JPS63145907A - スリツト光照射装置 - 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】 〔４既　　要〕 本発明は、光源体から出射した単一波長楕円光をコリメ
ートレンズにより平行スポット光に変え、次いでスリッ
ト板により細長いスポット光に形状整形した後、回折格
子によりスポット光を回折し、更に、回折されたスポッ
ト光群を円筒レンズにより伸長させてスリット光を得る
スリット光照射装置において、光源体に対し、コリメー
トレンズ、スリット板、回折格子及び円筒レンズを微調
整可能とし、最も鮮明で最もスリット光幅が狭く且つ最
も高輝度のスリット光を得ることができるようにしたも
のである。

゛〔産業上の利用分野〕 本発明は、光切断法による物***置の三次元計測、距離
画像生成等における構造照明装置として用いられるスリ
ット光照射装置に関し、更に詳しくは、スリット光幅が
狭く且つ高輝度のスリット光を得ることができるスリッ
ト光照射装置に関する。

産業用ロボットにおいては物体の位置を三次元的に計測
し認識することが望まれている。三次元計測法として、
スリット光を利用した投光法は２眼立体視法と共に有効
な方法として広く利用されている。このような三次元計
測において計測装置値の分解能を向上させるためには、
スリット光幅が狭く且つ高輝度のスリット光を得る必要
がある。

〔従来の技術〕

第１０図はマルチスリット光発生原理を示す分解斜視図
である。この図において、第１回折格子ＦＧＩ及び第２
回折格子ＦＣ２はそれぞれ回折方向が直交座標系（ｘ、
　　ｙ＋　　ｚ）のｙ、　　Ｘ方向に一致するように配
置され、また、円筒レンズＣＹＬは曲率方向がＸ方向に
一致するように配置される。

発光源として単一波長光を出すレーザダイオードＬＤが
使用され、レーザダイオードＬＤはコリメートレンズＣ
ＯＬの焦点位置に配置される。レーザダイオードＬＤが
ら出る光は通常はぼ楕円形の横断面形状を有する。レー
ザダイオードＬＤがら出たスポット光はコリメートレン
ズＣＯＬにより平行スポット光に変換され、その後、形
状整形用のスリットｊ５ｓＰにより更に細長の横断面形
状に整形される。このスポット光は単一波長であるため
、第１回折格子ＦＧＩを透過することによりＸ方向に回
折されて一次元スポット光群ＳＬＩが生成される。その
後、−次元スポット光群ＳＬＩの各々のスボ−／　）光
は第２回折格子ＦＧ２を透過することによりＸ方向にも
回折されて二次元スポット光群ＳＬ２が生成される。二
次元スポット光群ＳＬ２の各々のスポット光は円筒レン
ズＣＹＬによりＸ方向に伸長され、隣接するスポット光
が重なり合うことにより、複数本のスリット光ＳＬ３が
生成される。なお、第１回折格子ＦＧ２を省略すれば、
単一のスリット光を得ることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

原理的には上記のように構成することによってマルチス
リット光又は単一のスリット光を生成することができる
が、高輝度の鮮明なスリット光を得るためには各構成部
品を精密に位置合せする必要がある。すなわち、レーザ
ダイオードＬＤをコリメートレンズＣＯＬの焦点位置に
正確に配置する必要があり、レーザダイオードから出る
楕円形スポット光の長軸方向にスリ・ノド板ＳＰのスリ
ット長さ方向を一致させる必要があり、回折格子ＦＧ１
．ＦＧ２の回折方向をそれぞれ楕円形スポット光の短軸
方向及び長軸方向に一致させる必要があり、更に、円筒
レンズＣＹ、Ｌの曲率方向を楕円形スポット光の長軸方
向に一致させる必要がある。上述した各々の構成部品の
位置がずれていると生成されるスリット光の幅が広くな
り且つその境界が不鮮明となり輝度の低いスリット光と
なる。

したがって、生成されるスリット光のスリット光幅が最
も狭くなり、生成されるスリット光が最も鮮明となり、
生成されるスリット光の輝度が最も高くなるように各構
成部品の位置の微調整を行なうことができるスリット光
照射装置の構造が必要になっている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によれば、光軸に垂直な横断面形状がほぼ楕円形
の単一波長の光を出す光源体と、光源体から出た光を平
行スポット光に変換するためのコリメートレンズと、コ
リメートレンズを保持するコリメートレンズホルダと、
コリメートレンズホルダ及び光源体を同軸に保持する第
１鏡筒と、コリメートレンズから出たスポット光の横断
面形状を更に細長く整形するためのスリット板と、スリ
ット板により形状整形されたスポット光を回折して複数
個のスポット光からなるスポット光群に変換するための
回折格子と、回折格子を保持する回折格子ホルダと、回
折格子により生成されたスポット光群の各々のスポット
光を伸長させるための円筒レンズと、円筒レンズを保持
する円筒レンズホルダと、上記第１鏡筒、スリット板、
回折格子ホルダ及び円筒レンズホルダを同軸に保持する
第２鏡筒と、コリメートレンズホルダを第１鏡筒に対し
固定するための第１固定手段と、第１鏡筒、スリット板
、回折格子ホルダ及び円筒レンズホルダを第２鏡筒に対
しそれぞれ固定するための第２ないし第５固定手段とを
備え、コリメートレンズホルダが第ト鏡筒に対し軸線方
向に微調整可能とされており、第１鏡筒、スリット板、
回折格子ホルダ及び円筒レンズホルダが第２鏡筒の軸線
周りに微調整可能とされていることを特徴とするスリッ
ト光照射装置が提供される。

〔作　用〕

本発明によるスリット光照射装置においては、生成され
るスリット光のスリット光幅が最も狭くなり、生成され
るスリット光が最も鮮明となり、生成されるスリット光
の輝度が最も高（なるように、次のような順序で、各構
成部品の位置のａｌｌ整を行なうことができる。

まず、コリメートレンズホルダを第１鏡筒に保持させて
、光源体がコリメートレンズの焦点位置に配置されるよ
うに、第１鏡筒に対してコリメートレンズホルダを軸線
方向に微調整し、その後、第１固定手段によりコリメー
トレンズホルダを第１鏡筒に対し固定する。

次に、第１鏡筒とスリット板とを第２鏡筒に保持させ、
第１鏡筒又はスリット板のどちらか一方を対応する固定
手段（第２又は第３固定手段）により第２鏡筒に固定し
、コリメートレンズから出たスポット光の楕円長軸方向
とスリット板のスリット長手方向とが一致するように、
他方を第２鏡筒に対し軸線周りに微調整し、その後、該
他方を対応する固定手段（第２又は第３固定手段）によ
り第２鏡筒に固定する。

次に、回折格子ホルダを第２鏡筒に保持させ、回折格子
により生成されるスポット光群が所望の整列状態となる
ように回折格子ホルダを第２鏡筒に対し軸線周りに微調
整し、その後、回折格子ホルダを第４固定手段により第
２鏡筒に固定する。

次に、円筒レンズホルダを第２鏡筒に保持させ、円筒レ
ンズによるスポット光の伸長方向が所望の方向となるよ
うに円筒レンズホルダを第２鏡筒に対し軸線周りに′４
ｊｌＸ調整し、その後、円筒レンズホルダを第２鏡筒に
対し固定する。

そして、好ましくは、その後、第２固定手段を弛めて、
光源体から出る楕円スポット光の長軸方向とスリット板
、回折格子及び円筒レンズによるスポット光の伸長方向
とが一致するように、第１鏡筒を第２鏡筒に対し軸線周
りに微調整した後、第１鏡筒を第２固定手段により第２
鏡筒に固定する。

以上の調整により、最もスリット光幅が狭（且つ最も鮮
明で高輝度のスリット光を得ることができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

（１）　　スリット光照射装置の構成 第１図ないし第７図は本発明によるスリット光照射装置
の一実施例を示すものである。はじめに第１図を参照す
ると、スリット光照射装置は光軸に垂直な横断面形状が
ほぼ楕円形の単一波長の光を出す光源体としてのレーザ
ダイオード１１と、レーザダイオード１１から出た光を
平行スポット光に変換するためのコリメートレンズ１２
とを備えている。レーザダイオード１１は円筒状の第１
鏡筒１３内の所定位置に同軸に固定されている。

コリメートレンズ１２は円筒状のコリメートレンズホル
ダ１４内の所定位置に同軸に固定されている。コリメー
トレンズホルダ１４の外周には第１鏡筒１３の内周に設
けられた内側ねじ部１３ａに螺合可能な外側ねじ部１４
ａが設けられており、外側ねじ部１４ａと内側ねじ部１
３ａとの螺合によってコリメートレンズホルダ１４が第
１鏡筒１３に対し同軸に保持されるようになっており、
また、第１鏡筒１３に対しコリメートレンズホルダ１４
を回することによりコリメートレンズホルダ１４を第１
鏡筒１３に対し光軸方向に′Ｒ１，調整できるようにな
っている。コリメートレンズホルダ１４を第１鏡筒１３
に対し固定するための第１固定手段としての第１ねじ１
５は第１鏡筒１３に半径方向に設けられたねじ穴に螺合
している。

更に、スリット光照射装置は、コリメートレンズ１２か
ら出たスポット光の横断面形状を更に細長く整形するた
めのスリット孔１６ａを有するディスク状のスリット板
１６と、スリット板１６により形状整形されたスポット
光を回折して複数個のスポット光からなるスポット光群
に変換するための回折格子１７と、回折格子１７により
生成されたスポット光群の各々のスポット光を伸長させ
るだめの円筒レンズ１８とを備えている。

ここでは、マルチスリット光を得るための回折格子１７
が用いられている。その回折格子１７は第１０図の原理
図で示す２つの回折格子ＦＧＩ。

ＦＧ２を一体化した構造の二次元回折格子であり、光軸
方向に入射した単一波長の平行光を互いに直交する２方
向（第１０図の原理図においてｙ方向及びＸ方向）に回
折できるようになっている。

回折格子１７は円環状の回折格子ホルダ１９内に同軸に
保持されて回折格子ホルダ１９の内周ねじ部１９ａに螺
合するねじ環２０により回折格子ホルダ１９内に固定さ
れている。

円筒レンズ１８は円筒状の曲面を有している。

円筒レンズ１８は円環状の円筒レンズホルダ２１内にそ
の光軸が円筒レンズホルダ２１の軸線と同軸になるよう
に保持されて円筒レンズホルダ２１の内周ねじ部２１ａ
に螺合するねし環２２により円筒レンズホルダ２１内に
固定されている。

更に、スリット光照射装置は、第１鏡筒１３、スリット
板１６、回折格子ホルダ１８及び円筒レンズホルダ１９
を同軸に保持するための円筒状の第２鏡筒２３を備えて
いる。

ここでは、第１鏡筒１３の外周には第２鏡筒２３の一端
部側内周に形成された内側ねじ部２３ａに螺合する外側
ねじ部１３ｂが設けられており、外側ねじ部１３ｂと内
側ねじ部２３ａとの螺合により第１鏡筒１３が第２鏡筒
に対し同軸に且つ軸線周りに微調整可能に保持されてい
る。第１鏡筒工３を第２鏡筒２３に対し固定するための
第２固定手段としての第２ねじ２４は第２鏡筒２３に半
径方向に設けられたねじ穴に螺合している。

スリット板１６、回折格子ホルダ１９及び円筒レンズホ
ルダ２１は同一外径を有している。第２鏡筒２３の他端
部側にはこれらスリット板１６、回折格子ホルダ１９及
び円筒レンズホルダ２１を同軸に且つ回転可能に保持す
るための保持穴２３ｂが形成されており、スリット板１
６は第２鏡筒２３の保持穴２３ｂの内端の段差部２３ｃ
に当接されるようになっている。

第４図〜第６図にそれぞれ示すように、スリット板１６
、回折格子ホルダ１９及び円筒レンズホルダ２１の外周
にはピン等の工具（図示せず）の先端が係合する切欠き
１６ｂ、１９ｂ、２１ｂがそれぞれ設けられている。一
方、第２図及び第３図に示すように、第２鏡筒２３には
ビン等の工具を通すためのスリット２３ｄが設けられて
いる。

したがって、この実施例では、スリット２３ｄに通した
工具を第２鏡筒２３の保持穴２３ｂ内に挿入したスリッ
ト板１６、回折格子ホルダ１９及び円筒レンズホルダ２
１の切欠き１６．ｂ、　　１９　ｂ。

２１ｂに係合させて円周方向に移動させることにより、
スリット板１６、回折格子ホルダ１９及び円筒レンズホ
ルダ２１の軸線周りの微調整を行なうことができる。

スリット板１６、回折格子ホルダ１９及び円筒レンズホ
ルダ２１を第２鏡筒に対し固定するための第３〜第５固
定手段としての第３〜第５ねし２５〜２７は第２鏡筒２
３に半径方向に設けられたねじ穴にそれぞれ螺合してい
る。ここでは、第１図及び第４図ないし第６図にそれぞ
れ示すように、スリット板１６、回折格子ホルダ１９及
び円筒レンズホルダ２１の外周には７字状溝１６Ｃ２１
９ｃ、２１ｃがそれぞれ円周方向に形成されており、第
３〜第５ねし２５〜２７はそれぞれスリット板１６、回
折格子ホルダ１９及び円筒レンズホルダ２１の７字状溝
１６ｃ、１９ｃ、２１ｃに係合するようになっている。

第１図から判るように、第４及び第５ねし２６．２７は
回折格子ホルダ１９及び円筒レンズホルダ２１のＶ字状
溝１９Ｃ９２１Ｃに対してその中心よりもスリット板１
６側の側面に当接するように位置決めされている。した
がって、第４及び第５ねじ２６．２７の締付は力により
、回折格子ホルダ１９及び円筒レンズホルダ２１がスリ
ット板１６の端面に押し付けられるので、スリット板１
６と回折格子ホルダ１９との間及び回折格子ホルダ１９
と円筒レンズホルダ２１との間の摩擦力が増大し、スリ
ット板１６、回折格子ホルダ１９及び円筒レンズホルダ
２１の固定力が増大する。

（２）スリット光照射装置の組付は調整方法衣に、上記
構成を有するスリット光照射装置の各構成部品の組付は
調整方法を説明する。

まず、第１鏡筒１３にはレーザダイオード１１を取り付
け、コリメートレンズホルダ１４にはコリメートレンズ
１２を取り付け、回折格子ホルダ１９には回折格子１７
を取り付け、円筒レンズホルダ２１には円筒レンズ１８
を取り付けておく。

次に、コリメートレンズホルダ１４を第１鏡筒１３に螺
合させてレーザダイオード１１を発光させ、第７図に示
すように、コリメートレンズ１２から出たスポット光を
光軸上に配置したスクリーン３０に照射させ、スクリー
ン３０上のスポット光映像をカメラ３１で撮影してモニ
タする。なお、スポット光が可視光であれば、肉眼でス
クリーン３０上のスポット光映像を観察してもよい。

第１鏡筒１３に対しコリメートレンズホルダ１４を回転
させてその螺合位置を軸線方向に変化させると、スクリ
ーン３０上のスポット光映像は大きくなったり小さくな
ったりする。レーザダイオード１１がコリメートレンズ
１２の焦点位置にあってコリメートレンズ１２から出た
スポット光が平行光になっている場合には、第１鏡筒１
３及びコリメートレンズホルダ１４に対しスクリーン３
０の位置を光軸方向に変化させてもスクリーン３０上の
スポット光映像の大きさは変化しない。

したがって、そのような状態が得られるようにコリメー
トレンズホルダ１４を第１鏡筒１３に対して軸線方向に
微調整し、その後、第１ねじ１５によりコリメートレン
ズホルダ１４を第１鏡筒１３に対し固定する。

次に、第１鏡筒１３とスリット板１６とを第２鏡筒２３
内に保持させ、第１鏡筒１３又はスリット板１６のどち
らか一方を固定手段（第２又は第３固定ねじ２４．２５
）により第２鏡筒２３に固定する。ここでは、スリット
板１６を第２鏡筒２３に固定したとする。スリット板１
６から出たスポット光を、上記と同様に、スクリーン３
０に照射し、スクリーン３０上のスポット光映像をモニ
タする。第２鏡筒２３に対し第１〜第１３を回転させる
と、細長い楕円形ないし長円形のスポット光映像の長さ
が長くなったり短かくなったりし、その輝度が変化する
。そして、コリメートレンズ１２から出るほぼ楕円形の
スポット光の楕円長軸方向とスリット板１６のスリット
長手方向とが一致したときにスポット光映像が最も細長
くなり、且つ、その輝度が最も高くなる。その位置で第
１鏡筒１３を第２ねじ２４により第２鏡筒２３に固定す
る。

次に、回折格子ホルダ１９を第２鏡筒２３内に保持させ
てスリット板１６から出たスポット光を回折格子１７に
より回折させると、スクリーン３０上には第８図（ａ）
又は（ｂｌに示すようなスポット光群の映像が得られる
。回折格子１７による回折方向（ｘ、　　ｙ方向）のう
ちの１つとスリット板１６から出たスポット光の長手方
向とが一致していると、第８図（ａｌに示すように、ス
クリーン３０上のスポット光群の各スポット光映像の長
手方向は一方の回折方向（図示例ではｙ方向）と−敗し
、その輝度は最も高くなるが、回折格子１７による回折
方向とスリット板１６から出たスポット光の長手方向と
が一敗していないと、第８図（ｂｌに示すように、スク
リーン３０上のスポット光映像の長手方向が回折方向（
ｘ、　　ｙ方向）と一致せず、斜めに傾いた映像になり
、輝度は低下する。したがって、第８図（ａ）に示す映
像が得られるように回折格子ホルダ１９を第２鏡筒２３
内で軸線周りに微調整し、位置が定まったら第４ねじ２
６により回折格子ホルダ１９を第２鏡筒２３に固定する
。

次に、円筒し、ンズホルダ２１を第２鏡筒２３内に保持
させて円筒レンズホルダ２１を透過したスポット光群を
スクリーン３０上に写し出すと、スクリーン３０上には
第９図（ａｌ又は（ｂ）に示すようなスポット光群の映
像が得られる。円筒レンズ１８の曲率方向がスポット光
の長手方向に一敗する回折方向（図示例ではｙ方向）と
一致していると、各スリット光はその長手方向に一致す
る回折方向（ｙ方向）に伸長されるので、第９図（ａｌ
に示すように、スクリーン３０上のスポット光群の各ス
ポット光映像が長手方向に重なり合い、最も鮮明で最も
細いスリット光群が得られ、その輝度は最も高くなるが
、円筒レンズ１８の曲率方向が該回折方向（ｙ方向）と
一致していないと、第９図（ｂ）に示すように、不鮮明
で輝度の低い映像となる。したがって、第９図（ａ）に
示す映像が得られるように円筒レンズホルダ２１を第２
鏡筒２３内で軸線周りに微調整し、位置が定まったら第
５ねじ２７により円筒レンズホルダ２１を第２鏡筒２３
に固定する。

以上の調整作業により、最も鮮明で最も細く且つ最も輝
度が高いマルチスリット光が得られる。

なお、更にその後、第２ねじ２４を弛め、スリット板１
６、回折格子１７及び円筒レンズ１８によるスポット光
の伸長方向とレーザダイオード１１から出た楕円スポッ
ト光の長軸方向とが正しく一致するように、第１鏡筒１
３を第２鏡筒２３に対し再度軸線周りに微調整するのが
好ましい。スリット板１６、回折格子１７及び円筒レン
ズ１８によるスポット光の伸長方向とレーザダイオード
１１から出た楕円スポット光の長軸方向とが正しく一致
すると、スクリーン３０上のスリット光群の輝度が最も
高くなるので、その位置で第２ねじ２４により第１鏡筒
１３を第２鏡筒２３に固定する。

（３）他の実施例 以上、図示実施例につき説明したが、本発明は上記実施
例の態様のみに限定されるものではない。

例えば、第１鏡筒１３と第２鏡筒２３とのねじ結合を省
略して単に第１鏡筒１３を第２鏡筒２３に回転可能に嵌
合させるようにしてもよい。また、スリット板１６、回
折格子ホルダ１９及び円筒レンズホルダ２１の外周のＶ
字状溝は省略してもよい。更に、単一のスリット光を得
る必要がある場合には、上述した二次元回折格子１７に
替えて第１０図に示す回折格子ＦＧＩと同じ一次元回折
格子を用いればよい。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、光源
体に対し、コリメートレンズ、スリット板、回折格子及
び円筒レンズを順次に微調整することができるので、最
も鮮明で最もスリット光幅が狭く且つ最も高輝度のスリ
ット光を得ることができるスリット光照射装置を提供で
きることとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すスリット光照射装置の
縦断面図、 第２図は第１図に示す第２鏡筒の端面図、第３図は第１
図に示す第２鏡筒の第２図中■−■線に沿った半断面側
面図、 第４図ないし第６図はそれぞれ第１図にすめしスリット
板、回折格子ホルダ及び円筒レンズホルダの斜視図、 第７図は第１図に示す光源体とコリメートレンズとの調
整方法を示す斜視図、 第８図（ａｌ、　（ｂ）はそれぞれ回折格子の回折方向
調整時のスポット光映像パターンを示す図、第９図（ａ
）、　（ｂ）はそれぞれ円筒レンズの曲率方向調整時の
スポット光映像パターンを示す図、第１０図は公知のマ
ルチスリット光発生原理を示す図である。 図において、１１は光源体としてのレーザダイオード、
１２はコリメートレンズ、１３は第１鏡筒、１４はコリ
メートレンズホルダ、１５は第１ねじ、１６はスリット
板、１７は二次元回折格子、１８は円筒レンズ、１９は
回折格子ホルダ、２１は円筒レンズホルダ、２３は第２
鏡筒、２４〜２７は第２〜第５ねじをそれぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光軸に垂直な横断面形状がほぼ楕円形の単一波長の
   光を出す光源体（１１）と、光源体から出た光を平行ス
   ポット光に変換するためのコリメートレンズ（１２）と
   、コリメートレンズを保持するコリメートレンズホルダ
   （１４）と、コリメートレンズホルダ及び光源体を同軸
   に保持する第１鏡筒（１３）と、コリメートレンズから
   出たスポット光の横断面形状を更に細長く整形するため
   のスリット板（１６）と、スリット板により形状整形さ
   れたスポット光を回折して複数個のスポット光からなる
   スポット光群に変換するための回折格子（１７）と、回
   折格子を保持する回折格子ホルダ（１９）と、回折格子
   により生成されたスポット光群の各々のスポット光を伸
   長させるための円筒レンズ（１８）と、円筒レンズを保
   持する円筒レンズホルダ（２１）と、上記第１鏡筒、ス
   リット板、回折格子ホルダ及び円筒レンズホルダを同軸
   に保持する第２鏡筒（２３）と、コリメートレンズホル
   ダを第１鏡筒に対し固定するための第１固定手段（１５
   ）と、第１鏡筒、スリット板、回折格子ホルダ及び円筒
   レンズホルダを第２鏡筒に対しそれぞれ固定するための
   第２ないし第５固定手段（２４〜２７）とを備え、 コリメートレンズホルダが第１鏡筒に対し軸線方向に微
   調整可能とされており、第１鏡筒、スリット板、回折格
   子ホルダ及び円筒レンズホルダが第２鏡筒の軸線周りに
   微調整可能とされていることを特徴とするスリット光照
   射装置。