JPS62144005A

JPS62144005A - マルチスリツト光の発生方法

Info

Publication number: JPS62144005A
Application number: JP28476785A
Authority: JP
Inventors: Tsugito Maruyama; 次人丸山; Keiji Kahara; 花原　啓至; Shinji Kanda; 真司神田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1985-12-18
Filing date: 1985-12-18
Publication date: 1987-06-27
Also published as: JPH0339603B2

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】〔概要〕平行光の光軸上に、回折方向か互いに直交する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木の
み他のスリット光より輝度を明るくする。

〔産業上の利用分野〕

産業用ロボットにおいて、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
るマルチスリット光源が、計測時間の短縮のために有効
な手法として、その必要性が高まっている。本発明は、
このような用途に適するマルチスリット光の発生方法に
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ッ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、マルチスリット光源２によって発生させた
スリット光！１、ａ２・・・を照射し、各スリン１−光
Ｎｌ、ｆｆ２・・・と物体１との交点をカメラ３で撮影
する。このとき、スリット光１１．１２・・・と投影点
Ｐ１、Ｐ２・・・とを対応付けする必要がある。そのた
めに別にスリット光源４を使用して１木の基準スリット
光５を発生させる。スリット光源４の基準スリット光５
をマルチスリット光源２のある１大のスリット光面とち
ょ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ット光源を利用した場合の対応
付は問題の解決を図っている。これは、マルチスリット
光源２で発生するスリット光／１．β２・・・は総で輝
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
て提富した従来のマルチスリッ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
円の光スポットＳとなるが、３ｇＷ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
ポットとなる。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（Ｘ方向
）上に複数の長円スポツ）Ｓａｌ　、　Ｓａ２・・・が
発生し、かつ隣接する長円スポットの端部同士が重なる
ことで、１本のスリット光ρとなる。このスリット光β
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）に複数本のスリッ
ト光１１．１２・・・が発生ずる。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っているものとする。

第３図におけるスリット光１１．１２・・・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の位置を入れ換えたものである。したがって
シリンドリカルレンズ９から出射した長円の光スポット
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、複数の長円スポットＳｘｌ　、Ｓｘ２・・
・が発生する。次にこれらの長円スポツ）Ｓｘｌ　、　
Ｓｘ２・・・を、回折格子ＡでＸ方向に回折させること
により、Ｘ方向にも複数の長円スポットが発生し、かつ
隣接する長円スポットの端部同士が重なることで、複数
のスリット光！■、１２・・・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、スリット光ｉ１．１２・・
・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
のスリット光のみを区別するには、２つのスリット光ａ
、２．４を必要とする。しかもスリット光同士を重ねる
ための位置合わせが困難である。

本発明の技術的課題は、従来のマルチスリット光を使用
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つのマルチスリット！［で基準となる高輝度ス
リッ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（ａｌは本発明によるマルチスリット光の発生方
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−４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、
（Ｃ１で示すように、入射光の一部が回折格子部１０に
照射され、池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、（ｂｌ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。回折格子部に入射する平行光６は、Ｓで
示すような真円の光スポットになるが、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ノ
）ＳＬ、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、前記のスポット列Ｓ１
、Ｓ２・・・が、Ｘ方向に回折されることで、×１、Ｘ
２、Ｘ３・・・上に、スポット列Ｓ１、Ｓ２・・・が発
生し、光スポットがマトリックス状に発生する。このと
き、回折格子Ｂ上で、入射する各光スポソ）Ｓｌ、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×３位置のｙ軸上のスポッ
ト列Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３・・・は、回折光と素通り光との
和により、他のスポッ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、各光スポットは
、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、スリット光１１．１２、ｅ
３・・・となる。そして、光軸８上のスリット光１３の
みは、他のスリット光より輝度が高いので、このスリッ
ト光２３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ッ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しＤ１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ット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Ｓａｌ　、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木のスリット光β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ｌＯ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、入射するスリット光ｅ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上のスリット
光！３は、回折しない光と回折した光の和になり、他の
スリット光は回折した光のみから生成される。そのため
、スリット光１３だけがひときわ明るく輝いたマルチス
リット光となる。

第４図、第５図においては、スリット光ａ１．１２・・
・の明るさは、光１１ｉＩＩＩａ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本のスリット光ｐ３のみが特別に明るく、他は
総て暗くなるので、１つのマルチスリット光源で、第３
図において基準となる特別に明るいスリット光も同時に
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の絞りを絞って、輝度の
高い両心のスリット光ｐ３のみを撮影すれば、等価的に
単一スリッ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ット光ｅ１、β２・・
・を↑晶形することができるため、従来のマルチスリッ
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、コリメートレンスフ側から、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、スリット
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
光を閘射し、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、数十本の光ファイバーを平行
に並べてなるファ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上のスリット光１３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つのマルチスリット光源
で、基準となるスリット光も発生することが可能となり
、かつ従来のように、スリッ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、取扱いが節便と
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ッ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
を示す分解斜視し１、第３図はマルチスリット光による
三次元計測方法を示す斜視図、第４図、第５図は従来の
マルチスリッ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、ｓｌ、Ｓ２・・・は光スポット、Ｎｌ
、／！２・・・ばスリット光をそれぞれ示す。マｊレテス）ノ・汗拐−（テ托三ご矢元痔七頁リカ法第
３図

Claims

【特許請求の範囲】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）に入射する光スポットは、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
するマルチスリット光の発生方法。