JPH0210310A - マルチ・ビーム光源，ならびにそれを利用したマルチ・ビームプロジェクタおよび形状認識装置 - 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】 発明の要約 光源として半導体レーザ、および半導体レーザからの発
散光をコリメート化するコリメータ・レンズ部分とコリ
メート光をさらにマルチ・ビーム化する平板状マイクロ
・レンズ・アレイ部分とを備えたｔ！合レンズを−キャ
ップ内に内装する。これによりマルチ・ビーム光源の小
型化、軽量化。

熱的安定化を図る。

技術分野 この発明は多数のスポット光を投射することのできるマ
ルチ・ビーム光源に関する。

従来技術とその問題点 多数のスポット光を得るためには、少なくとも発光素子
と、光源からの出射光から多数の光スポットを作成する
レンズ・アレイとが必要である。従来のマルチ・ビーム
光源においては発光素子としてガス・レーザが用いられ
ているが、ガス・レーザ自体の形状が大きいためマルチ
・ビーム光源が大型化し、また消費電力が大きいという
問題がある。マルチ・ビーム光源の発光素子に半導体レ
ーザを用いる場合には、半導体レーザからの出射光は発
散光なのでコリメータ・レンズが必要となり、マルチ・
ビーム光源が大型化する。

発明の概要 発明の目的 この発明は、マルチ・ビーム光源の小型化、軽量化を図
ることを目的とする。

発明の構成および効果 この発明によるマルチ・ビーム光源は、半導体レーザ、
および上記半導体レーザからの発散光をコリメート光に
変化するコリメータ・レンズ部分と、コリメート光をさ
らにマルチ・ビーム化する平板状マイクロ・レンズ・ア
レイ部分とを備えた複合レンズが−キャップ内に内装さ
れていることを特徴とする。

好ましくは設合レンズにおいてコリメータ中レンズ部分
と平板状マイクロ・レンズ・アレイ部分とを一体化し、
・１シ板状の複合レンズとする。

この発明によるマルチ・ビーム光源は２発光素子として
半導体レーザを用い、半導体レーザからの発散光をコリ
メート光としさらにマルチ・ビーム化する複合レンズを
半導体レーザとともに−キャップ内に収めることにより
構成されている。

このためマルチ・ビーム光源を小型、軽量化することが
できる。また複合レンズを用いているので光学部品点数
を減少させることができ、光軸調整も容易となる。さら
に発光素子として半導体レーザを使用しているので、消
費電力を少なくすることができる。これにより発熱量が
小さくなり熱的に安定な動作が期待できる。

実施例の説明 第１図はこの発明によるマルチ・ビーム光源の実施例を
示す一部切欠き斜視図である。

この図を参照して、ステム８のほぼ中央の位置にヒート
・シンクロが固定されている。このヒート・シンクロは
ステム８と一体に形成してもよい。ヒート・シンクロ」
二には半導体レーザ・ダイオード・チップ（ＬＤチップ
）１が固定されている。このＬＤチップ１はステム８の
中心軸Ｚ（これが出射光の光軸となる）上に位置するよ
うに設けられている。

ＬＤチップ１の前方には、コリメータ・レンズ３とマイ
クロ・レンズ・アレイ４とを備えた複合レンズ２が配置
されている。複合レンズ２はその両端部において２つの
支持ブロック５に固定され、これらの支持ブロック５は
ヒート・シンクロの両側においてステム８に固定されて
いる。上記のＺ軸に直交する２方向にＸ、Ｙ軸を考える
と。

支持ブロック５の幅はＹ方向に長く、この幅の中心がＸ
軸上にある。また２つの支持ブロック５はＺ軸中心から
Ｘ軸方向に等距離の位置にある。

そうして、コリメータ・レンズ３の中心とマイクロ・レ
ンズ・アレイ４の中心をＺ軸が通る位置に１ｕ合レンズ
２がブロック５に固定されている。

ＬＤチップ１の後方にフォト・デイチクタフがステム６
に固定されている。フォト・ディテクタ７はＬＤチップ
１の出射光を受光し、ＬＤチップ１の駆動回路にフィー
ドバックすることによりＬＤチップ１の出射光層を一定
にするためのものである。

ＬＤチップ１が固定されたヒート・シンクロ。

複合レンズ２．この複合レンズ２が固定されたブロック
５の全体を覆うようにキャップ９が設けられ、かつキャ
ンシール、接着その他のやり方でステム８に固定されて
いる。キャップ９の頂部には孔ＩＯがあけられ、この孔
ＩＯに透明板（プラスチック、ガラスなど；図示略）が
設けられ、窓を構成している。キャップ９の前面すべて
を開口して。

この前面すべてを透明板によって覆うようにしてもよい
。複合レンズ２を通過したレーザ光はこの孔ｌＯを通し
て外部に出射される。

ＬＤチップ１．フォト・ディテクタ７はステム８に絶縁
して設けられた端子１１にワイヤボンディング等によっ
て接続されているのはいうまでもない。

ＬＤチップ１および複合レンズ２はキャップ９内に収納
されているので外部環境による影響が非常に少なくなっ
ている。とくに塵埃の付着等から保護されている。

さらにＬＤチップ１はステム８の中心軸Ｚ上にあり、複
合レンズ２および支持ブロック５はＸ軸およびＹ軸に関
して対称の形状をもちかつそのように配置されている。

したがって、温度変化によってｔ（合レンズ２．支持ブ
ロック５等が伸縮しても、Ｚ軸に垂直な・ＩＬ而（ＸＹ
平而面内においてはこれらは等方向に熱伸縮する。した
がってＬＤチップ１は常に２軸上にあり、光軸はＺ軸か
ら偏向することはない。度合レンズ２は２つの支持ブロ
ック５によってしっかりと固定されているから、振動や
衝撃に強いものとなっている。

複合レンズ２の説明に先たち、それを構成するコリメー
タ・レンズ３およびマイクロ・レンズ・アレイ４につい
て個別に説明しておく。

コリメータφレンズ３は、レーザ・ダイオード１から出
射する発散光をコリメート光に変換するものであり、た
とえばフレネル・レンズ、非球面レンズ等を使用するこ
とができる。

マイクロ・レンズ・アレイ４のいくつかの例が第２図、
第３図および第４図に示されている。第２図は非球面マ
イクロ・レンズ４ａが一平面板上に規則的に配列されて
構成される平板マイクロ・レンズ・アレイ４Ａを示して
いる。第３図はイオン交換法等によって作成された分布
屈折率型のマイクロ・レンズ４ｂが規則的に配列された
平板マイクロ・レンズ・アレイ４Ｂを、第４図はマイク
ロ・フレネル・レンズ４Ｃが一平面板一りに規則的に配
列されて構成されるマイクロ・レンズ・アレイ４Ｃをそ
れぞれ示している。

第５図（Ａ）　、　（Ｂ）　、　（Ｃ）　、　（Ｄ）は
上記のコリメータ・レンズ３．マイクロ・レンズ−アレ
イ４Ａ〜４Ｃを組合せて構成される複合レンズの例をそ
れぞれ示すものである。

第５図（Ａ）に示す複合レンズ２Ａは、コリメータΦレ
ンズとしての平板マイクロφフレネルφレンズ３Ａとイ
オン交換法によって作成されたマイクロ・レンズ・アレ
イ４Ｂの組合せによって構成されている。平板マイクロ
φフレネル・レンズ３ＡはＬＤチップ１からの発散光を
コリメートする位置に、マイクロ・レンズ・アレイ４Ｂ
は平板マイクロ・フレネル・レンズ３Ａによってコリメ
ートされるレーザ光が入射する位置にそれぞれ配置され
、適当な結合手段によって相互に固定されている。

第５図（Ｂ）に示す度合レンズ２Ｂは、マイクロ・フレ
ネル・コリメータ・レンズ３とマイクロ・レンズ・アレ
イ４Ｂとを１枚の基板上に形成したものである。たとえ
ばマイクロ・レンズ・アレイ４Ｂはガラス基板−Ｆの一
方の面にイオン交換法によって作製し、同じ基板の他方
の面にマイクロ・フレネル・コリメータ・レンズ３を成
形法によって形成することにより１枚の基板上に一体化
された複合レンズ２Ｂをつくることができる。

第５図（Ｃ）に示す複合レンズ２Ｃは、マイクロ・フレ
ネル・コリメータ・レンズ３と複数の非球面マイクロ・
レンズが形成された非球面マイクロ・レンズ・アレイ４
Ａとから構成されている。

プラスチックまたはガラスの１枚の基板上において、Ｌ
Ｄチップ１からのレーザ光が出射される面にマイクロ勢
フレネル６コリメータ◆レンズ３が、他方の而に非球面
マイクロ・レンズ・アレイ４Ａがそれぞれ成形されるこ
とにより複合レンズ２Ｃが構成される。

第５図（Ｄ）に示す度合レンズ２Ｄは、平板レンズ３Ｂ
と非球面マイクロ・レンズ・アレイ４Ａとから構成され
る。平板レンズ３Ｂはイオン交換法により作製された分
布屈折率型の平板レンズである。この平板レンズ３Ｂと
非球面マイクロ・レンズ・アレイ４Ａとを接着によって
貼り付けることにより複合レンズ２Ｄが構成されている
。

第１図において、ＬＤチップ１から出射する発散光はコ
リメータ・レンズ３　（３Ａ、３Ｂ）によってコリメー
ト光とされた後、マイクロ・レンズ・アレイ４　　（４
Ａ、４Ｂ、４Ｃ）を通って外部に出射する。マイクロ・
レンズ・アレイ４を通って出射する光は回折し、遠方に
凹折による多数の光スポットが生じる（たとえば同一出
願人、同一代理人による昭和６３年６月２０日付特許願
「マルチ・ビーム・プロジェクタ」を参照）。

第６図はマルチ・ビーム光源をマルチ・ビーム・プロジ
ェクタに利用した応用例を示すものである。

マルチ・ビーム光源はセンサーヘッド３ｏ内に収納され
ている。センサ・ヘッド３ｏは駆動電源および処理装置
３１と接続されている。センサ・ヘッド３０はその前方
を搬送装置によって搬送される被検出物３３を認識する
ためのものである。

センサ・ヘッド２０からの出射光がその前方を通遇する
被検出物３３に投射されると、被検出物３３の表面は多
数の光スポットによって照らされる。

被検出物３３からの反射光を、センサ・ヘッド３０内に
設けられた二次元計測用のポジション・センシティブ・
デイバイス（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　５ｅｎｓｉｔｉｖｅＤ
ｅｖｉｃｅ）などのイメージ・デイバイス（図示路）で
受光し、各受光位置から所定の演算によって被検出物３
３の形状を認識することができる。矢印Ａに示す方向か
ら移動してきた被検出物３３は形状認識の結果に応じて
、方向切換装置（図示路）によって矢印Ｂまたは矢印Ｃ
に示す方向に送られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるマルチ・ビーム光源の実施例を
示す一部°切欠き斜視図である。第２図は非球面マイク
ロ・レンズ・アレイの斜視図、第３図は分布屈折率型マ
イクロ・レンズ・アレイの斜視図、第４図はマイクロ・
フレネル・レンズ・アレイの斜視図である。第５図（Ａ
）　、　（Ｂ）　、　（Ｃ）　。 （Ｄ）はそれぞれ複合レンズの例を示すものである。第
６図はマルチ・ビーム光源の応用例を示す斜視図である
。 １・・・ＬＤチップ。 ２．２Ａ、２Ｂ、２Ｃ，２Ｄ・・・複合レンズ。 ３．３Ａ、３Ｂ・・・コリメータ・レンズ。 ４．４Ａ、４Ｂ、４Ｃ・・・マイクロ・レンズφアレイ
。 ９・・・キャップ。 以　　上 特許出願人　　立石電機株式会社 代　理　人　　　弁理士　牛　久　健　司（外１名） 第２図 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体レーザ、および上記半導体レーザからの発散光を
   コリメート光に変化するコリメータ・レンズ部分と、コ
   リメート光をさらにマルチ・ビーム化する平板状マイク
   ロ・レンズ・アレイ部分とを備えた複合レンズが一キャ
   ップ内に内装されていることを特徴とするマルチ・ビー
   ム光源。