JP2843308B2 - レーザー十字スリット発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザー十字スリ
ット光源を構成するレーザー十字スリット発生装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】レーザー十字スリット光源として、従来
は分離光路方式の装置とホログラム方式の装置があっ
た。前者は、図５に示すように、集光レンズ１０１の光
軸にそってスプリッタープレート１０２を設け、このス
プリッタープレート１０２で２つの光路に分けられた光
源１００のレーザー光は、その一方が横置き円筒レンズ
１０３に入り、他方のレーザー光は全反射鏡１０４によ
って縦置き円筒レンズ１０５に入り、レーザー十字スリ
ット光源を生成する。後者は、図６に示すように、集光
レンズ１０１の光軸にそってホログラム１０６を配置
し、レーザー十字スリット光源を得ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
分離光路方式の装置は、これを構成する光学装置の点数
が多く光学系が複雑になり、十字スリット光源を利用す
る土木装置等の小型化が困難であり、さらに交差角の調
整が難しいという問題点があった。一方、後者のホログ
ラム方式の装置は原板が高価であり、しかもスリット状
ビームのラインがシャープではないという問題点があっ
た。ところで、レーザー十字スリット光源も小型化（ダ
ウンサイジング）の要請があり、そのためには光源自体
が小型で、かつ低消費電力の半導体レーザーが必須の要
素となっているが、反面、多くの半導体レーザーは構成
上の問題により、レーザー光のビーム断面が縦横の光強
度分布が異なる楕円となっており、効率のよいスリット
光を作ることが困難であった。

【０００４】そこで、本発明は効率が良く、装置の小型
化を可能にするレーザー十字スリット発生装置を提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、発明者は透過型回折格子による光の干渉作用に着目
し、円筒レンズアレイを構成要素とするレーザー十字ス
リット発生装置を考案したもので、請求項１に記載のよ
うにレーザー光源のレーザー光をスポットとして結像さ
せる集光レンズに対し、その集光レンズの射出光側に円
筒レンズを配置するレーザー十字スリット発生装置であ
って、円筒レンズを略Ｔ字状に配置するとともに、その
Ｔ字の横辺又は縦辺の少なくとも何れか一方を円筒レン
ズアレイとし、結像面にスリット状ビームを交差させた
ことを特徴とする。

【０００６】ここで「円筒レンズを略Ｔ字状に」配置す
るとは、円筒レンズの周面と頂面とが対向するよう配置
することであって、文字通りのＴ字状やＴ字を逆さにし
た逆Ｔ字状、Ｔ字を９０度に回転させた横Ｔ字状、その
他、任意の角度で回転させたＴ字状の配置も含まれる。
また円筒レンズアレイとは、複数本の円筒レンズを並置
したことをいう。

【０００７】以上の構成により、レーザー光源より射出
されたレーザ光は、集光レンズにより所定距離にてスポ
ット状に収斂する。この集光レンズの射出側に円筒レン
ズを例えばＴ字状に配置するとともに、Ｔ字の横辺或い
は縦辺の何れか一方に円筒レンズアレイを配置すると、
各円筒レンズのレンズ作用と円筒レンズアレイの回折作
用により、集光面（結像面ともいう）に十字スリットパ
ターンが効率良く形成される。

【０００８】この場合請求項２の発明のように、レーザ
光のビーム断面形状に対応させて、円筒レンズを配置し
てもよい。例えば、レーザ光のビーム断面形状が縦長の
楕円ビーム断面である場合には、その楕円ビームを受光
できるように円筒レンズを配置する。このような構成で
あれば、各円筒レンズのレンズ作用と円筒レンズアレイ
の回折作用とともに、レーザ光のエネルギーを無駄な
く、かつ効率良くスリット状ビームに変換させることが
できる。

【０００９】上記各レーザ光の光源は、請求項３に記載
のように、半導体レーザーであることを特徴とする。半
導体レザーを用いれば、装置を小型化することができる
し、低消費電力という利点も得られ、装置の小型化に資
する。

【００１０】また請求項４に記載のように、上記各円筒
レンズにファイバを用いても良い。円筒レンズにファイ
バを用いれば、安価に装置を提供することができ、第２
に装置の製造が容易になる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るレーザー十
字スリット発生装置の実施形態を図１及び図２を参照し
つつ説明する。図１はレーザー十字スリット発生装置の
構成例図、図２は回折格子を構成する円筒レンズアレイ
の構成例図である。

【００１２】前記実施形態に係るレーザー十字スリット
発生装置は、図１に示すようにレーザー光源１と、この
レーザー光源１から出たレーザ光を集光して遠方にスポ
ットとして結像させる集光レンズ２と、この集光レンズ
２の光軸に沿って、且つ射出光側に配置された円筒レン
ズ群３とからなり、その円筒レンズ群３は縦辺が１つの
円筒レンズ３０で、横辺が２つの円筒レンズからなる円
筒レンズアレイ３１であって、略逆Ｔ字状に配置されて
いる。

【００１３】図２に示すような前記円筒レンズアレイ３
１にレザー光を照射すると、縦方向のスリット状ビーム
は、円筒レンズの回折格子の作用により不連続な点線パ
ターンとなってしまう。ところで回折格子における回折
格子間隔（円筒レンズ間隔）ｄと回折角θとの関係は、

【数１】 ｎｓｉｎθ＝λ／ｄ‥‥（１） で現される。この「ｎｓｉｎθ＝λ／ｄ」（１）式中、
ｎは次数、λは波長をいう。この式（１）によれば、回
折格子間隔ｄを小さくすると回折による広がり角、即ち
回折角θが大きくなり、遠方にレーザー光を投影すると
回折パターン間隔が大きくなり、不連続な点線となるこ
とを意味する。逆に回折格子間隔ｄが大きいと回折角θ
が小さくなりレーザ光の投影距離が短い時には連続線に
見える。このように回折格子間隔ｄが決定されるが、効
率よく十字スリット光を作るためには、レーザ光のビー
ム断面形状即ちレーザービーム強度分布に対応させて、
レーザ光のエネルギーを無駄なく、且効率良くスリット
状ビームに変換させるためには、適切に円筒レンズを配
置する必要であり、後述する実施例でその配置例を説明
する。

【００１４】なお、円筒レンズ群３の配置方法として、
図３に示すように円筒レンズ３０，３０，３０の交差角
を変え、複数の方向に円筒レンズを配置してもよい。こ
の図３では単体の円筒レンズ３０を交差状に配置してい
るが、これらの単体の円筒レンズの代わりに円筒レンズ
アレイを交差状に配置してもよい。而して図３に示すよ
うに集光面において複数本のスリット状ビーム１０を交
差させることができる。また、上記円筒レンズ３０はガ
ラスロット棒を用いても良く、またファイバでもよい。
ファイバを用いれば安価で、しかも容易にレーザー十字
スリット発生装置を作ることができ、ひいては土木工事
や建築工事に用いられる位置決め装置等を安価に提供で
きることになる。

【００１５】前記レーザー光源１として、この実施形態
では半導体レーザーを用いており、その特性である小
形、低駆動電力、直接電流変調可能等の利点を、装置自
体の小型化につなげることができる。前記集光レンズ２
は、平凸レンズ、両凸レンズでもよし、凸メニスカスレ
ンズでもよい。

【００１６】

【実施例】次に、上記構成のレーザー十字スリット発生
装置を装置に内装化する場合の具体的な実施例を説明す
る。この実施例では波長が６３５ｎｍ及び投光距離が約
５ｍの半導体レーザー１、焦点距離が４．５ｍｍ及び
Ｎ．Ａ．（鏡口率数）が０．４の集光レンズ２、直径が
０．８乃至１ｍｍの円筒レンズ、円筒レンズ数は３本、
円筒レンズ間隔ｄが０．８乃至１ｍｍ、即ち円筒レンズ
を密着させた。

【００１７】そして、図４に示したように、レーザー光
のビーム断面形状が横径０．８ｍｍ，縦径４ｍｍの楕円
ビーム１０を受光するように、逆Ｔ字状の円筒レンズ群
を集光レンズの射出光側に配置するようにした。なお、
レーザー光のビーム断面形状に対応させて、４本の円筒
レンズを使用してもよい。

【００１８】

【発明の効果】請求項１に記載のレーザー十字スリット
発生装置によれば、レーザー光源より射出されたレーザ
光は、集光レンズにより所定距離にてスポット状に収斂
する。この集光レンズの射出側に円筒レンズを例えばＴ
字状に配置するとともに、Ｔ字の横辺或いは縦辺の何れ
か一方に円筒レンズアレイを配置すると、各円筒レンズ
のレンズ作用と円筒レンズアレイの回折作用により、集
光面（結像面ともいう）に十字スリットパターンが効率
良く形成される。また、円筒レンズを高精度に配置する
ことにより、集光面でのレーザースリット光の交差角を
高精度にできる。さらに、円筒レンズの配置を変えるこ
とにより、十字スリットの交角を任意に設定できる。

【００１９】請求項２に記載のレーザー十字スリット発
生装置によれば、各円筒レンズのレンズ作用と円筒レン
ズアレイの回折作用とともに、レーザ光のエネルギーを
無駄なく、かつ効率良くスリット状ビームに変換させる
ことができる。例えば集光レンズからの射出ビーム強度
分布が楕円であっても、縦横の円筒レンズの本数又は径
を変えることにより、非常に効率の良い十字スリット光
を作ることができる。

【００２０】請求項３に記載のレーザー十字スリット発
生装置によれば、装置を小型化することができるし、低
消費電力という利点も得られ、装置の小型化に資する。

【００２１】請求項４に記載のレーザー十字スリット発
生装置によれば、安価に装置を提供することができ、土
木工事や建築工事等で使用される位置決め装置等の製造
が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 レーザー十字スリット発生装置の構成例図、

【図２】 回折格子を構成する円筒レンズアレイの構成
例図、

【図３】 複数の円筒レンズを交差状に配置した場合の
構成例図、

【図４】 実施例に係るレーザー十字スリット発生装置
の円筒レンズの正面図、

【図５】 従来のレーザー十字スリット発生装置の概略
斜視図、

【図６】 従来のレーザー十字スリット発生装置の概略
斜視図。

【符号の説明】

１ 半導体レーザー ２ 集光レンズ ３ 円筒レンズ群 １０ スリット状ビ
ーム １１ レーザー光のビーム断面形状 ３０ 円筒レンズ ３１ 円筒レンズアレイ

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザー光源のレーザー光をスポットと
   して結像させる集光レンズに対し、その集光レンズの射
   出光側に円筒レンズを配置するレーザー十字スリット発
   生装置であって、 円筒レンズを略Ｔ字状に配置するとともに、そのＴ字の
   横辺又は縦辺の少なくとも何れか一方を円筒レンズアレ
   イとし、結像面にスリット状ビームを交差させたことを
   特徴とするレーザー十字スリット発生装置。
2. 【請求項２】 レーザ光のビーム断面形状に対応させ
   て、前記円筒レンズを配置したことを特徴とする請求項
   １に記載のレーザー十字スリット発生装置。
3. 【請求項３】 レーザー光源は、半導体レーザーである
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザ
   ー十字スリット発生装置。
4. 【請求項４】 円筒レンズはファイバであることを特徴
   とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載のレーザー
   十字スリット発生装置。