JPH1164785A - 合成リングビーム生成方法 - Google Patents

合成リングビーム生成方法

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JPH1164785A
JPH1164785A JP24351697A JP24351697A JPH1164785A JP H1164785 A JPH1164785 A JP H1164785A JP 24351697 A JP24351697 A JP 24351697A JP 24351697 A JP24351697 A JP 24351697A JP H1164785 A JPH1164785 A JP H1164785A
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JP
Japan
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incident
light
ring beam
optical axis
face
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Pending
Application number
JP24351697A
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English (en)
Inventor
Kenichi Iga
健一 伊賀
Yuzo Kawaguchi
裕三 川口
Jiro Mukai
二郎 向井
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Kawaguchi Kogaku Sangyo KK
Original Assignee
Kawaguchi Kogaku Sangyo KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 円柱状光導体を用いて合成したリングビーム
を生成する方法を提供し各分野の要望に答えることを目
的とする。 【解決手段】 入射端面10と出射端面11がそれぞ
れ光軸Aに対して略垂直な端面を備えた円柱状ロッド1
を用意する。次に、前記入射端面10に、複数の入射光
Φ1,2,3・・・nを前記光軸Aに対して傾け且つそれぞれ同
一の入射角θinで導入できるように、コヒーレント光源
(図示せず)を所定の方法で配置する。そして、入射光
Φ1,2,3・・・nを円柱状ロッド1の入射端面10に入射さ
せる。すると、入射角θinで入射された各入射光Φ1,2,
3・・・nは、円柱状ロッド1内では、それぞれ角度θNを保
って光が導波され、それぞれ同一の出射角θoutの出射
光束で出射する。その結果、光軸Aに対し垂直な仮想平
面P上に複数の出射光束が合成された一重の環状光線の
合成リングビームLが形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、計測・検査、土木
・建築、保安・防犯、医療機及びディスプレー照明装置
等の分野で要望されている、きれいで安定した任意の拡
がり角を持つ「リングビーム」を合成する合成リングビ
ーム生成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】360度の方向にスリットビームを照射
する技術的手段は、土木・建築等で使用されている水準
器等に組込まれているが、その技術として、光源、レン
ズ、プリズム又はミラー等の光学素子を組み合わせた光
学系があり、また光源からのビームをレンズで平行に
し、プリズム或いはミラー等の反射体を機械的に回転す
る方法があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、両構成とも構
造が複雑になってしまう問題点があり、特に前者は、光
学素子の組付けが難しく、精度を出し且つ安定性を保つ
ことが困難であるという問題点、後者は、機械的磨耗及
び経年的変化等による精度低下という問題点があった。
そこで、出願人は、簡単な構造で且つ安定した任意の拡
がり角を持つリングビームを生成するリングビーム生成
光学素子に関しその基本的構成を開発し、平成7年特許
願第167124号及び平成8年特許願第141211
号に開示した。上記各出願に係る基本構成は、光ファイ
バや円柱状ロッドの入射端面に、一つの光源から一定の
入射角の入射光線を導入して、一重のリングビームを得
ることであり、今回の本願発明は、この基本構成を更に
発展させ、円柱状光導体を用いて合成したリングビーム
を生成する方法を提供し、各分野の要望に答えることを
目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
本願発明者は、円柱状光導体(Cylindrical OpticalGui
de,以下COGともいう)の入射端面に対する入射光束
の入射角が同一あれば、出射リングビームの出射角も同
一であることに着目した。光軸に対して略垂直な入射端
面を備えた円柱状光導体に対し、入射光を入射角θinで
入射させると、その屈折率nの円柱状光導体内では、 θN=SIN-1((1/n)sinθin) ・・・(1) で表せる角度θNを保って光が導波され、円柱状光導体
の内壁においてスキュー反射を繰り返した後、出射角θ
outの出射光束を出射し、リング状の環状光線束を生成
する。そしてこの出射角θoutは、 θout=SIN-1(nsinθN)=θin ・・・(2) のように、入射角θinと同じになる。そこで、コヒーレ
ント光源を用いて、同一の入射角で複数の入射光線をC
OGに入射させれば、それら複数の入射光線に比例した
強い光を合成できることを着想するに至り、実験でも確
認することができた。以上の点から、本願発明は、光軸
に対して略垂直な入射端面を備えた円柱状光導体に対
し、コヒーレント光源からの複数の入射光束をその光軸
に対し傾け且つそれぞれ同一の入射角で入射させ、前記
光軸に対し垂直な仮想平面への照射形状が、複数の出射
光束を合成した一重の環状光線束になるように生成する
合成リングビーム生成方法とした(請求項1の発明)。
この合成リングビーム生成方法によれば、入射端面に対
し複数の入射光束を同一の入射角で円柱状光導体に導入
すると、それらの出射光束が合成されて、強力な出射リ
ングビームを得ることができ、リングビームの用途も拡
がる。
【0005】
【発明の実施の形態】上記発明の実施形態を図1(a)
及び(b)に基づいて説明する。まず、図1(a)に示
したように、入射端面10と出射端面11がそれぞれ光
軸Aに対して略垂直な端面を備えたCOGとしての円柱
状ロッド1を用意し、配置する。次に、前記入射端面1
0に、複数の入射光Φ1,2,3・・・nを前記光軸Aに対して
傾け且つそれぞれ同一の入射角θinで導入できるよう
に、コヒーレント光源(図示せず)を光源取付台等を用
い、所定の方法で配置する。そして、入射光Φ1,2,3・・・
nを円柱状ロッド1の入射端面10に入射させる。する
と、入射角θinで入射された各入射光Φ1,2,3・・・nは、
円柱状ロッド1内では、それぞれ角度θNを保って光が
導波され、それぞれ同一の出射角θoutの出射光束で出
射する。その結果、図1(b)に示すように、光軸Aに
対し垂直な仮想平面P上に複数の出射光束が合成された
一重の環状光線束の合成リングビームLが形成され、こ
の合成リングビームLのエネルギー量は各出射リングビ
ームの総和量に等しく、強力なリングビームを生成する
ことができる。
【0006】前記コヒーレント光源として、必要な出射
リングビームの総和量に対応させて複数のレーザー光源
を用いるが、合成を良好に行うため、それぞれ発振波
長、出力等の特性が共通するレーザー光源を用いること
が好ましい。各種レーザー光源として、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を用い
る。またLED(発光ダイオード)やその他の単色光な
どの光源でもよい。図示省略したが、光源には、各種レ
ーザー等に対応した駆動装置等が接続されている。な
お、半導体レーザーの弱点として「低出力」という問題
点があるが、本発明によれば、光源として半導体レーザ
ーを用いても、高出力化を達成できるというメリットも
ある。
【0007】円柱状光導体のスキュー反射の反射回数
R、円柱状光導体の太さD及び長さLは、以下の式で決
まる関係にある。 R=1+[L−D tanθ/2−(D/2)tan{θ−arcsin(sinθ/n)}] × tan{θ−arcsin( sinθ/ n)}/D ・・・(3) ここで、θ:入射角 n:屈折率である。 特に、反射回数Rが少なくとも4回以上のCOGであれ
ば、実用可能な程度の光強度分布が均一なリングビーム
を生成することができる。よって前記円柱状ロッド1や
ファイバー等の円柱状光導体は、反射回数Rを基礎にし
てCOGの太さDや長さL等をそれぞれ調整する。具体
的には、前記円柱状ロッド1は、例えば直径が略4mm〜
略6mmであるものを用いることができ、円柱状ロッド1
の長さは、ロッド内での複数の各入射光の反射回数が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。円柱状光学素子とし
て、光ファイバを用いる場合には、例えばコア径が0.
5mmであるものや1.0mmのステップインデックス型の
光ファイバーを用いる。また、光ファイバーの長さは、
光ファイバー内での複数の各入射光の反射回数が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。以上のような構成
であれば、各出射光束毎に、実用上十分な光強度分布を
持つリングビームを生成することができ、従って、これ
らを合成したリングビームも強力なリングビームとな
る。
【0008】図2は、コヒーレント光源からの複数の入
射光束を円柱状ロッド1の光軸Aに対して傾け且つそれ
ぞれ同一の入射角θinで入射させる具体的な入射手段を
図示している。この入射手段は、円柱状ロッド1の光軸
Aに略平行な入射光Φを出射できるように前記光源を配
置し、且つ円柱状ロッド1の入射端面10に対し各入射
光Φが同一の入射角θinで入射するように反射鏡2,2
・・・を配置しその反射鏡2,2・・・を介して複数の
入射光束Φを前記入射端面10に導入するものである。
【0009】前記入射手段の別例を、図3(a)及び
(b)に示す。図3(a)は同入射手段の概略側面図、
図3(b)は同入射手段の概略正面図であり、前記反射
鏡2に代えて、凹面鏡2Aを用いたもので、図3(b)
に示したように、光源3,3・・・を前記円柱状ロッド
1と同心円状に任意の数で配置できる。従って、合成リ
ングビームLの強度を容易に制御することができる。
【0010】本発明の特徴を生かした広い範囲の応用が
考えられる。図4に示したものは、360゜方向に強力
なスリットビーム21を照射できるようにしたものであ
る。円柱状ロッド1の入射端面に複数の入射光束Φ1,2,
3・・・nを光軸Aに対し傾け且つそれぞれ同一の入射角で
入射させて生成された合成リングビームLは、その光軸
を合わせた円錐プリズム19により、360゜方向に強
力な且つ光強度一様なスリットビーム21を形成するこ
とになる。前記円錐プリズム19の頂角θHは、合成リ
ングビームLの出射角θoutに対応して合成リングビー
ムLを光軸Aに対し垂直方向に偏向せしめるように決め
られる。この360゜方向に拡がった強力なスリットビ
ーム21は、簡単な構造により得られることから、土木
・建築などに使用される水準器、沈下計等にとって非常
に有用な合成リングビームの応用例となる。
【0011】図4において、スリットビーム21に対し
平面を向けたシリンドリカルレンズ22を、光軸が前記
円錐プリズム19の光軸10に平行になるように、即ち
図示のように配置することにより、光強度が強力で且つ
均一な直線のスリットビーム23を生成することができ
る。この直線のスリットビーム23は、半導体製造など
に用いられる光切断法による検査・計測装置に対して非
常に重要な光プローブを提供する。即ち、幅が狭く(例
えば10〜20μ)、長手方向に強力で且つ光強度の均
一な直線状スリットビームは測定精度を上げることがで
き、またスリットの長さをおおきくすることができて測
定範囲を広げることがてきるため、より重要な役割を果
たすことができる。
【0012】次に、本発明の合成リングビーム生成方法
を保安・防犯関係に応用した例を説明する。図5に示し
たものは、侵入者検知システムの構成例である。室内の
上部隅に設けられた合成リングビーム生成装置24によ
り、リングビームを360°方向に、例えば戸25のあ
る壁26に平行になるように射出せしめる。その結果、
リングビームの光の膜が戸25のある壁26に平行に張
られることになる。従って、リングビームの出射方向に
適宜個数の受光部27を配置しておくと、人が戸25を
あけて室内に入り、光の膜を横切ることにより、受光部
27に光が届かず信号が発生し、侵入者を検知する事が
できる。前記合成リングビーム生成装置24は、例えば
図4に示した構成による。この合成リングビーム生成装
置24の光源として半導体レーザーを用いても、強力な
リングビームを生成することができるので、装置24自
体の小型化と共に該生成装置24と受光部27間の距離
を大きく取ることも可能になる。
【0013】
【発明の効果】請求項1の発明によれば、入射端面に対
し複数の入射光束を同一の入射角で円柱状光導体に導入
すると、それらの出射光束が合成されて、強力な一重の
出射リングビームを得ることができ、リングビームの用
途も拡がる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (a)は本発明の合成リングビーム生成方法
に用いる円柱状ロッドの子午線断面図、(b)は合成リ
ングビームの斜視図、
【図2】 合成リングビーム生成方法に用いる入射手段
の概略側面図、
【図3】 (a)は、他例の入射手段を示した概略側面
図、(b)は同正面図、
【図4】 応用例を示す説明図、
【図5】 応用例を示す説明図である。
【符号の説明】 1 円柱状光導体 10 入射端面 11 出射端面 A 光軸 2 反射鏡 2A 凹面鏡 21 23 スリットビーム 22 シリンドリカルレンズ 24 合成リングビーム生成装置 25 ドア 26 壁 27 受光部 3 光源

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光軸に対して、略垂直な入射端面を備え
    た円柱状光導体に対し、コヒーレント光源からの複数の
    入射光束をその光軸に対し傾け且つそれぞれ同一の入射
    角で入射させ、 前記光軸に対し垂直な仮想平面への照射形状が、複数の
    出射光束を合成した一重の環状光線束になるように生成
    することを特徴とする合成リングビーム生成方法。
JP24351697A 1997-08-26 1997-08-26 合成リングビーム生成方法 Pending JPH1164785A (ja)

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JP24351697A JPH1164785A (ja) 1997-08-26 1997-08-26 合成リングビーム生成方法

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JP (1) JPH1164785A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10323984A1 (de) * 2003-05-27 2004-12-16 Hentze-Lissotschenko Patentverwaltungs Gmbh & Co.Kg Vorrichtung zur Transformation eines Lichtstrahls
CN1316289C (zh) * 2000-08-16 2007-05-16 株式会社扫佳 激光投影器

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1316289C (zh) * 2000-08-16 2007-05-16 株式会社扫佳 激光投影器
DE10323984A1 (de) * 2003-05-27 2004-12-16 Hentze-Lissotschenko Patentverwaltungs Gmbh & Co.Kg Vorrichtung zur Transformation eines Lichtstrahls

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