JPH11133209A - 光学部材及び光指示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 特定の点位置を視認性良く、かつ、精度良く
指示可能な光学像を形成する。 【解決手段】 第１の分割レンズ群のレンズ要素１
２₁₁、１２₂₂に入射した光を第１軸（Ｙ軸）方向にのみ
収束させ、第２軸（Ｘ軸）に平行な直線状の第１の光像
を形成する。また、第２の分割レンズ群のレンズ要素１
７₁₂、１７₂₁に入射した光を第２軸方向にのみ収束さ
せ、第１軸に平行な直線状の第２の光像を形成する。こ
うして、視認性が良く、特定の点位置をその交点として
精度良く指示可能な十字型あるいはＴ字型の光像を形成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学部材及び光指
示装置に係り、より詳細には、位置を特定するための光
学像の形成に使用される光学部材及び位置を特定するた
めの光像を投射する光指示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】離れた場所における特定の位置を指示す
るための装置として、ガスレーザや可視半導体レーザが
発生するレーザ光を用い、離れた場所の特定の位置を指
示するための光像を投射する光指示装置が注目されてい
る。

【０００３】こうした光指示装置として、特開平２−
２３５０１３号公報又は特開平７−１８１４２７号公報
等に開示されている、スポット状のレーザ光を対象物に
照射し、点状の光像を投射する装置（以後、従来例１と
呼ぶ）、特開平２−５０１８号公報又は特開平２−１
４６７８３号公報等に開示されている、レーザ光を特定
の直線方向に拡大して対象物に照射し、直線線状の光像
を投射する装置（以後、従来例２と呼ぶ）、特開平４
−１１２１３号公報又は特開平５−２７３９０７号公報
に開示されている、レーザ光の出射方向を往復させなが
ら、レーザ光を対象物に照射し、一定長さの線分状の光
像を投射する装置（以後、従来例３とよぶ）が提案され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の光指示装置は上
記のようにして光像を投射するので、以下のような問題
点があった。

【０００５】すなわち、従来例１では、小さな点状のス
ポット光像では視認性が悪いので、光像がどこにあるか
を探しにくく、また、視認性を良くするためにスポット
の大きさを大きくすると、特定の点位置を精度良く指示
することができない。

【０００６】また、従来例２又は従来例３では、直線状
の光像なので、視認性は良いが、やはり特定の点位置を
精度良く指示することができない。

【０００７】また、従来例３では、レーザ光の出射方向
を変化させるための構成要素が必要となるため、装置構
成が複雑なものとなってしまう。

【０００８】本発明は、かかる事情のもとになされたも
のであり、その目的は、特定の点位置を視認性良くかつ
精度良く指示可能な光学像の形成に好適な光学部材を提
供することにある。

【０００９】また、本発明の他の目的は、簡易な構成
で、特定の点位置を視認性良くかつ精度良く指示可能な
光学像を投射する光指示装置を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、位置を特定するための光学像の形成に使用される光
学部材（１０）であって、第１軸方向に光を収束させる
第１のシリンドリカルレンズ（１１）を、列方向が前記
第１軸方向と平行であり、行方向が前記第１軸方向に垂
直な第２軸方向と平行なｍ行ｎ列（ｍ及びｎは自然数で
あり、いずれか一方は２以上）のマトリクス状に分割し
た第１の分割レンズ群（１２₁₁〜１２₂₂）と、前記第２
軸方向に光を収束させる第２のシリンドリカルレンズ
（１６）を前記第１のシリンドリカルレンズ（１１）と
同一のマトリクス状に分割した第２の分割レンズ群（１
７₁₁〜１７₂₂）の中からそれぞれ選択された、Ｍ×Ｎ個
の前記第１の分割レンズ群のレンズ要素（１２₁₁、１２
₂₂）と（ｍ×ｎ−Ｍ×Ｎ）個の第２の分割レンズ群のレ
ンズ要素（１７₁₂、１７₂₁）とがｍ行ｎ列のマトリクス
状に配置されて成り、前記選択された第１の分割レンズ
群のレンズ要素（１２₁₁、１２₂₂）のそれぞれは、前記
第１のシリンドリカルレンズ（１１）を構成するときと
同一行に配置され、前記選択された第２の分割レンズ群
のレンズ要素（１７₁₂、１７₂₁）のそれぞれは、前記第
２のシリンドリカルレンズ（１６）を構成するときと同
一列に配置されることを特徴とする。

【００１１】ここで、第Ｐ軸方向（Ｐ＝１、２）に光を
収束させるとは、第Ｐ軸方向について光の進行方向を偏
向させ、第Ｐ軸方向と垂直な直線に結像させることであ
る。また、行方向とは同一行内で列番号が変化する方向
であり、列方向とは同一列内で行番号が変化する方向で
ある。

【００１２】本請求項１に記載の発明の光学部材（１
０）では、例えば放射状に広がりながら進行する光を入
射した場合、第１の分割レンズ群のレンズ要素（１
２₁₁、１２₂₂）に入射した光は第１軸方向に収束すると
もに第２軸方向については広がりながら進行する。すな
わち、第１の分割レンズ群のレンズ要素（１２₁₁、１２
₂₂）を経由した光は、第２軸方向に平行な直線状の第１
の光像を形成する。

【００１３】また、第２の分割レンズ群のレンズ要素
（１７₁₂、１７₂₁）に入射した光は第２軸方向に収束す
るともに第１軸方向については広がりながら進行する。
すなわち、第２の分割レンズのレンズ要素（１７₁₂、１
７₂₁）を経由した光は、第１軸方向に平行な直線状の第
２の光像を形成する。

【００１４】したがって、請求項１に記載の発明の光学
部材によれば、視認性が良く、特定の点位置をその交点
として精度良く指示可能な十字型あるいはＴ字型の光像
を好適に形成することができる。

【００１５】請求項２記載の発明は、光源（３１）とこ
の光源（３１）からの光束を結像させる結像光学系とを
備えた光指示装置において、前記結像光学系として前記
請求項１に記載の光学部材（１０）を具備することを特
徴とする。

【００１６】本請求項２記載の光指示装置によれば、光
源（３１）からの光束を、請求項１の記載の光学部材
（１０）を経由させて出射するので、請求項１の記載の
光学部材（１０）によって、上述のように、光源からの
放射状に広がりながら進行する光束から十字型あるいは
Ｔ字型の光像を形成する光束が生成される。したがっ
て、簡易な構成で、視認性が良く、特定の点位置をその
交点として精度良く指示可能な十字型あるいはＴ字型の
光像を投射することができる。

【００１７】ところで、光源から出力される光束の断面
形状は、採用する光源によっては、その縦横比（アスペ
クト比）が１であるとは限らない。例えば、半導体レー
ザの場合には、一般に、出力される光束の断面形状は楕
円形であり、その縦横比は１ではない。

【００１８】断面形状の縦横比が１の光束のときには、
第１のシリンドリカルレンズ（１１）及び第２のシリン
ドリカルレンズ（１６）の倍率を互いに同一とし、第１
の分割レンズ群のレンズ要素（１２₁₁、１２₂₂）と第２
の分割レンズ群のレンズ要素（１７₁₂、１７₂₁）とを同
一平面内に配置することで、上述した第１の光像の第１
軸方向の幅と第２の光像の第２軸方向の幅とを同一とす
ることが可能である。

【００１９】すなわち、断面形状の縦横比が１の光束の
ときには、第１のシリンドリカルレンズ（１１）及び第
２のシリンドリカルレンズ（１６）の倍率を互いに同一
とし、第１の分割レンズ群のレンズ要素（１２₁₁、１２
₂₂）と第２の分割レンズ群のレンズ要素（１７₁₂、１７
₂₁）とを同一平面内に配置することで、均一な線幅の十
字型あるいはＴ字型の光像を投射することができ、精度
の良い点位置の指示が可能となる。

【００２０】しかし、断面形状の縦横比が１とは異なる
光束のときには、請求項３に記載の発明のように、光源
（３２）から出力された光束の断面形状の縦横比に応じ
て、第１のシリンドリカルレンズ（１１）と前記第２の
シリンドリカルレンズ（２２）との倍率を設定するか、
又は、請求項４に記載の発明のように、光指示装置が、
光学部材（１０）の光軸を中心軸として、光学部材（１
０）と光源（３２）とを相対的に回転させる回転機構
（３４）を更に有することとし、光学部材（１０）と光
源（３２）とを相対的に回転させて、均一な線幅の十字
型あるいはＴ字型の光像を投射し、精度の良い点位置の
指示を可能とすることが好適である。

【００２１】なお、請求項３に記載の発明の場合には、
第１の分割レンズ群のレンズ要素（１２₁₁、１２₂₂）の
配置平面と第２の分割レンズ群のレンズ要素（２３₁₂、
２３₂₁）の配置平面とは異なる平面となる。この場合、
倍率の大きなシリンドリカルレンズ（２２）に応じたレ
ンズ要素（２３₁₂、２３₂₁）の配置平面が、光源（３
２）により近くなる。

【００２２】

【発明の実施の形態】

《光学部材の第１実施形態》以下、本発明の光学部材の
第１実施形態を、図１及び２に基づいて説明する。

【００２３】図１には、第１実施形態の光学部材１０の
構成が示されている。この光学部材１０は、十字型の光
像を形成するために好適な光学部材である。図１に示さ
れるように、光学部材１０は、Ｙ軸（第１軸）方向に
光を収束させるシリンドリカルレンズ１１を、行方向が
Ｘ軸（第２軸）方向と平行であり、列方向がＹ軸方向と
平行な２行２列のマトリクス状に分割して得られる、４
個のレンズ要素１２₁₁〜１２₂₂からなる分割レンズ群の
中から選択されたレンズ要素１２₁₁及び１２₂₂と、Ｙ
軸方向に直交するＸ軸方向に光を収束させるシリンドリ
カルレンズ１６を、シリンドリカルレンズ１２と同一の
マトリクス状に分割して得られる、４個のレンズ要素１
７₁₁〜１７₂₂からなる分割レンズ群の中から選択された
レンズ要素１７₁₂及び１７₂₁とを備える。

【００２４】レンズ要素１２₁₁、１２₂₂、１７₁₂、及び
１７₂₁は、２行２列のマトリクス状に配列されており、
レンズ要素１２₁₁及び１２₂₂のそれぞれは、シリンドリ
カルレンズ１１を構成するときと同一行及び同一列のレ
ンズ要素とされるとともに、レンズ要素１７₁₂及び１７
₂₁のそれぞれは、シリンドリカルレンズ１６を構成する
ときと同一行及び同一列のレンズ要素とされている。

【００２５】すなわち、光学部材１０におけるレンズ要
素のマトリクス配列にあたって、シリンドリカルレンズ
１１に対応するレンズ要素とシリンドリカルレンズ１６
に対応する要素とが交互に配列されている。

【００２６】また、シリンドリカルレンズ１１及びシリ
ンドリカルレンズ１６は、共に薄形レンズであって、焦
点距離が同一のものが選択されており、レンズ要素１２
₁₁、１２₂₂、１７₁₂、及び１７₂₁は、同一平面上に配列
されている。この結果、レンズ要素１２₁₁、１２₂₂、１
７₁₂、及び１７₂₁の結像面は、全て同一となっている。

【００２７】次に、光学部材１０による十字型の光像を
形成する光束の生成について説明する。図２には、光学
部材１０による十字型光像の形成の様子が示されてい
る。以下、断面形状における縦横比が１であって、放射
状に広がりながら進行する光束を出力する、光学部材１
０の光源３１側焦点距離よりも光学部材１０から離れた
位置に配置された光源３１を使用した場合を例として説
明する。こうした光源としては、ガスレーザ光源を好適
に採用できる。

【００２８】光源３１からの光束が光学部材１０に入射
すると、レンズ要素１２₁₁に入射した光束は、Ｙ軸方向
に収束するとともに、Ｘ軸方向には光の進行方向が維持
された光束となり、点Ｏから−Ｘ方向へ延びる線分状の
光像を形成する光束となる。

【００２９】また、レンズ要素１２₂₂に入射した光束
は、Ｙ軸方向に収束するとともに、Ｘ軸方向には光の進
行方向が維持された光束となり、点Ｏから＋Ｘ方向へ延
びる線分状の光像を形成する光束となる。

【００３０】また、レンズ要素１７₁₂に入射した光束
は、Ｘ軸方向に収束するとともに、Ｙ軸方向には光の進
行方向が維持された光束となり、点Ｏから＋Ｙ方向へ延
びる線分状の光像を形成する光束となる。

【００３１】また、レンズ要素１７₂₁に入射した光束
は、Ｘ軸方向に収束するとともに、Ｙ軸方向には光の進
行方向が維持された光束となり、点Ｏから−Ｙ方向へ延
びる線分状の光像を形成する光束となる。

【００３２】すなわち、光学部材１０からは、点Ｏを交
点とする十字型の光像を形成する光束が出力される。

【００３３】ところで、光源３１から出力された光束
は、その断面形状の縦横比が１であり、また、レンズ要
素１２₁₁、１２₂₂、１７₁₂、及び１７₂₁それぞれの焦点
距離は全て同一であるから、Ｘ軸方向へ延びる線分状の
光像の線幅とＹ軸方向へ延びる線分状の光像の線幅とは
同一となる。この結果、特定の点位置を精度良く指示可
能な光像を形成する光束が好適に生成される。

【００３４】なお、Ｘ軸方向へ延びる線分状の光像の線
幅とＹ軸方向へ延びる線分状の光像の線幅とが同一とは
ならないが、十字型の光像を形成する光束を生成すれば
良い場合には、光学部材１０に入射する光束の断面形状
の縦横比は１と異なってもよい。

【００３５】以上、本実施形態では２行２列でのマトリ
クス配列を行ったが、本実施形態と同様の機能及び性能
を確保しつつ変形が可能である。図３には、４行４列で
のマトリクス配列を行った変形例である光学部材１５の
構成が示されている。なお、図３では、Ｚ方向から見た
態様で光学部材１５を表しており、レンズ要素の符号
は、引出線を省略してレンズ要素上に記載している。

【００３６】図３に示されるように、光学部材１５は、
Ｙ軸方向に光を収束させるシリンドリカルレンズ１１
を、行方向がＸ軸方向と平行であり、列方向がＹ軸方向
と平行な４行４列のマトリクス状に分割して得られる、
１６個のレンズ要素１３₁₁〜１３₄₄からなる分割レンズ
群の中から選択された、８個のレンズ要素１３_ij（ｉ＝
１〜４、ｊ＝１〜４、ｉ＋ｊ＝偶数）と、Ｙ軸方向に
直交するＸ軸方向に光を収束させるシリンドリカルレン
ズ１６を、シリンドリカルレンズ１２と同一のマトリク
ス状に分割して得られる、１６個のレンズ要素１８₁₁〜
１８₄₄からなる分割レンズ群の中から選択された、８個
のレンズ要素１８_k1（ｋ＝１〜４、ｌ＝１〜４、ｋ＋ｌ
＝奇数）とを備える。

【００３７】レンズ要素１３_ij及び１８_k1は、４行４列
のマトリクス状に配列されており、レンズ要素１３_ijの
それぞれは、シリンドリカルレンズ１１を構成するとき
と同一行及び同一列のレンズ要素とされるとともに、レ
ンズ要素１８_k1のそれぞれは、シリンドリカルレンズ１
６を構成するときと同一行及び同一列のレンズ要素とさ
れている。

【００３８】すなわち、光学部材１５におけるレンズ要
素のマトリクス配列にあたって、上記の実施形態と同様
に、シリンドリカルレンズ１１に対応するレンズ要素と
シリンドリカルレンズ１６に対応する要素とが交互に配
列されている。

【００３９】光学部材１５に光源３１からの光束が入射
すると、光学部材１０の場合と同様に、点Ｏを交点とす
る十字型の光像を形成する光束が出力される。

【００４０】すなわち、レンズ要素１３₁₁、１３₂₂、１
３₃₁、及び１３₄₂に入射した光束は、Ｙ軸方向に収束す
るとともに、Ｘ軸方向には光の進行方向が維持された光
束となり、点Ｏから−Ｘ方向へ延びる線分状の光像を形
成する光束となる。

【００４１】また、レンズ要素１３₁₃、１３₂₄、１
３₃₃、及び１３₄₄に入射した光束は、Ｙ軸方向に収束す
るとともに、Ｘ軸方向には光の進行方向が維持された光
束となり、点Ｏから＋Ｘ方向へ延びる線分状の光像を形
成する光束となる。

【００４２】また、レンズ要素１８₁₂、１８₁₄、１
８₂₁、及び１８₂₃に入射した光束は、Ｘ軸方向に収束す
るとともに、Ｙ軸方向には光の進行方向が維持された光
束となり、点Ｏから＋Ｙ方向へ延びる線分状の光像を形
成する光束となる。

【００４３】また、レンズ要素１８₃₂、１８₃₄、１
８₄₁、及び１８₄₃に入射した光束は、Ｘ軸方向に収束す
るとともに、Ｙ軸方向には光の進行方向が維持された光
束となり、点Ｏから−Ｙ方向へ延びる線分状の光像を形
成する光束となる。

【００４４】なお、シルンドリカルレンズ１１を構成す
るレンズ要素１３_m1、１３_m2、１３_m3、及び１３_m4（ｍ
＝１〜４のいずれか一つの値）、例えば１３₁₁、１
３₁₂、１３₁₃、及び１３₁₄はそれぞれ相等しいレンズ要
素なので、これらを相互に入れ替えて使用してもよい。
また、シルンドリカルレンズ１６を構成するレンズ要素
１８_1n、１８_2n、１８_3n、及び１８_4n（ｎ＝１〜４のい
ずれか一つの値）、例えば１８₁₁、１８₂₁、１８₃₁、及
び１８₄₁はそれぞれ相等しいレンズ要素なので、これら
を相互に入れ替えて使用してもよい。

【００４５】《光学部材の第２実施形態》以下、本発明
の光学部材の第２実施形態を、図４及び５に基づいて説
明する。なお、以下の説明においては、上述の説明にお
ける要素と同等の要素には同一の符号を付し、重複する
説明を省略する。

【００４６】図４には、第２実施形態の光学部材２０の
構成が示されている。この光学部材２０は、Ｔ字型の光
像を形成するために好適な光学部材である。図４に示さ
れるように、光学部材２０は、Ｙ軸方向に光を収束さ
せる、第１実施形態と同一のシリンドリカルレンズ１１
を、１行２列のマトリクス状に分割して得られる、２個
のレンズ要素１４₁ 、１４₂ からなる分割レンズ群の中
から選択されたレンズ要素１４１と、Ｙ軸方向に直交
するＸ軸方向に光を収束させる、第１実施形態と同一の
シリンドリカルレンズ１６を、シリンドリカルレンズ１
２と同一のマトリクス状に分割して得られる、２個のレ
ンズ要素１９₁ 、１９₂ からなる分割レンズ群の中から
選択されたレンズ要素１９₂ とを備える。

【００４７】レンズ要素１４₁ 及び１９₂ は、１行２列
のマトリクス状に配列されており、レンズ要素１４₁ の
それぞれは、シリンドリカルレンズ１１を構成するとき
と同一行及び同一列のレンズ要素とされるとともに、レ
ンズ要素１９₂ のそれぞれは、シリンドリカルレンズ１
６を構成するときと同一行及び同一列のレンズ要素とさ
れている。

【００４８】レンズ要素１４₁ 及び１９₂ は、同一平面
上に配列されている。この結果、レンズ要素１４₁ 及び
１９₂ の結像面は全て同一となっている。

【００４９】次に、光学部材１０によるＴ字型の光像を
形成する光束の生成について説明する。図５には、光学
部材２０による十字型光像の形成の様子が示されてい
る。以下、光学部材２０の光源３１側焦点距離よりも光
学部材２０から離れた位置に配置された光源３１を使用
した場合を例として説明する。

【００５０】光源３１からの光束が光学部材２０に入射
すると、レンズ要素１４₁ に入射した光束は、Ｙ軸方向
に収束するとともに、Ｘ軸方向には光の進行方向が維持
された光束となり、点Ｏから−Ｘ方向へ延びる線分状の
光像を形成する光束となる。

【００５１】また、レンズ要素１９₂ に入射した光束
は、Ｘ軸方向に収束するとともに、Ｙ軸方向には光の進
行方向が維持された光束となり、Ｙ軸方向へ延びる線分
状の光像を形成する光束となる。

【００５２】すなわち、光学部材２０からは、点Ｏを交
点とするＴ字型の光像を形成する光束が出力される。

【００５３】ところで、光源３１から出力された光束
は、その断面形状の縦横比が１であり、また、レンズ要
素１４₁ 及び１９₂ それぞれの焦点距離は全て同一であ
るから、−Ｘ方向へ延びる線分状の光像の線幅とＹ軸方
向へ延びる線分状の光像の線幅とは同一となる。この結
果、特定の点位置を精度良く指示可能な光像を形成する
光束が好適に生成される。

【００５４】なお、−Ｘ方向へ延びる線分状の光像の線
幅とＹ軸方向へ延びる線分状の光像の線幅とが同一とは
ならないが、Ｔ字型の光像を形成する光束を生成すれば
良い場合には、光学部材２０に入射する光束の断面形状
の縦横比は１と異なってもよい。

【００５５】また、選択するレンズ要素を変更したり、
シリンドリカルレンズ１１及びシリンドリカルレンズ１
６を２行１列のマトリクス状に分割して得られるレンズ
要素を選択して、２行１列のマトリクス状に配列するこ
とにより、本実施形態で得られるＴ字型光像を、光学部
品の光軸を中心軸として、９０°、１８０°、及び２７
０°だけ回転した光像を得ることができる。

【００５６】《光学部材の第３実施形態》以下、本発明
の光学部材の第３実施形態を、図６〜８に基づいて説明
する。なお、以下の説明においては、上述の説明におけ
る要素と同等の要素には同一の符号を付し、重複する説
明を省略する。

【００５７】図６には、第３実施形態の光学部材２５の
構成が示されている。この光学部材２５は、断面形状の
縦横比が１とは異なる光束を入射し、均一な線幅の十字
型の光像を形成する光束を生成するために好適な光学部
材である。図６に示されるように、光学部材２５は、
Ｙ軸方向に光を収束させる、第１実施形態と同一のシリ
ンドリカルレンズ１１を、行方向がＸ軸方向と平行であ
り、列方向がＹ軸方向と平行な２行２列のマトリクス状
に分割して得られる、４個のレンズ要素１２₁₁〜１２₂₂
からなる分割レンズ群の中から選択されたレンズ要素１
２₁₁及び１２₂₂と、Ｙ軸方向に直交するＸ軸方向に光
を収束させるシリンドリカルレンズ２２を、シリンドリ
カルレンズ１２と同様のマトリクス状に分割して得られ
る、４個のレンズ要素２３₁₁〜２３₂₂からなる分割レン
ズ群の中から選択されたレンズ要素２３₁₂及び２３₂₁と
を備える。

【００５８】レンズ要素１２₁₁、１２₂₂、１７₁₂、及び
１７₂₁は、Ｚ方向からみたときに２行２列のマトリクス
状に配列されており、レンズ要素１２₁₁及び１２₂₂のそ
れぞれは、シリンドリカルレンズ１１を構成するときと
同一行及び同一列のレンズ要素とされるとともに、レン
ズ要素２３₁₂及び２３₂₁のそれぞれは、シリンドリカル
レンズ２２を構成するときと同一行及び同一列のレンズ
要素とされている。

【００５９】すなわち、光学部材１０におけるレンズ要
素のマトリクス配列にあたって、シリンドリカルレンズ
１１に対応するレンズ要素とシリンドリカルレンズ２２
に対応する要素とが交互に配列されている。

【００６０】また、シリンドリカルレンズ１１及びシリ
ンドリカルレンズ２２は、シリンドリカルレンズ１１の
焦点距離ｆ₁ とシリンドリカルレンズ２２の焦点距離ｆ
₂ とが異なるものが選択されており、レンズ要素１２₁₁
及び１２₂₂は平面ＰＬ₁ 上に配置され、レンズ要素１７
₁₂及び１７₂₁は平面ＰＬ２上に配置されている。

【００６１】図７には、平面ＰＬ１と平面ＰＬ２との位
置関係が示されている。図７（ａ）に示されるように、
光源３２と平面ＰＬ１とは光軸方向（Ｚ軸方向）に距離
Ｌ₁だけ離れており、レンズ要素１２₁₁及び１２₂₂は光
源３２のＹ軸方向に関する像を光源３２から距離Ｌだけ
離れた結像面ＩＭＰ上に結像する。したがって、 （１／Ｌ₁ ）＋（１／（Ｌ−Ｌ₁ ））＝１／ｆ₁ …（１） の関係を満足する。このときの結像倍率Ａ１は、 Ａ₁ ＝（Ｌ−Ｌ₁ ）／Ｌ₁ …（２） となる。

【００６２】一方、図７（ｂ）に示されるように、光源
３２と平面ＰＬ２とは光軸方向（Ｚ軸方向）に距離Ｌ₂
だけ離れており、レンズ要素２３₁₂及び２３₂₁は光源３
２のＸ軸方向に関する像を光源３２から距離Ｌだけ離れ
た結像面ＩＭＰ上に結像する。

【００６３】したがって、 （１／Ｌ₂ ）＋（１／（Ｌ−Ｌ₂ ））＝１／ｆ₂ …（３） の関係を満足する。このときの結像倍率Ａ₂ は、 Ａ₂ ＝（Ｌ−Ｌ₂ ）／Ｌ₂ …（４） となる。

【００６４】この結果、レンズ要素１２₁₁、１２₂₂、１
７₁₂、及び１７₂₁の結像面は、全て同一となっている。

【００６５】以下、光源３２から出力される光束の断面
形状が、短軸方向がＸ軸方向である楕円形であり、短軸
の長さと長軸の長さとの比がａ：ｂであるとする。こう
した光源としては、半導体レーザ光源がある。この場
合、結像面ＩＭＰ上で均一な線幅の十字型の光像となる
ためには、 ａ×Ａ₂ ＝ｂ×Ａ₁ …（５） を満足する必要がある。

【００６６】すなわち、所望の距離Ｌ及び焦点距離
ｆ₁ 、ｆ₂ に対して、（１）〜（５）式から距離Ｌ₁ 及
びＬ₂ 、すなわち各レンズ要素の配置位置が決定されて
いる。

【００６７】次に、光学部材１０による十字型の光像を
形成する光束の生成について説明する。図８には、光学
部材２５による十字型光像の形成の様子が示されてい
る。

【００６８】光源３２からの光束が光学部材２５に入射
すると、レンズ要素１２₁₁に入射した光束は、Ｙ軸方向
に収束するとともに、Ｘ軸方向には光の進行方向が維持
された光束となり、点Ｏから−Ｘ方向へ延びる線分状の
光像を形成する光束となる。

【００６９】また、レンズ要素１２₂₂に入射した光束
は、Ｙ軸方向に収束するとともに、Ｘ軸方向には光の進
行方向が維持された光束となり、点Ｏから＋Ｘ方向へ延
びる線分状の光像を形成する光束となる。

【００７０】また、レンズ要素２３₁₂に入射した光束
は、Ｘ軸方向に収束するとともに、Ｙ軸方向には光の進
行方向が維持された光束となり、点Ｏから＋Ｙ方向へ延
びる線分状の光像を形成する光束となる。

【００７１】また、レンズ要素２３₂₁に入射した光束
は、Ｘ軸方向に収束するとともに、Ｙ軸方向には光の進
行方向が維持された光束となり、点Ｏから−Ｙ方向へ延
びる線分状の光像を形成する光束となる。

【００７２】すなわち、光学部材２５からは、点Ｏを交
点とする十字型の光像を形成する光束が出力される。

【００７３】こうして、結像面における、Ｘ軸方向へ延
びる線分状の光像の線幅とＹ軸方向へ延びる線分状の光
像の線幅とは同一となる。この結果、特定の点位置を精
度良く指示可能な光像を形成する光束が好適に生成され
る。

【００７４】なお、光像の投射対象面が結像面から離れ
ている場合には、（１）〜（５）式に代えて、投射面と
光源との距離に依存する関係から最適なレンズ要素の位
置が決まることになる。

【００７５】《光指示装置の実施形態》以下、本発明の
光指示装置の一実施形態を、図９及び図１０に基づいて
説明する。なお、以下の説明においては、上述の説明に
おける要素と同等の要素には同一の符号を付し、重複す
る説明を省略する。

【００７６】図９には、一実施形態の光指示装置５０の
概要構成が示されている。図９に示されるように、この
装置５０は、動作用の電力を供給する電源３８と、
光指示動作を制御する電子回路３６と、電子回路３６
からの発光指示に応じて、断面形状の縦横比が１と異な
る光束を発生し、出力する光源３２と、出力光束の光
軸を中心軸として、光源３２を回転させる回転駆動機３
４と、光源３２からの光束を入射し、十字型の光像を
形成する光束を生成して出力する光学部材１０と、電
源３８、電子回路３６、光源３２、回転駆動機３４、及
び光学部材１０を収納する容器４０とを備える。

【００７７】この装置５０は、以下のように動作して、
均一な線幅の十字型光像を投射面ＰＬＰに投射する。な
お、光源３２から出力される光束の断面形状が楕円形で
あるとして、以下の説明をする。

【００７８】まず、電子回路３６からの発光指示を受け
た光源３２が光束を出力され、光学部材１０に入射す
る。図１０には、光学部材１０の光軸方向をＺ軸方向と
した場合のＸＹ平面、すなわち光学部材１０の光入射面
における入射光束の形状が示されている。なお、ＸＹ平
面の第１象限にレンズ要素１７₁₂が、第２象限にレンズ
要素１２₁₁が、第３象限にレンズ要素１７₂₁が、第４象
限にレンズ要素１２₂₂が配置されている。

【００７９】光学部材１０は、既に説明したように、入
射した光束から十字型の光像を形成する光束を生成して
出力する。この生成された光束は投射面ＰＬＰに照射さ
れ、十字型の光像が投射面ＰＬＰに投射される。

【００８０】ところで、レンズ要素１２₁₁，１２₂₂，１
７₁₂、及び１７₂₁の焦点距離は全て同一であり、同一平
面上に配列されるので、レンズ要素１２₁₁，１２₂₂，１
７₁₂、及び１７₂₁は、全て同一の結像倍率を有すること
になる。したがって、投射面ＰＬＰ上のＸ軸方向に延び
る線状の光像の線幅と投射面ＰＬＰ上のＹ軸方向に延び
る線状の光像の線幅との比は、図１０における、第１象
限又は第３象限における入射光束の外周の最大Ｘ座標値
（＝Ｘ₂ ）から最小Ｘ座標値（＝Ｘ₁ ）を引いた値（＝
Ｘ₂ −Ｘ₁ ）と、第２象限又は第４象限における入射光
束の外周の最大Ｙ座標値（＝Ｙ₂ ）から最小Ｙ座標値
（＝Ｙ₁ ）を引いた値（＝Ｙ₂ −Ｙ₁ ）との比と同一に
なる。

【００８１】したがって、回転駆動機３４によって、光
源３２を回転し、 Ｘ₂ −Ｘ₁ ＝Ｙ₂ −Ｙ₁ …（６） を満足するように調整すれば、均一な線幅の十字型の光
像を投射面ＰＬＰに投射することができる。

【００８２】なお、光源３２に代えて、断面形状の縦横
比が１である光源３１を使用すれば、回転駆動機３４を
省略して構成しても均一な線幅の十字型の光像を投射面
ＰＬＰに投射することができる。

【００８３】上記の光指示装置の実施形態では、光学部
材１０を使用したが、光学部材１５、２０、又は２５を
使用することも可能である。なお、光学部材１５を使用
した場合には、Ｔ字型の光像が投射されることになる。

【００８４】本発明は、上記の実施形態に限定されるも
のではなく、変形が可能である。たとえば、光学部材の
構成にあたってのマトリクスは、ｍ行ｎ列（ｍ及びｎは
自然数であり、少なくと一方は２以上）であれば、任意
のマトリクスを採用することができる。

【００８５】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、請求項１
に記載の光学部材によれば、第１の分割レンズ群のレン
ズ要素が入射光を第１軸方向についてのみ収束させ、第
２の分割レンズ群のレンズ要素が入射光は第２軸方向に
ついてのみ収束させるので、特定の点位置をその交点と
して精度良く指示可能な十字型あるいはＴ字型の光像を
形成する光束を好適に生成することができる。

【００８６】また、請求項２〜４に記載の光指示装置に
よれば、光源からの光束を、請求項１の記載の光学部材
を経由させて出射するので、簡易な構成で、視認性が良
く、特定の点位置をその交点として精度良く指示可能な
十字型あるいはＴ字型の光像を投射することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の光学部材の構成を示す図であ
る。

【図２】図１の光学部材による光像の形成を説明するた
めの図である。

【図３】図１の光学部材の変形例の構成を示す図であ
る。

【図４】第２実施形態の光学部材の構成を示す図であ
る。

【図５】図４の光学部材による光像の形成を説明するた
めの図である。

【図６】第３実施形態の光学部材の構成を示す図であ
る。

【図７】図６の光学部材におけるレンズ要素の配置を説
明するための図である（（ａ），（ｂ））。

【図８】図６の光学部材による光像の形成を説明するた
めの図である。

【図９】一実施形態の光指示装置の概略構成を示す図で
ある。

【図１０】図９の光指示装置を構成する光学部材の光入
射面における入射光束の形状を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１０，１５，２０，２５ 光学部材 １１，１６，２２ シリンドリカルレンズ １２，１３，１４ レンズ要素 １７，１８，１９，２３ レンズ要素 ５０ 光指示装置 ３４ 回転駆動機（回転機構）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１軸方向に光を収束させる第１のシリ
   ンドリカルレンズを、列方向が前記第１軸方向と平行で
   あり、行方向が前記第１軸方向に垂直な第２軸方向に平
   行なｍ行ｎ列（ｍ及びｎは自然数であり、いずれか一方
   は２以上）のマトリクス状に分割した第１の分割レンズ
   群と、前記第２軸方向に光を収束させる第２のシリンド
   リカルレンズを前記第１のシリンドリカルレンズと同一
   のマトリクス状に分割した第２の分割レンズ群の中から
   それぞれ選択された、Ｍ×Ｎ個の前記第１の分割レンズ
   群のレンズ要素と（ｍ×ｎ−Ｍ×Ｎ）個の第２の分割レ
   ンズ群のレンズ要素とがｍ行ｎ列のマトリクス状に配置
   されて成り、 前記選択された第１の分割レンズ群のレンズ要素のそれ
   ぞれは、前記第１のシリンドリカルレンズを構成すると
   きと同一行に配置され、前記選択された第２の分割レン
   ズ群のレンズ要素のそれぞれは、前記第２のシリンドリ
   カルレンズを構成するときと同一列に配置されることを
   特徴とする光学部材。
2. 【請求項２】 光源とこの光源からの光束を結像させる
   結像光学系とを備えた光指示装置において、 前記結像光学系として前記請求項１に記載の光学部材を
   具備することを特徴とする光指示装置。
3. 【請求項３】 前記光源が、その断面形状の縦横比が１
   ではない光束を出力する光源であり、 前記縦横比に応じて前記第１のシリンドリカルレンズと
   前記第２のシリンドリカルレンズの倍率が設定されてい
   ることを特徴とする請求項２に記載の光指示装置。
4. 【請求項４】 前記光学部材と前記光源とを、前記光学
   部材の光軸と平行な軸を中心軸として相対的に回転させ
   る回転機構を更に有することを特徴とする請求項２又は
   ３に記載の光指示装置。