JP2527597B2 - マルチスリツト投光器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は３次元計測方式において用いられるマルチス
リツト投光器に関し、 マルチスリツト光源から任意の１本のスリツト光を選
択して基準スリツト光として発生させることができるよ
うにすることを目的とし、 単一波長の平行光の光軸上に回折方向が互いに直交す
る第１および第２の回折格子と軸方向が第１の回折格子
の回折方向と直交する円筒レンズとを配置してなり、該
第２の回折格子の回折方向に分散された複数の平行なス
リツト光からなるマルチスリツト光を発生するマルチス
リツト光源において、該マルチスリツト光と平行で等し
いピツチを有する複数のセグメントからなり該各セグメ
ントの透過，遮断を任意に制御可能なシヤツタを該マル
チスリツト光源の投影方向前面に設け、該シヤツタの制
御によつて単一スリツト光とマルチスリツト光とを切り
替えて発生することによつて構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は３次元計測方式において用いられるマルチス
リツト投光器に係り、特に任意の位置に基準スリツト光
を発生させることが可能なマルチスリツト投光器に関す
るものである。

マルチスリツト光源を使用した物体の三次元計測方式
（特願昭60−107675号）においては、平行した複数のス
リツト光からなるマルチスリツト光源を用い光切断法に
よつて三角測量の原理を応用して、微小物体の高さを含
む三次元的な形状の計測を行うが、この際複数のカメラ
で撮像した像におけるスリツト光の対応付けを行うため
に基準スリツト光が用いられる。

このような基準スリツト光を、マルチスリツト光源の
うちから１本のスリツト光を任意に選択して発生させ得
ることが要望される。

〔従来の技術〕

マルチスリツト光による物体の三次元計測を行うため
には、基準となるスリツト光（基準スリツト光）が対象
物上に投影されていなければならない。従来はマルチス
リツト光源をx,yステージやロボツト等の移動機構を利
用して対象物上を移動させることによつて、基準スリツ
ト光を定めるようにしていた。そのため移動機構が必要
になり装置が大型化するという問題があつた。また凹凸
を有する三次元物体を対象とする場合は、マルチスリツ
ト光間に入れ替わりが生じやすく誤対応が生じやすかつ
た。

これに対して、多数のスリツト光のうちから基準スリ
ツト光を定めてこれが対象物上に投影されるようにすれ
ば、このような問題は生じない。

このため前述の特願昭60−107675号の場合は１本のス
リツト光を発生する基準スリツト光源を別に設けて、そ
のスリツト光をマルチスリツト光のうちのある１本のス
リツト光面と一致させることによつて基準スリツト光を
実現している。基準スリツト光源を別に必要としないた
めには、マルチスリツト光源中の１本のスリツト光を基
準スリツト光として利用できれば便利であつて、これに
対しては、マルチスリツト光源の投影方向前面にスリツ
ト孔付きの電子シヤツタを配置して、オン，オフ制御に
よつて実現するマルチスリツト光の発生方法（特願昭60
−284768号）が提案されている。

第４図はこの先願における従来の基準スリツト光の発
生方法を説明したものであつて、（ａ）はマルチスリツ
ト光発生状態を示し（ｂ）は単一スリツト光発生状態を
示している。

第４図において１は単一波長のレーザ光を発生する半
導体レーザ、２はコリメートレンズ、３はシリンドリカ
ルレンズ、4,5は互いに直交して配置された回折格子、
６は電子シヤツタであつてこれらは同一光軸上に順次配
置されている。

半導体レーザ１を出射した発散光はコリメートレンズ
２を経て平行光に変換されたのち、シリンドリカルレン
ズ３を通過することによつて、シリンドリカルレンズ３
の曲率方向（軸方向）すなわち第４図のｘ方向と直角な
ｙ方向に拡大された長円形のスポツト光を生じる。回折
格子４はその回折方向がシリンドリカルレンズ３の軸方
向と平行に配置されており、シリンドリカルレンズ３の
長円形スポツトを複数個ｙ方向に連続した形のスリツト
光を発生する。回折格子５はその回折方向が回折格子４
のそれと直交しており、回折格子４の発生したスリツト
光をｘ方向に分散して複数のスリツト光l₁,l₂,…からな
るマルチスリツト光を発生する。電子シヤツタ６はマル
チスリツト光中のスリツト光l₃に対応する部分のみは常
に透過状態にあるが、その他の部分は電気的にオンにさ
れたときは残りのスリツト光l₁,l₂,l₄,…を通過させ、
オフにされたときはこれらを遮断する。

従つて第４図に示されたマルチスリツト投光器では、
電子シヤツタ６のオフ状態で（ａ）に示すマルチスリツ
ト光発生状態となり、オン状態で（ｂ）に示す単一スリ
ツト光発生状態となるので、この単一スリツト光を基準
スリツト光として利用することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

第４図に示された従来のマルチスリツト投光器によれ
ば、マルチスリツト光と基準スリツト光とを任意に切り
替えて発生させることができる。

しかしながらこの場合発生させ得る基準スリツト光
は、電子シヤツタの構造上、マルチスリツト光のうちの
特定の１本に相当するものに限られるという問題があつ
た。

本発明はこのような従来技術の課題を解決しようとす
るものであつて、マルチスリツト光源から任意の１本の
スリツト光を選択して基準スリツト光として発生させる
ことができるマルチスリツト投光器を提案することを目
的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のマルチスリツト投光器は第１図の実施例に示
されるように、単一波長の平行光の光軸上に回折方向が
互いに直交する第１および第２の回折格子4,5と軸方向
が第１の回折格子４の回折方向と直交する円筒レンズ３
とを配置してなり、第２の回折格子５の回折方向に分散
された複数の平行なスリツト光からなるマルチスリツト
光を発生するマルチスリツト光源において、シヤツタ７
を設けてこのシヤツタ７の制御によつて単一スリツト光
とマルチスリツト光とを切り替えて発生するようにした
ものである。

ここでシヤツタ７は、マルチスリツト光と平行で等し
いピツチを有する複数のセグメントからなりこの各セグ
メントの透過，遮断を任意に制御可能なものである。

〔作用〕

本発明のマルチスリツト投光器はマルチスリツト光源
とシヤツタとからなつている。

マルチスリツト光源においては、半導体レーザ等から
発生した単一波長の光をコリメートレンズを経て平行光
に変換し、同一光軸上に配置された互いに直交する第１
および第２の回折格子を順次通過させる。これによつて
第１の回折格子の出力にその回折方向に分散された複数
のスポツト光の列からなる光を生じる。この光は第２の
回折格子を経てその回折方向に分散されて、スポツト光
の列が平行に複数並んだ光を生じる。さらにこの光はシ
リンドリカルレンズを通過することによつて各列のスポ
ツト光の間隔が狭められて、複数のスリツト光からなる
マルチスリツト光を生じる。

シヤツタはこのマルチスリツト光と平行で等しいピツ
チを有する複数のセグメントからなつており、マルチス
リツト光源の投影方向前面に設けられていて、各セグメ
ントの透過，遮断を外部から任意に制御できる。

そこでこのシヤツタを制御することによつて、マルチ
スリツト光源から単一スリツト光とマルチスリツト光と
を切り替えて発生することができる。従つて本発明によ
ればマルチスリツト光源から基準スリツト光を任意に選
択することができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示したものであつて、第
４図におけると同じ部分を同じ番号で示し、4,5は回折
格子、７はシヤツタである。ここで回折格子4,5は、多
数の光フアイバを同一平面上に一層に密接して平行に配
列してなるフアイバグレーテイングから構成されている
ものである。またシヤツタ７は複数のセグメントに分割
され、各セグメントはその長手方向がシリンドリカルレ
ンズ３の軸と垂直方向すなわちｙ方向に設けられ、かつ
そのピツチはシリンドリカルレンズの出力光におけるマ
ルチスリツト光の間隔に等しく選ばれている。

半導体レーザ１からの単一波長の光は、コリメートレ
ンズ２を経て平行光に変換されたのち回折格子４を通過
することによつて、長円形のスポツト光が回折格子４の
軸と垂直な方向すなわち第１図のｙ方向に配列した光８
を生じる。この光はさらに回折格子５を通過することに
よつて、回折格子５の軸と垂直な方向すなわち第１図の
ｘ方向に光８と同じスポツト光の列が複数個平行になら
んだ光９を生じる。この光がシリンドリカルレンズ３を
通過すると各列のスポツト光は間隔が狭められて、それ
ぞれの列の隣接するスポツト光が互に一部重複するよう
に配列され、それぞれがスリツト光を形成してマルチス
リツト光10を生じる。シヤツタ７はマルチスリツト光10
の各スリツト光と同じ方向すなわち第１図のｙ方向に細
長い複数個の短冊型のセグメント…，−2,−1,0,1,2,…
が、マルチスリツト光10の各スリツト光のピツチと同じ
間隔でｘ方向に配列されており、各セグメントはそれぞ
れ独立に電源をオン，オフされることによつて、電源オ
フ時には対応するスリツト光を遮断し、オン時には透過
させるように構成されている。

なお、第１図においてシリンドリカンレンズ３と回折
格子4,5とは順序が逆であつてもよく、この場合は第４
図に示された従来例の場合と同じになる。

シヤツタ７を構成する各セグメントは、偏光を利用し
た液晶を用いたものでもよく、または２枚の偏光板間に
PLZTを挟んで構成したものもよい。ここでPLZTは圧電材
料の一種であつて、チタン（Ti），ジルコン（Zr），鉛
（Pb），ランタン（La）の４成分から生成され、電圧の
印加によつて偏光面が変化するものである。各セグメン
トは電気的にオン，オフ制御され、オン状態では偏光板
と直交方向に偏光するために光を透過し、オフ状態では
偏光しないので光を遮断させる。

第２図はシヤツタ７の設計を説明するものであつて、
11は発光源、12は発光源11からｌの距離に置かれたシヤ
ツタである。

いま第２図においてθ_ｍをモード０とモードｍのスリ
ツト光のなす角とし、θ_m-1をモード０とモード（_m-1）
のスリツト光のなす角とすると、シヤツタ12の位置にお
けるスリツト光の間隔w_mは w_m＝ｌ（tanθ_ｍ−tanθ_m-1） の関係から求めることができる。従つてシヤツタのセグ
メントの幅をw_mに選べば、シヤツタ12の各セグメントを
任意にオン，オフすることによつて対応するスリツト光
を遮断しまたは透過させることができる。実際には隣接
するセグメント間を絶縁する必要があるため、セグメン
ト幅はw_mより少し狭くなる。

第３図は本発明のマルチスリツト投光器の動作例を示
したものであつて、各部の番号は第１図に示されたもの
と同一である。

第３図において（ａ）はシヤツタ７において中央のセ
グメント０のみをオンとし、他のセグメント…，−2,−
1,1,2,…はオフとした場合を示し、この場合はマルチス
リツト光10のうちセグメント０を通過した光によつて単
一スリツト光13を発生する。単一スリツト光13は基準ス
リツト光として用いられるものである。

また第３図において（ｂ）はシヤツタ７において、１
つおきのセグメント…，−2,0,2,…をオンとし、他のセ
グメントはオフとした場合を示し、この場合はマルチス
リツト光10のうちオンとされたセグメントに対応するス
リツト光からなるパターン光14を発生する。パターン光
14におけるスリツト光の組み合わせのパターンは、シヤ
ツタ７における各セグメントのオン，オフの制御によつ
て任意に定めることができる。液晶シヤツタ及びPLZTシ
ヤツタのオン／オフと透過／遮断の関係は、前述のよう
にオンのとき透過，オフのとき遮断に構成することもそ
の逆にオンのとき遮断、オフのとき透過させることも可
能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、マルチスリツト
光に対応してそれぞれオン，オフ制御可能な複数のセグ
メントを有するシヤツタをマルチスリツト光の出力側に
設けたので、マルチスリツト光の中の任意のスリツト光
を基準スリツト光として選ぶことができる。

従つて本発明によれば基準スリツト光を定めるために
移動機構を必要とせず、基準スリツト光源を別に設ける
必要がなく、三次元計測時にスリツト光の入れ替わりが
生じた場合でも正しい対応付けを行うことができる。さ
らに電子シヤツタの各セグメントのオン，オフパターン
をコード化することによつて、グレーコードによるマル
チスリツト光の対応付けが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、 第２図はシヤツタの設計を説明する図、 第３図は本発明のマルチスリツト投光器の動作例を示す
図、 第４図は従来のマルチスリツト投光器を示す図である。 １……半導体レーザ ２……コリメートレンズ ３……シリンドリカルレンズ 4,5……回折格子 ７……シヤツタ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】単一波長の平行光の光軸上に回折方向が互
   いに直交する第１および第２の回折格子（4,5）と軸方
   向が第１の回折格子（４）の回折方向と直交する円筒レ
   ンズ（３）とを配置してなり、該第２の回折格子（５）
   の回折方向に分散された複数の平行なスリツト光からな
   るマルチスリツト光を発生するマルチスリツト光源にお
   いて、 該マルチスリツト光と平行で等しいピツチを有する複数
   のセグメントからなり該各セグメントの透過，遮断を任
   意に制御可能なシヤツタ（７）を該マルチスリツト光源
   の投影方向前面に設け、 該シヤツタ（７）の制御によつて単一スリツト光とマル
   チスリツト光とを切り替えて発生することを特徴とする
   マルチスリツト投光器。