JP2767235B2 - 環状光線拡がり角制御光学装置 - Google Patents
環状光線拡がり角制御光学装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学装置さらには
均一な光強度分布を有する円環状光線束を出射可能な装
置に関し、特に強度分布の均一な幅の狭い光（スリット
ビーム）を光軸に対して任意の拡がり角でもって３６０
°の方向に同時に照射可能な環状光線拡がり角制御光学
装置に関する。
均一な光強度分布を有する円環状光線束を出射可能な装
置に関し、特に強度分布の均一な幅の狭い光（スリット
ビーム）を光軸に対して任意の拡がり角でもって３６０
°の方向に同時に照射可能な環状光線拡がり角制御光学
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、３６０°の方向にスリットビ
ームを照射する光学装置として、レーザー光源から出射
されるレーザービームを、円錐状の反射面または光透過
面を有する円錐プリズム等に入射させて反射または透過
させることにより、円環状のビームに変換させるように
したものが知られている。また、建築土木において使用
される水準器などにおいては、レーザービームを反射ま
たは透過させてその照射方向を変えるためのプリズム等
の光学素子をモーター等の回転機構により回転させるこ
とにより、レーザービームを３６０°の方向に走査させ
るようにしたものが知られている。
ームを照射する光学装置として、レーザー光源から出射
されるレーザービームを、円錐状の反射面または光透過
面を有する円錐プリズム等に入射させて反射または透過
させることにより、円環状のビームに変換させるように
したものが知られている。また、建築土木において使用
される水準器などにおいては、レーザービームを反射ま
たは透過させてその照射方向を変えるためのプリズム等
の光学素子をモーター等の回転機構により回転させるこ
とにより、レーザービームを３６０°の方向に走査させ
るようにしたものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記円
錐プリズム等を用いる技術では、半導体レーザー等から
出射されるビームは、その断面強度分布が縦方向と横方
向とで異なる異方性を有するものであるため、円錐プリ
ズム等を介して円環状のビームに変換させただけでは、
３６０°の方向に均一な強度分布を有する円環状ビーム
を得ることは極めて困難であるということが本発明者等
によって明らかとされた。さらに、円錐プリズム等の頂
角部に入射した光の回折により、均一なスリットビーム
を得難いという欠点があることも明らかとなった。ま
た、プリズム等を回転させる技術では、レーザービーム
の照射方向を走査させているため、同時に２以上の方向
においてレーザービームを受光することができず、例え
ば水準器の場合にレーザービームを複数箇所で受光する
ことにより水平レベル出しを行う際の精度があまり高く
ならないという欠点があった。さらに、回転機構の経年
劣化によっても測定の精度が低下する、モーター等に駆
動力を付与する動力源が必要となるなどの欠点もあっ
た。
錐プリズム等を用いる技術では、半導体レーザー等から
出射されるビームは、その断面強度分布が縦方向と横方
向とで異なる異方性を有するものであるため、円錐プリ
ズム等を介して円環状のビームに変換させただけでは、
３６０°の方向に均一な強度分布を有する円環状ビーム
を得ることは極めて困難であるということが本発明者等
によって明らかとされた。さらに、円錐プリズム等の頂
角部に入射した光の回折により、均一なスリットビーム
を得難いという欠点があることも明らかとなった。ま
た、プリズム等を回転させる技術では、レーザービーム
の照射方向を走査させているため、同時に２以上の方向
においてレーザービームを受光することができず、例え
ば水準器の場合にレーザービームを複数箇所で受光する
ことにより水平レベル出しを行う際の精度があまり高く
ならないという欠点があった。さらに、回転機構の経年
劣化によっても測定の精度が低下する、モーター等に駆
動力を付与する動力源が必要となるなどの欠点もあっ
た。
【０００４】本発明は、上記問題点等を解決するために
なされたもので、均一な光強度分布を有する円環状光線
束を出射することのできる環状光線拡がり角制御光学装
置を提供することを目的とする。
なされたもので、均一な光強度分布を有する円環状光線
束を出射することのできる環状光線拡がり角制御光学装
置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載した環状
光線拡がり角制御光学装置は、平行光線束を出射可能な
平行光線生成手段と、該平行光線生成手段から出射され
た平行光線束が入射され、かつその入射光線束を、光軸
に対して垂直な仮想平面への照射形状が円環状もしくは
円環の一部の形状をなし、かつ光軸に対して所定の拡が
り角でもって拡がるような環状光線束に変換して出射可
能なステップインデックス型光ファイバーと、該ファイ
バーから出射された環状光線束の出射端面からの距離に
対する照射形状の拡大率が途中で変化するように前記拡
がり角を変化させる円錐状の反射面を有する円錐プリズ
ムを備え、前記平行光線生成手段及び前記ファイバーは
光源の光軸に一致して配置され、また前記円錐プリズム
は、その頂角部が前記ファイバーに対向すると共に、フ
ァイバーから出射された環状光線束が前記頂角部に当た
らないように、且つその頂点を通る軸が前記光軸と重な
るように配置され、光軸に対し平行な平行光線束が入射
する前記ファイバーの入射端面は、光軸に対して斜めに
傾いて成形され、前記出射端面は、光軸に対し垂直に成
形され、一方、前記円錐プリズムの頂角は、９０度に前
記環状光線束の拡がり角を加算した角度よりも小さく成
形され、前記ファイバーの出射端面から出射される環状
光線束は、同一のリング幅で進み、前記円錐プリズムの
反射面により反射して、光軸に沿って進むことを特徴と
する。
光線拡がり角制御光学装置は、平行光線束を出射可能な
平行光線生成手段と、該平行光線生成手段から出射され
た平行光線束が入射され、かつその入射光線束を、光軸
に対して垂直な仮想平面への照射形状が円環状もしくは
円環の一部の形状をなし、かつ光軸に対して所定の拡が
り角でもって拡がるような環状光線束に変換して出射可
能なステップインデックス型光ファイバーと、該ファイ
バーから出射された環状光線束の出射端面からの距離に
対する照射形状の拡大率が途中で変化するように前記拡
がり角を変化させる円錐状の反射面を有する円錐プリズ
ムを備え、前記平行光線生成手段及び前記ファイバーは
光源の光軸に一致して配置され、また前記円錐プリズム
は、その頂角部が前記ファイバーに対向すると共に、フ
ァイバーから出射された環状光線束が前記頂角部に当た
らないように、且つその頂点を通る軸が前記光軸と重な
るように配置され、光軸に対し平行な平行光線束が入射
する前記ファイバーの入射端面は、光軸に対して斜めに
傾いて成形され、前記出射端面は、光軸に対し垂直に成
形され、一方、前記円錐プリズムの頂角は、９０度に前
記環状光線束の拡がり角を加算した角度よりも小さく成
形され、前記ファイバーの出射端面から出射される環状
光線束は、同一のリング幅で進み、前記円錐プリズムの
反射面により反射して、光軸に沿って進むことを特徴と
する。
【０００６】この発明によれば、円錐プリズムの頂角の
大きさを適宜選択することによって、任意の拡がり角で
もって光軸に沿って進む円環状のスリットビームが得ら
れる。
大きさを適宜選択することによって、任意の拡がり角で
もって光軸に沿って進む円環状のスリットビームが得ら
れる。
【０００７】請求項２に記載した環状光線拡がり角制御
光学装置は、平行光線束を出射可能な平行光線生成手段
と、該平行光線生成手段から出射された平行光線束が入
射され、かつその入射光線束を、光軸に対して垂直な仮
想平面への照射形状が円環状もしくは円環の一部の形状
をなし、かつ光軸に対して所定の拡がり角でもって拡が
るような環状光線束に変換して出射可能なステップイン
デックス型光ファイバーと、該ファイバーから出射され
た環状光線束の出射端面からの距離に対する照射形状の
拡大率が途中で変化するように前記拡がり角を変化させ
る円錐状の反射面を有する円錐プリズムを備え、前記平
行光線生成手段及び前記ファイバーは光源の光軸に一致
して配置され、また前記円錐プリズムは、その頂角部が
前記ファイバーに対向すると共に、そのファイバーから
出射された環状光線束が前記頂角部に当たらないよう
に、且つその頂点を通る軸が前記光軸と重なるように配
置され、光軸に対し平行な平行光線束が入射する前記フ
ァイバーの入射端面は、光軸に対して斜めに傾いて成形
され、前記出射端面は、光軸に対し垂直に成形され、一
方、前記円錐プリズムの頂角は、９０度に前記環状光線
束の拡がり角を加算した角度に成形され、前記ファイバ
ーの出射端面から出射される環状光線束は、同一のリン
グ幅で進み、前記円錐プリズムの反射面により反射し
て、光軸に対し垂直に進むことを特徴とする。
光学装置は、平行光線束を出射可能な平行光線生成手段
と、該平行光線生成手段から出射された平行光線束が入
射され、かつその入射光線束を、光軸に対して垂直な仮
想平面への照射形状が円環状もしくは円環の一部の形状
をなし、かつ光軸に対して所定の拡がり角でもって拡が
るような環状光線束に変換して出射可能なステップイン
デックス型光ファイバーと、該ファイバーから出射され
た環状光線束の出射端面からの距離に対する照射形状の
拡大率が途中で変化するように前記拡がり角を変化させ
る円錐状の反射面を有する円錐プリズムを備え、前記平
行光線生成手段及び前記ファイバーは光源の光軸に一致
して配置され、また前記円錐プリズムは、その頂角部が
前記ファイバーに対向すると共に、そのファイバーから
出射された環状光線束が前記頂角部に当たらないよう
に、且つその頂点を通る軸が前記光軸と重なるように配
置され、光軸に対し平行な平行光線束が入射する前記フ
ァイバーの入射端面は、光軸に対して斜めに傾いて成形
され、前記出射端面は、光軸に対し垂直に成形され、一
方、前記円錐プリズムの頂角は、９０度に前記環状光線
束の拡がり角を加算した角度に成形され、前記ファイバ
ーの出射端面から出射される環状光線束は、同一のリン
グ幅で進み、前記円錐プリズムの反射面により反射し
て、光軸に対し垂直に進むことを特徴とする。
【０００８】この発明によれば、光軸に対して垂直でか
つ３６０゜の方向にスリットビームを同時に出射させる
ことができる。
つ３６０゜の方向にスリットビームを同時に出射させる
ことができる。
【０００９】請求項３に記載した環状光線拡がり角制御
光学装置は、平行光線束を出射可能な平行光線生成手段
と、該平行光線生成手段から出射された平行光線束が入
射され、かつその入射光線束を、光軸に対して垂直な仮
想平面への照射形状が円環状もしくは円環の一部の形状
をなし、かつ光軸に対して一定の拡がり角でもって拡が
るような環状光線束に変換して出射可能なステップイン
デックス型光ファイバーと、該ファイバーから出射され
た環状光線束の出射端面からの距離に対する照射形状の
拡大率が途中で変化するように前記拡がり角を変化させ
る凹面を有するプリズムを備え、前記平行光線生成手段
及び前記ファイバーは光源の光軸に一致して配置され、
また前記プリズムは、相補形状をなす仮想の円錐体の母
線により形成される外周面に丁度当接し得る形状となっ
ている前記凹面が前記ファイバーに対向すると共に、そ
の仮想円錐体の軸が光軸と重なるように配置され、光軸
に対し平行な平行光線束が入射する前記ファイバーの入
射端面は、光軸に対して斜めに傾いて成形され、一方、
前記出射端面は、光軸に対し垂直に成形され、前記ファ
イバーの出射端面から出射される環状光線束は、同一の
リング幅で進み、前記プリズムを透過することにより、
光軸に沿って進むことを特徴とする。
光学装置は、平行光線束を出射可能な平行光線生成手段
と、該平行光線生成手段から出射された平行光線束が入
射され、かつその入射光線束を、光軸に対して垂直な仮
想平面への照射形状が円環状もしくは円環の一部の形状
をなし、かつ光軸に対して一定の拡がり角でもって拡が
るような環状光線束に変換して出射可能なステップイン
デックス型光ファイバーと、該ファイバーから出射され
た環状光線束の出射端面からの距離に対する照射形状の
拡大率が途中で変化するように前記拡がり角を変化させ
る凹面を有するプリズムを備え、前記平行光線生成手段
及び前記ファイバーは光源の光軸に一致して配置され、
また前記プリズムは、相補形状をなす仮想の円錐体の母
線により形成される外周面に丁度当接し得る形状となっ
ている前記凹面が前記ファイバーに対向すると共に、そ
の仮想円錐体の軸が光軸と重なるように配置され、光軸
に対し平行な平行光線束が入射する前記ファイバーの入
射端面は、光軸に対して斜めに傾いて成形され、一方、
前記出射端面は、光軸に対し垂直に成形され、前記ファ
イバーの出射端面から出射される環状光線束は、同一の
リング幅で進み、前記プリズムを透過することにより、
光軸に沿って進むことを特徴とする。
【００１０】この発明によれば、凹面を有するプリズム
の凹面の傾斜の緩急、すなわち前記プリズムと相補形状
なす仮想円錐体の頂角の大きさを適宜選択することによ
って、任意の拡がり角でもって光軸に沿って進む円環状
のスリットビームが得られる。
の凹面の傾斜の緩急、すなわち前記プリズムと相補形状
なす仮想円錐体の頂角の大きさを適宜選択することによ
って、任意の拡がり角でもって光軸に沿って進む円環状
のスリットビームが得られる。
【００１１】請求項４に記載した環状光線拡がり角制御
光学装置は、平行光線束を出射可能な平行光線生成手段
と、該平行光線生成手段から出射された平行光線束が入
射され、かつその入射光線束を、光軸に対して垂直な仮
想平面への照射形状が円環状もしくは円環の一部の形状
をなし、かつ光軸に対して所定の拡がり角でもって拡が
るような環状光線束に変換して出射可能な円柱状ロッド
と、該ロッドから出射された環状光線束の出射端面から
の距離に対する照射形状の拡大率が途中で変化するよう
に前記拡がり角を変化させる円錐状の反射面を有する円
錐プリズムを備え、前記平行光線生成手段及び前記ロッ
ドは光源の光軸に一致して配置され、また前記円錐プリ
ズムは、その頂角部が前記ロッドに対向すると共に、ロ
ッドから出射された環状光線束が前記頂角部に当たらな
いように、且つその頂点を通る軸が前記光軸と重なるよ
うに配置され、光軸に対し平行な平行光線束が入射する
前記ロッドの入射端面は、光軸に対して斜めに傾いて成
形され、前記出射端面は、光軸に対し垂直に成形され、
一方、前記円錐プリズムの頂角は、９０度に前記環状光
線束の拡がり角を加算した角度よりも小さく成形され、
前記ロッドの出射端面から出射される環状光線束は、同
一のリング幅で進み、前記円錐プリズムの反射面により
反射して、光軸に沿って進むことを特徴とする。
光学装置は、平行光線束を出射可能な平行光線生成手段
と、該平行光線生成手段から出射された平行光線束が入
射され、かつその入射光線束を、光軸に対して垂直な仮
想平面への照射形状が円環状もしくは円環の一部の形状
をなし、かつ光軸に対して所定の拡がり角でもって拡が
るような環状光線束に変換して出射可能な円柱状ロッド
と、該ロッドから出射された環状光線束の出射端面から
の距離に対する照射形状の拡大率が途中で変化するよう
に前記拡がり角を変化させる円錐状の反射面を有する円
錐プリズムを備え、前記平行光線生成手段及び前記ロッ
ドは光源の光軸に一致して配置され、また前記円錐プリ
ズムは、その頂角部が前記ロッドに対向すると共に、ロ
ッドから出射された環状光線束が前記頂角部に当たらな
いように、且つその頂点を通る軸が前記光軸と重なるよ
うに配置され、光軸に対し平行な平行光線束が入射する
前記ロッドの入射端面は、光軸に対して斜めに傾いて成
形され、前記出射端面は、光軸に対し垂直に成形され、
一方、前記円錐プリズムの頂角は、９０度に前記環状光
線束の拡がり角を加算した角度よりも小さく成形され、
前記ロッドの出射端面から出射される環状光線束は、同
一のリング幅で進み、前記円錐プリズムの反射面により
反射して、光軸に沿って進むことを特徴とする。
【００１２】この発明によれば、円錐プリズムの頂角の
大きさを適宜選択することによって、任意の拡がり角で
もって光軸に沿って進む円環状のスリットビームが得ら
れる。
大きさを適宜選択することによって、任意の拡がり角で
もって光軸に沿って進む円環状のスリットビームが得ら
れる。
【００１３】請求項５に記載した環状光線拡がり角制御
光学装置は、平行光線束を出射可能な平行光線生成手段
と、該平行光線生成手段から出射された平行光線束が入
射され、かつその入射光線束を、光軸に対して垂直な仮
想平面への照射形状が円環状もしくは円環の一部の形状
をなし、かつ光軸に対して一定の拡がり角でもって拡が
るような環状光線束に変換して出射可能な円柱状ロッド
と、該ロッドから出射された環状光線束の出射端面から
の距離に対する照射形状の拡大率が途中で変化するよう
に前記拡がり角を変化させる円錐状の反射面を有する円
錐プリズムを備え 前記平行光線生成手段及び前記ロッ
ドは光源の光軸に一致して配置され、また前記円錐プリ
ズムは、その頂角部が前記ロッドに対向すると共に、そ
のロッドから出射された環状光線束が前記頂角部に当た
らないように、且つその頂点を通る軸が前記光軸と重な
るように配置され、光軸に対し平行な平行光線束が入射
する前記ロッドの入射端面は、光軸に対して斜めに傾い
て成形され、前記出射端面は、光軸に対し垂直に成形さ
れ、一方、前記円錐プリズムの頂角は、９０度に前記環
状光線束の拡がり角を加算した角度に成形され、前記ロ
ッドの出射端面から出射される環状光線束は、同一のリ
ング幅で進み、前記円錐プリズムの反射面により反射し
て、光軸に対し垂直に進むことを特徴とする。
光学装置は、平行光線束を出射可能な平行光線生成手段
と、該平行光線生成手段から出射された平行光線束が入
射され、かつその入射光線束を、光軸に対して垂直な仮
想平面への照射形状が円環状もしくは円環の一部の形状
をなし、かつ光軸に対して一定の拡がり角でもって拡が
るような環状光線束に変換して出射可能な円柱状ロッド
と、該ロッドから出射された環状光線束の出射端面から
の距離に対する照射形状の拡大率が途中で変化するよう
に前記拡がり角を変化させる円錐状の反射面を有する円
錐プリズムを備え 前記平行光線生成手段及び前記ロッ
ドは光源の光軸に一致して配置され、また前記円錐プリ
ズムは、その頂角部が前記ロッドに対向すると共に、そ
のロッドから出射された環状光線束が前記頂角部に当た
らないように、且つその頂点を通る軸が前記光軸と重な
るように配置され、光軸に対し平行な平行光線束が入射
する前記ロッドの入射端面は、光軸に対して斜めに傾い
て成形され、前記出射端面は、光軸に対し垂直に成形さ
れ、一方、前記円錐プリズムの頂角は、９０度に前記環
状光線束の拡がり角を加算した角度に成形され、前記ロ
ッドの出射端面から出射される環状光線束は、同一のリ
ング幅で進み、前記円錐プリズムの反射面により反射し
て、光軸に対し垂直に進むことを特徴とする。
【００１４】この発明によれば、光軸に対して垂直でか
つ３６０°の方向にスリットビームを同時に出射させる
ことができる。
つ３６０°の方向にスリットビームを同時に出射させる
ことができる。
【００１５】請求項６に記載した環状光線拡がり角制御
光学装置は、平行光線束を出射可能な平行光線生成手段
と、該平行光線生成手段から出射された平行光線束が入
射され、かつその入射光線束を、光軸に対して垂直な仮
想平面への照射形状が円環状もしくは円環の一部の形状
をなし、かつ光軸に対して一定の拡がり角でもって拡が
るような環状光線束に変換して出射可能な円柱状ロッド
と、該ロッドから出射された環状光線束の出射端面から
の距離に対する照射形状の拡大率が途中で変化するよう
に前記拡がり角を変化させる凹面を有するプリズムを備
え、前記平行光線生成手段及び前記ロッドは光源の光軸
に一致して配置され、また前記プリズムは、相補形状を
なす仮想の円錐体の母線により形成される外周面に丁度
当接し得る形状となっている前記凹面が前記ロッドに対
向すると共に、その仮想円錐体の軸が光軸と重なるよう
に配置され、光軸に対し平行な平行光線束が入射する前
記ロッドの入射端面は、光軸に対して斜めに傾いて成形
され、一方、前記出射端面は、光軸に対し垂直に成形さ
れ、前記ロッドの出射端面から出射される環状光線束
は、同一のリング幅で進み、前記プリズムを透過するこ
とにより、光軸に沿って進むことを特徴とする。
光学装置は、平行光線束を出射可能な平行光線生成手段
と、該平行光線生成手段から出射された平行光線束が入
射され、かつその入射光線束を、光軸に対して垂直な仮
想平面への照射形状が円環状もしくは円環の一部の形状
をなし、かつ光軸に対して一定の拡がり角でもって拡が
るような環状光線束に変換して出射可能な円柱状ロッド
と、該ロッドから出射された環状光線束の出射端面から
の距離に対する照射形状の拡大率が途中で変化するよう
に前記拡がり角を変化させる凹面を有するプリズムを備
え、前記平行光線生成手段及び前記ロッドは光源の光軸
に一致して配置され、また前記プリズムは、相補形状を
なす仮想の円錐体の母線により形成される外周面に丁度
当接し得る形状となっている前記凹面が前記ロッドに対
向すると共に、その仮想円錐体の軸が光軸と重なるよう
に配置され、光軸に対し平行な平行光線束が入射する前
記ロッドの入射端面は、光軸に対して斜めに傾いて成形
され、一方、前記出射端面は、光軸に対し垂直に成形さ
れ、前記ロッドの出射端面から出射される環状光線束
は、同一のリング幅で進み、前記プリズムを透過するこ
とにより、光軸に沿って進むことを特徴とする。
【００１６】この発明によれば、凹面を有するプリズム
の凹面の傾斜の緩急、すなわち前記プリズムと相補形状
なす仮想円錐体の頂角の大きさを適宜選択することによ
って、任意の拡がり角でもって光軸に沿って進む円環状
のスリットビームが得られる。
の凹面の傾斜の緩急、すなわち前記プリズムと相補形状
なす仮想円錐体の頂角の大きさを適宜選択することによ
って、任意の拡がり角でもって光軸に沿って進む円環状
のスリットビームが得られる。
【００１７】請求項７に記載した環状光線拡がり角制御
光学装置は、請求項１〜６に記載の発明において、光源
としてレーザー光線を発するレーザー光源を用いるよう
にしたものである。本発明によれば、レーザー光源を用
いても、環状の出射光はレーザービームの光強度分布の
不均一性の影響を受けずに済む。
光学装置は、請求項１〜６に記載の発明において、光源
としてレーザー光線を発するレーザー光源を用いるよう
にしたものである。本発明によれば、レーザー光源を用
いても、環状の出射光はレーザービームの光強度分布の
不均一性の影響を受けずに済む。
【００１８】
【実施の形態】以下に、本発明に係る環状光線拡がり角
制御光学装置（以下、単に光学装置ともいう）の実施形
態を図１乃至図１４を参照しつつ説明する。なお、図１
〜図１４において同一の構成要素については同一の符号
を付した。
制御光学装置（以下、単に光学装置ともいう）の実施形
態を図１乃至図１４を参照しつつ説明する。なお、図１
〜図１４において同一の構成要素については同一の符号
を付した。
【００１９】図１は、本発明に係る光学装置における光
学系及びその光学系における光路の第１実施形態を示す
概略図である。この光学装置は、光源１から出射された
光Ｌ1 が入射され、かつその入射光Ｌ2 を平行光線束Ｌ
3 に変換して出射する平行光線生成手段２と、その平行
光線生成手段２から出射された平行光線束Ｌ3 が入射さ
れ、かつその入射光Ｌ4 を光軸Ａ−Ａに対して垂直な仮
想平面（図示せず）への照射形状が円環状をなす環状光
線束Ｌ5 に変換して出射する環状光線生成手段３と、そ
の環状光線生成手段３から出射された環状光線束Ｌ5 の
拡がり角（光軸Ａ−Ａと環状光線束Ｌ5 の伝播方向との
なす角度）θ3 を途中で変化させる拡がり角変換手段４
とを備えている。それら光源１と平行光線生成手段２と
環状光線生成手段３と拡がり角変換手段４は結合効率が
できるだけよくなるように光軸調整されている。
学系及びその光学系における光路の第１実施形態を示す
概略図である。この光学装置は、光源１から出射された
光Ｌ1 が入射され、かつその入射光Ｌ2 を平行光線束Ｌ
3 に変換して出射する平行光線生成手段２と、その平行
光線生成手段２から出射された平行光線束Ｌ3 が入射さ
れ、かつその入射光Ｌ4 を光軸Ａ−Ａに対して垂直な仮
想平面（図示せず）への照射形状が円環状をなす環状光
線束Ｌ5 に変換して出射する環状光線生成手段３と、そ
の環状光線生成手段３から出射された環状光線束Ｌ5 の
拡がり角（光軸Ａ−Ａと環状光線束Ｌ5 の伝播方向との
なす角度）θ3 を途中で変化させる拡がり角変換手段４
とを備えている。それら光源１と平行光線生成手段２と
環状光線生成手段３と拡がり角変換手段４は結合効率が
できるだけよくなるように光軸調整されている。
【００２０】前記光源１は半導体レーザー、固体レーザ
ー、気体レーザー、色素レーザー、エキシマーレーザー
もしくは自由電子レーザーなどの各種レーザー光源、ま
たはＬＥＤ（発光ダイオード）やその他の単色光などの
光源である。
ー、気体レーザー、色素レーザー、エキシマーレーザー
もしくは自由電子レーザーなどの各種レーザー光源、ま
たはＬＥＤ（発光ダイオード）やその他の単色光などの
光源である。
【００２１】前記平行光線生成手段２は、例えばコリメ
ータレンズ２０であり、光源１から発散して広がるよう
に出射される光Ｌ1 を平行光線束Ｌ3 に変換する。
ータレンズ２０であり、光源１から発散して広がるよう
に出射される光Ｌ1 を平行光線束Ｌ3 に変換する。
【００２２】前記環状光線生成手段３は、光ファイバ
ー、特にステップインデックス型の光ファイバー（以
下、単に光ファイバーと称する。）３０または透明な円
柱状ロッド３１よりなる光学素子などである。
ー、特にステップインデックス型の光ファイバー（以
下、単に光ファイバーと称する。）３０または透明な円
柱状ロッド３１よりなる光学素子などである。
【００２３】光ファイバー３０または円柱状ロッド３１
の、前記コリメータレンズ２０から出射された平行光線
束Ｌ3 が入射する側の端面（入射端面）は、光軸Ａ−Ａ
に対して斜めに傾いて成形されている。光ファイバー３
０または円柱状ロッド３１の、環状光線束Ｌ5 を出射す
る側の端面（出射端面）は、光軸Ａ−Ａに対して垂直に
成形されている。このように光ファイバー３０または円
柱状ロッド３１の入射端面が傾斜していることにより、
光ファイバー３０または円柱状ロッド３１に入射した光
Ｌ4 はその内部で数回反射しながら出射端面に向かって
伝播することとなる。それによって、その入射光Ｌ4 は
スパイラル方向にミキシングされて出射端面から環状光
線束Ｌ5 として出射する。このときの環状光線束Ｌ5 は
照射幅の狭いスリットビームとなっている。
の、前記コリメータレンズ２０から出射された平行光線
束Ｌ3 が入射する側の端面（入射端面）は、光軸Ａ−Ａ
に対して斜めに傾いて成形されている。光ファイバー３
０または円柱状ロッド３１の、環状光線束Ｌ5 を出射す
る側の端面（出射端面）は、光軸Ａ−Ａに対して垂直に
成形されている。このように光ファイバー３０または円
柱状ロッド３１の入射端面が傾斜していることにより、
光ファイバー３０または円柱状ロッド３１に入射した光
Ｌ4 はその内部で数回反射しながら出射端面に向かって
伝播することとなる。それによって、その入射光Ｌ4 は
スパイラル方向にミキシングされて出射端面から環状光
線束Ｌ5 として出射する。このときの環状光線束Ｌ5 は
照射幅の狭いスリットビームとなっている。
【００２４】光ファイバー３０または円柱状ロッド３１
に光が入射する際の入射角θ1 （すなわち、光ファイバ
ー３０または円柱状ロッド３１の入射端面の法線Ｂ−Ｂ
と光軸Ａ−Ａとのなす角）と屈折角θ2 との間にはフレ
ネルの公式：
に光が入射する際の入射角θ1 （すなわち、光ファイバ
ー３０または円柱状ロッド３１の入射端面の法線Ｂ−Ｂ
と光軸Ａ−Ａとのなす角）と屈折角θ2 との間にはフレ
ネルの公式：
【数１】 ‥‥（１） で表される関係が成り立つ。但し、ｎは光ファイバー３
０または円柱状ロッド３１の屈折率である。また、環状
光線束Ｌ5 の拡がり角θ3 と前記入射角θ1 及び前記屈
折角θ2 との間には次式：
０または円柱状ロッド３１の屈折率である。また、環状
光線束Ｌ5 の拡がり角θ3 と前記入射角θ1 及び前記屈
折角θ2 との間には次式：
【数２】 ‥‥（２） で表される関係が成り立つ。従って、上記（１）式及び
（２）式より、環状光線束Ｌ5 の拡がり角θ3 は、光フ
ァイバー３０または円柱状ロッド３１の入射端面の傾斜
角（前記入射角θ1 に等しい。）及び屈折率により決ま
る。つまり、光ファイバー３０または円柱状ロッド３１
の入射端面の傾斜角については、環状光線束Ｌ5 の拡が
り角θ3 に応じて決めればよい。
（２）式より、環状光線束Ｌ5 の拡がり角θ3 は、光フ
ァイバー３０または円柱状ロッド３１の入射端面の傾斜
角（前記入射角θ1 に等しい。）及び屈折率により決ま
る。つまり、光ファイバー３０または円柱状ロッド３１
の入射端面の傾斜角については、環状光線束Ｌ5 の拡が
り角θ3 に応じて決めればよい。
【００２５】具体的には環状光線生成手段３として光フ
ァイバー３０を用いる場合には、例えばコア径が０．５
mmであるものや１．０mmであるものを用いることができ
る。また、光ファイバー３０の長さは、光ファイバー３
０内での入射光Ｌ4 の反射回数が３回よりも多くなるよ
うな長さ、好ましくは３．９回〜１０．８回となるよう
な長さであるとよい。さらに、光ファイバー３０の入射
端面の傾斜角は、コアの屈折率にもよるが、略１０°〜
略２０°程度であるのが適当である。それらの理由は、
図６に示す光学系を用いて本発明者等が行った実験に基
づいている。その実験の内容については後述する。
ァイバー３０を用いる場合には、例えばコア径が０．５
mmであるものや１．０mmであるものを用いることができ
る。また、光ファイバー３０の長さは、光ファイバー３
０内での入射光Ｌ4 の反射回数が３回よりも多くなるよ
うな長さ、好ましくは３．９回〜１０．８回となるよう
な長さであるとよい。さらに、光ファイバー３０の入射
端面の傾斜角は、コアの屈折率にもよるが、略１０°〜
略２０°程度であるのが適当である。それらの理由は、
図６に示す光学系を用いて本発明者等が行った実験に基
づいている。その実験の内容については後述する。
【００２６】或は、環状光線生成手段３として円柱状ロ
ッド３１を用いる場合には、特に限定されないが、例え
ば直径が略４mm〜略６mmであるものを用いることができ
る。また、円柱状ロッド３１の長さは、ロッド３１内で
の入射光Ｌ4 の反射回数が４回以上になるような長さ、
好ましくは４．２回〜７．６回となるような長さである
とよい。さらに、円柱状ロッド３１の入射端面の傾斜角
は、コアの屈折率にもよるが、略３０°〜略４５°程度
であるのが適当である。それらの理由は、図６に示す光
学系を用いて本発明者等が行った実験に基づいている。
その実験の内容については後述する。
ッド３１を用いる場合には、特に限定されないが、例え
ば直径が略４mm〜略６mmであるものを用いることができ
る。また、円柱状ロッド３１の長さは、ロッド３１内で
の入射光Ｌ4 の反射回数が４回以上になるような長さ、
好ましくは４．２回〜７．６回となるような長さである
とよい。さらに、円柱状ロッド３１の入射端面の傾斜角
は、コアの屈折率にもよるが、略３０°〜略４５°程度
であるのが適当である。それらの理由は、図６に示す光
学系を用いて本発明者等が行った実験に基づいている。
その実験の内容については後述する。
【００２７】前記拡がり角変換手段４は、例えばその外
表面が光を反射可能な円錐状の反射面となっている円錐
プリズム４０である。円錐プリズム４０は、その頂角部
が前記光ファイバー３０或は前記円柱状ロッド３１に対
向しかつ光ファイバー３０または円柱状ロッド３１から
出射された環状光線束Ｌ5 がその頂角部（頂点）にあた
らないように配置される。例えば、円錐プリズム４０の
頂角部が環状光線束Ｌ5 の断面形状（円環状）の中心点
（仮想の点であり、特に図示しない。）に丁度一致する
ように配置される。また、円錐プリズム４０は、その頂
点を通る軸（図示せず）が光軸Ａ−Ａと重なるように配
置される。この円錐プリズム４０にて環状光線束Ｌ5 を
反射させることによって、環状光線束Ｌ5 の拡がり角θ
3 を変化させたのと同等の効果が得られる。特に限定さ
れないが、図１の例では、円錐プリズム４０の円錐状の
反射面により、光ファイバー３０または円柱状ロッド３
１から出射された環状光線束Ｌ5 を光軸Ａ−Ａに対して
垂直な方向に発散させている。これによって、光軸Ａ−
Ａに対して垂直でかつ３６０°の方向にスリットビーム
を同時に出射させることができる。この場合の円錐プリ
ズム４０の頂角αの大きさは［９０°＋θ3 ］である。
表面が光を反射可能な円錐状の反射面となっている円錐
プリズム４０である。円錐プリズム４０は、その頂角部
が前記光ファイバー３０或は前記円柱状ロッド３１に対
向しかつ光ファイバー３０または円柱状ロッド３１から
出射された環状光線束Ｌ5 がその頂角部（頂点）にあた
らないように配置される。例えば、円錐プリズム４０の
頂角部が環状光線束Ｌ5 の断面形状（円環状）の中心点
（仮想の点であり、特に図示しない。）に丁度一致する
ように配置される。また、円錐プリズム４０は、その頂
点を通る軸（図示せず）が光軸Ａ−Ａと重なるように配
置される。この円錐プリズム４０にて環状光線束Ｌ5 を
反射させることによって、環状光線束Ｌ5 の拡がり角θ
3 を変化させたのと同等の効果が得られる。特に限定さ
れないが、図１の例では、円錐プリズム４０の円錐状の
反射面により、光ファイバー３０または円柱状ロッド３
１から出射された環状光線束Ｌ5 を光軸Ａ−Ａに対して
垂直な方向に発散させている。これによって、光軸Ａ−
Ａに対して垂直でかつ３６０°の方向にスリットビーム
を同時に出射させることができる。この場合の円錐プリ
ズム４０の頂角αの大きさは［９０°＋θ3 ］である。
【００２８】図２は、本発明に係る光学装置における光
学系及びその光学系における光路の第２実施形態を示す
概略図である。この第２実施形態の光学装置が上記第１
実施形態と異なるのは、以下の２点である。第１の点
は、光ファイバー３０または円柱状ロッド３１の入射端
面を光軸Ａ−Ａに対して傾斜させずに垂直な面とし、そ
の面にコリメータレンズ２０から出射された平行光線束
Ｌ3 を斜めに入射させている点である。第２の点は、光
ファイバー３０または円柱状ロッド３１と円錐プリズム
４０との間に、別の円錐プリズム４１を、逆向きすなわ
ち２個の円錐プリズム４０，４１の両頂角部を対向させ
るように配置した点である。円錐プリズム４１は、その
頂点を通る軸（図示せず）が光軸Ａ−Ａと重なるように
配置される。なお、その他の構成等については上記第１
実施形態と同じであるので、説明を省略する。
学系及びその光学系における光路の第２実施形態を示す
概略図である。この第２実施形態の光学装置が上記第１
実施形態と異なるのは、以下の２点である。第１の点
は、光ファイバー３０または円柱状ロッド３１の入射端
面を光軸Ａ−Ａに対して傾斜させずに垂直な面とし、そ
の面にコリメータレンズ２０から出射された平行光線束
Ｌ3 を斜めに入射させている点である。第２の点は、光
ファイバー３０または円柱状ロッド３１と円錐プリズム
４０との間に、別の円錐プリズム４１を、逆向きすなわ
ち２個の円錐プリズム４０，４１の両頂角部を対向させ
るように配置した点である。円錐プリズム４１は、その
頂点を通る軸（図示せず）が光軸Ａ−Ａと重なるように
配置される。なお、その他の構成等については上記第１
実施形態と同じであるので、説明を省略する。
【００２９】光源１及びコリメータレンズ２０は、光軸
Ａ−Ａに対してθ1 の角度をなす光軸Ｃ−Ｃ上に配置さ
れている。従って、平行光線束Ｌ3 の光ファイバー３０
または円柱状ロッド３１の入射端面への入射角はθ1 と
なる。この第２実施形態では、光ファイバー３０または
円柱状ロッド３１から出射された環状光線束Ｌ5 の拡が
り角θ3 は入射角θ1 に等しくなる。
Ａ−Ａに対してθ1 の角度をなす光軸Ｃ−Ｃ上に配置さ
れている。従って、平行光線束Ｌ3 の光ファイバー３０
または円柱状ロッド３１の入射端面への入射角はθ1 と
なる。この第２実施形態では、光ファイバー３０または
円柱状ロッド３１から出射された環状光線束Ｌ5 の拡が
り角θ3 は入射角θ1 に等しくなる。
【００３０】円錐プリズム４１は、拡がり角θ3 で出射
される環状光線束Ｌ5 を透過させることによって環状の
平行光線束Ｌ6 に変換するものである。従って、円錐プ
リズム４０の反射面では、上記第１実施形態と異なり、
環状の平行光線束Ｌ6 が反射される。この場合の円錐プ
リズム４０の頂角αの大きさは９０°である。また、円
錐プリズム４１の頂角βの大きさは、平行光線束Ｌ6 が
出射されるように適宜選択される。
される環状光線束Ｌ5 を透過させることによって環状の
平行光線束Ｌ6 に変換するものである。従って、円錐プ
リズム４０の反射面では、上記第１実施形態と異なり、
環状の平行光線束Ｌ6 が反射される。この場合の円錐プ
リズム４０の頂角αの大きさは９０°である。また、円
錐プリズム４１の頂角βの大きさは、平行光線束Ｌ6 が
出射されるように適宜選択される。
【００３１】図３は、本発明に係る光学装置における光
学系及びその光学系における光路の第３実施形態を示す
概略図である。この第３実施形態の光学装置が上記第１
実施形態と異なるのは、拡がり角変換手段４として頂角
αが上記第１実施形態のプリズムの頂角（［９０°＋θ
3 ］）よりも小さい円錐プリズム４０を用いている点で
ある。なお、その他の構成等については上記第１実施形
態と同じであるので、説明を省略する。
学系及びその光学系における光路の第３実施形態を示す
概略図である。この第３実施形態の光学装置が上記第１
実施形態と異なるのは、拡がり角変換手段４として頂角
αが上記第１実施形態のプリズムの頂角（［９０°＋θ
3 ］）よりも小さい円錐プリズム４０を用いている点で
ある。なお、その他の構成等については上記第１実施形
態と同じであるので、説明を省略する。
【００３２】この第３実施形態で用いた円錐プリズム４
０の外周の反射面で環状光線束Ｌ5を反射させることに
よって、環状光線束Ｌ5 の拡がり角θ3 は、θ3 よりも
大きく９０°よりも小さい拡がり角θ4 に変換される。
つまり、光ファイバー３０または円柱状ロッド３１から
出射された環状光線束Ｌ5 は、まず光軸Ａ−Ａに対して
拡がり角θ3 で拡がるように光軸Ａ−Ａに沿って進み、
円錐プリズム４０により光軸Ａ−Ａに対して拡がり角θ
4 で拡がるように光軸Ａ−Ａに沿って進むことになる。
円錐プリズム４０の頂角αの大きさを適宜選択すること
によって、任意の拡がり角θ4 でもって光軸Ａ−Ａに沿
って進む円環状のスリットビームが得られる。なお、こ
の第３実施形態では円錐プリズム４０を１個用いたが、
２個以上の円錐プリズムを組み合わせて用いても良い。
そうすれば、光軸Ａ−Ａに対する拡がり角の変換を複数
段で行うことができる。
０の外周の反射面で環状光線束Ｌ5を反射させることに
よって、環状光線束Ｌ5 の拡がり角θ3 は、θ3 よりも
大きく９０°よりも小さい拡がり角θ4 に変換される。
つまり、光ファイバー３０または円柱状ロッド３１から
出射された環状光線束Ｌ5 は、まず光軸Ａ−Ａに対して
拡がり角θ3 で拡がるように光軸Ａ−Ａに沿って進み、
円錐プリズム４０により光軸Ａ−Ａに対して拡がり角θ
4 で拡がるように光軸Ａ−Ａに沿って進むことになる。
円錐プリズム４０の頂角αの大きさを適宜選択すること
によって、任意の拡がり角θ4 でもって光軸Ａ−Ａに沿
って進む円環状のスリットビームが得られる。なお、こ
の第３実施形態では円錐プリズム４０を１個用いたが、
２個以上の円錐プリズムを組み合わせて用いても良い。
そうすれば、光軸Ａ−Ａに対する拡がり角の変換を複数
段で行うことができる。
【００３３】図４は、本発明に係る光学装置における光
学系及びその光学系における光路の第４実施形態を示す
概略図である。この第４実施形態の光学装置が上記第１
実施形態と異なるのは、拡がり角変換手段４として、環
状光線束Ｌ5 が入射する端面を凹状に成形してなるプリ
ズム４２を用い、該プリズム４２を透過することにより
環状光線束Ｌ5 の拡がり角をθ3 からそれよりも大きい
角度のθ4 （＜９０°）に変えるようにした点である。
なお、その他の構成等については上記第１実施形態と同
じであるので、説明を省略する。
学系及びその光学系における光路の第４実施形態を示す
概略図である。この第４実施形態の光学装置が上記第１
実施形態と異なるのは、拡がり角変換手段４として、環
状光線束Ｌ5 が入射する端面を凹状に成形してなるプリ
ズム４２を用い、該プリズム４２を透過することにより
環状光線束Ｌ5 の拡がり角をθ3 からそれよりも大きい
角度のθ4 （＜９０°）に変えるようにした点である。
なお、その他の構成等については上記第１実施形態と同
じであるので、説明を省略する。
【００３４】プリズム４２の凹面（環状光線束Ｌ5 の入
射端面）４２ａは、その周縁から凹面４２ａの中心点に
向かって均等かつ徐々に後退するような形状になってい
る。すなわち、凹面４２ａは、相補形状をなす仮想の円
錐体（図示せず）の母線により形成される外周面に丁度
当接し得る形状となっている。従って、これ以降、本明
細書においては、このような凹面を有するプリズムを凹
円錐プリズムと称することにする（なお、特に「凹円
錐」と記さない限り一般的な凸形状の円錐とする）。凹
円錐プリズム４２の凹面４２ａの中心点は、仮想円錐体
の頂点に対応する点であり、光軸Ａ−Ａ上に位置され
る。また、凹円錐プリズム４２は、仮想円錐体の軸（図
示せず）が光軸Ａ−Ａと重なるように配置される。
射端面）４２ａは、その周縁から凹面４２ａの中心点に
向かって均等かつ徐々に後退するような形状になってい
る。すなわち、凹面４２ａは、相補形状をなす仮想の円
錐体（図示せず）の母線により形成される外周面に丁度
当接し得る形状となっている。従って、これ以降、本明
細書においては、このような凹面を有するプリズムを凹
円錐プリズムと称することにする（なお、特に「凹円
錐」と記さない限り一般的な凸形状の円錐とする）。凹
円錐プリズム４２の凹面４２ａの中心点は、仮想円錐体
の頂点に対応する点であり、光軸Ａ−Ａ上に位置され
る。また、凹円錐プリズム４２は、仮想円錐体の軸（図
示せず）が光軸Ａ−Ａと重なるように配置される。
【００３５】光ファイバー３０または円柱状ロッド３１
から出射された環状光線束Ｌ5 は、まず光軸Ａ−Ａに対
して拡がり角θ3 で拡がるように光軸Ａ−Ａに沿って進
み、凹円錐プリズム４２を透過することにより、光軸Ａ
−Ａに対して拡がり角θ4 で拡がるように光軸Ａ−Ａに
沿って進むことになる。凹円錐プリズム４２の凹面４２
ａの傾斜の緩急、すなわち凹円錐プリズム４２と相補形
状なす仮想円錐体の頂角の大きさを適宜選択することに
よって、任意の拡がり角θ4 でもって光軸Ａ−Ａに沿っ
て進む円環状のスリットビームが得られる。なお、この
第４実施形態では凹円錐プリズム４２を１個用いたが、
２個以上の凹円錐プリズムを組み合わせたり凹円錐プリ
ズム４２と１個以上の円錐プリズムとを組み合わせても
良い。そうすれば、光軸Ａ−Ａに対する拡がり角の変換
を複数段で行うことができる。
から出射された環状光線束Ｌ5 は、まず光軸Ａ−Ａに対
して拡がり角θ3 で拡がるように光軸Ａ−Ａに沿って進
み、凹円錐プリズム４２を透過することにより、光軸Ａ
−Ａに対して拡がり角θ4 で拡がるように光軸Ａ−Ａに
沿って進むことになる。凹円錐プリズム４２の凹面４２
ａの傾斜の緩急、すなわち凹円錐プリズム４２と相補形
状なす仮想円錐体の頂角の大きさを適宜選択することに
よって、任意の拡がり角θ4 でもって光軸Ａ−Ａに沿っ
て進む円環状のスリットビームが得られる。なお、この
第４実施形態では凹円錐プリズム４２を１個用いたが、
２個以上の凹円錐プリズムを組み合わせたり凹円錐プリ
ズム４２と１個以上の円錐プリズムとを組み合わせても
良い。そうすれば、光軸Ａ−Ａに対する拡がり角の変換
を複数段で行うことができる。
【００３６】図５は、本発明に係る光学装置における光
学系及びその光学系における光路の第５実施形態を示す
概略図である。この第５実施形態の光学装置が上記第１
実施形態と異なるのは、拡がり角変換手段４として、上
記第２実施形態で用いた円錐プリズム４１（但し、頂角
βは第２実施形態の角度よりも大きい）を用い、該プリ
ズム４１を透過することにより環状光線束Ｌ5 の光軸Ａ
−Ａに対する拡がり角を変えて、光軸Ａ−Ａに沿って進
むにつれて環状光線束Ｌ5 の半径が徐々に小さくなるよ
うにした点である。なお、その他の構成等については上
記第１実施形態と同じであるので、説明を省略する。
学系及びその光学系における光路の第５実施形態を示す
概略図である。この第５実施形態の光学装置が上記第１
実施形態と異なるのは、拡がり角変換手段４として、上
記第２実施形態で用いた円錐プリズム４１（但し、頂角
βは第２実施形態の角度よりも大きい）を用い、該プリ
ズム４１を透過することにより環状光線束Ｌ5 の光軸Ａ
−Ａに対する拡がり角を変えて、光軸Ａ−Ａに沿って進
むにつれて環状光線束Ｌ5 の半径が徐々に小さくなるよ
うにした点である。なお、その他の構成等については上
記第１実施形態と同じであるので、説明を省略する。
【００３７】プリズム４１は、その頂角部が光ファイバ
ー３０及び円柱状ロッド３１の出射端面の反対側に向く
ように配置される。また、円錐プリズム４１は、その頂
点を通る軸（図示せず）が光軸Ａ−Ａと重なるように配
置される。円錐プリズム４１の頂角βの大きさを適宜選
択することによって、任意の角度で狭まるように光軸Ａ
−Ａに沿って進む円環状のスリットビームが得られる。
なお、この第５実施形態では円錐プリズム４１を１個用
いたが、２個以上の円錐プリズムを組み合わせたり円錐
プリズム４１と１個以上の凹円錐プリズムとを組み合わ
せても良い。そうすれば、光軸Ａ−Ａに対する拡がり角
の変換を複数段で行うことができる。
ー３０及び円柱状ロッド３１の出射端面の反対側に向く
ように配置される。また、円錐プリズム４１は、その頂
点を通る軸（図示せず）が光軸Ａ−Ａと重なるように配
置される。円錐プリズム４１の頂角βの大きさを適宜選
択することによって、任意の角度で狭まるように光軸Ａ
−Ａに沿って進む円環状のスリットビームが得られる。
なお、この第５実施形態では円錐プリズム４１を１個用
いたが、２個以上の円錐プリズムを組み合わせたり円錐
プリズム４１と１個以上の凹円錐プリズムとを組み合わ
せても良い。そうすれば、光軸Ａ−Ａに対する拡がり角
の変換を複数段で行うことができる。
【００３８】以上の各実施形態において明らかなよう
に、拡がり角変換手段４を構成する円錐プリズム４０，
４１や凹円錐プリズム４２は、環状光線束を収束した
り、発散させる機能を果たすもので、円錐レンズと称す
ることができる。
に、拡がり角変換手段４を構成する円錐プリズム４０，
４１や凹円錐プリズム４２は、環状光線束を収束した
り、発散させる機能を果たすもので、円錐レンズと称す
ることができる。
【００３９】次に、光ファイバー３０及び円柱状ロッド
３１の仕様を決めるにあたって本発明者等が行った実験
の内容について説明する。用いた光学系を図６に示す。
Ｌ3は図示しない半導体レーザーから出射されたレーザ
ー光をコリメータレンズ等により平行光線に変換した平
行光線束である。この平行光線束Ｌ3 は断面が楕円形状
（長軸の長さ：４．２mm、短軸の長さ：１．２mm）のビ
ームであった。光源として、波長が６３５nmの赤色半導
体レーザーを用いた。また、コア径が０．５mmもしくは
１．０mmのステップインデックス型の光ファイバー３
０、または波長が６３５nmの光に対する屈折率が１．４
７である石英製の円柱状ロッド３１を用いた。円柱状ロ
ッド３１の直径は４mmと６mmであった。
３１の仕様を決めるにあたって本発明者等が行った実験
の内容について説明する。用いた光学系を図６に示す。
Ｌ3は図示しない半導体レーザーから出射されたレーザ
ー光をコリメータレンズ等により平行光線に変換した平
行光線束である。この平行光線束Ｌ3 は断面が楕円形状
（長軸の長さ：４．２mm、短軸の長さ：１．２mm）のビ
ームであった。光源として、波長が６３５nmの赤色半導
体レーザーを用いた。また、コア径が０．５mmもしくは
１．０mmのステップインデックス型の光ファイバー３
０、または波長が６３５nmの光に対する屈折率が１．４
７である石英製の円柱状ロッド３１を用いた。円柱状ロ
ッド３１の直径は４mmと６mmであった。
【００４０】光ファイバー３０または円柱状ロッド３１
の長さａmmと入射端面の傾斜角θとを変えることによ
り、光ファイバー３０または円柱状ロッド３１内におけ
る入射光Ｌ4 の反射回数を変化させて、出射される環状
光線束Ｌ5 の強度分布の均一性を観察した。コア径が
０．５mmの光ファイバー３０を用いた場合の実験結果を
表１に、コア径が１．０mmの光ファイバー３０を用いた
場合の実験結果を表２に、直径が４mmの円柱状ロッド３
１を用いた場合の実験結果を表３に、直径が６mmの円柱
状ロッド３１を用いた場合の実験結果を表４に、それぞ
れ示す。
の長さａmmと入射端面の傾斜角θとを変えることによ
り、光ファイバー３０または円柱状ロッド３１内におけ
る入射光Ｌ4 の反射回数を変化させて、出射される環状
光線束Ｌ5 の強度分布の均一性を観察した。コア径が
０．５mmの光ファイバー３０を用いた場合の実験結果を
表１に、コア径が１．０mmの光ファイバー３０を用いた
場合の実験結果を表２に、直径が４mmの円柱状ロッド３
１を用いた場合の実験結果を表３に、直径が６mmの円柱
状ロッド３１を用いた場合の実験結果を表４に、それぞ
れ示す。
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】 それらの表において、○印は３６０°の方向にムラがな
く強度分布が均一であったもの、△印は３６０°の方向
にほとんどムラはないが光軸調整による変化が大きいも
の、×印は３６０°の方向のうち一部が欠けてしまった
ものである。△印及び○印のものは実用可能な程度に光
強度分布は十分均一であった。また、表内に括弧で括っ
た数値は入射光Ｌ4 の反射回数（Ｒ）であり、以下の
（３）式より求めた。
く強度分布が均一であったもの、△印は３６０°の方向
にほとんどムラはないが光軸調整による変化が大きいも
の、×印は３６０°の方向のうち一部が欠けてしまった
ものである。△印及び○印のものは実用可能な程度に光
強度分布は十分均一であった。また、表内に括弧で括っ
た数値は入射光Ｌ4 の反射回数（Ｒ）であり、以下の
（３）式より求めた。
【数３】 ‥‥（３） 但し、Ｄは光ファイバー３０または円柱状ロッド３１の
直径、ａは光ファイバー３０または円柱状ロッド３１の
長さ、θは入射角、ｎは屈折率である。
直径、ａは光ファイバー３０または円柱状ロッド３１の
長さ、θは入射角、ｎは屈折率である。
【００４１】表１及び表２より、上述したように、光フ
ァイバー３０のコア径は０．５mm〜１．０mmであり長さ
は入射光Ｌ4 の反射回数が３回よりも多くなるような長
さ、好ましくは３．９回〜１０．８回となるような長さ
であり、入射端面の傾斜角は略１０°〜略２０°程度で
あるのが適当であることがわかる。表３及び表４より、
円柱状ロッド３１の場合には、上述したように、直径が
略４mm〜略６mmであり長さは入射光Ｌ4 の反射回数が４
回以上になるような長さ、好ましくは４．２回〜７．６
回となるような長さであり、入射端面の傾斜角は略３０
°〜略４５°程度であるのが適当であることがわかる。
ァイバー３０のコア径は０．５mm〜１．０mmであり長さ
は入射光Ｌ4 の反射回数が３回よりも多くなるような長
さ、好ましくは３．９回〜１０．８回となるような長さ
であり、入射端面の傾斜角は略１０°〜略２０°程度で
あるのが適当であることがわかる。表３及び表４より、
円柱状ロッド３１の場合には、上述したように、直径が
略４mm〜略６mmであり長さは入射光Ｌ4 の反射回数が４
回以上になるような長さ、好ましくは４．２回〜７．６
回となるような長さであり、入射端面の傾斜角は略３０
°〜略４５°程度であるのが適当であることがわかる。
【００４２】次に、本発明に係る光学装置の好適な応用
例について説明する。図７には、本発明に係る光学装置
を、物体の曲面の曲率を測定する装置の発光器に応用し
た例が示されている。発光器として、例えば図５に示す
ように環状光線束をその半径が徐々に小さくなるように
出射可能な光学装置を用いる。この曲率測定装置は、発
光器（図示省略）から出射された環状光線束Ｌを被測定
物５０の曲面に当て、その曲面で反射された光線束をス
プリッタープレート６０を介して集光レンズ６１に入射
させ、そのレンズ６１で集光させて受光器６２で受ける
ように構成されている。環状光線束Ｌを照射したまま被
測定物５０を矢印イのように前後に移動させると、環状
光線束Ｌが光軸上で点状に収束する収束点に、被測定物
５０の表面が位置した時（その時の表面位置をＡ点とす
る）及びその表面の曲率の中心が位置した時（その時の
表面位置をＢ点とする）に、それぞれ点状の受光像が受
光器６２で得られる。それ以外の時には受光像は環状に
なる。従って、Ａ−Ｂ間の距離から曲率半径ｒを求める
ことができる。この曲率測定装置によれば、光学レン
ズ、コンタクトレンズ、眼球及びボールベアリング等の
曲率を簡便に測定することができる。
例について説明する。図７には、本発明に係る光学装置
を、物体の曲面の曲率を測定する装置の発光器に応用し
た例が示されている。発光器として、例えば図５に示す
ように環状光線束をその半径が徐々に小さくなるように
出射可能な光学装置を用いる。この曲率測定装置は、発
光器（図示省略）から出射された環状光線束Ｌを被測定
物５０の曲面に当て、その曲面で反射された光線束をス
プリッタープレート６０を介して集光レンズ６１に入射
させ、そのレンズ６１で集光させて受光器６２で受ける
ように構成されている。環状光線束Ｌを照射したまま被
測定物５０を矢印イのように前後に移動させると、環状
光線束Ｌが光軸上で点状に収束する収束点に、被測定物
５０の表面が位置した時（その時の表面位置をＡ点とす
る）及びその表面の曲率の中心が位置した時（その時の
表面位置をＢ点とする）に、それぞれ点状の受光像が受
光器６２で得られる。それ以外の時には受光像は環状に
なる。従って、Ａ−Ｂ間の距離から曲率半径ｒを求める
ことができる。この曲率測定装置によれば、光学レン
ズ、コンタクトレンズ、眼球及びボールベアリング等の
曲率を簡便に測定することができる。
【００４３】図８には、本発明に係る光学装置を、管状
体の内面のきず等を検出する装置の発光器に応用した例
が示されている。発光器として、例えば図３または図４
に示すように光軸に沿って徐々に拡がるような環状光線
束を出射可能な光学装置を用いる。この検出装置は、発
光器（図示省略）から出射された環状光線束Ｌを円錐プ
リズム６５により光軸に対して略垂直な方向に発散さ
せ、その発散光を管状体５１の内面５１ａで反射させ、
その反射光線束を集光レンズ６８に入射させ、そのレン
ズ６８で集光して受光器６９で受けるように構成されて
いる。発光器から出射された光線束の光軸と受光器６９
に入射する光線束の光軸とは、スプリッタープレート６
６及び反射鏡６７により相互にずれるようになっている
ので、光学式三角測量を行うことができ、図９に一例と
して示すような受光像５２が得られる。この受光像５２
は、管状体５１の内面５１ａの任意の位置での断面形状
を表している。従って、管状体５１の内面５１ａの照射
位置を軸方向に走査することにより得られる連続した受
光像に基づいて、管状体５１の内面形状の検査及び内面
５１ａのきず等の検出並びに管状体５１の中心軸の位置
だしを行うことができる。
体の内面のきず等を検出する装置の発光器に応用した例
が示されている。発光器として、例えば図３または図４
に示すように光軸に沿って徐々に拡がるような環状光線
束を出射可能な光学装置を用いる。この検出装置は、発
光器（図示省略）から出射された環状光線束Ｌを円錐プ
リズム６５により光軸に対して略垂直な方向に発散さ
せ、その発散光を管状体５１の内面５１ａで反射させ、
その反射光線束を集光レンズ６８に入射させ、そのレン
ズ６８で集光して受光器６９で受けるように構成されて
いる。発光器から出射された光線束の光軸と受光器６９
に入射する光線束の光軸とは、スプリッタープレート６
６及び反射鏡６７により相互にずれるようになっている
ので、光学式三角測量を行うことができ、図９に一例と
して示すような受光像５２が得られる。この受光像５２
は、管状体５１の内面５１ａの任意の位置での断面形状
を表している。従って、管状体５１の内面５１ａの照射
位置を軸方向に走査することにより得られる連続した受
光像に基づいて、管状体５１の内面形状の検査及び内面
５１ａのきず等の検出並びに管状体５１の中心軸の位置
だしを行うことができる。
【００４４】図１０には、本発明に係る光学装置を、防
犯センサシステムの発光器に応用した例が示されてい
る。発光器として、例えば図１または図２に示すように
環状光線束を光軸に対して垂直な方向に発散するような
光線束に変換して出射可能な光学装置を用いる。この防
犯センサシステムの発光器７０は、出射光が例えば家屋
の壁５３やドア５４等の手前を覆うように、壁５３等の
上部に取り付けられる。受光器７１は、例えば壁５３や
ドア５４に沿って直線状に床や地面や壁に複数配置され
る。それによって、１個の発光器７０と複数の受光器７
１，７１，…を用いて多方向の防犯センサを備えたシス
テムが得られる。
犯センサシステムの発光器に応用した例が示されてい
る。発光器として、例えば図１または図２に示すように
環状光線束を光軸に対して垂直な方向に発散するような
光線束に変換して出射可能な光学装置を用いる。この防
犯センサシステムの発光器７０は、出射光が例えば家屋
の壁５３やドア５４等の手前を覆うように、壁５３等の
上部に取り付けられる。受光器７１は、例えば壁５３や
ドア５４に沿って直線状に床や地面や壁に複数配置され
る。それによって、１個の発光器７０と複数の受光器７
１，７１，…を用いて多方向の防犯センサを備えたシス
テムが得られる。
【００４５】図１１には、本発明に係る光学装置を、防
犯センサシステムの発光器に応用した他の例が示されて
いる。発光器として、例えば図３または図４に示すよう
に光軸に沿って徐々に拡がるような環状光線束を出射可
能な光学装置を用いる。この防犯センサシステムの発光
器７５は、出射光が例えば展示物等５５を覆い囲むよう
に、天井（図示せず）に取り付けられる。受光器７６
は、展示物等５５の回りの床に複数配置される。この実
施形態でも、１個の発光器７５と複数の受光器７６，７
６，…を用いて多方向の防犯センサを備えたシステムが
得られる。
犯センサシステムの発光器に応用した他の例が示されて
いる。発光器として、例えば図３または図４に示すよう
に光軸に沿って徐々に拡がるような環状光線束を出射可
能な光学装置を用いる。この防犯センサシステムの発光
器７５は、出射光が例えば展示物等５５を覆い囲むよう
に、天井（図示せず）に取り付けられる。受光器７６
は、展示物等５５の回りの床に複数配置される。この実
施形態でも、１個の発光器７５と複数の受光器７６，７
６，…を用いて多方向の防犯センサを備えたシステムが
得られる。
【００４６】図１２には、本発明に係る光学装置を事務
所や工場等の光ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａ Ｎｅｔｗ
ｏｒｋ）システムの発光器に応用した例が示されてい
る。発光器として、例えば図１もしくは図２に示すよう
な光学装置または図３もしくは図４に示すような光学装
置を用いる。この光ＬＡＮシステムの発光器８０は、例
えば図示しない天井に取り付けられる。受光器８１は、
発光器８０から出射される光線束を受光可能な高さ位置
（できるだけ高い方が好ましい）に設けられる。受光器
８１は、例えば図１３に示すように、側方から入射する
光線束を円錐プリズム８２の外周面で反射させて集光レ
ンズ８３に入射させ、そのレンズ８３で集光して受光素
子８４で受けるように構成されている。
所や工場等の光ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａ Ｎｅｔｗ
ｏｒｋ）システムの発光器に応用した例が示されてい
る。発光器として、例えば図１もしくは図２に示すよう
な光学装置または図３もしくは図４に示すような光学装
置を用いる。この光ＬＡＮシステムの発光器８０は、例
えば図示しない天井に取り付けられる。受光器８１は、
発光器８０から出射される光線束を受光可能な高さ位置
（できるだけ高い方が好ましい）に設けられる。受光器
８１は、例えば図１３に示すように、側方から入射する
光線束を円錐プリズム８２の外周面で反射させて集光レ
ンズ８３に入射させ、そのレンズ８３で集光して受光素
子８４で受けるように構成されている。
【００４７】図１４には、本発明に係る光学装置を、形
状検査装置等の平行光を出射する発光器に応用した例が
示されている。発光器として例えば図１に示す構成の光
学装置を用いる。光軸に対して垂直でかつ３６０°の方
向に発散する光線束の一部がシリンドリカルレンズ９０
に入射され、そのレンズ９０により平行光線束Ｌ0 に変
換されて出射される。
状検査装置等の平行光を出射する発光器に応用した例が
示されている。発光器として例えば図１に示す構成の光
学装置を用いる。光軸に対して垂直でかつ３６０°の方
向に発散する光線束の一部がシリンドリカルレンズ９０
に入射され、そのレンズ９０により平行光線束Ｌ0 に変
換されて出射される。
【００４８】上記各実施形態によれば、光軸Ａ−Ａに対
して垂直もしくは光軸に対して任意の拡がり角をなしか
つ３６０°の方向に幅の狭い光を同時に出射することが
できるので、従来のような回転機構等を設けなくても済
み、経年劣化による回転機構等のがたつきなどの影響が
除かれる。また、建築土木の施工時に使用される水準器
のように複数箇所で照射光を測定する必要がある場合
に、その複数の測定点にそれぞれ受光装置を設置するこ
とにより照射光を同時に測定することができるので、よ
り精度の高い測定を行うことが可能となる。さらに、本
発明は、光通信における光分波器や光合波器、或は防犯
センサなどのように光センサを使用する各種センサなど
に応用することにより優れた効果が得られる。さらにま
た、本発明を光ＬＡＮシステムに応用すれば発光器の数
を著しく減らすことができるので、経済的効果が大であ
る。
して垂直もしくは光軸に対して任意の拡がり角をなしか
つ３６０°の方向に幅の狭い光を同時に出射することが
できるので、従来のような回転機構等を設けなくても済
み、経年劣化による回転機構等のがたつきなどの影響が
除かれる。また、建築土木の施工時に使用される水準器
のように複数箇所で照射光を測定する必要がある場合
に、その複数の測定点にそれぞれ受光装置を設置するこ
とにより照射光を同時に測定することができるので、よ
り精度の高い測定を行うことが可能となる。さらに、本
発明は、光通信における光分波器や光合波器、或は防犯
センサなどのように光センサを使用する各種センサなど
に応用することにより優れた効果が得られる。さらにま
た、本発明を光ＬＡＮシステムに応用すれば発光器の数
を著しく減らすことができるので、経済的効果が大であ
る。
【００４９】なお、本発明は上記各実施形態に限らず、
種々変更可能である。例えば光源１は半導体レーザーに
限らずその他のレーザー光源やＬＥＤなどでもよい。ま
た、光ファイバー３０及び円柱状ロッド３１の仕様は上
記実施形態のものに限定されない。さらに、拡がり角変
換手段４は上述した円錐プリズム４０，４１及び凹円錐
プリズム４２と同等の機能を有するものであれば、円錐
プリズム以外の光学素子でもよい。さらにまた、環状光
線生成手段３から出射される光線束は円環状の一部の形
状をなすような光線束であってもよい。また、本発明を
適用して好適な装置等は、上記各応用例に限定されない
のはいうまでもない。
種々変更可能である。例えば光源１は半導体レーザーに
限らずその他のレーザー光源やＬＥＤなどでもよい。ま
た、光ファイバー３０及び円柱状ロッド３１の仕様は上
記実施形態のものに限定されない。さらに、拡がり角変
換手段４は上述した円錐プリズム４０，４１及び凹円錐
プリズム４２と同等の機能を有するものであれば、円錐
プリズム以外の光学素子でもよい。さらにまた、環状光
線生成手段３から出射される光線束は円環状の一部の形
状をなすような光線束であってもよい。また、本発明を
適用して好適な装置等は、上記各応用例に限定されない
のはいうまでもない。
【００５０】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、円錐プリ
ズムの頂角の大きさを適宜選択することによって、任意
の拡がり角でもって光軸に沿って進む円環状のスリット
ビームが得られる。
ズムの頂角の大きさを適宜選択することによって、任意
の拡がり角でもって光軸に沿って進む円環状のスリット
ビームが得られる。
【００５１】請求項２記載の発明によれば、光軸に対し
て垂直でかつ３６０°の方向にスリットビームを同時に
出射させることができる。
て垂直でかつ３６０°の方向にスリットビームを同時に
出射させることができる。
【００５２】請求項３記載の発明によれば、凹面を有す
るプリズムの凹面の傾斜の緩急、すなわち前記プリズム
と相補形状なす仮想円錐体の頂角の大きさを適宜選択す
ることによって、任意の拡がり角でもって光軸に沿って
進む円環状のスリットビームが得られる。
るプリズムの凹面の傾斜の緩急、すなわち前記プリズム
と相補形状なす仮想円錐体の頂角の大きさを適宜選択す
ることによって、任意の拡がり角でもって光軸に沿って
進む円環状のスリットビームが得られる。
【００５３】請求項４記載の発明によれば、円錐プリズ
ムの頂角の大きさを適宜選択することによって、任意の
拡がり角でもって光軸に沿って進む円環状のスリットビ
ームが得られる。
ムの頂角の大きさを適宜選択することによって、任意の
拡がり角でもって光軸に沿って進む円環状のスリットビ
ームが得られる。
【００５４】請求項５記載の発明によれば、光軸に対し
て垂直でかつ３６０°の方向にスリットビームを同時に
出射させることができる。
て垂直でかつ３６０°の方向にスリットビームを同時に
出射させることができる。
【００５５】請求項６記載の発明によれば、凹面を有す
るプリズムの凹面の傾斜の緩急、すなわち前記プリズム
と相補形状なす仮想円錐体の頂角の大きさを適宜選択す
ることによって、任意の拡がり角でもって光軸に沿って
進む円環状のスリットビームが得られる。
るプリズムの凹面の傾斜の緩急、すなわち前記プリズム
と相補形状なす仮想円錐体の頂角の大きさを適宜選択す
ることによって、任意の拡がり角でもって光軸に沿って
進む円環状のスリットビームが得られる。
【００５６】請求項７記載の発明によれば、レーザー光
源を用いても、環状の出射光はレーザービームの光強度
分布の不均一性の影響を受けずに済む。
源を用いても、環状の出射光はレーザービームの光強度
分布の不均一性の影響を受けずに済む。
【００５７】
【００５８】
【００５９】
【００６０】
【００６１】
【００６２】
【図１】本発明に係る光学装置における光学系及びその
光学系における光路の第１実施形態を示す概略図であ
る。
光学系における光路の第１実施形態を示す概略図であ
る。
【図２】本発明に係る光学装置における光学系及びその
光学系における光路の第２実施形態を示す概略図であ
る。
光学系における光路の第２実施形態を示す概略図であ
る。
【図３】本発明に係る光学装置における光学系及びその
光学系における光路の第３実施形態を示す概略図であ
る。
光学系における光路の第３実施形態を示す概略図であ
る。
【図４】本発明に係る光学装置における光学系及びその
光学系における光路の第４実施形態を示す概略図であ
る。
光学系における光路の第４実施形態を示す概略図であ
る。
【図５】本発明に係る光学装置における光学系及びその
光学系における光路の第５実施形態を示す概略図であ
る。
光学系における光路の第５実施形態を示す概略図であ
る。
【図６】本発明者等が行った実験において使用した光学
系を示す概略図である。
系を示す概略図である。
【図７】本発明に係る光学装置を曲率測定装置に応用し
た例を示す概略図である。
た例を示す概略図である。
【図８】本発明に係る光学装置を管の内面のきず等の検
出装置に応用した例を示す概略図である。
出装置に応用した例を示す概略図である。
【図９】その管の内面形状の計測により得られる受光像
の一例を示す概略図である。
の一例を示す概略図である。
【図１０】本発明に係る光学装置を防犯システムに応用
した一例を示す概略図である。
した一例を示す概略図である。
【図１１】本発明に係る光学装置を防犯システムに応用
した他の例を示す概略図である。
した他の例を示す概略図である。
【図１２】本発明に係る光学装置を光ＬＡＮシステムに
応用した例を示す概略図である。
応用した例を示す概略図である。
【図１３】その光ＬＡＮシステムの受光器の一例を示す
概略図である。
概略図である。
【図１４】本発明に係る光学装置を平行なスリットビー
ムを出射する発光器に応用した例を示す概略図である。
ムを出射する発光器に応用した例を示す概略図である。
Ａ−Ａ，Ｃ−Ｃ 光軸 Ｂ−Ｂ 入射端面の法線 Ｌ 環状光線束 Ｌ0 平行光線束 Ｌ1 光源から出射された光 Ｌ2 入射光 Ｌ3 平行光線束 Ｌ4 入射光 Ｌ5 環状光線束 Ｌ6 環状の平行光線束 α，β 円錐プリズムの頂角 θ1 入射角 θ2 屈折角 θ3 環状光線束の拡がり角 θ4 環状光線束の変換後の拡がり角 １ 光源 ２ 平行光線生成手段 ３ 環状光線生成手段 ４ 拡がり角変換手段 ２０ コリメータレンズ ３０ ステップインデックス型光ファイバー ３１ 円柱状ロッド ４０，４１ 円錐プリズム ４２ 凹円錐プリズム ４２ａ 凹面 ５０ 被測定物 ５１ 管状体 ５１ａ 内面 ５２ 受光像 ５３ 壁 ５４ ドア ５５ 展示物等 ６０，６６ スプリッタープレート ６１，６８，８３ 集光レンズ ６２，６９，７１，７６，８１ 受光器 ６５，８２ 円錐プリズム ６７ 反射鏡 ７０，７５，８０ 発光器 ８４ 受光素子 ９０ シリンドリカルレンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−208821（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−157123（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−95027（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−159514（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 27/09 G02B 6/00 F21V 8/00
Claims (7)
- 【請求項１】 平行光線束を出射可能な平行光線生成手
段と、 該平行光線生成手段から出射された平行光線束が入射さ
れ、かつその入射光線束を、光軸に対して垂直な仮想平
面への照射形状が円環状もしくは円環の一部の形状をな
し、かつ光軸に対して所定の拡がり角でもって拡がるよ
うな環状光線束に変換して出射可能なステップインデッ
クス型光ファイバーと、該ファイバー から出射された環状光線束の出射端面から
の距離に対する照射形状の拡大率が途中で変化するよう
に前記拡がり角を変化させる円錐状の反射面を有する円
錐プリズムを備え、前記平行光線生成手段及び前記ファイバーは光源の光軸
に一致して配置され、また前記円錐プリズムは、その頂
角部が前記ファイバーに対向すると共に、ファイバーか
ら出射された環状光線束が前記頂角部に当たらないよう
に、且つその頂点を通る軸が前記光軸と重なるように配
置され、 光軸に対し平行な平行光線束が入射する前記ファイバー
の入射端面は、光軸に対して斜めに傾いて成形され、前
記出射端面は、光軸に対し垂直に成形され、一方、前記
円錐プリズムの頂角は、９０度に前記環状光線束の拡が
り角を加算した角度よりも小さく成形され、 前記ファイバーの出射端面から出射される環状光線束
は、同一のリング幅で進み、前記円錐プリズムの反射面
により反射して、光軸に沿って進むこと を特徴とする環
状光線拡がり角制御光学装置。 - 【請求項２】 平行光線束を出射可能な平行光線生成手
段と、 該平行光線生成手段から出射された平行光線束が入射さ
れ、かつその入射光線束を、光軸に対して垂直な仮想平
面への照射形状が円環状もしくは円環の一部の形状をな
し、かつ光軸に対して所定の拡がり角でもって拡がるよ
うな環状光線束に変換して出射可能なステップインデッ
クス型光ファイバーと、 該ファイバーから出射された環状光線束の出射端面から
の距離に対する照射形状の拡大率が途中で変化するよう
に前記拡がり角を変化させる円錐状の反射面を有する円
錐プリズムを備え、 前記平行光線生成手段及び前記ファイバーは光源の光軸
に一致して配置され、 また前記円錐プリズムは、その頂
角部が前記ファイバーに対向すると共に、そのファイバ
ーから出射された環状光線束が前記頂角部に当たらない
ように、且つその頂点を通る軸が前記光軸と重なるよう
に配置され、 光軸に対し平行な平行光線束が入射する前記ファイバー
の入射端面は、光軸に対して斜めに傾いて成形され、前
記出射端面は、光軸に対し垂直に成形され、一方、前記
円錐プリズムの頂角は、９０度に前記環状光線束の拡が
り角を加算した角度に成形され、 前記ファイバーの出射端面から出射される環状光線束
は、同一のリング幅で進み、前記円錐プリズムの反射面
により反射して、光軸に対し垂直に進むことを特徴とす
る環状光線拡がり角制御光学装置。 - 【請求項３】 平行光線束を出射可能な平行光線生成手
段と、 該平行光線生成手段から出射された平行光線束が入射さ
れ、かつその入射光線束を、光軸に対して垂直な仮想平
面への照射形状が円環状もしくは円環の一部の形状をな
し、かつ光軸に対して所定の拡がり角でもって拡がるよ
うな環状光線束に変換して出射可能なステップインデッ
クス型光ファイバーと、 該ファイバーから出射された環状光線束の出射端面から
の距離に対する照射形状の拡大率が途中で変化するよう
に前記拡がり角を変化させる凹面を有するプリズムを備
え、 前記平行光線生成手段及び前記ファイバーは光源の光軸
に一致して配置され、また前記プリズムは、相補形状を
なす仮想の円錐体の母線により形成される外周面に丁度
当接し得る形状となっている前記凹面が前記ファイバー
に対向すると共に、その仮想円錐体の軸が光軸と重なる
ように配置され、 光軸に対し平行な平行光線束が入射する前記ファイバー
の入射端面は、光軸に対して斜めに傾いて成形され、一
方、前記出射端面は、光軸に対し垂直に成形され、 前記ファイバーの出射端面から出射される環状光線束
は、同一のリング幅で進み、前記プリズムを透過するこ
とにより、光軸に沿って進むことを特徴とする環状光線
拡がり角制御光学装置。 - 【請求項４】 平行光線束を出射可能な平行光線生成手
段と、 該平行光線生成手段から出射された平行光線束が入射さ
れ、かつその入射光線束を、光軸に対して垂直な仮想平
面への照射形状が円環状もしくは円環の一部の形状をな
し、かつ光軸に対して一定の拡がり角でもって拡がるよ
うな環状光線束に変換して出射可能な円柱状ロッドと、 該ロッドから出射された環状光線束の出射端面からの距
離に対する照射形状の拡大率が途中で変化するように前
記拡がり角を変化させる円錐状の反射面を有する円錐プ
リズム を備え、前記平行光線生成手段及び前記ロッドは光源の光軸に一
致して配置され、また前記円錐プリズムは、その頂角部
が前記ロッドに対向すると共に、ロッドから出射された
環状光線束が前記頂角部に当たらないように、且つその
頂点を通る軸が前記光軸と重なるように配置され、 光軸に対し平行な平行光線束が入射する前記ロッドの入
射端面は、光軸に対して斜めに傾いて成形され、前記出
射端面は、光軸に対し垂直に成形され、一方、前記円錐
プリズムの頂角は、９０度に前記環状光線束の拡がり角
を加算した角度よりも小さく成形され、 前記ロッドの出射端面から出射される環状光線束は、同
一のリング幅で進み、前記円錐プリズムの反射面により
反射して、光軸に沿って進むこと を特徴とする環状光線
拡がり角制御光学装置。 - 【請求項５】 平行光線束を出射可能な平行光線生成手
段と、 該平行光線生成手段から出射された平行光線束が入射さ
れ、かつその入射光線束を、光軸に対して垂直な仮想平
面への照射形状が円環状もしくは円環の一部の形状をな
し、かつ光軸に対して所定の拡がり角でもって拡がるよ
うな環状光線束に変換して出射可能な円柱状ロッドと、 該ロッドから出射された環状光線束の出射端面からの距
離に対する照射形状の拡大率が途中で変化するように前
記拡がり角を変化させる円錐状の反射面を有する円錐プ
リズムを備え、 前記平行光線生成手段及び前記ロッドは光線の光軸に一
致して配置され、また前記円錐プリズムは、その頂角部
が前記ロッドに対向すると共に、そのロッドから出射さ
れた環状光線束が前記頂角部に当たらないように、且つ
その頂点を通る 軸が前記光軸と重なるように配置され、 光軸に対し平行な平行光線束が入射する前記ロッドの入
射端面は、光軸に対して斜めに傾いて成形され、前記出
射端面は、光軸に対し垂直に成形され、一方、前記円錐
プリズムの頂角は、９０度に前記環状光線束の拡がり角
を加算した角度に成形され、 前記ロッドの出射端面から出射される環状光線束は、同
一のリング幅で進み、前記円錐プリズムの反射面により
反射して、光軸に対し垂直に進むことを特徴とする環状
光線拡がり角制御光学装置。 - 【請求項６】 平行光線束を出射可能な平行光線生成手
段と、 該平行光線生成手段から出射された平行光線束が入射さ
れ、かつその入射光線束を、光軸に対して垂直な仮想平
面への照射形状が円環状もしくは円環の一部の形状をな
し、かつ光軸に対して所定の拡がり角でもって拡がるよ
うな環状光線束に変換して出射可能な円柱状ロッドと、 該ロッドから出射された環状光線束の出射端面からの距
離に対する照射形状の拡大率が途中で変化するように前
記拡がり角を変化させる凹面を有するプリズムを備え、 前記平行光線生成手段及び前記ロッドは光源の光軸に一
致して配置され、また前記プリズムは、相補形状をなす
仮想の円錐体の母線により形成される外周面に丁度当接
し得る形状となっている前記凹面が前記ロッドに対向す
ると共に、その仮想円錐体の軸が光軸と重なるように配
置され、 光軸に対し平行な平行光線束が入射する前記ロッドの入
射端面は、光軸に対して斜めに傾いて成形され、一方、
前記出射端面は、光軸に対し垂直に成形され、 前記ロッドの出射端面から出射される環状光線束は、同
一のリング幅で進み、前記プリズムを透過することによ
り、光軸に沿って進むことを特徴とする環状光線拡がり
角制御光学装置。 - 【請求項７】 光源としてレーザー光を発するレーザー
光源を用いることを特徴とする請求項１乃至請求項６に
記載の環状光線拡がり角制御光学装置。
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