JP2023026639A - スペックルレーザー線の発生を低減する系および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、共に係属中である2017年01月19日出願の米国特許仮出願第62/448,250号「SYSTEM AND METHOD FOR REDUCED-SPECKLE LASER LINE GENERATION」および2017年08月11日出願の米国特許出願第15/675,629号「SYSTEM AND METHOD FOR REDUCED-SPECKLE LASER LINE GENERATION」の優先権の利益を、35 U.S.C.§119(e)(1)に則って主張するものである。これらの先願の教示内容はこの参照により本出願に明示的に含まれる。
本開示は、レーザー線の生成および照射のためのシステム、装置、および方法に関する。特には本開示は、三次元(3D)の機械視覚(マシンビジョン)系中で使用できるようなレーザー線の生成および照射のためのシステム、装置、および方法に関する。
コヒーレント光を照射するように構成された光源と、
前記照射対象と前記光源との間の光路内に位置し、かつ前記コヒーレント光を、前記照射対象の少なくとも一部を横切る一つの面に沿って拡がる散光へと拡散するように構成され、かつ前記散光により前記照射対象が照らされることについて関連づけられた露光時間を有する、リニアディフューザーと、
前記光路内において、前記光源と前記リニアディフューザーとの間に位置するビーム偏向子と、
前記ビーム偏向子に結合した制御手段と
を含み、
前記散光が、前記一つの面に対して垂直な方向に沿っては概して拡がらないような平面ファン光を形成するものであり、
前記制御手段が、前記ビーム偏向子を稼動することで、前記散光により前記照射対象が照らされる前記露光時間内に、前記リニアディフューザー上の複数の位置を通って掃引するように、前記コヒーレント光が前記ビーム偏向子へと投射されるようにするように構成され、かつ
前記複数の位置が、前記リニアディフューザーを横切る距離にわたって存在し、前記距離が、前記平面ファン光の前記照射対象との交わりから反射する光について、撮像素子において十分に無相関なスペックルパターンを与え、前記散光により前記照射対象が照らされる前記露光時間内に前記撮像素子により撮像される際に非コヒーレント的に加算するものである
ことを特徴とする。
前記光路内において、前記リニアディフューザーと前記ビーム偏向子との間に位置するシリンダーレンズ
を含み、
前記シリンダーレンズが、前記リニアディフューザーに向けられた前記コヒーレント光のすべてを集約することで、効率を上げるための視野レンズとして機能する。
シリンダーレンズ
を含み、
前記リニアディフューザーが、前記ビーム偏向子と前記シリンダーレンズとの間に位置し、かつ、
前記シリンダーレンズが、前記照射対象に向けられた前記散光のすべてを集約することで、効率を上げるための視野レンズとして機能するように構成される。
前記リニアディフューザーが、前記ビーム偏向子の基部に対して静止し、
前記制御手段が、前記ビーム偏向子を稼動して、前記コヒーレント光が前記リニアディフューザーに対して周期的に左→右→左と掃引を行うように構成されることで、前記コヒーレント光が、前記散光により前記照射対象が照らされる前記露光時間内に、左→右→左と掃引するうちの左→右半分か右→左半分かのいずれかを介して誘導される。
視覚システムプロセッサと、
前記視覚システムプロセッサと結合するカメラ部品と、
前記視覚システムプロセッサと結合し、かつコヒーレント光を照射するように構成されるレーザービーム部品と、
前記コヒーレント光を受けるように設置されるビーム偏向子と、
前記ビーム偏向子と結合する制御手段と、
光路内において、照射対象と前記ビーム偏向子とのあいだに位置するリニアディフューザーと
を含み、
前記制御手段が、前記ビーム偏向子を稼動することで、前記コヒーレント光が前記ビーム偏向子へ投射されるように誘導し、前記リニアディフューザー上の複数の位置を通って掃引するように構成され、
前記リニアディフューザーが、前記複数の位置において、前記ビーム偏向子から受ける前記コヒーレント光を拡散して散光を得るように構成され、前記散光は、前記照射対象の少なくとも一部を横切る一つの面内に拡がるものであり、かつ、前記散光により前記照射対象が照らされることについて関連づけられた露光時間を有し、前記散光は、前記一つの面に対して垂直な方向に実質的に拡がらないような平面ファン光を形成し、
前記複数の位置が、前記リニアディフューザーを横切る距離にわたって存在し、前記平面ファン光の前記照射対象との交わりから反射する光について、撮像素子において十分に無相関なスペックルパターンを与えることで、前記散光により前記照射対象が照らされる前記露光時間内に、前記撮像素子により撮像される際に非コヒーレント的に加算する。
前記リニアディフューザーが、前記ビーム偏向子の基部に対して静止し、
前記制御手段が、前記ビーム偏向子を稼動して、前記コヒーレント光が前記リニアディフューザーに対して周期的に左→右→左と掃引を行うように構成され、かつ、前記制御手段が、前記ビーム偏向子を稼動して、前記コヒーレント光を、前記散光により前記照射対象が照らされる前記露光時間内に、左→右→左と掃引するうちの左→右半分か右→左半分かのいずれかを介して誘導するように構成される。
前記光路内にて、前記リニアディフューザーと前記ビーム偏向子との間に位置するシリンダーレンズ
を含み、
前記シリンダーレンズは、前記リニアディフューザーに向けられた前記コヒーレント光のすべてを集約することで、効率を上げるための視野レンズとして機能するよう構成される。
シリンダーレンズ
を含み、
前記リニアディフューザーが、前記ビーム偏向子と前記シリンダーレンズとの間に位置し、かつ、
前記シリンダーレンズが、前記照射対象に向けられた前記散光のすべてを集約することで、効率を上げるための視野レンズとして機能するように構成される。
前記カメラ部品が、
前記平面ファン光の前記照射対象との交わりから反射する光を捕捉し、
捕捉した光から画像データを生成する
ように構成される。
前記視覚システムプロセッサが、
前記カメラ部品から前記画像データを受信し、
前記画像データを処理して、前記照射対象の領域における測定および検査のうちの少なくとも一方を行う
ように構成される。
平行ビームの形態であるレーザー源と、
前記平行ビームの少なくとも一部を受けて、通過する光を作業面上へと光線として投射する、光線生成器と、
前記平行ビームを、実質的に一つ以上の面内で振動運動を以って動かす、可動部と
を含む。
さらに
前記可動部と動作可能に接続する、可動ビーム偏向子
を含む。
ビーム分割子と、
前記ビーム分割子からの戻り反射を低減し、前記ビームを前記ビーム偏向子へと導く、偏光子部品
を含む。
(a) 振動する前記レーザー源と前記光線生成器との間に位置する、および(b) 前記光線生成器と一体化し、かつ振動する前記レーザー源と前記光線生成器との間に位置する、のうちのいずれかである視野レンズ
を含む。
平行ビームの形態のレーザー源を照射するステップと、
前記平行ビームを、光線生成器を通り、前記作業面上へと伝送するステップと、
前記平行ビームを、実質的に一つの面内で振動運動をするように、前記平行ビームを振動させるステップと
を含む。
前記作業面上に投射される前記光線の少なくとも一部を、センサー(撮像素子)により捕捉するステップと、
前記センサーにより、捕捉した光から画像データを生成するステップと
を含む。
前記画像データを処理して、前記作業面の領域上の測定および検査のうちの少なくとも一方を行うステップ
を含む。
前記ビーム偏向子を、第一の軸の周りに第一の速度で振動させ、かつ前記第一の軸に実質的に直交する第二の軸の周りに第二の速度で振動させるステップ
を含む。
平行光源と、
中心光軸の両側に、一種以上の所定の角度内にファン光を生成する、光学部品と、
前記光学部品と表面との間に位置し、前記ファン光が通過する、光線生成器と
を含む。
光軸に沿って表面を撮影する、視覚システムカメラと、
平行光源と、
前記平行光源を受け、前記光軸に対して非平行な角度を以って前記表面へと投射する、MEMS鏡と、
二以上の直交する自由度に沿って前記MEMS鏡を振動させることで、(a) 中心光軸の両側に、一種以上の所定の角度内に、第一の方向に沿ってファン光を生成し、(b) 前記ファン光を第二の方向に沿って動かして前記ファン光に表面を走査させる、鏡制御手段と、
前記MEMS鏡と前記表面との間に位置し、前記ファン光が通過する、光線生成器と
を含む。
面内の掃引する周期的運動を以って動く平行ビームの形態である、振動レーザー源と、
動く前記平行ビームを受け、光を通して前記作業面上へ直線として投射する、光線生成器と
を含む。
前記振動レーザー源と前記光線生成器との間に位置する視野レンズ
を含む。
平行ビームの形態であるレーザー源を、面内で周期掃引運動をするように振動させるステップと、
前記平行ビームを、光線生成器を通し、作業面上に直線として伝送するステップと
を含む。
前記作業面からの(前記光線を含んだ)反射光を、視覚システムセンサーにより受けるステップと、
前記視覚システムセンサーにより生成された画像データを処理するステップと
を含む。
平行光源と、
中心光軸の両側に、一種以上の所定の角度内にファン光を生成する、光学部品と、
前記光学部品と表面の間に位置し、前記ファン光が通過する、光線生成器と
を含む。
Claims (26)
- 照射対象から反射した光におけるスペックル現象を低減するための照射装置であって、
コヒーレント光を照射するように構成された光源と、
前記照射対象と前記光源との間の光路内に位置し、かつ前記コヒーレント光を、前記照射対象の少なくとも一部を横切る一つの面に沿って拡がる散光へと拡散するように構成され、かつ前記散光により前記照射対象が照らされることについて関連づけられた露光時間を有する、リニアディフューザーと、
前記光路内において、前記光源と前記リニアディフューザーとの間に位置するビーム偏向子と、
前記ビーム偏向子に結合した制御手段と
を含み、
前記散光が、前記一つの面に対して垂直な方向に沿っては概して拡がらないような平面ファン光を形成するものであり、
前記制御手段が、前記ビーム偏向子を稼動することで、前記散光により前記照射対象が照らされる前記露光時間内に、前記リニアディフューザー上の複数の位置を通って掃引するように、前記コヒーレント光が前記ビーム偏向子へと投射されるようにするように構成され、かつ
前記複数の位置が、前記リニアディフューザーを横切る距離にわたって存在し、前記距離が、前記平面ファン光の前記照射対象との交わりから反射する光について、撮像素子において十分に無相関なスペックルパターンを与え、前記散光により前記照射対象が照らされる前記露光時間内に前記撮像素子により撮像される際に非コヒーレント的に加算するものである
ことを特徴とする、照射装置。 - 前記レーザー源がレーザーを含む、請求項1に記載の照射装置。
- 前記ビーム偏向子が、微小電気機械システム(MEMS)鏡を含む、請求項1または2に記載の照射装置。
- 前記ビーム偏向子が、音響光学変調(AOM)装置を含む、請求項1または2に記載の照射装置。
- さらに
前記光路内において、前記リニアディフューザーと前記ビーム偏向子との間に位置するシリンダーレンズ
を含み、
前記シリンダーレンズが、前記リニアディフューザーに向けられた前記コヒーレント光のすべてを集約することで、効率を上げるための視野レンズとして機能する
ことを特徴とする、請求項1に記載の照射装置。 - さらに
シリンダーレンズ
を含み、
前記リニアディフューザーが、前記ビーム偏向子と前記シリンダーレンズとの間に位置し、かつ、
前記シリンダーレンズが、前記照射対象に向けられた前記散光のすべてを集約することで、効率を上げるための視野レンズとして機能するように構成される
ことを特徴とする、請求項1に記載の照射装置。 - 前記リニアディフューザーが、前記一つの面に沿ったフラットトップ強度プロファイルを備える加工ディフューザーを含む、請求項1に記載の照射装置。
- 前記リニアディフューザーが自由スペクトル範囲(Free Spectral Range; FSR)を備えるチャープ回折格子を含むことにより、前記平面ファン光中における回折線の間隔が、前記リニアディフューザーに投射される前記コヒーレント光の掃引角に伴って変化させられる、請求項1に記載の照射装置。
- 前記リニアディフューザーが、ホログラムまたはシリンダーアレイを含む、請求項1に記載の照射装置。
- 前記リニアディフューザーが、前記ビーム偏向子の基部に対して静止し、
前記制御手段が、前記ビーム偏向子を稼動して、前記コヒーレント光が前記リニアディフューザーに対して周期的に左→右→左と掃引を行うように構成されることで、前記コヒーレント光が、前記散光により前記照射対象が照らされる前記露光時間内に、左→右→左と掃引するうちの左→右半分か右→左半分かのいずれかを介して誘導される
ことを特徴とする、請求項1に記載の照射装置。 - レーザー変位測定系であって、
視覚システムプロセッサと、
前記視覚システムプロセッサと結合するカメラ部品と、
前記視覚システムプロセッサと結合し、かつコヒーレント光を照射するように構成されるレーザービーム部品と、
前記コヒーレント光を受けるように設置されるビーム偏向子と、
前記ビーム偏向子と結合する制御手段と、
光路内において、照射対象と前記ビーム偏向子とのあいだに位置するリニアディフューザーと
を含み、
前記制御手段が、前記ビーム偏向子を稼動することで、前記コヒーレント光が前記ビーム偏向子へ投射されるように誘導し、前記リニアディフューザー上の複数の位置を通って掃引するように構成され、
前記リニアディフューザーが、前記複数の位置において、前記ビーム偏向子から受ける前記コヒーレント光を拡散して散光を得るように構成され、前記散光は、前記照射対象の少なくとも一部を横切る一つの面内に拡がるものであり、かつ、前記散光により前記照射対象が照らされることについて関連づけられた露光時間を有し、前記散光は、前記一つの面に対して垂直な方向に実質的に拡がらないような平面ファン光を形成し、
前記複数の位置が、前記リニアディフューザーを横切る距離にわたって存在し、前記平面ファン光の前記照射対象との交わりから反射する光について、撮像素子において十分に無相関なスペックルパターンを与えることで、前記散光により前記照射対象が照らされる前記露光時間内に、前記撮像素子により撮像される際に非コヒーレント的に加算する
ことを特徴とする、レーザー変位測定系。 - 前記リニアディフューザーが、前記ビーム偏向子の基部に対して静止し、
前記制御手段が、前記ビーム偏向子を稼動して、前記コヒーレント光が前記リニアディフューザーに対して周期的に左→右→左と掃引を行うように構成され、かつ、前記制御手段が、前記ビーム偏向子を稼動して、前記コヒーレント光を、前記散光により前記照射対象が照らされる前記露光時間内に、左→右→左と掃引するうちの左→右半分か右→左半分かのいずれかを介して誘導するように構成される
ことを特徴とする、請求項11に記載のレーザー変位測定系。 - 前記リニアディフューザーが、前記一つの面に沿ったフラットトップ強度プロファイルを備える加工ディフューザーを含む、請求項11または12に記載のレーザー変位測定系。
- 前記リニアディフューザーが、シリンダーアレイを含む、請求項11または12に記載のレーザー変位測定系。
- 前記リニアディフューザーが、ホログラムを含む、請求項11または12に記載のレーザー変位測定系。
- 前記ホログラムが、前記平面ファン光を前記照射対象上に非連続的パターンを以って投射するように構成される、請求項15に記載のレーザー変位測定系。
- 前記非連続的パターンが、点群、および非照射間隔により分割される線分群のうちの少なくとも一方を含む、請求項16に記載のレーザー変位測定系。
- 前記リニアディフューザーが、前記リニアディフューザーへ投射される前記コヒーレント光の掃引角に伴って、回折光線の前記平面ファン光中における間隔を変化させられるような自由スペクトル範囲(FSR)を有するチャープ回折格子を含む、請求項11または12に記載のレーザー変位測定系。
- 前記ビーム偏向子が、微小電気機械システム(MEMS)鏡を含む、請求項11に記載のレーザー変位測定系。
- 前記ビーム偏向子が、音響光学変調(AOM)装置を含む、請求項11に記載のレーザー変位測定系。
- さらに
前記光路内にて、前記リニアディフューザーと前記ビーム偏向子との間に位置するシリンダーレンズ
を含み、
前記シリンダーレンズは、前記リニアディフューザーに向けられた前記コヒーレント光のすべてを集約することで、効率を上げるための視野レンズとして機能するよう構成される
ことを特徴とする、請求項11に記載のレーザー変位測定系。 - さらに
シリンダーレンズ
を含み、
前記リニアディフューザーが、前記ビーム偏向子と前記シリンダーレンズとの間に位置し、かつ、
前記シリンダーレンズが、前記照射対象に向けられた前記散光のすべてを集約することで、効率を上げるための視野レンズとして機能するように構成される
ことを特徴とする、請求項11に記載のレーザー変位測定系。 - 前記レーザービーム部品がレーザーを含む、請求項11に記載のレーザー変位測定系。
- 前記カメラ部品が、
前記平面ファン光の前記照射対象との交わりから反射する光を捕捉し、
捕捉した光から画像データを生成する
ように構成される、請求項11に記載のレーザー変位測定系。 - 前記視覚システムプロセッサが、
前記カメラ部品から前記画像データを受信し、
前記画像データを処理して、前記照射対象の領域における測定および検査のうちの少なくとも一方を行う
ように構成される、請求項24に記載のレーザー変位測定系。 - 前記カメラ部品が、第一の光軸面を持つ撮像センサーと、前記第一の光軸面とは非平行な第二の光軸面を持つレンズ部品とを含み、それぞれが前記平面ファン光に対してScheimpflugの原理に従って配向する、請求項11に記載のレーザー変位測定系。
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