JPS63208821A - 可変型光束変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光源から放射された円錐光束を中空の円錐光
束に変換する光牢変換装置において、円錐光束および中
空部分の円錐の頂角を変化させる装置に関するものであ
る。

（従来の技術） 従来、中空円錐光束を得るには、第６図に示すように、
光源Ｐ。から頂角２θ１の円錐に放射された光束を、集
光レンズＬによって一旦Ｐ、に集光させた後頂角２θ２
の円錐光束に変換し、また集光レンズの開口部附近に円
形遮光板Ｓｆ：配設して、頂角２ψの円錐に対応する光
を遮断して中空部を作った。

光源から放射される光束の頂角２θ１が一定のとき、光
源Ｐ。、集光点Ｐ１の位置を固定したまま、変換後の光
束の頂角２θ２と中空部分の円錐の頂角２ψを変化させ
るには、集光レンズＬ１の配役位置、焦点距離、口径、
および遮光板Ｓの大きさを変えることにより行われた。

尚本図面では光の通る空間の部分を斜線で示しである。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の方法では遮光板Ｓによって遮断された光は全く利
用されず、光の利用効率が低いという大きな欠截が、あ
る。また光束変換後の光束の頂角２Ｉ９２と中空部分の
円錐の頂角２ψを変化させるためには、集光レンズＬ１
に各種の焦点距離と口径を具えたものを用意せねばなら
ず、その交換も困難であるなど多くの問題点があった。

（問題点を解決するための手段） 本発明は前記の問題点を解決するための手段を提供する
もので、添付図面を参照して、その概要を開示する。第
３図に図示の如く、光源と集光点の間に２枚の凸レンズ
を所定距離を置いて配設し、この間に平行光束部を作り
、二枚の凸レンズの間に、その間隔を調整できる凹型と
凸型のコーンプリズムを配置した。

以下第１図によりその概略構成を説明する。一連のレン
ズ系凸レンズＬ　（焦点距離ｆ１）、凸しンズＬ２（焦
点距離ｆ２）、凹型コーンプリズムＣＰ１（偏角△）、
凸型コーンプリズムＣＰ２（偏角△）を光源Ｐ　と集光
点Ｐ１で構成する光軸（ＰｏＰｌ）上に配設する。

さらに、凸レンズＬ１と光源Ｐ。の間隔はｆｌに、凸レ
ンズＬ２と集光点Ｐ１の間隔はｆ２に調整されており、
また二個のコーンプリズムの間隔ｔは任意に変えられる
ようになっている。

（作　用） 本発明によれば、光源Ｐ。から放射した円錐光束は、凸
レンズＬ１で光軸に平行な光束となり、次いで凹型コー
ンプリズムＣＰ１により中心部に光の無い円錐部分を持
つ発散性平行光束に全部の光束が変換される。さらに凸
型コーンプリズムｃＰ２により、光軸に平行な中空光束
となり、凸レンズＬ２によって集光点Ｐ１に集光した後
発散して進む。

即ち、光源Ｐ。から放射した光束は、頂角２ψの光の無
い細い円錐部分を持つ、頂角２θ２の円錐光束に全部変
換される。

また、凹型コーンプリズムと凸型コーンプリズムの間隔
ｔを変えることにより、前記の夫々の頂角２ψ、２θ２
の値を変えることが出来る。

（実施例） 以下添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の第一の実施例を図示する。Ｌｌｌ、Ｌ
２は夫々焦点距離ｒ１、ｒ、ｙ−有する凸レンズで、Ｃ
Ｐｌ、Ｃ２０は光線に夫々−Δ、＋Δの偏角を生じさせ
る凹型および凸型のコーンプリズムで、凸レンズＬ１、
Ｌ２の間に配設され、光源Ｐｏ、集光点Ｐ　と同一の光
軸（ＰｏＰｌ）に並ぶように調整されている。

光源Ｐｏは直径２ａの凸レンズＬ１の焦点に配設されて
いるので、Ｐｏから放射された頂角２θ１の円錐光束は
凸レンズＬ１により、断面が直径２ａの円である斜線で
示す平行光束になる。以下、光のない中空円錐部との区
別を明瞭にするために、光束を斜線で図示することとす
る。

この光束は凹型コーンプリズムＣＰ１により偏角△だけ
外側に拡げられるが、同時に中心部に光のない頂角２△
の円錐部を生ずる。

凹型コーンプリズムＣＰ、から間隔ｔの位置に設けた凸
型コーンプリズムＣＰ２により、光束は偏角△だけ収斂
゛して平行光束となる。光束の断面は外径２（ａ＋ｘ）
、内′径２ｘの輪帯で、光の無い部分は直径２ｘの円と
なる。

光軸に平行なこの光束は凸レンズＬ２により光軸上のＰ
ｌに一旦集光して発散し、光束は頂角２θ２の円錐に、
光の無い中空部は頂角２ψの円錐に変換される。

以上のような光束変換過程で、光源Ｐ。から放射した光
束が、光量損失なしに、集光点Ｐ１に到達することに大
きな特徴がある。

また、凸レンズＬ１の直径２ａ％Ｌ２の焦点距離ｆ２、
コーンプリズムＣＰ１、Ｃ２０による偏角Δ、集光点Ｐ
　における円錐光束の頂角２θ２、光のない中空円錐部
の頂角２ψの関係は図から明らかなようにａ　＝＝　［
２（ｔａｎθ２−　ｊａｎψ〕Ｘ　”　’ｔ　ｔａｎ△
＝＝ｆ２ｔａｎψこれらの式からψ、θ２は次のように
表わされる。

ψ＝　ｊａｎ　　（Ｌ　ｔａｎ△／ｆ２）θ２　＝　ｔ
ａｎ　’（（ｔｔａｎΔ＋ａ）／ｒ２）この関係式から
、ψ、０２を目的に応じて変化させるには、コーンプリ
ズムＣＰ１、Ｃ２０の間隔ｔを変えればよいことが判明
する。

第２図はこの関係を示す図で、例えば凹型コーンプリズ
ムＣＰ１を光軸に溢って移動させ、間隔をｔ′に減少さ
せると、光の無い部分の半径ｘ１頂角ψ、θ２はそれぞ
れｘＪ、ψ′、θ５に減少する。

この際コーンプリズムＣＰ１、Ｃ２０の前後の光束はと
もに平行光束なので、ＣＰｌが移動しても集光点Ｐ１は
そのま＼動かない。またコーンプリズムＣＰ１の代りに
コーンプリズムＣＰ、２又はコーンプリズムＣＰ１、Ｃ
２０の両方が動いても同様の効果が得られる。

尚こ＼で使用するコーンプリズムは硝子又はプラスチッ
クスなどの透明体から成り、第４図ＣＩ％Ｊ（Ｂ＋で図
示のようにこれらの断面は三角形で、光軸を軸とする回
転対称の形状を持っている。

光が通過する２面の傾斜角をαとすれば屈折により光は
角Δだけ偏向する。

透明体の屈折率をＮとすればαが小さい時にはΔキ（Ｎ
−１）α の関係が成立つ。

第４回国に図示のコーンプリズムＣＰ１は光束を拡げる
作用を、第４図＋’、１３）に図示のコーンプリズムＣ
Ｐ２は光束を収斂する作用を持っている。

第５図は本発明の第二の実施例として、可変型光束変換
装置を光ロータリ−コネクタに使用する場合を図示する
。

本図面においては、他の図と異なり光束は斜線で図示し
てない。

この方式の光ロータリ−コネクタの構成は、回転部に配
設した光源Ｐ。、Ｑｏから出る二つの信号光を、それぞ
れ直径ＤＰおよびＤＱの環状で回転軸に平行な光束にし
て、静止部の集光点Ｐ２％Ｑ２に配設した光検出器に伝
えるものである。

その構成は回転部１と静止部２から成り、回転部１には
光源Ｐ。−Ｑｏ　１光束変換装置Ｖ　ｐ　、　Ｖ　Ｑ　
、ウェッジ状プリズムＷＰ　１　ｓ　ＷＱ　１　、集光
レンズＬＣ１が配設されている。静止部２には回転部の
集光レンズＬＣ１、ウェッジ状プリズムＷＰ１、ＷＱｌ
と対称的に集光し／ズＬＯ２、ウェッジ状プリズムＷＰ
２、ＷＱ２が配設され、集光点Ｐ２％　Ｑ２には光検出
器を配設する場合もある。

次にその作用についてのべれば先ず、光源Ｐ。から放射
された光束は、光束変換装ｆｌｔｖＰにより頂角２θ２
、中空部分の頂角２ψの光束に変換されてＰｌに集光し
、さらにウェッジ状プリズムＷＰ１により光軸に対称な
光束となり、集光レンズＬＣ４で直径ＤＰの環状平行光
束となり静止部２に進む。この環状平行光束は回転部１
が回転しても変動することはない。

静止部２に進んだ光束は集光レンズＬ０．２によって集
光され、ウェッジ状プリズムｗＰ２によって偏向してＰ
２に集光する。こ＼に光検出器をお、いて信号を検出す
ることができる。

次に以上のべたのと全く同様に、光源Ｑ。から放射され
た光束は光束変換装置ＶＱにより頂角２０′２、中空部
の頂角２９′の光束に変換されてＱｌに集光し、さらに
ウェッジ状プリズムＷＱ１により回転軸に対称な光束と
なり、集光し／ズＬＣ１で直径ＤＱの環状平行光束とな
り静止部２に進む。

この環状平行光束は回転軸に関して対称なので、回転部
１が回転しても弯動することはない。

静止部２に進んだ光束は集光レンズＬＣ２によって集光
され、ウェッジ状プリズムＷＱ２によって偏向してＱ２
に集光する。こ＼に光検出器をおいて信号を検出するか
、光ファイノ々−などで別の場所に配役した光検出器に
導く。

以上のような作用を実現するために、光束変換装置Ｖｐ
　、　ＶＱは光源から放射した光束を頂角２θ２および
２０′２に変換して、直径が夫々Ｄｐ　、ＤＱの環状平
行光束を作成する。

更に、光束変換装置ｖＰ１ｖＱは別々のものではなく共
通の構成のものを用意し、コーンプリズムＣＰ、を配設
する位置を変えることにより異る頂角に変換することが
出来ることは勿論である。

本実施例においては、二つの光源がＰ。、Ｑｏを持つ場
合についてのべたが、光源が多数個の場合にも同一の原
理にもとづき有効的実施が可能である。

第５図には回転部の光源０１と静止部の集光点０２が示
しであるが、光束変換装置には関係ないのでその作用の
説明を省略する。

（発明の効果） 本発明によれば光源から放射された円錐光束を、光の損
失なしに異った頂角と光の欠除した中空部をもつ円錐光
束に変換することが出来るので光の利用効率を向上せし
め、また前記変換の関係は、二つのコーンプリズムの間
隔を変えることにより、容易に変化させることが出来る
特徴を持っている。

更に、第２実施例に述べたように、光ロータリ−コネク
タの光源の光束変換部に適用する場合、標準ユニットを
用意してコーンプリズムＣＰ、の取付位置を変えるだけ
で数種類の光束変換装置を実現できる利点を有する。

また、コーンプリズムＣＰ１を連続的に移動することに
より、円錐光束の頂角などを連続的に変化させることが
できる。したがって、製作誤差による円錐光束の頂角の
誤差を補正するにはＯＰｌの取付位置を調整すればよい
などの利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る可変型光束変換装置の原理を示す
路線図。第２図は本発明の原理説明図。 第３図は本発明に係るコーンプリズムを除去した原理説
明図。第４回込）、（Ｅｌは本発明に係るコーンプリズ
ムの拡大側面図。＠５図は本発明に係る可変型光束変換
装置をロータリコネクタに組込んだ路線図。第６図は従
来例の中空円錐光束を作るための原理説明図。 ＣＰｌ、ＣＦ２はそれぞれ凹型、凸型コーンプリズム、
Ｌｌ、Ｌ２は集光レンズ、ＬＣｌ、ＬＣ２は集光レンズ
、０４、Ｐｏ１Ｑｏは光源、０２、Ｐ２、Ｑ２は光検出
器、Ｐｌは集光点、Ｐ、Ｐ、は光Ｎ、Ｖｐ　、　ＶＱは
光束変換装置、ＷＰｌ、ＷＱｌ、ＷＦ２、ＷＱ２はウェ
ッジ状プリズム、１は回転部、２は静止部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光源から放射される円錐状光束を集光レンズで平行光束
   とし、凹型コーンプリズムで発散性中空光束に変換し、
   これと分離して配設した凸型コーンプリズムにより中空
   平行光束とし、さらに別に設けた集光レンズにより中空
   円錐光束に変換する光学系において、前記凹型コーンプ
   リズムと凸型コーンプリズムの間隔を調整することによ
   り、変換後の円錐光束の頂角と中空円錐部分の頂角を任
   意に変化させることを特徴とする可変型光束変換装置。