JPH0516573Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

三枚のレンズで合成した光学スキヤニング用レ
ンズセツトに係わるもので、光学スキヤニングシ
ステムの線的スキヤニングの功能を提供できるも
のであり、レンズセツト前焦点からきた光を、一
平面内で等角速変化角度で光ビームを入射し、本
レンズセツトを経た後に、その平面内で等速度で
平面移動してレンズセツト軸線（光軸）と平行す
る光ビームになるようにしたものである。即ち、
その平行射出のスキヤニング用光ビームとレンズ
セツト光軸の距離Ｈ、入射光ビームと光軸間の夾
角θとは等比関係Ｈ＝KFθをなし、その中Ｆはレ
ンズセツトの焦点距離で、Ｋは一定数である。 本考案は光学式スキヤニング装置に運用できる
三枚型レンズセツトで、レンズセツト焦点からき
て而してレンズセツトの子午面上で等角速変化角
度で入射した光ビームを本レンズセツトを経て透
射した後、同一平面内でレンズセツト光軸と平行
をなす光ビームとなるのを可能とし、且つ等速で
平面移動して線的スキヤニングの功能を達成でき
るようにしたものである。 等速平面移動の光ビームをレーザースキヤニン
グ装置に運用……例えば距離測定器の重要な需
求。このような装置において、普段は一等角速回
転の多面鏡を利用して固定方向からきた入射光ビ
ームを、鏡面角度の移転によつて反射光ビームの
角度を変化させる、一鏡面が入射光ビームの範囲
から転離すると、次の一鏡面が続けてその範囲に
入るので、そこで反射光ビームは等角速度の変化
をなして而して一有限角度内で連続的に一方走査
し、その反射光ビームの走査範囲の中断部分を一
レンズセツト上に照射させるようにして、且つ光
ビームの起点、即ちレンズ面の平均作用位置を丁
度そのレンズセツトの前焦点上にすると、そのレ
ンズセツトを経由して、光ビームが光軸の方向と
平行になつて射出し、而して平面移動走査し、ス
キヤニング作用を進行する。 一般のレンズセツトの設計は正弦条件（Abbe
sine condition）を満たすのを求め、それにより
光軸に近い区域をしてコマ（Coma）のないよう
にし、而してレンズ現象原理により、前焦点から
一角度（軸線との夾角）θで以てレンズセツトに
入射した光線を、光軸と平行をなした方向から射
出する、その高度（光軸との距離）Ｈはレンズセ
ツト等効焦点距離Ｆと入射角θの正接定数の乗積
に等しい、即ちＨ＝Ｆ・tanθである。そこで若し
も一般のレンズセツトをスキヤニング装置に用い
ると、等角速変化角度の入射光線は、その射出光
ビームの平面移動速度が三角定数曲線の変化を呈
しているので、等速度平面移動の需求に達するこ
とができない。 そこで、線的スキヤニングの目的を達成させる
為に、そのレンズセツトは必ず特別設計しなけれ
ばならない。米国特許第3973833号でこのような
特質をもつ二枚型レンズセツトを掲示しており、
その第一枚は両凸レンズで、第二枚は凸凹レン
ズ、各々特定の曲率をもち、且つ各曲率で公差及
び取付距離を製作するのを正確に制御、それによ
り適当な慧形コマ（Coma）を導入して始終Ｈ＝
KFθの功能を満たす特性をもたせたものである。 本考案も亦同じ功能目的によるが、但し三枚型
のレンズセツトを考案し、より高い線形度をもた
せ、即ち同じ最大線的偏差量の条件の下におい
て、本考案は既知設計に比べてより巾広い製作公
差をもたせ、而して製造及び取付けし易いように
したものである。 云いかえれば、本考案の目的は三枚型レンズセ
ツトを提供するもので、その射出光ビームの高度
は入射光ビームと光軸間の角度と同比をなすもの
である。 本考案のもう一つの目的はこのレンズセツトは
一般に習用されている設計よりも尚更高い線形度
をもち、即ち同じ精密度要求の下においてより大
きい製作公差を許容できるものである。 本考案のレンズセツトにおいて、第一レンズは
両凸レンズ、第二レンズは凸凹レンズ、第三レン
ズは両凸レンズをもつ。第一レンズのその入射側
の曲率半径は大体レンズセツト等効焦点距離の二
倍に等しく、射出側はその焦点距離の半分であ
る；第二レンズと第一レンズ間には適当な距離を
もち、その入射側の曲率半径と第一レンズの射出
側のそれとは相似しており、射出側の曲率半径は
大体その焦点距離に等しい；第三レンズと第二レ
ンズは密接しており、その入射側の曲率半径は大
体その焦点距離の4.5倍で、射出側は大体その焦
点距離の3.5倍である。 第１図を参照すれば、本考案レンズセツトＬを
応用しているスキヤニング装置１には次のものを
含む：即ち光源１０から発生した光ビーム１１
は、平面鏡M₁，M₂を経て平行に転折し、且つレ
ンズセツト光軸Ａの光ビーム１２から偏離し、レ
ンズセツトＬに入射経由して、レンズセツト前焦
点１４に向くようになり光軸Ａと交角αをなす光
ビーム１３となる；一多面鏡１５はその軸心１６
で以て光軸Ａ上の前焦点１４に軸継ぎする外に、
もう一つの図示していない定回転速モーターでド
ライビングし、各レンズをして相続けて前焦点１
４の範囲を通過させ、且つ各鏡面対光ビーム１３
の角度をして図で示す１５，１５′位置等のよう
に等角度の変化をさせるようにして、而して反射
光ビーム１７，１７′等をしてそれに伴つて等角
速に変化させ而して一つのレンズセツトＬを中心
とする有限角度内で走査させる；その中レンズセ
ツト範囲内でレンズセツトＬにより射出した光ビ
ーム１８，１８′は始終光軸Ａに平行し、且つそ
の高度Ｈ，H′はその入射光ビーム１７，１７′等
と同比で光軸Ａの夾角θ，θ′等とはレンズセツト
の等効焦点距離Ｆの乗積に等しい、即ちＨ＝
KFθ、H′＝KFθ′……で、その中Ｋは一定数であ
る。それ故に、入射光ビーム１７，１７′等が等
角速変化角度でレンズセツトＬに入射した時、射
出光ビーム１８，１８′等は等速度に平面移動し、
而してスキヤニング検測の需求に適用できるもの
である。 第２図で本考案レンズセツトＬの構成を示す、
光ビームに沿つて射出の方向に入射してきたとき
には、その順番毎に第一レンズL₁、第二レンズ
L₂及び第三レンズL₃を含み、且つ順番毎に曲率
半径R₁，R₂，R₃，R₄，R₅，R₆の表面がある。本
考案の一実施例はその有効口径（clear
aperture）が48mm、等効焦点距離が259.1mm、第
一から第三レンズの材質は順番毎にSF12，SF14
及びBKFで、各曲率半径Ｒ、各表面が光軸上に
おける間隔距離Ｄ、各レンズの屈折率Nd及びそ
のAbbe数Vdを表一に列示する：

【表】 以上の実施例は可視波長域範囲内の光源に対し
て設計したもので、特に波長0.6328μmのヘリウ
ムネオンレーザーに適用するものである。その中
レンズ面曲率半径、間隔距離、等効焦点距離及び
有効口径等の数字的根據を若しも同比例の拡大ま
たは縮小をなした時は、別にレンズセツトの功能
に影響することもない。 第３図で示すのは本考案と前記米国特許第
3973833号のレンズセツトの一作業範囲内におけ
る線形度の比較図である。作業範囲とは入射光ビ
ームと光軸の夾角θを指し、実用上は光軸の上下
各々約5.5°のところにあり、即ち上下各々0.1より
稍小さい〓度内にある。実施例の設計した数字的
根據により、コンピユーターを運用して作業範囲
内にある各不同入射角の光ビームのその射出光ビ
ームの実際高度を演算し、而して入射角との等比
を預期できる理想的高度間のその偏差値△Ｈを計
算する。作業範囲内の最大偏差値が小さい程線的
度が益々高い、即ち精度が益々良い。第３図の
中、横軸は入射光ビームの入射角θ、０から±
0.1〓度は0.004〓を一作図単位とする、その中両
値“±”の標識はレンズセツトが光ビームを射出
した高度の特性はその光軸（θ＝０）に対するの
を対称とする；縦軸は理想高度値を表示する一平
直虚線Ｓを基準として、本考案レンズセツト及び
対照レンズセツトが各入射角θ上で実際に射出し
た高度の偏差値△Ｈを描き出してそれぞれ曲線Ｐ
及びＱを得たもので、偏差値△Ｈの標示単位は
μmで、図において大体0.09〓の作業範囲内にあ
るのを見受ける、本考案のその偏差曲線Ｐ上の最
大偏差値は大体0.37μmで、対照レンズセツト曲
線Ｑ上の最大偏差値は大体0.87μmであるので、
本考案の線的度は対照レンズセツトよりも高い、
即ち製作交差を考慮しない理想的な状況の下にお
いて、本考案の最大偏差量は僅か対照特許レンズ
の約三分の一に過ぎない；云い替えれば、同じ最
大線的偏差条件の下において、本考案はより巾広
い製造公差をもち、製造と取付けし易いので、確
かに一新規実用の考案であると云える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案を応用した一スキヤニング装置
の構成図、第２図は本考案を実施した構成図、第
３図は本考案と習知レンズセツト線的度の比較
図。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 波長が0.6328μmに程近い光源を使用するス
   キヤニング装置に適用するレンズセツトであつ
   て、三枚のレンズを具備し、上記三枚のレンズ
   は、光の入射側から射出側に至るまで順に曲率
   半径がR₁，R₂，R₃，R₄，R₅及びR₆である六表
   面をもち、順に両凸の第一レンズ、凸凹の第二
   レンズ及び両凸の第三レンズを構成して同一軸
   線上に配置され、その軸線上において順に厚さ
   T₁，T₂及びT₃を有し、上記第一レンズと第二
   レンズとの間には隙間Ｄをもち、第二レンズと
   第三レンズは密着し、上記レンズセツトは、等
   効焦点距離Ｆを有するとともに次の条件を満足
   し、 1.8F≦R₁≦2.2F、 0.47F≦R₂≦0.57F、 0.43≦R₃≦0.53F、 0.8F≦R₄≦1.2F、 4F≦R₅≦5F、 3F≦R₆≦4F、 T₁≒0.06F、T₂≒0.03F、 T₃≒0.06F及びＤ≒0.02F、 上記条件はレンズの屈曲率が1.5〜1.8の間に
   あるのを前提とし、これにより、レンズセツト
   前焦点から光軸に対して夾角θをなしてレンズ
   セツトの光ビームに入射し平行となつて光軸か
   ら射出し、その光軸の高度Ｈとの距離はＨ＝
   KFθ（ただしＫは定数）の関係を満たすことを
   特徴とする光学スキヤニング用レンズセツト。 (2) 前記第一から第三レンズの屈折率を順に
   1.644、1.756及び1.515にした時、レンズセツト
   の最良の数字的前提は次の通りであり、R₁＝
   2.046F、R₂＝0.517F、R₃＝0.480F、R₄＝
   1.012F、R₅＝4.439F、R₆＝3.611F、T₁＝
   0.059F、T₂＝0.027F、T₃＝0.058F及びＤ＝
   0.021Fであることを特徴とする実用新案登録請
   求の範囲第１項に記載の光学スキヤニング用レ
   ンズセツト。