射されるレンズ中心近傍が平面であるレンズと
    を具備することを特徴とする遠近両用レーザ光学装置。
  2. レンズとして、レンズ曲率半径または焦点距離とレンズ開口径、及びレンズ曲率半径または焦点距離とレンズ中心部の平面径が、所定のレーザ強度以上のエリアを示すレーザパタンを近距離から遠距離においてほぼ一定の大きさに維持するような関係を持つレンズを用いることを特徴とする請求項１に記載の遠近両用レーザ光学装置。
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