JPH06186493A - 膜状光束形成装置 - Google Patents

膜状光束形成装置

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JPH06186493A
JPH06186493A JP33854892A JP33854892A JPH06186493A JP H06186493 A JPH06186493 A JP H06186493A JP 33854892 A JP33854892 A JP 33854892A JP 33854892 A JP33854892 A JP 33854892A JP H06186493 A JPH06186493 A JP H06186493A
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JP
Japan
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light
semiconductor laser
lens
axis
luminous flux
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP33854892A
Other languages
English (en)
Inventor
Naoki Shigeyama
直樹 繁山
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光源からの光束の利用効率が高い膜状をなす
光束を形成するための膜状光束形成装置を提供する。 【構成】 光源としてコリメート光学系16と半導体レ
ーザ17とを有する半導体レーザユニット18を用いレ
ンズ中心を光軸上に配し、径方向を光軸と同軸のZ軸に
平行とし且つ、レンズ曲面をZ負方向に向けると共に高
さ方向をY軸と平行に設置した平凹型シリンドリカルレ
ンズ11と、このシリンドリカルレンズ11を透過した
光束の不要部を遮光するX方向に長辺及びY方向に短辺
の長方形開口部19を有する遮光板20と、当該遮光板
20を透過した光束をY方向に所望のZ位置で焦点を結
ばせるフォーカシングレンズとしてのアクロマティック
レンズ21とを具備すると共に、半導体レーザユニット
18からの出射光束断面形状の長径方向がX方向になる
ように半導体レーザユニットを配設する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光源からの光束の利用効
率が高い膜状をなす光束を形成するための膜状光束形成
装置に関し、特に光切断法を用いた非接触式の三次元測
定機の測定光に利用して好適なものである。また、位置
指示用マーカの光源にも用いて好適である。
【0002】
【従来の技術】従来技術の説明に先立って図4を用いて
以降の記述を明確にするための便宜上取決めた座標系に
ついて説明する。 Z軸:光源1から出射した光が直進する方向、すなわち
光源光の光軸2をZ軸とする。 X軸,Y軸:Z軸を法線に持つ平面で膜状光3を遮ぎっ
た場合、平面には膜状光の断面形状4が映し出される。
この時当該断面形状4は長方形となるがその長辺方向を
X軸、短辺方向をY軸とする。 尚、図中符号5はレンズを図示する。以降の記述では、
Z軸上で膜状光から光源に向う方向をZの正方向とし、
右手座標系を採用する。
【0003】従来技術に係る膜状光の形成を図3を参照
して説明する。
【0004】図3に示すように、光源1からの光の発散
角をレンズ5で拡大し、X方向に所望の長さを得ると共
に、長方形の開口部6を有する遮光板7で不要なY方向
の光を遮光し、X方向には充分長く、Y方向には充分短
い長方形断面形状に整形した後、Y方向にだけ所望のZ
位置で焦点を結ぶように、シリンドリカルレンズ8を配
置していた。尚、符号9は遮光された光を符号10a,
10bは図3(B)のA点,B点における光を、符号1
1は膜状光を各々図示する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】非接触式三次元測定機
や、位置指示用マーカへの応用を考えた場合、出射光強
度は高い方が望ましいが、従来技術では遮光板により図
3に示すように、Y方向の光束の多くが遮光されてしま
い、出射効率が悪い光学系となっていた。また、可視光
域での利用を考えた場合光源1として、He−Neレー
ザや半導体レーザが用いられるが、従来技術では各光源
により一長一短があり、両者の長所を兼ね備えた装置に
はなっていなかった。
【0006】具体的には半導体レーザを用いた場合に
は、安価,レーザ源が小さく組込装置をコンパクト
にできる,膜状光の光強度分布が一様である,外乱
振動による光強度分布の変化が無い、という長所がある
反面光強度が低いためHe−Neレーザと同じ光学系
を用いるとHe−Neレーザに比べ暗い膜状光しか得ら
れないといった欠点を有している。
【0007】また、He−Neレーザでは半導体レー
ザに比べ光強度が高いという反面、高価である,放
電管が大きく限られた領域に光を導入するには光ファイ
バを用いる必要がある。の結果ファイバー出射光は
光波面がばらつき強度分布の一様性が悪い光ファイバ
への外乱振動により光強度分布が変化してしまう。とい
った欠点を有している。
【0008】そこで、本発明は、上記問題に鑑み、出射
効率を高めることで半導体レーザの採用を可能にし、半
導体レーザの長所を生かした膜状光束形成装置を提供す
ることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明に係る膜状光束形成装置の構成は、光源としてコリメ
ート光学系と半導体レーザとを有する半導体レーザユニ
ットを用いレンズ中心を光軸上に配し、径方向を光軸と
同軸のZ軸に平行とし且つレンズ曲面をZ負方向に向け
ると共に高さ方向をY軸と平行に設置した平凹型シリン
ドリカルレンズと、このシリンドリカルレンズを透過し
た光束の不要部を遮光するX方向に長辺及びY方向に短
辺の長方形開口部を有する遮光板と、当該遮光板を透過
した光束をY方向に所望のZ位置で焦点を結ばせるフォ
ーカシングレンズとを具備すると共に、半導体レーザユ
ニットからの出射光束断面形状の長径方向がX方向にな
るように半導体レーザユニットを配設することを特徴と
する。
【0010】
【作用】半導体レーザユニットから出た光束は、コリメ
ート光学系により、微小楕円形断面形状を有するコリメ
ート光となっている。この光束は後段の平凹型シリンド
リカルレンズによってX軸方向に発散角を有しY軸方向
には平行光の光束に変換される。更に、遮光板により、
不要な光束は遮光され光束の断面形状を整えた後、フォ
ーカシングレンズの焦点位置で、Y方向に焦点を結ばさ
れる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の好適な一実施例を図面を参照
して説明する。図1は本実施例に係る膜状光束形成装置
の概略図を示す。
【0012】また、図2はシリンドリカルレンズの斜視
図を示す。本実施例において平凹型シリンドリカルレン
ズ11の外形状の特徴を高さ方向12,径方向13,レ
ンズ曲面14及びレンズ中心15と各々図示して以下の
説明をする。
【0013】図1に示すように、光源としてコリメート
光学系16と半導体レーザ17とからなる半導体レーザ
ユニット18の当該コリメート光学系の端面と、平凹型
シリンドリカルレンズの平滑面側とが対向するよう当該
平凹型シリンドリカルレンズ11を配設する。
【0014】この平凹型シリンドリカルレンズ11はそ
のレンズ中心15を光軸2上に配し、径方向13をZ軸
と平行とし、レンズ曲面14をZ負方向に向けると共
に、高さ方向12をY軸と平行となるようにしている。
このシリンドリカルレンズ11を透過した光束の不要部
を遮光するX方向に長辺及びY方向に短辺の矩形状開口
部19を有する遮光板20が平凹型シリンドリカルレン
ズ11とフォーカシングレンズとしてのアクロマテック
レンズ21との間に介装されている。
【0015】このアクロマテックレンズ21は遮光板2
0を透過した光束をY方向に所望のZ軸方の位置で焦点
を結ぶようにしている。
【0016】また図1(C)に示すように、上記半導体
レーザユニット18の設置は当該ユニットからの出射光
束の図1(B)中のA点における断面形状22の長径方
向がX方向になるようにしている。尚、図1(C)中、
符号23はシリンドリカルレンズ11を透過したB点で
の出射光束の断面形状を、符号24は遮光板20により
遮光された光を各々図示する。
【0017】半導体レーザユニット18から出た光束は
当該ユニットのコリメート光学系16により、微小楕円
形断面形状を有するコリメート光となっている。この光
束は後段の平凹型シリンドリカルレンズ11によって、
X軸方向に発散角を有しY軸方向には平行光の光束に変
換される。不要な光束は遮光され光束の断面形状を整え
た後、アクロマティックレンズ21の焦点位置で、Y方
向に焦点を結ばされる。
【0018】尚、半導体レーザユニット18からの出射
光束は、半導体レーザ特有の非点隔差のためにその断面
形状は、楕円形となっている。そこで本実施例ではこの
楕円形の長辺方向が、X方向となるように半導体レーザ
ユニットを配置している。また、コリメート光を伸長す
る場合、同じ曲率のレンズを用いて所望のX方向膜状光
長さを得ようとすると、拡散光を伸長するのに比べ、Z
方向のレンズ間距離を伸ばす必要があるが、光源出射時
にすでにX方向に長い断面形状を有するように半導体レ
ーザユニット18を設置しているので、拡散光を伸長す
る場合と変わらぬ装置寸法で所望の膜状光25を得る事
ができる。
【0019】具体的には、出射面からZ負方向に100
mmの位置に焦点を持ち、出射面ではX方向に30mmの長
さを有し、焦点での光束のY方向の長さ約50μmの膜
状光25を作成した。光源1としてはW=0.7mmL=2
mmの断面形状の光束22を約1mrodの拡がり角で出射す
るコリメート光学系16付き半導体レーザユニット18
を用い、焦点距離13mmの2枚の平凹型シリンドリカル
レンズ11に透過し、X方向の断面形状(L=2mm)だ
けを、30mm迄拡大する。更にエッチング加工された開
口部19を有する遮光板20により、断面形状の整形が
なされる。フォーカシングレンズとしては、f=100
mmのアクロマティックレンズ21を採用し、出射光束
は、アクロマティックレンズ21よりZ=100mmの位
置でY方向にだけ焦点を結び、Y=約50mmの薄い膜状
光25を得る。
【0020】また、本光学系は半導体レーザユニット1
8の出射口からアクロマティックレンズ21の端迄が約
80mmの長さに収納でき、コンパクトな光学系で実現で
きている。
【0021】
【発明の効果】本発明により出射効率が増大し、非接触
式三次元測定機の測定光に、半導体レーザの適用が可能
になった。また、半導体レーザを使うことにより、安価
であると共にレーザ源がHe−Neレーザに比べコンパ
クトであり装置に組込み易いという利点を有する。ま
た、膜状光の光強度分布が一様であると共に、外乱振動
による光強度分布の変化が無いといったメリットを有
し、更に半導体レーザ固有の非点隔差による光源光束の
歪みを利用する事で、コリメート光を使いながらも、コ
ンパクトなレンズ系で所望の膜状光を得る事が出来るよ
うになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例に係る膜状光束形成装置の概略図であ
る。
【図2】平凹型シリンドリカルレンズの斜視図である。
【図3】従来技術に係る膜状光束形成装置の概略図であ
る。
【図4】光学座標系の説明図である。
【符号の説明】
1 光源 2 光軸 3 膜状光 4 膜状光の断面形状 5 レンズ 6 開口部 7 遮光板 8 シリンドリカルレンズ 11 平凹型シリンドリカルレンズ 12 高さ方向 13 径方向 14 レンズ曲面 15 レンズ中心 16 コリメート光学系 17 半導体レーザ 18 半導体レーザユニット 19 開口部 20 遮光板 21 アクロマティックレンズ 25 膜状光
【手続補正書】
【提出日】平成5年2月17日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0009
【補正方法】変更
【補正内容】
【0009】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明に係る膜状光束形成装置の構成は、光源としてコリメ
ート光学系と半導体レーザとを有する半導体レーザユニ
ットを用いレンズ中心を光軸上に配し、径方向を光軸と
同軸のZ軸に平行とし且つレンズ曲面をZ負方向に向け
ると共に高さ方向をY軸と平行に設置したシリンドリカ
ルレンズと、このシリンドリカルレンズを透過した光束
の不要部を遮光するX方向に長辺及びY方向に短辺の長
方形開口部を有する遮光板と、当該遮光板を透過した光
束をY方向に所望のZ位置で焦点を結ばせるフォーカシ
ングレンズとを具備すると共に、半導体レーザユニット
からの出射光束断面形状の長径方向がX方向になるよう
に半導体レーザユニットを配設することを特徴とする。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0019
【補正方法】変更
【補正内容】
【0019】具体的には、出射面からZ負方向に100
mmの位置に焦点を持ち、出射面ではX方向に30mmの長
さを有し、焦点での光束のY方向の長さ約50μmの膜
状光25を作成した。光源1としてはW=0.7mmL=2
mmの断面形状の光束22を約1mradの拡がり角で出射す
るコリメート光学系16付き半導体レーザユニット18
を用い、焦点距離13mmの2枚の平凹型シリンドリカル
レンズ11に透過し、X方向の断面形状(L=2mm)だ
けを、30mm迄拡大する。更にエッチング加工された開
口部19を有する遮光板20により、断面形状の整形が
なされる。フォーカシングレンズとしては、f=100
mmのアクロマティックレンズ21を採用し、出射光束
は、アクロマティックレンズ21よりZ=100mmの位
置でY方向にだけ焦点を結び、Y=約50μmの薄い膜
状光25を得る。
【手続補正4】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図1
【補正方法】変更
【補正内容】
【図1】
【手続補正5】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図3
【補正方法】変更
【補正内容】
【図3】

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源としてコリメート光学系と半導体レ
    ーザとを有する半導体レーザユニットを用いレンズ中心
    を光軸上に配し、径方向を光軸と同軸のZ軸に平行とし
    且つレンズ曲面をZ負方向に向けると共に高さ方向をY
    軸と平行に設置した平凹型シリンドリカルレンズと、こ
    のシリンドリカルレンズを透過した光束の不要部を遮光
    するX方向に長辺及びY方向に短辺の長方形開口部を有
    する遮光板と、当該遮光板を透過した光束をY方向に所
    望のZ位置で焦点を結ばせるフォーカシングレンズとを
    具備すると共に、半導体レーザユニットからの出射光束
    断面形状の長径方向がX方向になるように半導体レーザ
    ユニットを配設することを特徴とする膜状光束形成装
    置。
JP33854892A 1992-12-18 1992-12-18 膜状光束形成装置 Withdrawn JPH06186493A (ja)

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JP33854892A JPH06186493A (ja) 1992-12-18 1992-12-18 膜状光束形成装置

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JP33854892A JPH06186493A (ja) 1992-12-18 1992-12-18 膜状光束形成装置

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JPH06186493A true JPH06186493A (ja) 1994-07-08

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012042538A (ja) * 2010-08-13 2012-03-01 Optoelectronics Co Ltd 光学装置、光学的情報読取装置及び光源固定方法

Cited By (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012042538A (ja) * 2010-08-13 2012-03-01 Optoelectronics Co Ltd 光学装置、光学的情報読取装置及び光源固定方法

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Effective date: 20000307