JP3531014B2 - レーザ照準装置 - Google Patents
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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- G02B27/58—Optics for apodization or superresolution; Optical synthetic aperture systems
Description
に係わり、特に、コリメータレンズと被照射物との間に
絞りを形成し、回折縞から形成されたリング状の投影像
を有する投影像を投光することのできるリング状レーザ
ースポットに関するものである。
置工事、建築工事現場での墨出し作業等を行うためのガ
イドとして、レーザー光による投光機が使用されてい
る。これらの投光機に使用されるレーザー光は、一般的
には、ターゲット等の目標物に投影して中心を決定する
用途が多く、このため投影像は円形が多くなっている。
投影像を左右上下、更には斜めに楕円形又は長方形の形
状にすると、中心点の決定が困難になるからである。
れた一定距離で使用される用途は少なく、近距離から数
百メートルに至るまで使用されることが多く、距離に係
わらず、投影されるレーザースポットは同一な大きさで
あることが要求されている。このためレーザー光による
投光機は、光学系により拡大投光されたコリメート光が
使用されている。
と、略光源のレーザー光の断面形状と同じ投影像が得ら
れる。従って、レーザー管を光源とした投光機では、レ
ーザー光による投影像は略円形となり、半導体レーザー
を光源とした投光機では、レーザー光による投影像は略
長方形となる。半導体レーザーを光源とした投光機の投
影像が長方形であるのは、半導体レーザーのレーザー射
出面が長方形であるからである。
するために、アナモフィック光学系を使用する方法と、
絞りを使用する方法が案出されている。
円形にする方法は、アナモフィック光学系が、縦横比を
定めたスポット光を得ることができることに着目し、縦
横比を略同一にすることにより、射出光を略円形にする
ものである。
は、図8に示す様に、半導体レーザー1100と、合焦
レンズ2000と、絞り3000と、コリメートレンズ
4000とから構成されており、半導体レーザ1100
からのレーザー光を、まず合焦レンズ2000で合焦さ
せ、これを絞り3000で円形に整えるものである。こ
の絞り3000は、通常、2〜3φμm程度の大きさが
最適とされており、絞り3000によってレーザー光の
余分な楕円形状部分がカットされ、投影光を略円形にす
ることができる。
るために、アナモフィック光学系を使用する方法と、絞
りを使用する方法とを併用する場合も考えられている。
モフィック光学系を使用して射出光を円形にする方法
は、本来、縦横比を規定したスポット光を得るためのも
のであるため、縦横比を同一にして円形のスポット光を
得るためには、充分大きな光学系を採用する必要があ
り、更に、絞りを併用した構成とすると部品点数が増大
して高価格となるという問題点があった。
法は、絞りと半導体レーザーとの位置合わせが困難であ
り、しかも半導体レーザーは温度の影響を受けて発光部
分が移動する傾向がある。このため、絞りの実用上の大
きさは100φμm程度にする必要があり、絞りの大き
さが増大することから、完全なリング状でない回折光が
混入し、投影像がボケて中心点を決定しにくいという問
題点があった。
心点を特定することができず、円形の投影像の中で目測
により中心点を決定しなければならないという問題点が
あった。
像の中心点が特定し易いレーザースポットの出現が強く
望まれていた。
案出されたもので、揺動自在に調整可能なレーザー発振
装置を備え、該レーザー発振装置は、レーザー光を射出
するためのレーザー光源と、このレーザー光源から射出
されたレーザー光を被照射物に向けて送出し、この被照
射物上で第1の投影像を形成するためのコリメートレン
ズからなる送光手段とを有し、この送光手段が、
(f/D)=Fno
該被照射物との間に、前記被照射物上で回折縞からなる
リング状の第2の投影像を形成するための絞り部材とを
備えた構成からなっている。
R’とし、コリメートレンズによる像の拡がり2Rとし
た時、R≦(1.5〜2.0)*R’とすることもでき
る。
ンフィルタを追加することもできる。
揺動自在に調整可能なレーザー発振装置を備えており、
レーザー発振装置のレーザー光源は、レーザー光を射出
し、コリメートレンズからなる送光手段が、レーザー光
源から射出されたレーザー光を被照射物に向けて送出
し、被照射物上で第1の投影像を形成する様になってお
り、この送光手段が、
(f/D)=Fno
射物との間に備えられた絞り部材が、被照射物上で回折
縞からなるリング状の第2の投影像を形成することがで
きる。
R’、コリメートレンズによる像の拡がり2Rとすれ
ば、R≦(1.5〜2.0)*R’とすることもできる。
ンフィルタとを組み合わせることもできる。
り、一例をあげれば、短い方が約0.5μmとすると長
手方向は2〜3μmである。そこで有限の大きさを有す
る光源の拡がりと回折ビームの拡がりの式より概略を求
め、回折が適切でリング状となる値を示すことにする。
源をレンズの焦点位置に設置した照明光学系では、一般
に次式の様に表された拡がり角θをもっている。
での像の拡がり2Rは、
では、通常、光源の形を拡大した様な照明範囲ムラが現
れることになる。
ムの拡がり角θを考察すると、図3に示す様に、
anθ であるから
拡がり2R’は、
かたが変化することになる。
し、照明を円形にするためには、以下の条件を満たす必
要がある。
ンズによる像の拡がり2Rより大きくなる様にすればよ
い。
れば、
+D
し、照明を円形にするためには、
(f/D)=Fno
でリング状になる条件、光源の変形率を考慮し、実用的
に円形と見なせる様にするには、
から距離Lだけ離れた位置での照明光の大きさが決定さ
れる。
とした時、これらの値を第2式に代入すれば、
合を考察すると、開口Dが約11mmとなり、2R’=
21.9mmと計算される。
を得ることができる。
=2.5
いことになる。また集光効率を向上させるためには、F
no を小さくする必要があるので、Fno=5を選択すれ
ば、
で、この点も考察することにする。
た位置では、
L+D
ングが現れることになる。
きる。
る。
ット1000の構成を示す図であり、発光素子100
と、コリメートレンズ200と、絞り300とから構成
されている。
もので、レーザー光を照射するためのものである。発光
素子100は、コリメートレンズ200の焦点位置に配
置されいる。なお発光素子100は、半導体レーザー、
レーザー管等、レーザー光を照射可能な素子であれば、
何れの素子を使用することができる。
するもので、発光素子100から射出されたレーザー光
を平行光として被照射物2000に向けて送出するため
のものである。送光手段はコリメートレンズ200に限
ることなく、発光素子100から射出されたレーザー光
を平行光にすることのできる素子であれば足りる。
被照射物2000の間に挿入されるもので、被照射物2
000上に投影された投影像3000に回折縞を発生さ
せ、投影像3000にリング状投影部3200を形成さ
せるためのものである。なお絞り300は絞り部材に該
当するものである。
子100を駆動させると、発光素子100からレーザー
光が照射され、コリメートレンズ200から被照射物2
000に向けて送出される。そして、コリメートレンズ
200から送出されたレーザー光は、絞り300で絞ら
れて被照射物2000上に円形に投影され、第1の投影
像に該当する円形投影部3100が形成される。
で、遮蔽物の陰の部分にもある程度回り込む性質があ
り、この回折の性質から回折縞が発生する。この回折縞
は、半径R1’の位置でリング状に生ずるので、半径R1
の位置に第2の投影像に該当するリング状投影部320
0が形成される。
投影像3000は、円形投影部3100と、半径R1の
位置に現れたリング状投影部3200との組み合わせと
なっている。即ち、図1に示された光強度で理解される
様に、中心部には円形投影部3100に相当する円形の
明るい部分があり、その周囲には比較的暗い円環が取り
まかれており、その外には、リング状投影部3200に
相当する明るい部分が存在している。
止するには、回折による像の拡がり2R’が、レンズに
よる像の拡がり2Rより大きくする必要がある。
第4式に示す様に、
(f/D)=Fno
部3100を充分円形にするためには、R≦(1.5〜
2.0)*R’であることが望ましい。
ポット1000による投影像3000は、円形投影部3
100の周囲にリング状のリング状投影部3200が形
成されるので、投影像3000の中心点を容易に決定す
ることができるという効果がある。
の集光効率を向上させるためには、回折縞の強度を小さ
くしたり、光源の変形率を小さくするとよい。
300に例えば、アポジゼーションフィルタ400を追
加すればよい。このアポジゼーションフィルタ400
は、外周部の濃度が濃くなっており、中心部に向かっ
て、なだらかに濃度が低下する様に構成されたフィルタ
である。通常、回折縞は1つではなく数本生じるが、中
心から離れる程、光強度が弱くなっている。
ザースポット1000にアポジゼーションフィルタ40
0を追加すると、中心に近い回折縞を残し、周辺の回折
縞の強度を小さくすることができるので、集光効率が向
上するという効果がある。
率を向上させるためには、アナモフィック光学系を追加
すればよい。更に、アポジゼーションフィルタ400と
組み合わせれば、より効果的となる。
及びアポジゼーションフィルタ400を追加すれば、よ
り集光効率を向上させることができるという効果があ
る。
を図5〜図7に基づいて説明する。
に、フレーム1と、このフレーム1の前端近傍に形成さ
れた水平な俯仰軸2を中心に回動自在に取り付けれた俯
仰フレーム3と、この俯仰フレーム3に対して鉛直方向
に取り付けられた揺動軸4を中心に揺動自在に形成され
たレーザー発振装置5とから構成されている。
レーム6が後方に向けて形成されており、この水平補助
フレーム6には、水平なピン7が形成されている。この
ピン7は、スプリング8を介してフレーム1と連結され
ており、スプリング8の弾性復原力により、俯仰フレー
ム3を図5中時計方向に附勢している。
クリュー10を起立させており、俯仰スクリュー10に
螺合されたナット11と、このナット11に突設された
固定ピン12を係合させている。そして俯仰スクリュー
10は、フレーム1に載置された俯仰モータ9の出力軸
に連結されており、俯仰モータ9の駆動力により、俯仰
フレーム3の傾きを可変させることができる。
に、垂直補助フレーム13が形成されており、この垂直
補助フレーム13は、ギアボックス14を介して揺動モ
ータ15が取り付けられている。このギアボックス14
より水平方向にガイドシャフト16及び揺動スクリュー
17が延設されており、揺動スクリュー17は、揺動モ
ータ15の出力軸に連結されている。そして、揺動スク
リュー17に螺合されるナットブロック18は、ガイド
シャフト16に摺動自在に嵌合されている。
向に水平突出ピン19が取り付けられており、この水平
突出ピン19は、ナットブロック18に形成された係合
ピン20と係合されている。そして水平突出ピン19と
垂直補助フレーム13との間には、弾性スプリング21
が挿入されており、この弾性スプリング21の弾性復原
力により、レーザー発振装置5は水平方向、即ち、図7
中右方に附勢されている。
は、俯仰モータ9と揺動モータ15の駆動により、直交
する2方向に回動させることができる。
グ状レーザースポット1000が取り付けられている。
整可能なレーザー発振装置を備え、該レーザー発振装置
は、レーザー光を射出するためのレーザー光源と、この
レーザー光源から射出されたレーザー光を被照射物に向
けて送出し、この被照射物上で第1の投影像を形成する
ためのコリメートレンズからなる送光手段とを有し、こ
の送光手段が、
(f/D)=Fno
該被照射物との間に、前記被照射物上で回折縞からなる
リング状の第2の投影像を形成するための絞り部材とを
備えた構成からなるので、リング状の第2の投影像によ
り投影像の中心点を容易に決定することができるという
効果がある。更に、投影像の照明ムラを防止することが
できるという効果がある。
追加した構成を説明する図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 揺動自在に調整可能なレーザー発振装置
を備え、該レーザー発振装置は、レーザー光を射出する
ためのレーザー光源と、このレーザー光源から射出され
たレーザー光を被照射物に向けて送出し、この被照射物
上で第1の投影像を形成するためのコリメートレンズか
らなる送光手段とを有し、この送光手段が、 D<(f/r)*λ 又は (r/λ)<(f/D)=F no の何れかの条件を満たし、前記送光手段と該被照射物と
の間に、前記被照射物上で回折縞からなるリング状の第
2の投影像を形成するための絞り部材とを備えたレーザ
照準装置。 但し、Dは、コリメートレンズの開口 fは、コリメートレンズの焦点距離 rは、レーザー光源の大きさ λは、レーザー光源の波長 F noは、Fナンバー である。 - 【請求項2】 回折による像の拡がりを2R’とし、コ
リメートレンズによる像の拡がり2Rとした時、 R≦(1 . 5〜2 . 0)*R’ である請求項1記載のレーザ照準装置。 - 【請求項3】 絞り部材にアポジゼーションフィルタを
追加した請求項1記載のレーザ照準装置。
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