JPH0339603B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 平行光の光軸上に、回折方向が互いに直交する
２つの回折格子と、軸方向が１つの回折格子の回
折方向と平行のシリンドリカルレンズを配置し、
かつ回折方向がシリンドリカルレンズの軸方向と
平行の回折格子に入射する光は、その一部が回折
格子部に照射され、他の一部は回折格子部以外に
照射されるように配置することで、１本のみ他の
スリツト光より輝度を明るくする。

〔産業上の利用分野〕

産業用ロボツトにおいて、物体を三次元的に計
測して制御を行なうような場合に、同時に複数点
の計測が行えるマルチスリツト光源が、計測時間
の短縮のために有効な手法として、その必要性が
高まつている。本発明は、このような用途に適す
るマルチスリツト光の発生方法に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

第３図は本発明の出願人が特願昭60−107675号
として提案したマルチスリツト光源を使用した物
体の三次元計測方法を示す斜視図である。三次元
計測される物体１の上に、マルチスリツト光源２
によつて発生させたスリツト光ｌ１，ｌ２…を照
射し、各スリツト光ｌ１，ｌ２…と物体１との交
点をカメラ３で撮影する。このとき、スリツト光
ｌ１，ｌ２…と投影点Ｐ１，Ｐ２…とを対応付け
する必要がある。そのために別にスリツト光源４
を使用して１本の基準スリツト光５を発生させ
る。スリツト光源４の基準スリツト光５をマルチ
スリツト光源２のある１本のスリツト光面とちよ
うど一致するように配置することで、従来むずか
しいとされているマルチスリツト光源を利用した
場合の対応付け問題の解決を図つている。これ
は、マルチスリツト光源２で発生するスリツト光
ｌ１，ｌ２…は総て輝度がほぼ同じで区別できな
いためである。第４図、第５図は本発明の出願人
が特願昭59−276012号として提案した従来のマル
チスリツト光源を示す分解斜視図である。第４図
において、平行光６の光軸８上に、シリンドリカ
ルレンズ９、回折方向がシリンドリカルレンズ９
の軸方向と直角の回折格子Ａ、回折方向がシリン
ドリカルレンズ９の軸方向と平行の回折格子Ｂが
配置されている。平行光６は、半導体レーザLD
や発光ダイオード等から出射した発散光を、コリ
メートレンズ７で平行光に変換することで、作成
される。平行光６の断面は、真円の光スポツトＳ
となるが、該平行光をシリンドリカルレンズ９を
透過させると、シリンドリカルレンズ９の軸方向
と直角方向に拡大されて、Saのような長円のス
ポツトとなる。そして回折格子Ａを透過し回折さ
れると、シリンドリカルレンズ９の軸方向と直角
方向（ｙ方向）上に複数の長円スポツトSa１，
Sa２…が発生し、かつ隣接する長円スポツトの
端部同士が重なることで、１本のスリツト光ｌと
なる。このスリツト光ｌが、次の回折格子Ｂを透
過し回折されることで、シリンドリカルレンズ９
の軸方向（ｘ方向）に複数本のスリツト光ｌ１，
ｌ２…が発生する。なお２つの回折格子Ａ，Ｂの
回折格子部分の面積は、入射してくる光が充分照
射できる広さとなつているものとする。

第３図におけるスリツト光ｌ１，ｌ２…は、こ
のようにして発生されたものである。第５図は、
２つの回折格子Ａ，Ｂの位置を入れ換れたもので
ある。したがつてシリンドリカルレンズ９から出
射した長円の光スポツトSaが、シリンドリカル
レンズ９の軸方向（ｘ方向）に回折されて、複数
の長円スポツトSx１，Sx２…が発生する。次に
これらの長円スポツトSx１，Sx２…を、回折格
子Ａでｙ方向に回折させることにより、ｙ方向に
も複数の長円スポツトが発生し、かつ隣接する長
円スポツトの端部同士が重なることで、複数のス
リツト光ｌ１，ｌ２…となる。

なおシリンドリカルレンズ９は、２つの回折格
子Ａ，Ｂの後に置いても、あるいは中間に置いて
も、同様な作用が得られる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような従来の方法では、スリツト光ｌ１，
ｌ２…の明るさは、光軸８上の部分を最高とし
て、周辺部にいく程次第に暗くなるので、第３図
のように特定の１本のスリツト光のみを区別する
には、２つのスリツト光源２，４を必要とする。
しかもスリツト光同士を重ねるための位置合わせ
が困難である。

本発明の技術的課題は、従来のマルチスリツト
光を使用して三次元計測する場合のこのような問
題を解消するために、１つのマルチスリツト光源
で基準となる高輝度スリツトも同時に発生可能と
することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図ａは本発明によるマルチスリツト光の発
生方法の基本原理を説明する分解斜視図である。
６は単一波長の平行光であり、例えば半導体レー
ザLDから出射した発散光をコリメートレンズ７
でコリメートすることにより、発生させる。この
平行光６の光軸８上に、回折方向が互いに直行す
る２つの回折格子ＡとＢ、並びにシリンドリカル
レンズ９が配置されている。このシリンドリカル
レンズ９の軸方向と片方の回折格子Ｂの回折方向
が一致している。そしてこのシリンドリカルレン
ズ９の軸方向と回折方向が一致している方の回折
格子Ｂは、その回折格子部１０の端部が光軸８上
に位置し、ｃで示すように、入射光の一部が回折
格子部１０に照射され、他の一部は回折格子でな
い個所１１に照射される。回折方向がシリンドリ
カルレンズ９の軸方向と直角の回折格子Ａでは、
ｂに示すように、回折格子部１０の中央に入射光
が照射される。

２つの回折格子Ａ，Ｂとシリンドリカルレンズ
９が、前記の条件で配置されておれば、光軸８上
における前後関係は任意でよい。

〔作用〕

光軸８上において、平行光６の入射側から、回
折方向がシリンドリカルレンズ９の軸方向ｘと直
角の回折格子Ａ、回折方向がシリンドリカルレン
ズ９の軸方向ｘと平行の回折格子Ｂ、そしてシリ
ンドリカルレンズ９の順に配置されている。回折
格子Ａに入射する平行光６は、Ｓで示すような真
円の光スポツトになるが、回折格子Ａを透過して
回折されると、回折方向ｙ軸上に複数の光スポツ
トＳ１，Ｓ２…が発生する。そして次に回折方向
が直角の回折格子Ｂを通過すると、前記のスポツ
ト列Ｓ１，Ｓ２…が、ｘ方向に回折されること
で、ｘ１，ｘ２，ｘ３…上に、スポツト列Ｓ１，
Ｓ２…が発生し、光スポツトがマトリツクス状に
発生する。このとき、回折格子Ｂ上で、入射する
各光スポツトＳ１，Ｓ２…は、それぞれの一部の
みが回折格子部１０を透過して回折され、他の一
部は回折格子でない部分１１を素通りする。その
ため、中央のｘ３位置のｙ軸上のスポツト列Ｓ
１，Ｓ２，Ｓ３…は、回折光と素通り光との和に
より、他のスポツト列より輝度が高くなる。次い
でシリンドリカルレンズ９を透過すると、各光ス
ポツトは、シリンドリカルレンズ９の軸方向と直
角方向すなわちｙ軸方向に拡大され、長円状にな
る。その際隣接する長円同士が一部重なること
で、スリツト光ｌ１，ｌ２，ｌ３…となる。そし
て、光軸８上のスリツト光ｌ３のみは、他のスリ
ツト光より輝度が高いので、このスリツト光ｌ３
を基準光とすることができる。

〔実施例〕

次に本発明によるマルチスリツト光の発生方法
が実際上どのように具体化されるかを実施例で説
明する。第２図は本発明の実施例を示す分解斜視
図であり、光軸８上における各光学素子の前後関
係は、第４図の従来例と同じである。すなわち光
軸８上に、単一波長のレーザ光を発生する半導体
レーザLD、コリメートレンズ７、シリンドリカ
ルレンズ９、回折方向が該シリンドリカルレンズ
９の軸方向と直角の回折格子Ａ、該回折格子Ａと
回折方向が直角の回折格子Ｂ、の順に配置されて
いる。そのため、第４図の場合と同様に、半導体
レーザLDを出射した発散光は、コリメートレン
ズ７で平行光６に変換された後、シリンドリカル
レンズ９を通過することで、ｙ軸方向に拡大され
て長円光スポツトSaとなる。この断面が長円の
光が回折格子Ａを透過してｙ軸方向に回折される
ことで、断面が長円の光がSa１，Sa２…のよう
に、ｙ軸方向に複数本発生し、かつ隣接する光の
端部同士が重なることで、１本のスリツト光ｌと
なる。ここまでは、第４図の場合と全く同じであ
る。次の回折格子、すなわち回折方向がシリンド
リカルレンズ９の軸方向と平行な回折格子Ｂは、
その回折格子部１０の端部が、光軸８上に位置す
るようにずらして配置されている。そのため、入
射するスリツト光ｌのほぼ半分のみが回折格子部
１０を通過して回折され、残りの半分は回折され
ずに素通りする。そのため、回折格子Ｂを透過後
は、光軸８上のスリツト光ｌ３は、回折しない光
と回折した光の和になり、他のスリツト光は回折
した光のみから生成される。そのため、スリツト
光ｌ３だけがひときわ明るく輝いたマルチスリツ
ト光となる。

第４図、第５図においては、スリツト光ｌ１，
ｌ２…の明るさは、光軸８上の部分を最高とし
て、周辺部にいく程次第に暗くなるが、本発明で
は、光軸８上の１本のスリツト光ｌ３のみが特別
に明るく、他は総て暗くなるので、１つのマルチ
スリツト光源で、第３図において基準となる特別
に明るいスリツト光も同時に発生させることがで
き、かつ位置合わせの操作も要しない。

なお、受光素子となるカメラ３の絞りを絞つ
て、輝度の高い中心のスリツト光ｌ３のみを撮影
すれば、等価的に単一スリツト光を投影したのと
同じ画像を得ることができるし、逆に開ければ総
てのスリツト光ｌ１，ｌ２…を撮影することがで
きるため、従来のマルチスリツト光を投影したの
と同様になる。これはカメラの絞りの調整でな
く、画像前処理におけるしきい値レベルを変えて
も同じことが実現できる。

第２図においては、コリメートレンズ７側か
ら、シリンドリカルレンズ９、回折方向がシリン
ドリカルレンズ９の軸方向と直角の回折格子Ａ、
回折方向がシリンドリカルレンズ９の軸方向と平
行の回折格子Ｂの順に配置されているが、これら
の配置は任意でよい。回折方向がシリンドリカル
レンズ９の軸方向と平行の回折格子Ｂの回折格子
部分１０の端部が、光軸８上に位置するように、
ずらして配置すれば足りる。例えば第１図のよう
に、両回折格子Ａ，Ｂの後にシリンドリカルレン
ズ９を配置してもよい。ただし、両者の距離を大
きくすると、スリツト光の上下がシリンドリカル
レンズ９の大きさに依存して切れる恐れがあるの
で、なるべく近接させることが必要である。

またシリンドリカルレンズ９として、半円柱状
のものを例示したが、機能的にシリンドリカルレ
ンズ９と同様に断面が長円ないし長い光を生成で
きる非等方レンズであれば、総てシリンドリカル
レンズの概念に含まれるものとする。例えばホロ
グラム記録媒体上に、片方から平行光を照射し、
他方から断面が長い収束光を照射してホログラム
を作成することでも、同じ作用が得られる。

回折格子Ａ，Ｂとしては、数十本の光フアイバ
ーを平行に並べてなるフアイバーアレイが適して
いるが、他の回折格子でもよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、シリンドリカル
レンズ９の軸方向と平行方向に回折する回折格子
の回折格子部の端部が、光軸８上に位置するよう
に配置するので、光軸８上のスリツト光ｌ３の
み、回折光と素通りの光とで輝度が大きくなる。
そのため、１つのマルチスリツト光源で、基準と
なるスリツト光も発生することが可能となり、か
つ従来のように、スリツト光同士が重なるように
位置合わせする作業も不必要となるので、取扱い
が簡便となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるマルチスリツト光の発生
方法の基本原理を説明する分解斜視図と光軸に対
する回折格子の位置を示す正面図、第２図は本発
明の方法の実施例を示す分解斜視図、第３図はマ
ルチスリツト光による三次元計測方法を示す斜視
図、第４図、第５図は従来のマルチスリツト光の
発生方法を示す分解斜視図である。 図において、６は平行光、７はコリメートレン
ズ、８は光軸、９はシリンドリカルレンズ、Ａは
回折方向がシリンドリカルレンズの軸方向と直角
の回折格子、Ｂは回折方向がシリンドリカルレン
ズの軸方向と平行の回折格子、１０は回折格子
部、１１は回折格子でない部分、LDは半導体レ
ーザ、Ｓ１，Ｓ２…は光スポツト、ｌ１，ｌ２…
はスリツト光をそれぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 単一波長の平行光６の光軸８上に、回折方向
   が互いに直交する２つの回折格子ＡとＢおよび軸
   方向が１つの回折格子Ｂの回折方向と平行のシリ
   ンドリカルレンズ９を配置し、 回折方向がシリンドリカルレンズ９の軸方向と
   平行の回折格子Ｂに入射する光スポツトは、その
   一部が回折格子部１０に照射され、他の一部は回
   折格子部以外１１に照射されるように配置するこ
   とを特徴とするマルチスリツト光の発生方法。