JPH0695027A - 均一照明用光学系 - Google Patents
均一照明用光学系Info
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- JPH0695027A JPH0695027A JP4269612A JP26961292A JPH0695027A JP H0695027 A JPH0695027 A JP H0695027A JP 4269612 A JP4269612 A JP 4269612A JP 26961292 A JP26961292 A JP 26961292A JP H0695027 A JPH0695027 A JP H0695027A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 円筒空洞内壁において均一な強度の照明光が
得られるような均一照明用光学系の提供を目的とする。 【構成】 均一照明用光学系において、光ファイバから
の照明光をコリメートして得た平行光束を、その光軸を
同心円状にとり囲む円筒内面状の被照射面に対して帯状
に全周にわたって照射するよう反射または屈折させる照
射光学部材として、前記平行光束をその光軸を含む中心
領域と周辺領域とに分離する第１の屈折面と、該第１の
屈折面で分離された前記中心領域の光束と前記周辺領域
の光束とを前記被照射面上で重ねるように合成する第２
の反射または屈折面とを有する円錐プリズム光学系を備
えた。
得られるような均一照明用光学系の提供を目的とする。 【構成】 均一照明用光学系において、光ファイバから
の照明光をコリメートして得た平行光束を、その光軸を
同心円状にとり囲む円筒内面状の被照射面に対して帯状
に全周にわたって照射するよう反射または屈折させる照
射光学部材として、前記平行光束をその光軸を含む中心
領域と周辺領域とに分離する第１の屈折面と、該第１の
屈折面で分離された前記中心領域の光束と前記周辺領域
の光束とを前記被照射面上で重ねるように合成する第２
の反射または屈折面とを有する円錐プリズム光学系を備
えた。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は例えば、金属細管内壁の
加熱等に用いられる空洞内壁を均一に照明するための均
一照明用光学系に関するものである。
加熱等に用いられる空洞内壁を均一に照明するための均
一照明用光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】金属細管の内壁を加熱するなど、円筒空
洞の内壁にレーザ光を照射する場合には、従来、図９
（ａ）のような光学系が用いられていた。この光学系
は、光ファイバＦからの射出光をコリメートとするコリ
メートレンズＣと、コリメートして得た平行光束を円筒
空洞の内壁Ｋに照明光として導く円錐反射ミラーＭａと
からなる。
洞の内壁にレーザ光を照射する場合には、従来、図９
（ａ）のような光学系が用いられていた。この光学系
は、光ファイバＦからの射出光をコリメートとするコリ
メートレンズＣと、コリメートして得た平行光束を円筒
空洞の内壁Ｋに照明光として導く円錐反射ミラーＭａと
からなる。
【０００３】反射ミラーＭａの代わりに図９（ｂ）のよ
うな円錐レンズＬｂの全反射を利用したものや図９
（ｃ）のような円錐レンズＬｃの透過屈折を利用したも
のがある。これらの光学系は、コリメートレンズＣと一
体に保持できるためよく用いられている。
うな円錐レンズＬｂの全反射を利用したものや図９
（ｃ）のような円錐レンズＬｃの透過屈折を利用したも
のがある。これらの光学系は、コリメートレンズＣと一
体に保持できるためよく用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、照明光を供
給する光ファイバは、ＳＩ（step index）型の場合、平
行光束の入射ビーム強度分布は図１０（ａ）の実線Ｓで
示したごとく平坦であるため、円錐ミラーＭで反射され
た照明光は、光軸に近いほど強度が小さく内壁Ｋ面上で
１０（ｂ）のような強度分布となる。
給する光ファイバは、ＳＩ（step index）型の場合、平
行光束の入射ビーム強度分布は図１０（ａ）の実線Ｓで
示したごとく平坦であるため、円錐ミラーＭで反射され
た照明光は、光軸に近いほど強度が小さく内壁Ｋ面上で
１０（ｂ）のような強度分布となる。
【０００５】また、ＧＩ（graded index）型ファイバの
場合、平行光束の入射ビーム強度分布は１０（ａ）の破
線Ｇで示した如く近似的にガウス分布をするため、円錐
ミラーＭで反射された照明光の強度分布は内壁Ｋ面上で
１０（ｂ）に示すような山形となる。
場合、平行光束の入射ビーム強度分布は１０（ａ）の破
線Ｇで示した如く近似的にガウス分布をするため、円錐
ミラーＭで反射された照明光の強度分布は内壁Ｋ面上で
１０（ｂ）に示すような山形となる。
【０００６】以上を式で表すと以下の通りである。な
お、円錐レンズへの入射ビーム強度をＩ(r) ，内壁Ｋ面
上の照明光強度をＷ(r) とする。ＳＩ型ファイバでは、 Ｉ(r) ＝const …(1) Ｗ(r) ∝ r・Ｉ(r) ∝ r …(2) ＧＩ型ファイバでは、 Ｉ(r) ∝ exp (-2r2／r0 2 ） （ r0 ：ファイハ゛NA） …(3) Ｗ(r) ∝ r・exp (-2r2 ／r0 2) …(4)
お、円錐レンズへの入射ビーム強度をＩ(r) ，内壁Ｋ面
上の照明光強度をＷ(r) とする。ＳＩ型ファイバでは、 Ｉ(r) ＝const …(1) Ｗ(r) ∝ r・Ｉ(r) ∝ r …(2) ＧＩ型ファイバでは、 Ｉ(r) ∝ exp (-2r2／r0 2 ） （ r0 ：ファイハ゛NA） …(3) Ｗ(r) ∝ r・exp (-2r2 ／r0 2) …(4)
【０００７】このように従来の照明光学系では、均一強
度分布の照明を得ることができず、均一強度の照明を必
要とする空洞内壁加熱に利用するには不十分であるとい
う問題があった。本発明は、上記問題を達成するため、
円筒空洞内壁において均一な強度の照明光が得られるよ
うな均一照明用光学系の提供を目的とする。
度分布の照明を得ることができず、均一強度の照明を必
要とする空洞内壁加熱に利用するには不十分であるとい
う問題があった。本発明は、上記問題を達成するため、
円筒空洞内壁において均一な強度の照明光が得られるよ
うな均一照明用光学系の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明に係る均一照明用光学系で
は、光ファイバからの照明光をコリメートして得た平行
光束を、その光軸を同心円状にとり囲む円筒内面状の被
照射面に対して帯状に全周にわたって照射するよう反射
または屈折させる照射光学部材を備えた均一照明用光学
系において、前記照射光学部材として、前記平行光束を
その光軸を含む中心領域と周辺領域とに分離する第１の
屈折面と、該第１の屈折面で分離された前記中心領域の
光束と前記周辺領域の光束とを前記被照射面上で重ねる
ように合成する第２の反射または屈折面とを有する円錐
プリズム光学系を備えた。
め、請求項１に記載の発明に係る均一照明用光学系で
は、光ファイバからの照明光をコリメートして得た平行
光束を、その光軸を同心円状にとり囲む円筒内面状の被
照射面に対して帯状に全周にわたって照射するよう反射
または屈折させる照射光学部材を備えた均一照明用光学
系において、前記照射光学部材として、前記平行光束を
その光軸を含む中心領域と周辺領域とに分離する第１の
屈折面と、該第１の屈折面で分離された前記中心領域の
光束と前記周辺領域の光束とを前記被照射面上で重ねる
ように合成する第２の反射または屈折面とを有する円錐
プリズム光学系を備えた。
【０００９】また、請求項２に記載の発明の係る均一照
明用光学系では、前記請求項１に記載の均一照明用光学
系において、前記円錐プリズム光学系を、前記中心領域
の光束と前記周辺領域の光束とのそれぞれ光軸からの距
離に対する光強度の分布を前記被照射面上で互いに補償
するように構成した。
明用光学系では、前記請求項１に記載の均一照明用光学
系において、前記円錐プリズム光学系を、前記中心領域
の光束と前記周辺領域の光束とのそれぞれ光軸からの距
離に対する光強度の分布を前記被照射面上で互いに補償
するように構成した。
【００１０】また、請求項３に記載の発明に係る均一照
明用光学系では、光ファイバからの照明光をコリメート
して得た平行光束を、その光軸を同心円状にとり囲む円
筒内面状の被照射面に対して帯状に全周にわたって照射
するよう反射または屈折させる照射光学部材を備えた均
一照明用光学系において、前記照射光学部材として、前
記平行光束を回折効率の等しい０次光と１次光とに分離
するゾーンプレートと、前記０次光と１次光とを前記被
照射面上で重ねるように合成する反射または屈折面とを
有する円錐プリズム光学系を備えた。
明用光学系では、光ファイバからの照明光をコリメート
して得た平行光束を、その光軸を同心円状にとり囲む円
筒内面状の被照射面に対して帯状に全周にわたって照射
するよう反射または屈折させる照射光学部材を備えた均
一照明用光学系において、前記照射光学部材として、前
記平行光束を回折効率の等しい０次光と１次光とに分離
するゾーンプレートと、前記０次光と１次光とを前記被
照射面上で重ねるように合成する反射または屈折面とを
有する円錐プリズム光学系を備えた。
【００１１】
【作用】本発明は、平行光束をその光軸を同心円状にと
り囲む円筒内面状の被照射面に対して帯状に全周にわた
って照射させる照射光学部材として、平行光束をその光
軸を含む中心領域と周辺領域とに分離する第１の屈折面
と、分離された中心領域の光束と周辺領域の光束とを被
照射面上で重ねるように合成する第２の反射または屈折
面とを有する円錐プリズム光学系を備えた均一照明用光
学系であるため、そのままでは強度が光軸に近いほど小
さく不均一な照射光となる平行光束の、光軸を含む中心
領域（光強度が小さい）と周辺領域（光強度が大きい）
とが重なって被小斜面へ照射されるため、従来になく均
一な照明光が得られる。
り囲む円筒内面状の被照射面に対して帯状に全周にわた
って照射させる照射光学部材として、平行光束をその光
軸を含む中心領域と周辺領域とに分離する第１の屈折面
と、分離された中心領域の光束と周辺領域の光束とを被
照射面上で重ねるように合成する第２の反射または屈折
面とを有する円錐プリズム光学系を備えた均一照明用光
学系であるため、そのままでは強度が光軸に近いほど小
さく不均一な照射光となる平行光束の、光軸を含む中心
領域（光強度が小さい）と周辺領域（光強度が大きい）
とが重なって被小斜面へ照射されるため、従来になく均
一な照明光が得られる。
【００１２】さらに本発明においては、中心領域の光束
と周辺領域の光束との合成が、それぞれ光軸からの距離
に対する光強度の分布を被照射面上で互いに補償するよ
うな円錐プリスム光学系を備えたものであるため、より
均一な照明光を得ることができる。
と周辺領域の光束との合成が、それぞれ光軸からの距離
に対する光強度の分布を被照射面上で互いに補償するよ
うな円錐プリスム光学系を備えたものであるため、より
均一な照明光を得ることができる。
【００１３】ここで、本発明の作用を円錐プリズム光学
系として、凸円錐を有する第１の屈折面と第２の凹円錐
反射面とからなる両面円錐レンズを用いる場合を例に図
８を用いて説明する。ここでは、平行光束の強度分布が
均一となるＳＩ型光ファイバを用いる。図８（ａ）の両
面円錐レンズ３の第１の面は、直径が平行光束の径の約
１／２の凸円錐面（頂点Ｐ）Ｓ1 とその周りをとりまく
リング状の平面Ｓ2 からなり、第２の面は直径が平行光
束の径とほぼ同じ凹円錐反斜面（頂点Ｑ）Ｓ3からな
る。
系として、凸円錐を有する第１の屈折面と第２の凹円錐
反射面とからなる両面円錐レンズを用いる場合を例に図
８を用いて説明する。ここでは、平行光束の強度分布が
均一となるＳＩ型光ファイバを用いる。図８（ａ）の両
面円錐レンズ３の第１の面は、直径が平行光束の径の約
１／２の凸円錐面（頂点Ｐ）Ｓ1 とその周りをとりまく
リング状の平面Ｓ2 からなり、第２の面は直径が平行光
束の径とほぼ同じ凹円錐反斜面（頂点Ｑ）Ｓ3からな
る。
【００１４】本照明光学系において、ＳＩ型光ファイバ
１からの光ビームをコリメートレンズ２によってコリメ
ートして得られる平行光束は、両面円錐レンズ３の第１
の面に入射し、ここで光軸を含む中心領域が円錐面Ｓ1
で屈折され、周辺領域が平面Ｓ2 から直進することによ
り２つに分離される。
１からの光ビームをコリメートレンズ２によってコリメ
ートして得られる平行光束は、両面円錐レンズ３の第１
の面に入射し、ここで光軸を含む中心領域が円錐面Ｓ1
で屈折され、周辺領域が平面Ｓ2 から直進することによ
り２つに分離される。
【００１５】光束の中心領域のうち例えば図中イ部は、
円錐面Ｓ1 から円錐レンズ３を屈折透過し、円錐面反射
面Ｓ3 で全反射され円筒内面状の被照射面Ｋ上に図８
（ｂ）の破線イで示したような強度分布で照射される。
一方光束の周辺領域のロ部は、平面Ｓ2 を通り、円錐反
射面Ｓ3 で全反射され、円筒内面状の被照射面Ｋ上に図
８（ｂ）の破線ロで示したような強度分布で照射され
る。
円錐面Ｓ1 から円錐レンズ３を屈折透過し、円錐面反射
面Ｓ3 で全反射され円筒内面状の被照射面Ｋ上に図８
（ｂ）の破線イで示したような強度分布で照射される。
一方光束の周辺領域のロ部は、平面Ｓ2 を通り、円錐反
射面Ｓ3 で全反射され、円筒内面状の被照射面Ｋ上に図
８（ｂ）の破線ロで示したような強度分布で照射され
る。
【００１６】両面円錐レンズ３の頂点Ｐ、頂点Ｑの間隔
Ｌ及び頂角θ1 頂角θ2 は光束イと光束ロとが被照射面
Ｋ上で重なるように設計されている。したがって、円筒
内面状の被照射面Ｋでは、図８（ｂ）の実線ハで示すよ
うにイとロの和で与えられる均一な強度分布で照明光が
照射される。
Ｌ及び頂角θ1 頂角θ2 は光束イと光束ロとが被照射面
Ｋ上で重なるように設計されている。したがって、円筒
内面状の被照射面Ｋでは、図８（ｂ）の実線ハで示すよ
うにイとロの和で与えられる均一な強度分布で照明光が
照射される。
【００１７】また本発明は、平行光束をその光軸を同心
円状にとり囲む円筒内面状の被照射面に対して帯状に全
周にわたって照射させる照射光学部材として、平行光束
を回折効率の等しい０次光と１次光とに分離するゾーン
プレートと、前記０次光と１次光とを前記被照射面上で
重ねるように合成する反射または屈折面とを有する円錐
プリズム光学系を備えた均一用照明光学系であるため、
強度の等しい０次光と１次光とが被照射面上で重なり均
一な強度分布の照明を可能とする。
円状にとり囲む円筒内面状の被照射面に対して帯状に全
周にわたって照射させる照射光学部材として、平行光束
を回折効率の等しい０次光と１次光とに分離するゾーン
プレートと、前記０次光と１次光とを前記被照射面上で
重ねるように合成する反射または屈折面とを有する円錐
プリズム光学系を備えた均一用照明光学系であるため、
強度の等しい０次光と１次光とが被照射面上で重なり均
一な強度分布の照明を可能とする。
【００１８】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図１は、
本発明の第１の実施例による均一照明用光学系を説明す
る概略光路図である。本実施例は、光ビームを円筒空洞
内壁の被照射面Ｋ上へ導く照射光額部材として、凸円錐
面１３ａと凸円錐面１３ａ周辺の平面１３ｂとからなる
第１の屈折面と第２の凹円錐反射面１３ｃとを有する円
筒状の両面円錐レンズ１３を用いた場合の照明光学系で
ある。
本発明の第１の実施例による均一照明用光学系を説明す
る概略光路図である。本実施例は、光ビームを円筒空洞
内壁の被照射面Ｋ上へ導く照射光額部材として、凸円錐
面１３ａと凸円錐面１３ａ周辺の平面１３ｂとからなる
第１の屈折面と第２の凹円錐反射面１３ｃとを有する円
筒状の両面円錐レンズ１３を用いた場合の照明光学系で
ある。
【００１９】ここでは、ＹＡＧ光源からの光ビーム（λ
＝１．０６４μｍ）を石英から成る両面円錐レンズ１３
を用いて内径１７ｍｍの円筒空洞の内壁を照明する場合
を示す。図１（ａ）において、光源からの光ビームは、
ＳＩ型光ファイバ１１で供給され、ＮＡ＝０．２でコリ
メートレンズ１２に入射し、コリメートされ径１０ｍｍ
の平行光束となる。
＝１．０６４μｍ）を石英から成る両面円錐レンズ１３
を用いて内径１７ｍｍの円筒空洞の内壁を照明する場合
を示す。図１（ａ）において、光源からの光ビームは、
ＳＩ型光ファイバ１１で供給され、ＮＡ＝０．２でコリ
メートレンズ１２に入射し、コリメートされ径１０ｍｍ
の平行光束となる。
【００２０】この平行光束は、両面円錐レンズ１３の第
１の屈折面へ入射し、頂角８２°，径が５ｍｍ（平行光
束の径の１／２）の凸円錐面１３ａで光軸を含む中心領
域が光軸に対して反対側へ屈折され、平面１３ｂから周
辺領域がそのまま直進させられることによって２つに分
離される。その後中心領域の光束及び周辺領域の光束
は、それぞれ頂角９０°の第２の凹円錐反射面１３ｂで
全反射され、円筒空洞内壁の被照射面Ｋ上で重なり幅
２．５ｍｍにわたって照明光として照射される。
１の屈折面へ入射し、頂角８２°，径が５ｍｍ（平行光
束の径の１／２）の凸円錐面１３ａで光軸を含む中心領
域が光軸に対して反対側へ屈折され、平面１３ｂから周
辺領域がそのまま直進させられることによって２つに分
離される。その後中心領域の光束及び周辺領域の光束
は、それぞれ頂角９０°の第２の凹円錐反射面１３ｂで
全反射され、円筒空洞内壁の被照射面Ｋ上で重なり幅
２．５ｍｍにわたって照明光として照射される。
【００２１】分離された２光束のそれぞれの光軸からの
距離に対応する光強度の分布を互いに補償するように、
即ち、最も光強度の小さい光軸付近の光と最も光強度の
大きい周縁部の光とが被照射面Ｋ上で重なるように設定
されているので、図１（ｂ）に示すように、強度の不均
一性が１割程度という従来に比べ非常に均一である強度
分布の照明光が得られる。なお、第２の凹円錐反射面１
３ｃの頂角は、９０°に限らず、光束の反斜面への入射
角が臨界角以上で光束が全反射されるよう設定すればよ
い。
距離に対応する光強度の分布を互いに補償するように、
即ち、最も光強度の小さい光軸付近の光と最も光強度の
大きい周縁部の光とが被照射面Ｋ上で重なるように設定
されているので、図１（ｂ）に示すように、強度の不均
一性が１割程度という従来に比べ非常に均一である強度
分布の照明光が得られる。なお、第２の凹円錐反射面１
３ｃの頂角は、９０°に限らず、光束の反斜面への入射
角が臨界角以上で光束が全反射されるよう設定すればよ
い。
【００２２】次に本発明の第２の実施例を図２に示す。
これは、照射光学部材として凸円錐面２３ａと凸円錐面
２３ａ周辺の平面２３ｂとからなる第１の屈折面と第２
の凹円錐屈折面２３ｃとを有する円筒状の両面円錐レン
ズ２３を用いた場合の照明光学系である。ここでは、第
２の凹円錐屈折面２３ｃの頂角は、凹円錐屈折面２３ｃ
において、光束が反射されることなく屈折透過するよう
に設計してある。
これは、照射光学部材として凸円錐面２３ａと凸円錐面
２３ａ周辺の平面２３ｂとからなる第１の屈折面と第２
の凹円錐屈折面２３ｃとを有する円筒状の両面円錐レン
ズ２３を用いた場合の照明光学系である。ここでは、第
２の凹円錐屈折面２３ｃの頂角は、凹円錐屈折面２３ｃ
において、光束が反射されることなく屈折透過するよう
に設計してある。
【００２３】ＳＩ型光ファイバ２１からの光ビームは、
コリメートレンズ２２によってコリメートされ、平行光
束となる。この平行光束は、両面円錐レンズ２３へ入射
し、凸円錐屈折面２３ａで光軸を含む中心領域が光軸に
対して反対側へ屈折され、周辺領域が平面２３ｂからそ
のまま直進させられることによって２つに分離される。
分離された２光束は、その後それぞれ凹円錐屈折面２３
ｃで屈折射出され、円筒空洞内壁の被照射面Ｋ上で重な
り、均一な強度分布の照明光として照射される。
コリメートレンズ２２によってコリメートされ、平行光
束となる。この平行光束は、両面円錐レンズ２３へ入射
し、凸円錐屈折面２３ａで光軸を含む中心領域が光軸に
対して反対側へ屈折され、周辺領域が平面２３ｂからそ
のまま直進させられることによって２つに分離される。
分離された２光束は、その後それぞれ凹円錐屈折面２３
ｃで屈折射出され、円筒空洞内壁の被照射面Ｋ上で重な
り、均一な強度分布の照明光として照射される。
【００２４】図３は、本発明の第３の実施例を説明する
概略光路図である。本実施例は、照射光学部材として凹
円錐面３３ａと凹円錐面３３ａ周辺の平面３３ｂとから
なる第１の屈折面と第２の凹円錐屈折面３３ｃとを有す
る円筒状の両面円錐レンズ３３を用いた場合の照明光学
系である。
概略光路図である。本実施例は、照射光学部材として凹
円錐面３３ａと凹円錐面３３ａ周辺の平面３３ｂとから
なる第１の屈折面と第２の凹円錐屈折面３３ｃとを有す
る円筒状の両面円錐レンズ３３を用いた場合の照明光学
系である。
【００２５】ＳＩ型光ファイバ３１からの光ビームは、
コリメートレンズ４２によってコリメートされ平行光束
となる。この平行光束は、両面円錐レンズ３３へ入射
し、凹円錐屈折面３３ａ出光軸を含む中心領域が光軸に
対して同じ側へ屈折され、周辺領域が平面３３ａからそ
のまま直進させられることによって２つに分離される。
屈折された中心領域の光束は第２の凹円錐屈折面３３ｃ
をそのまま透過し、周辺領域の光束は第２の凹円錐屈折
面３３ｃで光軸に炊いて反対側へ屈折透過され、これら
２光束は円筒空洞内壁の被照射面Ｋ上で重なり、均一な
強度分布の照明光として照射される。
コリメートレンズ４２によってコリメートされ平行光束
となる。この平行光束は、両面円錐レンズ３３へ入射
し、凹円錐屈折面３３ａ出光軸を含む中心領域が光軸に
対して同じ側へ屈折され、周辺領域が平面３３ａからそ
のまま直進させられることによって２つに分離される。
屈折された中心領域の光束は第２の凹円錐屈折面３３ｃ
をそのまま透過し、周辺領域の光束は第２の凹円錐屈折
面３３ｃで光軸に炊いて反対側へ屈折透過され、これら
２光束は円筒空洞内壁の被照射面Ｋ上で重なり、均一な
強度分布の照明光として照射される。
【００２６】図４は、本発明の第４の実施例を説明する
概略光路図である。本実施例、照射光学部材として凹円
錐面４３ａと凹円錐面４３ａ周辺の平面４３ｂとからな
る第１の屈折面と第２の凹円錐屈折面４３ｃとを有する
円筒状の両面円錐レンズ４３を用いた場合の照明光学系
である。これは、上記第１、２、３、の実施例が、光軸
に対して互いに反対側にある中心領域の光と周辺領域の
光とを合成するものであったのに対して、両面円錐レン
ズ４３の円筒側面４３ｄを利用して光軸に対して同じ側
にある中心領域の光と周辺領域にある光とを合成するも
のである。
概略光路図である。本実施例、照射光学部材として凹円
錐面４３ａと凹円錐面４３ａ周辺の平面４３ｂとからな
る第１の屈折面と第２の凹円錐屈折面４３ｃとを有する
円筒状の両面円錐レンズ４３を用いた場合の照明光学系
である。これは、上記第１、２、３、の実施例が、光軸
に対して互いに反対側にある中心領域の光と周辺領域の
光とを合成するものであったのに対して、両面円錐レン
ズ４３の円筒側面４３ｄを利用して光軸に対して同じ側
にある中心領域の光と周辺領域にある光とを合成するも
のである。
【００２７】図において、ＳＩ型光ファイバ４１からの
光ビームは、コリメートレンズ４２によってコリメート
され平行光束なる。この平行光束は、両面円錐レンズ４
３へ入射し、凹円錐屈折面４３ａで光軸を含む中心領域
が光軸に対して同じ側へ屈折され、周辺領域は平面４３
ｂからそのまま直進させられることによって２光束に分
離される。屈折された中心領域の光束は、円筒側面４３
ｂで一度全反射された後第２の凹円錐反射面４３ｃでさ
らに全反射される。周辺領域の光束は、第２の凹円錐反
射面４３ｃで反射され、これら２光束は円筒空洞内壁の
被照射面Ｋ上で重なり、均一な強度分布の照明光として
照射される。
光ビームは、コリメートレンズ４２によってコリメート
され平行光束なる。この平行光束は、両面円錐レンズ４
３へ入射し、凹円錐屈折面４３ａで光軸を含む中心領域
が光軸に対して同じ側へ屈折され、周辺領域は平面４３
ｂからそのまま直進させられることによって２光束に分
離される。屈折された中心領域の光束は、円筒側面４３
ｂで一度全反射された後第２の凹円錐反射面４３ｃでさ
らに全反射される。周辺領域の光束は、第２の凹円錐反
射面４３ｃで反射され、これら２光束は円筒空洞内壁の
被照射面Ｋ上で重なり、均一な強度分布の照明光として
照射される。
【００２８】次に本発明の第５の実施例を図５に示す。
本実施例は、照射光学部材として凸円錐面５５ａと凸円
錐面５５ａ周辺の平面５５ｂとからなる第１の屈折面と
第２の凹円錐屈折面５５ｃとを有する円筒状の両面円錐
レンズ５５を用いた場合の照明光学系であり、基本的に
は第１の実施例で示したものと同様であるが、凹レンズ
５３と円錐プリズム５４を用いて照射幅ｘを広くしたも
のである。
本実施例は、照射光学部材として凸円錐面５５ａと凸円
錐面５５ａ周辺の平面５５ｂとからなる第１の屈折面と
第２の凹円錐屈折面５５ｃとを有する円筒状の両面円錐
レンズ５５を用いた場合の照明光学系であり、基本的に
は第１の実施例で示したものと同様であるが、凹レンズ
５３と円錐プリズム５４を用いて照射幅ｘを広くしたも
のである。
【００２９】図において、ＳＩ型光ファイバ５１からの
光ビームは、コリメートレンズ５２によってコリメート
され、平行光束となる。この平行光束は、凹レンズ５３
によって発散して広げられ、円錐プリズム５４でその向
きを調整された後に両面円錐レンズ５５へ入射する。そ
こで凸円錐屈折面５５ａで光軸を含む中心領域が光軸に
対して反対側へ屈折され、周辺領域が平面５５ｂから直
進させられることによって２光束に分離される。この２
光束は、それぞれ第２の凹円錐反射面５５ｃで全反射さ
れ、円筒空洞内壁の被照射面Ｋ上で重なり、均一な強度
分布の照明光として幅ｘで照射される。
光ビームは、コリメートレンズ５２によってコリメート
され、平行光束となる。この平行光束は、凹レンズ５３
によって発散して広げられ、円錐プリズム５４でその向
きを調整された後に両面円錐レンズ５５へ入射する。そ
こで凸円錐屈折面５５ａで光軸を含む中心領域が光軸に
対して反対側へ屈折され、周辺領域が平面５５ｂから直
進させられることによって２光束に分離される。この２
光束は、それぞれ第２の凹円錐反射面５５ｃで全反射さ
れ、円筒空洞内壁の被照射面Ｋ上で重なり、均一な強度
分布の照明光として幅ｘで照射される。
【００３０】なお、以上の実施例においては、照射光学
部材として両面円錐レンズを用いたが、本発明はこれに
限るものではなく、平行光束を中心領域と周辺領域との
２光束に分離し、この２光束を被照射面上で均一な強度
分布となるよう重ねて照射できる光学部材ならば広く使
用可能である。
部材として両面円錐レンズを用いたが、本発明はこれに
限るものではなく、平行光束を中心領域と周辺領域との
２光束に分離し、この２光束を被照射面上で均一な強度
分布となるよう重ねて照射できる光学部材ならば広く使
用可能である。
【００３１】例えば、図６（ａ）（ｂ）に示すような分
離型の円錐レンズ光学系がある。図６（ａ）は、凸円錐
レンズ６１を平板ガラス６２に接着したものと凹円錐レ
ンズ６３とからなる円錐レンズ光学系である。（ｂ）は
凸円錐レンズ６５を平板ガラス６４に（ａ）とは逆向き
に接着したものと凹円錐レンズ６６とからなる光学系で
ある。
離型の円錐レンズ光学系がある。図６（ａ）は、凸円錐
レンズ６１を平板ガラス６２に接着したものと凹円錐レ
ンズ６３とからなる円錐レンズ光学系である。（ｂ）は
凸円錐レンズ６５を平板ガラス６４に（ａ）とは逆向き
に接着したものと凹円錐レンズ６６とからなる光学系で
ある。
【００３２】このような分離型の円錐光学系は、上記実
施例のような両面円錐レンズは加工が容易ではないのに
対して加工がし易い。しかしながら、レンズの接着に用
いる接着剤として高出力レーザを使用する場合に適した
ものがない点、また貼り合わせ面が多いために余計な反
射、吸収による光量損失が生じてしまう点から照射光学
部材として用いるのには両面円錐レンズの方が優れてい
る。
施例のような両面円錐レンズは加工が容易ではないのに
対して加工がし易い。しかしながら、レンズの接着に用
いる接着剤として高出力レーザを使用する場合に適した
ものがない点、また貼り合わせ面が多いために余計な反
射、吸収による光量損失が生じてしまう点から照射光学
部材として用いるのには両面円錐レンズの方が優れてい
る。
【００３３】図７に本発明の他の実施例を示す。本実施
例は、照射光学部材として、光束を分離するゾーンプレ
ート７３と、凹円錐反射面７４ａを有する片面円錐レン
ズ７４とからなる光学系を用いたものである。ゾーンプ
レート７３は、三角波位相型で入射光束を強度の等しい
０次光と１次回折光とに分離する。
例は、照射光学部材として、光束を分離するゾーンプレ
ート７３と、凹円錐反射面７４ａを有する片面円錐レン
ズ７４とからなる光学系を用いたものである。ゾーンプ
レート７３は、三角波位相型で入射光束を強度の等しい
０次光と１次回折光とに分離する。
【００３４】図７（ａ）において、ＳＩ型光ファイバ７
１からの光ビームは、コリメートレンズ７２によってコ
リメートされて平行光束となり、ゾーンプレート７３へ
入射する。ゾーンプレート７３を通った光束のうち１次
回折光は光軸に対して反対側へ屈折して片面円錐レンズ
７４へ入射し、０次光はそのまま直進して片面円錐レン
ズ７４へ入射する。１次回折光および０次光は、それぞ
れ凹円錐反射面７４ａで全反射され、円筒空洞内壁の被
照射面Ｋ上で重なり、均一な強度分布の照明光として照
射する。この光学系では照射幅が広く、照射面積を大き
くすることができる。
１からの光ビームは、コリメートレンズ７２によってコ
リメートされて平行光束となり、ゾーンプレート７３へ
入射する。ゾーンプレート７３を通った光束のうち１次
回折光は光軸に対して反対側へ屈折して片面円錐レンズ
７４へ入射し、０次光はそのまま直進して片面円錐レン
ズ７４へ入射する。１次回折光および０次光は、それぞ
れ凹円錐反射面７４ａで全反射され、円筒空洞内壁の被
照射面Ｋ上で重なり、均一な強度分布の照明光として照
射する。この光学系では照射幅が広く、照射面積を大き
くすることができる。
【００３５】ゾーンプレート７３によって入射光束を強
度の等しい０次光と１次光とに分離するには、図７
（ｂ）に示すごとく、ゾーンプレート７３の三角波形状
を、その高さＨを調整することによって０次光と１次光
の回折効率が等しくなるようにする。この時、例えば０
次光の回折効率η0 と１次光の回折効率η1 とがη0 ＝
η1 ＝４０．５％である場合、−１次光の回折効率η-1
はη-1＝４．５％となる。したがって、−１次光は強度
が弱く無視しても影響はない。
度の等しい０次光と１次光とに分離するには、図７
（ｂ）に示すごとく、ゾーンプレート７３の三角波形状
を、その高さＨを調整することによって０次光と１次光
の回折効率が等しくなるようにする。この時、例えば０
次光の回折効率η0 と１次光の回折効率η1 とがη0 ＝
η1 ＝４０．５％である場合、−１次光の回折効率η-1
はη-1＝４．５％となる。したがって、−１次光は強度
が弱く無視しても影響はない。
【００３６】
【発明の効果】本発明は以上説明したとおり、円筒空洞
内壁において均一な強度の照明光が得られるような均一
照明用光学系を可能とし、空洞内壁への加熱等の作業性
の向上が達成できるという効果がある。
内壁において均一な強度の照明光が得られるような均一
照明用光学系を可能とし、空洞内壁への加熱等の作業性
の向上が達成できるという効果がある。
【図１】本発明の第１の実施例による均一照明用光学系
を説明する概略光路図である。
を説明する概略光路図である。
【図２】本発明の第２の実施例による均一照明用光学系
を説明する概略光路図である。
を説明する概略光路図である。
【図３】本発明の第３の実施例による均一照明用光学系
を説明する概略光路図である。
を説明する概略光路図である。
【図４】本発明の第４の実施例による均一照明用光学系
を説明する概略光路図である。
を説明する概略光路図である。
【図５】本発明の第５の実施例による均一照明用光学系
を説明する概略光路図である。
を説明する概略光路図である。
【図６】分離型円錐レンズ光学系からなる照射光学部材
を示した説明図である。
を示した説明図である。
【図７】本発明の他の一実施例による均一照明用光学系
を説明する概略光路図である。
を説明する概略光路図である。
【図８】本発明の作用を説明する概略光路図である。
【図９】従来の照明光学系を説明する概略光路図であ
る。
る。
【図１０】従来の照明光学系における光強度を示す説明
図である。
図である。
１，１１，２１，３１，４１，５１，７１，Ｆ；ＳＩ型
光ファイバ ２，１２，２２，３２，４２，５２，７２，Ｃ；コリメ
ートレンズ Ｓ1 ，１３ａ，２３ａ，５５ａ；凸円錐屈折面 Ｓ2 ，１３ｂ，２３ｂ，５５ｂ；凹円錐屈折面 Ｓ3 ，１３ｃ，４３ｃ，５５ｃ；凹円錐反射面 ２３ｃ；凹円錐屈折透過面 ３３ｃ；凸円錐屈折透過面 ４３ｄ；円筒側面 ５３；凹レンズ ５４；円錐プリズム ７３；三角波位相型ゾーンプレート Ｋ；円筒空洞内壁の被照射面
光ファイバ ２，１２，２２，３２，４２，５２，７２，Ｃ；コリメ
ートレンズ Ｓ1 ，１３ａ，２３ａ，５５ａ；凸円錐屈折面 Ｓ2 ，１３ｂ，２３ｂ，５５ｂ；凹円錐屈折面 Ｓ3 ，１３ｃ，４３ｃ，５５ｃ；凹円錐反射面 ２３ｃ；凹円錐屈折透過面 ３３ｃ；凸円錐屈折透過面 ４３ｄ；円筒側面 ５３；凹レンズ ５４；円錐プリズム ７３；三角波位相型ゾーンプレート Ｋ；円筒空洞内壁の被照射面
Claims (3)
- 【請求項１】 光ファイバからの照明光をコリメートし
て得た平行光束を、その光軸を同心円状にとり囲む円筒
内面状の被照射面に対して帯状に全周にわたって照射す
るよう反射または屈折させる照射光学部材を備えた均一
照明用光学系において、 前記照射光学部材として、前記平行光束をその光軸を含
む中心領域と周辺領域とに分離する第１の屈折面と、該
第１の屈折面で分離された前記中心領域の光束と前記周
辺領域の光束とを前記被照射面上で重ねるように合成す
る第２の反射または屈折面とを有する円錐プリズム光学
系を備えたことを特徴とする均一照明用光学系。 - 【請求項２】 前記円錐プリズム光学系は、前記中心領
域の光束と前記周辺領域の光束とのそれぞれ光軸からの
距離に対する光強度の分布を前記被照射面上で互いに補
償するように構成されていることを特徴とする請求項１
に記載の均一照明用光学系。 - 【請求項３】 光ファイバからの照明光をコリメートし
て得た平行光束を、その光軸を同心円状にとり囲む円筒
内面状の被照射面に対して帯状に全周にわたって照射す
るよう反射または屈折させる照射光学部材を備えた均一
照明用光学系において、 前記照射光学部材として、前記平行光束を回折効率の等
しい０次光と１次光とに分離するゾーンプレートと、前
記０次光と１次光とを前記被照射面上で重ねるように合
成する反射または屈折面とを有する円錐プリズム光学系
を備えたことを特徴とする均一照明用光学系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4269612A JPH0695027A (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | 均一照明用光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4269612A JPH0695027A (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | 均一照明用光学系 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0695027A true JPH0695027A (ja) | 1994-04-08 |
Family
ID=17474782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4269612A Pending JPH0695027A (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | 均一照明用光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0695027A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0843610A (ja) * | 1994-05-16 | 1996-02-16 | Canada | ビーム拡大用レンズ |
| WO1996042031A1 (fr) * | 1995-06-09 | 1996-12-27 | Kabushiki Kaisha Kawaguchi Kogaku Sangyo | Instrument d'optique permettant de faire varier l'angle de divergence de rayons annulaires |
| JP2006133774A (ja) * | 2004-11-08 | 2006-05-25 | Agilent Technol Inc | レンズ、レンズアレイ及び光レシーバ |
| WO2017150154A1 (ja) * | 2016-03-03 | 2017-09-08 | オリンパス株式会社 | 内視鏡 |
| CN107920721A (zh) * | 2015-08-13 | 2018-04-17 | 皇家飞利浦有限公司 | 径向照明*** |
-
1992
- 1992-09-11 JP JP4269612A patent/JPH0695027A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0843610A (ja) * | 1994-05-16 | 1996-02-16 | Canada | ビーム拡大用レンズ |
| WO1996042031A1 (fr) * | 1995-06-09 | 1996-12-27 | Kabushiki Kaisha Kawaguchi Kogaku Sangyo | Instrument d'optique permettant de faire varier l'angle de divergence de rayons annulaires |
| US5764828A (en) * | 1995-06-09 | 1998-06-09 | Kawaguchi Kogaku Sangyo | Optical apparatus for controlling angle of divergence of ring beam |
| JP2006133774A (ja) * | 2004-11-08 | 2006-05-25 | Agilent Technol Inc | レンズ、レンズアレイ及び光レシーバ |
| CN107920721A (zh) * | 2015-08-13 | 2018-04-17 | 皇家飞利浦有限公司 | 径向照明*** |
| JP2018527982A (ja) * | 2015-08-13 | 2018-09-27 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． | 放射状照明システム |
| US11224334B2 (en) | 2015-08-13 | 2022-01-18 | Koninklijke Philips N.V. | Radial illumination system with ferrule |
| WO2017150154A1 (ja) * | 2016-03-03 | 2017-09-08 | オリンパス株式会社 | 内視鏡 |
| JPWO2017150154A1 (ja) * | 2016-03-03 | 2018-09-13 | オリンパス株式会社 | 内視鏡 |
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