JP2019074706A - レーザ投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】拡散板での光ロスが小さく、均一で広い放射角の光を射出でき、明るいレーザ投射装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明のレーザ投射装置は、レーザ光源（２０１）の射出光を入射光とし、入射面に直線状の複数の溝（２０３）を配列した拡散板（２０２）と、レーザ光源（２０１）の射出方向に溝（２０３）により拡散した光を射出する光を透過しない筐体（２０５）とを備え、溝（２０３）の斜面での屈折により光を拡散して、筐体（２０５）の開口部（２０６）からレーザ光を出射する。【選択図】図１

Description

本発明は、距離測定のための光源などに使用されるレーザ投射装置に関するものである。

レーザ投射装置は距離測定装置の光源などに使用される。

距離測定装置の方式として、さまざまな距離測定方式が提案、実用されている。たとえば、古くからの三角測量方式や、光源の光に振幅変調を行い被測定物からの反射光と光源との位相差を測定する位相差検出方式や、近年使われだしてきた極短パルスの光を照射し被測定物の反射光の到達時間を測定することで距離を測定するＴＯＦ（time of flight）方式などがある。

いずれの距離測定方式においても、測定可能な距離を長くし、測定精度を高めようとすると、光源には小型高出力で、高周波の変調あるいは非常に短いパルス波形が必要となり半導体レーザを光源として使用する必要が出てきている。

レーザ光源の使用については、人体、目に対する安全性の観点から安全規格が設けられている。日本国内ではＪＩＳ−Ｃ６８０２で規定されており、人の目に光が入る可能性がある場合においては、一般的には安全基準のクラス１の条件を満たす必要がある。クラス１の条件を満たして、レーザ光源の出力を上げるためには、投射装置の出射面において、レーザ光のビーム径を大きくする必要がある。人が投射光源装置を見た時に、投射光源装置の出射面における発光径が小さいと、目の網膜にできる光源像も小さくなって光集中が高くなり、目に損傷を与えやすい。これを防ぐため投射光源装置の出射面の発光径を大きくすることで網膜にできる光源像を大きくし、目に損傷を与えないレーザ光源の光出力の最大値を大きくすることができる。

従来の投射光源装置では、半導体レーザの射出部の窓に拡散板を配置しているものがある。図１０は、特許文献１に記載された従来の投射光源装置を示す。

３１はレーザ光源、３２はレーザ光源３１の射出光を広げる凹レンズ、３３は拡散板、３４はレーザ光源３１と凹レンズ３２と拡散板３３を保持する金属パッケージである。

レーザ光源３１からの射出光は凹レンズ３２で拡散され、拡散板３３に光が投射される。拡散板３３では、光が等方向に拡散される。凹レンズ３２を用いることで、拡散板３３でのビーム径を大きくしている。レーザ光源３１のビーム径は数μｍと非常に小さいが、拡散板３３を用いることで、拡散板３３上にレーザ光源３１の出射面でのビーム径より非常に大きなビーム径を形成することになるので、人がレーザを見た時に、目の網膜に形成される光源の像が大きくなり、目に損傷をあたえないレーザ出力の上限を大きくすることができる。

特開平９−３０７１７４号公報

しかしながら、レーザ光源３１の射出光を凹レンズ３２で広げて拡散板３３に照射しているため、レーザ光源１の見掛けのビーム径を大きくするには、拡散板３３の拡散性を非常に高くする必要がある。これは、拡散板３３の中央部分では、拡散板３３の入射面にほぼ垂直に光が入射するが、拡散板３３の周辺部では入射面に斜めに光が入射するので、拡散板３３の中央部と周辺部で同様な拡散光を射出させるためには、入射光の角度に依存しないぐらいに拡散性を強くしないといけない。

レーザ光源３１の拡散板３３上での見掛けのビーム径が小さいと、光源の輝度が高くなり、投射装置を見たときに目に損傷を与えてしまうことになる。このため、投射装置のレーザ安全を確保するためには、拡散板３３の面での見掛けのビーム径を大きくするために、非常に拡散性の高い拡散板を用いる必要がある。一般的な、スリガラス状の拡散板では、光をスリガラス部分で多重反射させることで光拡散を行うため、光拡散性を高くすると拡散面からレーザ光源３１側へ戻る光の割合が大きくなり、光利用効率が大幅に低下してしまう。また、拡散性の高い拡散板の拡散特性は、一般的にはランバート拡散となり、斜め方向への光が弱くなってしまうという課題を有している。

本発明は、従来の課題を解決するもので、拡散板での光ロスが小さく、均一で広い放射角の光を射出でき、投射装置の出射面におけるビーム径を大きくし、クラス１の範囲内でレーザ光源出力を高くすることができるレーザ投射装置を提供することを目的とする。

本発明のレーザ投射装置は、レーザ光源と、前記レーザ光源の射出光を入射光とし、入射面または出射面に直線状の複数の溝を配列した拡散板と、前記レーザ光源の射出方向に前記溝により拡散した光を射出する開口部を有した光を透過しない筐体とを備えた、ことを特徴とする。

また、本発明のレーザ投射装置は、レーザ光源と、互いに対抗する入射面と出射面および入射面と出射面の間に側面が配置され、前記レーザ光源の射出光を入射面より入射し、前記出射面に配置され前記入射面の入射光を反射させる第１全反射面、および前記側面に配置され前記第１全反射面の反射光を再び反射させ平行光化させる第２全反射面が形成され、前記第２全反射面の射出光を前記出射面より射出するコリメートレンズと、前記コリメートレンズの射出光を入射光とし入射面または出射面に直線状の複数の溝を配列した拡散板と、前記レーザ光源の射出方向に前記拡散板の前記溝により拡散した光を射出する開口部を有した光を透過しない筐体とを備えた、ことを特徴とする。

本発明のレーザ投射装置によれば、レーザ光源の射出光を、拡散板に形成された溝の斜面での屈折により光を拡散させるので、拡散板での光ロスが小さく、広い広がり角の光を射出することができる。

また更に、レーザ光源の射出光を、２つの全反射面を有するコリメートレンズによりビーム径を大きくしてから拡散板に入射することで、クラス１となるレーザ出力を高くすることができ、明るい照明が可能なレーザ投射装置を実現できる。

本発明の実施の形態１におけるレーザ投射装置の（ａ）Ｚ軸方向から見たＸＹ面の断面図と（ｂ）Ｙ軸方向から見たＸＺ面の断面図と（ｃ）Ｘ軸方向から見たＹＺ面の側面図 同実施の形態における（ａ）拡散板２０２の入射面の溝２０３の正面図と（ｂ）拡散板２０２の溝２０３の中央Ｆ１部分の拡大断面図および（ｃ）拡散板２０２の溝２０３の周辺Ｆ２部分の拡大断面図 同実施の形態における（ａ）拡散板２０２の出射面の溝２０４の正面図と（ｂ）拡散板２０２の溝２０４の中央Ｆ３部分の拡大断面図および（ｃ）拡散板２０２の溝２０４の周辺Ｆ４部分の拡大断面図 同実施の形態における拡散板２０２の溝２０３による光線の光路を示す拡大断面図と（ｂ）（ｃ）（ｄ）は凸形状部分での光の屈折状態の説明図 同実施の形態におけるレーザ投射装置からの（ａ）〜（ｆ）それぞれ光の広がりの説明図 同実施の形態における（ａ）〜（ｄ）それぞれ拡散板２０２への溝２０３，２０４の別の実施例の説明図 本発明の実施の形態２におけるレーザ投射装置を（ａ）Ｚ軸方向から見たＸＹ面の断面図と（ｂ）コリメートレンズ２４１の斜視図 同実施の形態における（ａ）コリメートレンズ２４１の光線図と（ｂ）コリメートレンズ２４１をＸ軸方向から見た出射面のビーム状態説明図 同実施の形態の（ａ）（ｂ）（ｃ）別の実施例の説明図 特許文献１に記載されたレーザ投射装置を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１〜図６は本発明の実施の形態１を示す。

図１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の実施の形態１におけるレーザ投射装置の模式図である。紙面右手方向をＸ軸、上方向をＹ軸、紙面奥方向をＺ軸にとる。

図１（ａ）はＺ軸方向から見たＸＹ面、図１（ｂ）はＹ軸方向から見たＸＺ面、図１（ｃ）はＸ軸方向から見たＹＺ面の図である。

筐体２０５は、光を透過しない材質、例えばアルミやステンレスなどの金属や、黒色の樹脂材料で形成されている。この筐体２０５の内部に、レーザ光源２０１および拡散板２０２が配置されている。拡散板２０２は、レーザ光源２０１の発光波長において透明な材質のポリカーボネートやアクリルなどの樹脂材料、あるいはガラスなどで構成される。拡散板２０２のレーザ光源２０１の光が入射する入射面の屈折面形状は、外側に円筒形に突出した非球面シリンドリカル形状で、その長さ方向は上下方向（Ｙ方向）である。拡散板２０２の出射面の屈折面形状は、外側に円筒形に突出した非球面シリンドリカル形状で、その長さ方向は水平方向（Ｚ方向）である。拡散板２０２の入射面に溝２０３が配置されている。溝２０３の射出光を入射光とし拡散板２０２の出射面に溝２０４が配置されている。

筐体２０５のレーザ光源２０１の出射側には、拡散板２０２の溝２０４の溝形成領域より小さな開口部２０６が設けられている。筐体２０５の開口部２０６からだけ射出光が筐体２０５の外に出る。ｄ３は開口部２０６の範囲である。

レーザ光源２０１は、発光面中心がＸ軸上に配置され、Ｘ軸正方向に光を射出する。射出する光の分布は、放射分布の中心がＸ軸でガウシアン分布の放射分布を持ち、放射分布の中心方向の光強度に対して光強度が１／（ｅ＾２）、すなわち、約０．１３５となる角度を全角でφとする。ガウシアン分布の光放射において、１／（ｅ＾２）の角度範囲φの中にレーザ射出光のエネルギーは約９５％になる。

レーザ光源２０１の波長は、発光時には人の目に感知されない近赤外の単色の波長である。レーザ光源２０１は、ＹＺ面内に複数の半導体レーザを近接して配列して構成されている。半導体レーザを複数配列して配置することで、空間的な干渉性を弱め、スペックルノイズを低減することができる。半導体レーザを配列した発光面のサイズはｄ０である。

光源に半導体レーザを用いることで、発光ダイオードよりも応答性を高くすることができ、発光時間の短いパルス状の光を形成することができ、平均エネルギーが同じでもピーク光強度を高くすることで、距離計測等において遠くの物体まで照射し計測することができる。

溝２０３は、断面が凹凸の直線状の複数の溝が拡散板２０２の入射面の表面に隙間なくＹ軸と平行に配列して形成されたものである。２０７は溝２０３の長さ方向である溝方向を示す。溝２０３のＹＺ面内での溝形成領域のサイズｄ１は、レーザ光源２０１からの射出光の大部分を入射できるように形成される。すなわち、レーザ光源２０１と溝２０３までの最も遠い距離をｓ１、レーザ光源２０１の発光面のサイズをｄ０とすると、溝２０３の溝形成領域のサイズは、１辺の長さｄ１がｓ１×２×ｔａｎ（φ／２）＋ｄ０より長い、すなわち、ｄ１ ＞ ｓ１×２×ｔａｎ（φ／２）＋ｄ０である。

溝２０４は、断面が凹凸の直線状の複数の溝が拡散板２０２の出射面に隙間なくＺ軸と平行に配列して形成されたものである。レーザ光源２０１の射出光が溝２０３で拡散されるので溝２０４の溝形成領域のサイズは、溝２０３の溝形成領域のサイズより大きくなるように形成される。拡散板２０２の最も厚い部分の厚みをｔ、レーザ光源２０１の発光面サイズｄ０とすると、溝２０４のＹＺ面内でのサイズｄ２は、ｄ２ ＞ ｄ１＋２．５×ｔ＋ｄ０である。溝２０３での光拡散はＺ軸方向に拡散するので、溝２０４のＹＺ面内の溝形成領域はＺ軸方向に長い長方形形状にするのが望ましい。

溝２０３，２０４は、押し出し構造、すなわち断面形状が一定な形状であり、溝２０３と溝２０４の溝方向は互いに直交するように配置されている。

溝２０３，２０４の溝本数は、溝本数が少ないと拡散板２０２の位置変動を受け拡散状態が変わりやすくなるので、少なくとも１０本以上の溝の配列で構成されている。このようにすることで、拡散板２０２のレーザ光源２０１に対する位置変動、とくにＹＺ面内の変位が起こったとしても拡散光の変化は、溝１０本中の１本以下の影響、すなわち１０％以下の変動になる。

図２（ａ）〜（ｃ）は、図１における拡散板２０２の入射面に形成された溝２０３の構造を示す。

図２（ａ）は溝２０３の溝方向２０７を示す。図２（ｂ）は図２（ａ）の中央Ｆ１部分でのＡ−ＡＡ断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）の周辺Ｆ２部分でのＡ−ＡＡ断面図を示す。

溝２０３は、Ｙ軸と平行な溝方向２０７に形成されている。溝２０３の１つの溝は、図２（ｂ）（ｃ）に示すように断面が４つの斜面、すなわち、溝斜面Ｓ１，溝斜面Ｓ２，溝斜面Ｓ３，溝斜面Ｓ４で構成されている。溝斜面Ｓ１〜Ｓ４は、それぞれ異なる非球面式で表される形状である。

溝斜面Ｓ１と溝斜面Ｓ２とは溝斜面の接線の傾きが等しくなるようにして接続点Ｐ２で接続されている。

同様に、溝斜面Ｓ２と溝斜面Ｓ３とは接続点Ｐ３において接続され、溝斜面Ｓ３と溝斜面Ｓ４とは接続点Ｐ４で接続され、溝斜面Ｓ４と次の溝の溝斜面Ｓ１とは接続点Ｐ４において接続され、前の溝の溝斜面Ｓ４と溝斜面Ｓ１とは接続点Ｐ１において接続される。それぞれの接続点においては、接線の傾きが等しくなるよう構成される。

溝２０３の１つの溝は、溝斜面Ｓ２とこの溝斜面Ｓ２に接続点Ｐ３で接続された溝斜面Ｓ３とで構成される凹形状と、溝斜面Ｓ２に接続点Ｐ２で接続された溝斜面Ｓ１と溝斜面Ｓ３に接続点Ｐ４で接続された溝斜面Ｓ４とで形成される凸形状とで構成されている。溝の凸形状の高さは、凹形状よりも高いまたは凹形状と等しくなるように形成される。すなわち、接続点Ｐ１または接続点Ｐ５で接続された溝斜面Ｓ１と溝斜面Ｓ４で形成される凸形状の高さｈ６と、接続点Ｐ３で接続された溝斜面Ｓ２と溝斜面Ｓ３で形成される凹形状の高さｈ７は、ｈ６≧ｈ７である。

ｈ６＞ｈ７にした場合には次の効果が得られる。

図４（ａ）において、Ｓ１とＳ４で構成される凸形状に入射する光線２３０は、拡散板２０２内において、一旦集光したのち拡散する。Ｓ２とＳ４で構成される凹形状に入射する光線２３１は、拡散板２０２内においてそのまま拡散して広がる。このため、光拡散を広くしようとすると、凹形状で屈折した光は拡散板２０２の内部で隣接する溝で光が反射し光の広がりを狭くしてしまう。一方、凸形状に入射した光は、一旦集光するので、隣接する溝での反射は起こりにくい。よって、凹形状の高さを凸形状の高さより小さくすることで、広い広がり角の光拡散を行うことができる。

ｈ６＝ｈ７とした場合には、拡散板の１つの溝における凸形状と凹形状に入射する光量が等しくなり、図２（ｂ）のＸ正方向からみたときの拡散板面の光量分布を最も均一にすることができる。

Ｘ軸方向における溝斜面Ｓ１の長さは溝斜面Ｓ２の長さより短く、溝斜面Ｓ４の長さは、溝斜面Ｓ３の長さより短い。

溝２０３のピッチｐ１、すなわち、隣接する接続点Ｐ１の間の距離は、０．０５ｍｍ ≦ ｐ１となるように形成されている。拡散板２０２の中央Ｆ１部分での溝斜面Ｓ１と溝斜面Ｓ２のＸ軸方向の溝深さの合計と、溝斜面Ｓ３と溝斜面Ｓ４の溝深さの合計とは、ほぼ等しくｈ０である。溝２０３のＹＺ面に対する溝接線の傾斜、すなわち溝接線とＹＺ面とのなす角は、中央Ｆ１部分では、接続点Ｓ２において角θ１、接続点Ｓ４において角θ２とすると、ほぼ等しくθ１ ≒ θ２である。

さらに、レーザ光源２０１の発光面中心から溝斜面Ｓ１と溝斜面Ｓ４で形成される凸形状の頂点を通る線を２１０，２１２とし、溝斜面Ｓ２と溝斜面Ｓ３で形成される凹形状の底部を通る線を２１１とし、線２１０と線２１１の間隔ｗ１、線２１１と線２１２との間隔ｗ２とすると、ｗ１とｗ２とはほぼ等しくｗ１ ≒ ｗ２である。

このように中央Ｆ１部分の近傍の溝２０３は、溝斜面Ｓ１と溝斜面Ｓ４および、溝斜面ｗ３２と溝斜面Ｓ３とは対称形状であり、溝斜面Ｓ１と溝斜面Ｓ４で形成される凸形状と、溝斜面Ｓ２と溝斜面Ｓ３で構成される凹形状とは相似形状である。

拡散板２０２の周辺Ｆ２部分の溝２０３は、図２（ｃ）に示すように構成されている。

周辺Ｆ２部分の溝２０３は、接続点Ｐ２の傾斜角θ３および接続点Ｐ４の傾斜角θ４は、θ３ ≦ θ４であり、かつθ２ ≦ θ４となるように構成されている。傾斜角θ４は、中央Ｆ１から周辺Ｆ２の距離が大きくなるほど、すなわちＸ軸から離れるに従い大きくなるように形成される。

レーザ光源２０１の発光面中心から溝斜面Ｓ１と溝斜面Ｓ４で形成される凸形状の頂点を通る線を２１３，２１５とし、溝斜面Ｓ２と溝斜面Ｓ３で形成される凹形状の底部を通る線を２１４とすると、線２１３と線２１４の間隔ｗ３と、線２１４と線２１５との間隔ｗ４は、ほぼ等しくｗ３ ≒ ｗ４となるように溝２０３は形成される。

このとき、接続点Ｐ２で接続された溝斜面Ｓ２から溝斜面Ｓ１の高さｈ１と、接続点Ｐ４で接続された溝斜面Ｓ３から溝斜面Ｓ４の高さｈ２とは、拡散板２０２の中央側Ｆ１の溝斜面の高さｈ１が、周辺側Ｆ２の溝斜面の高さｈ２より高い。

よって、溝２０３の包絡線は、ＸＺ断面においてＸ負方向に凸形状となる。Ｙ軸方向については、溝２０３は押し出し形状で、ＸＺ断面においてＹ軸方向の位置によらず同じ形状となる。

次に、拡散板２０２の出射側に形成された溝２０４の構造を示す。

図３（ａ）は溝２０４の溝方向２０８を示す。図３（ｂ）は図３（ａ）の中央Ｆ３部分でのＢ−ＢＢ断面図、図３（ｃ）は、図３（ａ）の周辺Ｆ４部分でのＢ−ＢＢ断面図を示す。

溝２０４と溝２０３とは同様な断面形状をしており、差異は、溝２０３と溝２０４の溝方向が直交していること、溝２０３が拡散板２０２の入射面にＸ軸負方向に配置され、溝２０４は拡散板２０２の出射側にＸ軸正方向に配置されている点である。

溝２０４の溝方向２０８は、Ｚ軸と平行な方向に溝が形成されている。溝２０４の１つの溝は、断面が４つの斜面、すなわち、溝斜面Ｓ１，溝斜面Ｓ２，溝斜面Ｓ３，溝斜面Ｓ４で構成されている。溝斜面Ｓ１から溝斜面Ｓ４は、それぞれ異なる非球面式で表される形状である。

溝斜面Ｓ１と溝斜面Ｓ２とは溝斜面の接線の傾きが等しくなるようにして接続点Ｐ２で接続されている。

同様に、溝斜面Ｓ２と溝斜面Ｓ３は、接続点Ｐ３において接続され、溝斜面Ｓ３と溝斜面Ｓ４とは接続点Ｐ４で接続され、溝斜面Ｓ４と次の溝の溝斜面Ｓ１とは接続点Ｐ４において接続され、前の溝の溝斜面Ｓ４と溝斜面Ｓ１とは接続点Ｐ１において接続される。それぞれの接続点においては、接線の傾斜が等しくなるよう構成される。

溝２０４の１つの溝は、溝斜面Ｓ２とこの溝斜面Ｓ２に接続点Ｐ３で接続された溝斜面Ｓ３とで構成される凹形状と、溝斜面Ｓ２に接続点Ｐ２で接続された溝斜面Ｓ１と溝斜面Ｓ３に接続点Ｐ４で接続された溝斜面Ｓ４とで形成される凸形状とで構成されている。

溝２０４の凸形状の高さは、凹形状と等しいか大きくなるように形成される、すなわち、Ｘ軸方向における溝斜面Ｓ１の長さは溝斜面Ｓ２の長さより長く、溝斜面Ｓ４の長さは溝斜面Ｓ３の長さより長い。

溝２０４のピッチｐ２、すなわち隣接する接続点Ｐ１の間の距離は、０．０５ｍｍ ≦ｐ２となるように形成されている。拡散板２０２の中央Ｆ１部分での、Ｘ軸方向の溝斜面Ｓ１と溝斜面Ｓ２の溝深さの合計と、溝斜面Ｓ３と溝斜面Ｓ４の溝深さの合計とは、ほぼ等しくｈ３である。

溝２０４のＹＺ面に対する溝接線の傾斜、すなわち溝接線とＹＺ面とのなす角度は、中央Ｆ１部分では、接続点Ｐ２において角θ５、接続点Ｐ４において角θ６とすると、ほぼ等しく、θ５ ≒ θ６である。

レーザ光源２０１の発光面中心から溝斜面Ｓ１と溝斜面Ｓ４で形成される凸形状の頂点を通る線を２２０，２２２、溝斜面Ｓ２と溝斜面Ｓ３で形成される凹形状の底部を通る線を２２１とし、線２２０と線２２１の間隔ｗ５と線２２１と線２２２との間隔ｗ６とすると、ｗ５とｗ６とはほぼ等しく、ｗ５ ≒ ｗ６である。

中央Ｆ１部分の近傍においては、溝斜面Ｓ１と溝斜面Ｓ４および、溝斜面Ｓ２と溝斜面Ｓ３とは対称形状であり、溝斜面Ｓ１と溝斜面Ｓ４で形成される凸形状と溝斜面Ｓ２と溝斜面Ｓ３で構成される凹形状とは相似形状である。

拡散板２０２の周辺Ｆ２部分の溝２０４は、図３（ｃ）に示すように構成されている。

周辺Ｆ２部分の溝２０４は、接続点Ｐ２の傾斜角θ７および接続点Ｐ４の傾斜角θ８は、θ７ ≦ θ８であり、かつ、θ６ ≦ θ８となるように構成されている。傾斜角θ８は、中央Ｆ１から周辺Ｆ２の距離が大きくなるほど、すなわちＸ軸から離れるに従い大きくなるように形成される。

レーザ光源２０１の発光面中心から溝斜面Ｓ１と溝斜面Ｓ４で形成される凸形状の頂点を通る線を２２３，２２５とし、溝斜面Ｓ２と溝斜面Ｓ３で形成される凹形状の底部を通る線を２２４とすると、線２２３と線２２４の間隔ｗ７と線２２４と線２２５との間隔ｗ８とはほぼ等しく、ｗ７ ≒ ｗ８となるように溝２０４は形成される。

このとき、Ｘ軸方向における溝斜面Ｓ１と溝斜面Ｓ２の溝深さの合計をｈ４、溝斜面Ｓ３と溝斜面Ｓ４の溝深さの合計をｈ５とすると、ｈ４ ≧ｈ５となる。よって、溝２０４の包絡線は、ＸＺ断面においてＸ正方向に凸形状となる。Ｚ軸方向については、溝２０４は押し出し形状で、ＸＹ断面においてＺ軸方向の位置によらず同じ形状となる。

溝２０４においては、拡散板２０２の屈折率をｎとすると、溝のＹＺ面に対する傾斜角θ５，θ６，θ７，θ８は、ａｓｉｎ（１／ｎ）を超えない角度で形成される。

溝深さに対する溝ピッチ、すなわちアスペクト比は、拡散板２０２の中央Ｆ１およびＦ３において、溝２０３のアスペクト比ｈ０／ｐ１と、溝２０４のアスペクト比 ｈ３／ｐ２の関係は、ｈ０／ｐ１ ≧ ｈ３／ｐ２である。

以上のように構成されたレーザ投射装置において、その動作について説明する。

図１に示すように、レーザ光源２０１の射出光は、拡散板２０２の入射面の溝２０３に入射する。溝２０３のＹＺ面内での溝形成領域のサイズは、レーザ光源２０１の光の広がり大きいので、レーザ光源２０１の大部分の光は、拡散板２０２の溝２０３に入射する。

拡散板２０２の屈折率をｎとすると、溝２０３での屈折でのＹＺ面に対する最大角は、溝傾斜θ１が９０°のときであり、このとき、拡散板２０２にＸ軸方向に平行な光が入射し、屈折するとＹＺ面に対して、９０°−ａｓｉｎ（１／ｎ）の角度の光線となる。樹脂の屈折率をたとえば、ｎ ＝１．５９とすると、９０°−ａｓｉｎ（１／ｎ）＝ ５１°である。したがって、拡散板２０２の厚みをｔとすると、溝２０３の射出光は、溝２０４上では、ｄ１＋２×ｔａｎ（５１°）×ｔ＋ｄ０ ＝ｄ１＋２．５×ｔ＋ｄ０のサイズとなる。溝２０４の溝形成領域のＹＺ面内でのサイズｄ２は、少なくともｄ１＋２．５×ｔ＋ｄ０より大きく形成されているので、溝２０３の射出光の大部分は、溝２０４に入射することになる。

拡散板２０２の射出光は、筐体２０５の開口部２０６を通して、照明光としてレーザ投射装置から照射される。筐体２０５の開口部２０６は、拡散板２０２の出射側の溝２０４の溝形成領域のサイズより小さいので、筐体２０５からは拡散板２０２で拡散した光のみが射出されることになる。拡散板２０２で拡散されていない光は、輝度が非常に高く、直視すると目に損傷を与える可能性があり非常に危険である。このため、筐体２０５から拡散した光のみを射出することで、安全にレーザ投射装置による照明を行うことができる。

レーザ光源２０１から射出された光が拡散板２０２上で広がったビーム径を大きくすることで、レーザクラス１となるレーザ光源の出力を大きくできる。拡散板２０２上のビーム径は、レーザ光源２０１と拡散板２０２との距離を離すことで距離に比例して大きくすることができる。

図４は拡散板２０２の溝２０３に入射する光の状態を示す。

図４（ａ）において、溝２０３に入射した光は溝斜面Ｓ１〜Ｓ４で屈折し、拡散板２０２内部を伝播する。接続点Ｐ１または接続点Ｐ５で接続された溝斜面Ｓ１と溝斜面Ｓ４で形成される凸形状に入射する光線２３０は、凸レンズ作用により拡散板２０２の内部で集光してから拡散される。接続点Ｐ３で接続された溝斜面Ｓ２と溝斜面Ｓ３で形成される凹形状に入射する光線２３１は、凹レンズ作用により拡散される。

よって、溝２０３に入射した光は、溝２０３の溝配列方向、すなわち、主にＸＺ面内で光拡散する。光拡散は、屈折作用のみで行われるので、レーザ光源２０１側への光反射は溝２０３での表面反射だけであり、効率よく光を拡散することができる。溝２０３での表面反射のうち溝斜面Ｓ２と溝斜面Ｓ３で形成される凹形状部分では、表面反射をしても大部分の光が溝の斜面に入射し、レーザ光源２０１側へ戻らない。

また、溝斜面Ｓ１と溝斜面Ｓ４で形成される凸形状部分での表面反射は、レーザ光源２０１側に戻りやすいが、凸形状は凹形状より面積が小さく構成されているので、レーザ光源２０１側へ戻る光を最小限に低減することができる。

図２（ｂ）において、拡散板２０２の中央付近Ｆ１では、レーザ光源２０１から溝２０３に入射する光は、ほぼＸ軸に平行に近い光であり、図２（ｃ）に示すように周辺部分Ｆ２では、Ｘ軸に対して角度を有するようになる。

図４（ｂ）〜（ｄ）に、溝２０３の凸形状部分での光の屈折を示す。

図４（ｂ）は、拡散板２０２の中央Ｆ１部分での溝形状である。溝２０３の１つの溝にＸ軸と平行な光が入射した状態を示す。溝斜面Ｓ１と溝斜面Ｓ４での光の屈折は、同じであり、Ｘ軸に対してほぼ対称な光拡散となる。

図４（ｃ）は、溝２０３の中央Ｆ１の溝２０３に、Ｘ軸に対して角度θを持つ光が入射した場合を示す。このとき、溝で屈折した拡散光も、全体的に入射光と同様にθの方向に光の角度がずれることになる。レーザ光源２０１の射出光の広がりが大きくなると、拡散板２０２の中央Ｆ１部分では、Ｘ軸方向とほぼ平行な光が入射するが、周辺Ｆ２部分に行くに従い、Ｘ軸に対して角度を持った光が溝２０３に入射することになるので、溝２０３による光拡散の広がりの中心方向も、周辺Ｆ２に行くに従い、Ｘ軸からずれた方向に変化してしまう。このため、拡散板２０２の周辺Ｆ２部分では、必要以上に光が照射領域の外側へ広がることになり、照射領域内の光量が低下し、レーザ投射装置の光効率が低下する。

そこで、図４（ｄ）に示すように、拡散板２０２の周辺Ｆ２において、溝形状をレーザ光源２０１からの光の角度θと逆方向にＹ軸回りに回転させて配置することで、溝２０３での拡散光の広がりの中心がＸ軸方向に向くようにできる。溝２０３の拡散板２０２中央側の溝斜面、すなわち、溝斜面Ｓ４の傾斜を小さくして屈折角を小さくし、逆に、拡散板２０２周辺側の溝斜面、すなわち溝斜面Ｓ１の傾斜を大きくしてより屈折角を大きくすることで、周辺Ｆ２部分における溝２０３の光拡散の広がりの中心方向をＸ軸に近づけることができる。このとき、接続点４での傾斜角θ３は、接続点２での傾斜角θ４より大きくなる。

このように、拡散板２０２の溝２０３の形状を中央部Ｆ１から周辺部Ｆ２にかけて溝斜面Ｓ１の傾斜角を溝傾斜面４の傾斜角より大きくしていくことで、溝２０３による光拡散の広がりを場所によらず同じにでき照射領域内の光量低下を防ぐことができる。

図４（ｂ）〜（ｄ）では、溝２０３の溝斜面Ｓ１と溝斜面Ｓ４で形成される凸形状について説明したが、溝斜面Ｓ２と溝斜面Ｓ３で形成される凹形状でも同様である。

また、図４（ａ）において、溝斜面Ｓ１と溝斜面Ｓ２に入射した光は、Ｙ軸に対して時計回りに屈折し、溝斜面Ｓ３と溝斜面Ｓ４に入射した光は、Ｙ軸に対して半時計周りに屈折する。拡散板２０２の中央Ｆ１においては、図２（ｂ）に示すように溝斜面Ｓ１と溝斜面Ｓ２に入射する光の幅ｗ１と溝斜面Ｓ３と溝斜面Ｓ４に入射する光の幅ｗ２を等しくし、拡散板２０２の周辺Ｆ２においても図２（ｃ）に示すように、溝斜面Ｓ１と溝斜面Ｓ２に入射する光の幅ｗ３と溝斜面Ｓ３と溝斜面Ｓ４に入射する光の幅ｗ４を等しくしているので、溝２０３による光拡散は、中央Ｆ１から周辺Ｆ２全域で、拡散の広がりの中心がＸ軸方向で対称な広がりを有する。

図５は、拡散板２０２からのＸＺ断面あるいはＸＹ断面での射出光の角度放射分布を示す。溝２０３あるいは溝２０４の溝斜面Ｓ１、溝斜面Ｓ２、溝斜面Ｓ３、溝斜面Ｓ４の断面形状の非球面係数を変えることで、角度放射分布を変えることができる。

図５（ａ）は角度による光強度を一定としたものである。図５（ｂ）は角度の大きな方向の光強度を高めたものである。図５（ｃ）は逆に角度の大きな方向の光強度を低めにしたものである。

また、図５（ｄ）や図５（ｅ）は、中央あるいは、角度の大きなところで部分的に光強度を高めたものである。

図５（ｆ）は角度放射分布を非対称にしたものであり、溝斜面Ｓ１と溝斜面Ｓ２に対して、溝斜面Ｓ３と溝斜面Ｓ４を変えることで分布を形成する。

レーザ光源２０１の射出光をコリメートレンズで平行光化すれば、図２（ｃ）および図３（ｃ）に示すような拡散板２０２の周辺Ｆ２，Ｆ４において、溝形状を変化させる必要はないが、コリメートレンズによる表面反射による光ロスが生じる。拡散板２０２の溝形状を中央Ｆ１、Ｆ３から周辺Ｆ２，Ｆ４にかけて変化させることで、コリメートレンズを用いずに、拡散板２０２から必要な照射領域に効率よく光を拡散して照射させることができる。

拡散板２０２の溝２０３に入射し屈折により拡散した光は、拡散板２０２内を伝播し、拡散板２０２の出射面に配置された溝２０４に入射する。溝２０４の溝形成領域は、溝２０３の溝形成領域より、大きく形成されているので、溝２０３で拡散した光の大部分が溝２０４に入射する。溝２０４での光拡散も溝２０３での光拡散と同様であり、屈折により光の光路を変えて拡散させる。

溝２０３および溝２０４は溝が配列された押し出し構造をしているので、それぞれ入射光を溝配列方向に広げる。溝２０３と溝２０４とは、溝配列方向が互いに直交しているので、拡散板２０２の射出光は面状に広がった拡散光となる。

また、溝２０４の傾斜角θ５，θ６，θ７，θ８はａｓｉｎ（１／ｎ）、すなわち、Ｘ軸と平行に入った光に対しては少なくとも全反射角を超えないような傾斜角で形成されているので、溝２０４において全反射が起こりにくく、レーザ光源２０１側へ光が戻りにくい構成となっており、拡散板２０２の光効率を高くすることができる。

レーザ光源２０１は単色光であるので、一定周期の溝を有する拡散板２０２では、光の回折の影響がでる。レーザ光源２０１の波長をλ、溝２０３のピッチをｐ１とすると、回折光の角度間隔は、ｓｉｎ（λ／ｐ１）となる。レーザ光源２０１の波長をたとえば９５０ｎｍとし、溝ピッチを０．１ｍｍすると、回折角は、約１°となり、拡散板２０２の広がり角の最小広がり１０°に対して十分小さく、回折の影響は小さい。溝ピッチが０．０５ｍｍのときは、回折角は２°となり、広がり角に対する影響はまだ小さい。溝ピッチが０．０２５ｍｍ以下になると、回折角は４°となり、最小広がり角に対してかなり大きな影響を持つようになる。よって、溝ピッチは、０．０５ｍｍ以上がよく、さらに０．１ｍｍ以上であればなおよい。溝ピッチが小さくなり、回折角が大きくなると、特定の方向へ強い光が生じるため拡散光の均一性が低下する。

拡散板２０２での光広がり角を大きくするには、拡散板２０２の溝の傾斜を大きくする必要があり、溝深さが深くなる。溝ピッチに対する溝深さ、すなわちアスペクト比は、大きくすると溝形状が破損しやすくなるので、最大でもアスペクト比は２以下が望ましい。このとき、拡散板２０２の溝ピッチが０．１ｍｍとすると、溝深さは０．１ｍｍとなり、拡散板２０２の厚みｔは、少なくとも０．２ｍｍ以上必要となる。拡散板２０２の強度を加味すると厚みは０．５ｍｍ以上が望ましい。

また、拡散板の２０２の厚みを厚くすると、溝２０３での拡散により拡散板２０２内部で光が広がるため、拡散板２０２のＹＺ面内でのサイズを大きくしなければならない。厚みｔが１ｍｍのときは、２．５ｍｍ分大きくする必要があり、厚みｔが１０ｍｍのときは、サイズが２５ｍｍ、厚みｔが３０ｍｍのときは、サイズが７５ｍｍ大きくする必要がある。レーザ投射装置の小型化、軽量化のためには、拡散板２０２の厚みは３０ｍｍ以下が望ましく、できれば１０ｍｍ以下とするのがよい。

拡散板２０２は、金型を用いた射出成型により制作することができる。拡散板２０２の溝２０３，２０４は滑らかな形状であるので、拡散板２０２の製造工程での摩耗、成形の転写不良による変形の影響を受けにくい。エッジなどの局所的に傾斜角が大きくなると、エッジ付近での不要な反射や迷光となり、エッジ部分の摩耗により予期しない拡散の広がりができ拡散板の光効率が低下しやすい。拡散板の溝は滑らかな曲線で、押し出し形状をしているので、たとえば、シェーパー加工で容易に短時間での機械加工で金型を製作し、射出成型により安価に拡散板を製作することができる。

かかる構成によれば、レーザ光源２０１の射出光を、４つの溝斜面で構成された溝２０３，２０４を有する拡散板２０２で屈折により光を拡散させることで、拡散板での光ロスが小さく、広い広がり角の光を射出することができる。また、レーザ光源２０１と拡散板２０２との距離を広げることで、拡散板２０２上での見掛けの光源発光サイズを大きし、レーザクラス１となるレーザ出力を高くすることができ明るい照明が可能なレーザ投射装置を実現できる。

（実施の形態２）
図７（ａ）は、本発明の実施の形態２におけるレーザ投射装置を示す。図１と同じ構成要素については同じ符号を用い説明を省略する。

このレーザ投射装置では、筐体２０５の内部に、レーザ光源２０１，コリメートレンズ２４１，拡散板２０２が配置されている。この実施の形態２の拡散板２０２は入射面および出射面とも平板形状である。

図７（ｂ）はコリメートレンズ２４１の斜視図である。なお、拡散板２０２の入射面に形成された溝２０３の構造は実施の形態１と同じである。

レーザ光源２０１と拡散板２０２の間に配置されたコリメートレンズ２４１は、レーザ光源２０１の射出光を入射光とし、ビーム径を大きくし、かつ平行光化する全反射面を有する。コリメートレンズ２４１の入射面２５０は、凸状の円錐錐状の透過面であり、レーザ光源２０１の射出光を入射する。

コリメートレンズ２４１の出射面には、凹状の円錐錐形状の第１全反射面２５１が形成されている。第１全反射面２５１は入射面２５０の入射光を全反射させる。第１全反射面２５１の角度は、Ｘ軸に対して約４５°である。角度が大きいと全反射しなくなるので５０°以下が望ましい。

コリメートレンズ２４１の側面には、非球面形状の第２全反射面２５２が形成されている。第２全反射面２５２は第１全反射面２５１で全反射した光を再度全反射し、Ｘ軸方向の平行光とする。

コリメートレンズ２４１の出射面には凹状の円錐錐状の透過面２５３が形成されている。透過面２５３は、第１全反射面２５１で全反射して平行光化した光を透過して、コリメートレンズ２４１から射出させる。

拡散板２０２の入射面に溝２０３が形成され、出射面に溝２０４が形成されている。拡散板２０２への入射光は、コリメートレンズ２４１でほぼ平行光化され、Ｘ軸方向の光となっているので、溝２０３の溝形状は図２（ｂ）に示す溝形状が拡散板２０２の中央Ｆ１から周辺Ｆ２に配置されている。同様に、溝２０４の溝形状は、図３（ｂ）に示す溝形状が拡散板お２０２の中央Ｆ３から周辺Ｆ４に配置されている。よって、拡散板２０２の溝包絡線は、平板状になる。

レーザ光源２０１の射出光はコリメートレンズ２４１でビーム径を拡大するので、溝２０３の溝形成範囲のサイズｄ１は、少なくともコリメートレンズ２４１の第２全反射面のサイズより大きく形成される。

以上のように構成されたレーザ投射装置において、その動作について説明する。

図８は、コリメートレンズ２４１での光路を示す。

レーザ光源２０１からの光はＸ軸方向に射出し、コリメートレンズ２４１の入射面２５０に入射する。入射面２５０は凸状の円錐形状をしているので、レーザ光源２０１の光を集光し、大部分の光を第１全反射面２５１に入射させる。第１全反射面２５１に入射した光は、大部分の光が全反射により反射し、コリメートレンズ２４１の側面に形成された非球面形状の第２全反射面２５２に入射する。このとき、コリメートレンズ２４１の出射面２５３が凹状の円錐形状をしているので、第１全反射面２５１の全反射光は出射面２５３に入射せず、第２全反射面２５２に入射することになる。第２全反射面２５２での全反射光は、第２全反射面２５２の非球面形状により、出射面２５３の射出光が平行光になるように平行光化される。

コリメートレンズ２４１で平行光化された光は、拡散板２０２の入射面に配置された溝２０３でＸＺ面内において屈折により拡散され、さらに、出射面に配置された溝２０４によりＸＹ面内で屈折により拡散される。拡散板２０２で拡散された光は、筐体２０５の開口部より射出される。

コリメートレンズ２４１では、第１全反射面２５１で光路をＸ軸と垂直な方向に変えて、第２全反射面２５２で再びＸ軸方向に光路を戻すことで、コリメートレンズ２４１の厚み分で、見掛けのビーム径を大きくすることができる。

図８（ｂ）にＸ軸方向からみたコリメートレンズ２４１の出射面でのビーム状態を示す。２５６がコリメートレンズ２４１のビーム形状であり、第１全反射面２５１の部分は発光せず、それ以外の部分からドーナツ状の形状の光が射出される。

かかる構成によれば、レーザ光源２０１の射出光を、２つの全反射面を有するコリメートレンズ２４１によりビーム径を大きくし、４つの溝斜面で構成された溝２０３，２０４を有する拡散板２０２で屈折により光を拡散させることで、拡散板での光ロスが小さく、広い広がり角の光を射出することができる。コリメートレンズ２４１でビーム径を大きくしているので、レーザクラス１となるレーザ出力を高くすることができ明るい照明が可能なレーザ投射装置を実現できる。

実施の形態１では、コリメートレンズを用いない構成で、コリメートレンズでの表面反射による光ロスを低減することができるが、光源２０１と拡散板２０２との距離を小さくすると拡散板２０２上の見掛けのビーム径が小さくなる。

一方、この実施の形態２では、全反射を用いたコリメートレンズ２４１を用いる構成により、短い距離でレーザ光源２０１のビーム径を大きくすることで、拡散板２０２上の見掛けのビーム径を大きくし、拡散板２０２上の輝度を低減することでレーザクラス１となるレーザ光源２０１の出力を増加させて、明るいレーザ投射装置を実現できる。

上記の各実施の形態においてレーザ光源２０１は、半導体レーザを複数配列し、空間的な干渉性を下げたものを用いたが、マルチモードタイプの半導体レーザなどの空間的な干渉性の低いものを用いてもよい。

あるいは、発光ダイオードや発光径の小さなスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ：Superluminescent diode ）を用いてもよい。スペックルノイズが増えてもかまわなければ、シングルモードタイプの半導体レーザでもよい。また、装置が大型化してもよければ、ＨｅＮｅ、アルゴンガスレーザなどを用いてもよい。

上記の各実施の形態においてレーザ光源２０１の波長を近赤外としたが、測定光が見えてもかまわないときは、可視光を用いてもよい。あるいは紫外光を用いてもかまわない。

なお、実施の形態２において拡散板２０２を筐体２０５の内側に配置したが、筐体２０５の外側に配置してもよい。内側に配置する方が、衝撃などによる拡散板２０２の脱落を防ぐうえで有利である。

上記の各実施の形態において、外部からの衝撃による破損を防止するため、拡散板２０２の外側に透明な平面状のカバーを配置してもよい。カバーを配置すると表面反射により約１０％程度の照射光量が低下する。

上記の各実施の形態において、拡散板２０２の入射面に溝２０３を形成し、拡散板２０２の出射面に溝２０４を形成し、溝方向を互いに垂直となるようにすることで面状に拡散させたが、１軸方向の拡散をのみでよい場合は溝２０４を省き、溝２０３のみとする構成でもよい。

また、拡散による光の広がり角が、たとえば９０°以下でよければ、溝形成面は拡散板２０２の入射面の側でも出射面の側でもどちらでもよい。

拡散板２０２の出射面に溝を形成すると、拡散の広がり角が大きくなる時、すなわち、溝ピッチに対する溝深さのアスペクト比が大きくなるとき、出射面からレーザ光源２０１側への反射光が増えるので、光効率が低下するので、拡散板２０２への溝は入射側に配置するのが望ましい。

図２（ｃ）において、ｗ３ ≒ ｗ４とすることで溝２０３の拡散広がりの中心をＸ軸方向に対して対称な広がりとしたが、ｗ３とｗ４の比率、および、溝斜面Ｓ１〜Ｓ４の非球面係数を変えて、広がりをＸ軸に対して非対称な広がりを形成させてもよい。拡散板２０２の表面に反射防止膜を形成し、表面反射を低減させてもよい。

上記の実施の形態１において、拡散板２０２の形状を包絡線が曲面状となるようにしたが、図６（ａ）に示すように拡散板２０２の入射面および出射面を平板形状としてもよい。このとき、ｗ３ ＜ ｗ４，ｗ７ ＜ ｗ８となり、拡散板２０２の周辺Ｆ２，Ｆ４において、拡散光の広がりの中心方向がＸ軸と角度を有するようになる。拡散板２０２は、１枚の拡散板の入射面に溝２０３を形成し、出射面に溝２０４を形成したが、２枚の拡散板２０２ａ，２０２ｂに分離し、拡散板２０２ａに溝２０３を設け、拡散板２０２ｂに溝２０４を設けてもよい。また、図６（ｂ）に示すように拡散板２０２に溝２０３のみを形成したものを２枚使用し、２枚目の拡散板の溝２０３の溝配列方向をＸ軸回りに９０°回転させた構成でもよい。２枚の拡散板を用いると表面反射が増えるためレーザ投射装置からの照射光量は、約１０％低減する。図６（ｂ）の拡散板２０２ａの入射面および出射面ともに平板形状ある。

なお、上記の実施の形態１において、図６（ｃ）に示すように、拡散板２０２の入射面の溝２０３の包絡線を平面状とし、出射面には溝を配置せず、円筒軸が溝２０３の配列方向と平行な断面が非球面の円筒形状２３３のレンズ面とし、溝２０３では、ＸＺ面で光を拡散させ、一方ＸＹ面では、非球面の円筒形状により光をコリメートし広がりに小さな光を形成してもよい。また、レンズ面２３３は、非球面レンズ形状としてもよい。図６（ｃ）の拡散板２０２は出射面に溝２０４が形成されていない以外は図１（ａ）と同じである。

なお、上記の実施の形態１において、図６（ｄ）に示すように、拡散板２０２には、入射側に溝２０３を形成し、出射側には溝を形成せず、平面形状とし、拡散板２０２射出光を円筒軸が溝２０３の配列方向と平行な断面が非球面の円筒形状を出射面に有するレンズ２３４を配置し、溝２０３では、ＸＺ面で光を拡散させ、一方ＸＹ面では、非球面の円筒形状により光をコリメートし広がりに小さな光を形成してもよい。また、レンズ面２３３は、非球面レンズ形状としてもよい。図６（ｄ）の拡散板２０２は図６（ｂ）と同じである。

なお、上記の実施の形態２において、入射面２５０を凸の円錐形状とし、レーザ光源２０１の光を集光し、第１全反射面２５１への光が増えるようにしたが、レーザ光源２０１の射出光の広がりが小さく、集光の必要がないときは、あるいは、入射面２５０の透過光が、直接出射面２５３から射出する光が増え、光が拡散してもかなわないときは、入射面２５０の形状を平面としても構わない。

なお、上記の実施の形態２において、図９（ａ）に示すように、コリメートレンズとして両面非球面レンズを用い、入射面に溝２０３、出射面に溝２０４を配置した拡散板２０２を用いてもよい。ただし、全反射を用いたコリメートレンズ２４１より見掛けのビーム径は小さく、レンズ厚みも厚くなる。図９（ａ）の拡散板２０２は図７（ａ）と同じである。

なお、上記の実施の形態２において、図９（ｂ）に示すコリメートレンズとして両面非球面レンズを用い、入射面に溝２０３を配置した拡散板２０２ａ，２０２ｂを２枚用い、１枚目の拡散板２０２ａの溝方向と２枚面の拡散板２０２ｂの溝方向を互いに直交させて配置してもよい。ただし、全反射を用いたコリメートレンズより見掛けのビーム径は小さく、レンズ厚みも厚くなり、拡散板を２枚にするので、表面反射増加により、光効率が低下する。図９（ｂ）の拡散板２０２ａ，２０２ｂは図６（ｂ）と同じである。

なお、上記の実施の形態２において、図９（ｃ）に示すようにコリメートレンズ２４１の第１全反射面２５１の後ろにテーパー状の円筒面２５５を追加した形状とすることで、出射面２５３の形状を円錐形状ではなく、平面形状としてもよい。

なお、上記の実施の形態２において、拡散板２０２への入射光がコリメートレンズ２４１で平行光化されているので、拡散板２０２の入射面の溝２０３および出射面の溝２０４を平面状としたが、コリメートレンズ２４１の射出光を完全に平行光化せず、拡散状態で射出させ、拡散板２０２を実施の形態１と同様に曲面形状としてもよい。

本発明のレーザ投射装置は、屋外での車載センサや防犯センサ、屋内でのエアコンや照明等の家庭電化製品の距離センサ用光源にも適用できる。

２０１ レーザ光源
２０２ 拡散板
２０３ 拡散板の入射面の溝
２０４ 拡散板の出射面の溝
２０５ 筐体
２４１ コリメートレンズ

Claims (16)

1. レーザ光源と、
   前記レーザ光源の射出光を入射光とし、入射面または出射面に直線状の複数の溝を配列した拡散板と、
   前記レーザ光源の射出方向に前記溝により拡散した光を射出する開口部を有した光を透過しない筐体とを備えた、
   レーザ投射装置。
2. レーザ光源と、
   互いに対抗する入射面と出射面および入射面と出射面の間に側面が配置され、前記レーザ光源の射出光を入射面より入射し、前記出射面に配置され前記入射面の入射光を反射させる第１全反射面、および前記側面に配置され前記第１全反射面の反射光を再び反射させ平行光化させる第２全反射面が形成され、
   前記第２全反射面の射出光を前記出射面より射出するコリメートレンズと、
   前記コリメートレンズの射出光を入射光とし入射面または出射面に直線状の複数の溝を配列した拡散板と、
   前記レーザ光源の射出方向に前記拡散板の前記溝により拡散した光を射出する開口部を有した光を透過しない筐体とを備えた、
   レーザ投射装置。
3. 前記レーザ光源は、複数の半導体レーザが近接して配列された、
   請求項１または請求項２記載のレーザ投射装置。
4. 前記拡散板の複数の溝は、断面が４つの曲面状の溝斜面で構成され隣接する溝斜面は接続点において傾斜角がほぼ等しくなるように接続された、
   請求項１または請求項２記載のレーザ投射装置。
5. 前記拡散板の複数の前記溝の１つの溝を、
   第２溝斜面に第３接続点で接続された第３溝斜面とで構成される凹形状と、前記第２溝斜面に第２接続点で接続された第１溝斜面で形成される第１凸形状と、前記第３溝斜面に第４接続点で接続された第４溝斜面で形成される第２凸形状とで構成し、
   前記第１溝斜面または前記第４溝斜面の前記凸形状の高さは、前記第２溝斜面と前記第３溝斜面で形成される前記凹形状の高さよりも高いまたは等しい、
   請求項４記載のレーザ投射装置。
6. 前記拡散板の複数の前記溝の１つの溝を、
   第２溝斜面とこの第２溝斜面に第３接続点で接続された第３溝斜面とで構成される凹形状と、前記第２溝斜面に第２接続点で接続された第１溝斜面で形成される第１凸形状と、前記第３溝斜面に第４接続点で接続された第４溝斜面で形成される第２凸形状とで構成し、
   前記第２接続点で接続された前記第２溝斜面から前記第１溝斜面の高さと、
   前記第４接続点で接続された前記第３溝斜面から前記第４溝斜面の高さとは、
   拡散板中央側の溝斜面の高さが、周辺側の溝斜面の高さより高い、
   請求項４記載のレーザ投射装置。
7. 前記拡散板の複数の前記溝の１つの溝を、
   第２溝斜面とこの第２溝斜面に第３接続点で接続された第３溝斜面とで構成される凹形状と、前記第２溝斜面に第２接続点で接続された第１溝斜面で形成される第１凸形状と、前記第３溝斜面に第４接続点で接続された第４溝斜面で形成される第２凸形状とで構成し、
   凹形状の前記第２溝斜面と凸形状の前記第１溝斜面との接続点における傾斜角と、
   凹形状の前記第３溝斜面と凸形状の前記第４溝斜面との接続点における傾斜角は、
   拡散板中央側の傾斜角が、拡散板周辺側の傾斜角より等しいか小さい、
   請求項４記載のレーザ投射装置。
8. 前記拡散板の複数の前記溝の断面における溝斜面の形状は非球面形状である、
   請求項４記載のレーザ投射装置。
9. 前記拡散板の複数の前記溝は、溝ピッチが０．１ｍｍ以上で隙間なく配列している、
   請求項４記載のレーザ投射装置。
10. 前記拡散板の厚みは、０．２ｍｍ以上である、
    請求項４記載のレーザ投射装置。
11. 前記拡散板の複数の前記溝の形状は、断面が一定の押し出し形状である、
    請求項４記載のレーザ投射装置。
12. 前記拡散板は、入射面と出射面のそれぞれに複数の溝が配置され、入射面の前記溝の溝方向と出射面の前記溝溝方向とは互いに直交している、
    請求項１または２に記載のレーザ投射装置。
13. 前記拡散板の前記溝の溝ピッチに対する溝深さの比が、出射側より入射側の方が大きいまたは等しい、
    請求項１２記載のレーザ投射装置。
14. 前記拡散板の出射面の前記溝の形成部の大きさが入射面の溝の形成部の大きさより大きい、
    請求項１２記載のレーザ投射装置。
15. 前記コリメートレンズの前記第１全反射面では入射光をほぼ直角に光路を曲げ、前記第２全反射面では再び光路をほぼ直角に曲げる、
    請求項２記載のレーザ投射装置。
16. 前記コリメートレンズの出射面は、凹の円錐形状である、
    請求項１５記載のレーザ投射装置。

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