JPH0540021A - Multi-slit projector - Google Patents

Multi-slit projector

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Publication number
JPH0540021A
JPH0540021A JP3199196A JP19919691A JPH0540021A JP H0540021 A JPH0540021 A JP H0540021A JP 3199196 A JP3199196 A JP 3199196A JP 19919691 A JP19919691 A JP 19919691A JP H0540021 A JPH0540021 A JP H0540021A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
slit
lens
light
slit light
diffraction
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP3199196A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Jun Wakitani
潤 脇谷
Shinji Kanda
真司 神田
Tsugihito Maruyama
次人 丸山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
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Publication of JPH0540021A publication Critical patent/JPH0540021A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Abstract

PURPOSE:To reduce the size of a multi-slit projector which generates a slit light pattern for three-dimensionally measuring an object and to improve the resolution of the projector. CONSTITUTION:Divergent light emitted from the light emitting source 11 of this multi-slit projector 1 is shaped to parallel rays through a collimator lens 12 and the parallel rays produce a two-dimensional spot group 16 when the parallel rays are passed through a diffraction gratings 13 and 15. When the rays are passed through a cylindrical lens 17, the rays are transformed to multi- slit light 18 and a shutter array 19 generates a prescribed slit light pattern. A cylindrical lens 20, the axial direction of which is perpendicular (Y-direction) to the axial direction (X-direction) of the lines 17, is provided in the poststage of the array 19 and the diffracted angle in the X-direction of the slit light passed through the array is reduced by the effect of the lens 20. An object 2 is irradiated with the slit light when the object 2 is three-dimensionally measured.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は物体の三次元計測に使用
するスリット光パターンを発生するマルチスリット投光
器に関し、特に装置の小型化、解像度向上等を図ったマ
ルチスリット投光器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-slit projector for generating a slit light pattern used for three-dimensional measurement of an object, and more particularly to a multi-slit projector for downsizing the device and improving resolution.

【0002】産業用ロボット等に動作制御を行わせるに
は、対象物の三次元形状や空間的配置を認識させておく
必要がある。そのために、物体の三次元計測が行われる
が、その計測方法として、例えば光切断法がある。この
光切断法は、構造化されたマルチスリット光を物体に照
射しそれをカメラで撮像して計測する方法であり、同時
に複数点の計測を行うことにより、計測時間を大幅に短
縮することができるため、極めて有効な方法として考え
られている。マルチスリット投光器は、このような用途
に適したスリット光パターンを発生する装置である。
In order to control the operation of an industrial robot or the like, it is necessary to recognize the three-dimensional shape and spatial arrangement of the object. For that purpose, three-dimensional measurement of an object is performed, and as a measurement method therefor, for example, there is a light section method. This light-section method is a method of irradiating an object with structured multi-slit light and measuring it by imaging it with a camera.By simultaneously measuring multiple points, the measurement time can be significantly reduced. Since it can be done, it is considered as an extremely effective method. The multi-slit projector is a device that generates a slit light pattern suitable for such an application.

【0003】[0003]

【従来の技術】図5はマルチスリット光による物体の三
次元計測方法を示す図である。図において、マルチスリ
ット投光器10には、本発明の出願人が特開平1−27
7707号で提案したものが使用されている。三次元計
測される物体2の上に、マルチスリット投光器10を用
いて発生させたスリット光l1,l2──を照射し、各
スリット光l1,l2──と物体2との交線 (光切断)
をカメラ3で撮像する。この光切断法による撮像データ
から、三角測量の原理に基づいて物体1の三次元形状が
求められる。
2. Description of the Related Art FIG. 5 is a diagram showing a three-dimensional measuring method of an object using multi-slit light. In the figure, a multi-slit projector 10 is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-27 by the applicant of the present invention.
The one proposed in No. 7707 is used. The slit light 11 and 12 generated by using the multi-slit projector 10 is irradiated on the object 2 to be three-dimensionally measured, and the intersection line between each slit light 11 and 12 and the object 2 (light cutting )
Is captured by the camera 3. The three-dimensional shape of the object 1 is obtained based on the triangulation principle from the imaged data obtained by the light section method.

【0004】図6は上記マルチスリット投光器の構成を
概略的に示す図である。図において、マルチスリット投
光器10は、発光源11,回折格子13,15,円筒型
レンズ17及びシャッタアレイ19から構成され、これ
らは光軸30上に順次配置されている。単一波長の光を
発生する発光源 (例えば、半導体レーザ、発光ダイオー
ド) 11を出射した発散光は、コリメートレンズ12に
よって整形されて平行光となり、その平行光は回折格子
13を通過することによって、長円形のスポット光がY
方向に配列したスポット群14を生じる。このスポット
群14は、さらに回折格子15を通過することによっ
て、スポット群がX方向に複数個平行に並んだ2次元ス
ポット群16を生じる。なお、回折格子13及び15に
は、例えばファイバグレーティングを用いる。この2次
元スポット群16が円筒型レンズ17を通過すると、各
列のスポット群はそのY方向の間隔が狭められて、隣接
するスポット光が互いに一部重複するように配列され、
それぞれがスリット光を形成してマルチスリット光18
を生じる。最終段のシャッタアレイ19は、複数個のセ
グメントから成り、各セグメントは独立に電源をオンオ
フされることにより、電源オフ時には対応するスリット
光を遮断し、オン時には透過させるように構成される。
したがって、シャッタアレイ19を用いて、マルチスリ
ット光18から任意のスリット光パターンを構成するこ
とができ、そのスリット光パターンが物体2に照射さ
れ、物体2の三次元測定に供試される。次に、このシャ
ッタアレイ19がシャッタとしての機能を発揮するため
に必要な条件について説明する。
FIG. 6 is a diagram schematically showing the structure of the multi-slit projector. In the figure, a multi-slit projector 10 comprises a light emitting source 11, diffraction gratings 13 and 15, a cylindrical lens 17 and a shutter array 19, which are sequentially arranged on an optical axis 30. The divergent light emitted from a light emitting source (for example, a semiconductor laser or a light emitting diode) 11 that emits light of a single wavelength is shaped into a parallel light by a collimator lens 12, and the parallel light passes through a diffraction grating 13. , The oval spot light is Y
A group of spots 14 arranged in the direction is generated. The spot group 14 further passes through the diffraction grating 15 to generate a two-dimensional spot group 16 in which a plurality of spot groups are arranged in parallel in the X direction. Fiber gratings are used for the diffraction gratings 13 and 15, for example. When the two-dimensional spot group 16 passes through the cylindrical lens 17, the spot groups in each row are arranged such that the intervals in the Y direction are narrowed and adjacent spot lights partially overlap each other.
Each forms slit light and multi slit light 18
Cause The shutter array 19 at the final stage is composed of a plurality of segments, and each segment is independently turned on and off to block corresponding slit light when the power is off and allow it to pass through when the power is on.
Therefore, the shutter array 19 can be used to form an arbitrary slit light pattern from the multi-slit light 18, and the slit light pattern is irradiated on the object 2 and used for three-dimensional measurement of the object 2. Next, the conditions required for the shutter array 19 to exhibit the function as a shutter will be described.

【0005】図7は発光源から出射された単一波長光の
干渉の様子を示すモデル図であり、(A) は一般的な干
渉を、 (B) は回折光が回り込む場合を、 (C) は回折
光の回り込みがなくなる場合をそれぞれ示す。図7
(A)において、発光源70から出射された単一波長光
は回折格子71を通過して回折し、その干渉によりスポ
ット光72が形成される。この場合、回折格子71の格
子間隔dと、回折格子71から距離Lの位置Mに形成さ
れるスポット光72の間隔Dとの間には、近似的に次式
(1)の関係が成立している。
FIGS. 7A and 7B are model diagrams showing the state of interference of light of a single wavelength emitted from a light emitting source. FIG. 7A shows general interference, FIG. 7B shows a case where diffracted light goes around, and FIG. ) Indicates the case where the diffracted light does not wrap around. Figure 7
In (A), the single wavelength light emitted from the light emitting source 70 passes through the diffraction grating 71 and is diffracted, and spot light 72 is formed by the interference. In this case, the relationship of the following expression (1) is approximately established between the grating interval d of the diffraction grating 71 and the interval D of the spot light 72 formed at the position M of the distance L from the diffraction grating 71. ing.

【0006】 D=Lλ/d・・・・・(1) (λ:光の波長) ここで、位置Mにシャッタアレイ73を置いてスポット
光72を遮断しようとすると、そのシャッタアレイ73
を構成する各セグメント73aの幅は、スポット光73
の幅Dに設定せざるを得ない。一方、図7(B)に示す
ように、回折格子71を通過する光の幅nd (n:回折
格子71の格子数) がセグメント73aの幅Dに比べて
大きくなる (nd>D) ときは、回折光はセグメント7
3aを回り込んで、その背後の位置Nで干渉を起こし、
完全に光を遮断することができなくなる。これに対し、
図7(C)に示すように、距離Lを大きくとると、格子
間隔dは一定であれば、式(1)の間隔Dが大きくなる
ため、D=ndとすることができる。この場合は、回折
光がセグメント73aを回り込むことなく、背後での干
渉も発生せず完全に光を遮断することができる。すなわ
ち、シャッタアレイ73を用いて回折格子71を通過す
る光を完全に遮断するには、そのセグメント73aの幅
Dが光の回り込み防止の条件D=ndを満たしている必
要があり、そのためには距離Lも長くとらざるをえな
い。
D = Lλ / d (1) (λ: wavelength of light) If the shutter array 73 is placed at the position M to block the spot light 72, the shutter array 73
The width of each segment 73a constituting
The width D must be set. On the other hand, as shown in FIG. 7B, when the width nd of the light passing through the diffraction grating 71 (n: the number of gratings of the diffraction grating 71) is larger than the width D of the segment 73a (nd> D), , Diffracted light is segment 7
3a around it, causing interference at the position N behind it,
It becomes impossible to block light completely. In contrast,
As shown in FIG. 7 (C), when the distance L is large, the distance D in the equation (1) becomes large if the lattice distance d is constant, and therefore D = nd. In this case, the diffracted light does not go around the segment 73a, interference does not occur behind, and the light can be completely blocked. That is, in order to completely block the light passing through the diffraction grating 71 by using the shutter array 73, the width D of the segment 73a needs to satisfy the condition D = nd for preventing the light from wrapping around. The distance L has to be long.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、このことは、
従来のマルチスリット投光器10の場合、その長さが長
くなって大型化することにつながるため、実際にロボッ
トのマニピュレータの手先などに設置して使用すること
が不可能となるという問題点があった。
[Problems to be Solved by the Invention]
The conventional multi-slit projector 10 has a problem that it becomes impossible to actually install and use it on the hand of the manipulator of the robot or the like because the length thereof becomes long and leads to increase in size. ..

【0008】一方、光の回り込み防止の条件D=ndを
保持した状態で、マルチスリット投光器10の小型化を
図る方法として、式(1)の格子間隔dを小さくとって
回折格子71の密度を上げ (この場合、格子数nは増
加) 、それに応じて距離Lを小さくすることが考えられ
る。このようにすれば、光の回り込み防止の条件D=n
dを保持した状態で距離Lを短くすることができる。す
なわち、マルチスリット投光器10の場合、回折格子7
1の格子間隔dに相当するのは回折格子13のファイバ
グレーティング間隔であり、そのファイバグレーティン
グ間隔を小さくとることにより、マルチスリット投光器
10の小型化を図ることができることになる。
On the other hand, as a method for reducing the size of the multi-slit projector 10 while maintaining the condition D = nd for preventing the light from wrapping around, the grating spacing d in the equation (1) is set to be small and the density of the diffraction grating 71 is set to be small. It is conceivable to increase (in this case, the number of grids n) and decrease the distance L accordingly. By doing so, the condition D = n
The distance L can be shortened while holding d. That is, in the case of the multi-slit projector 10, the diffraction grating 7
The one corresponding to the grating interval d is the fiber grating interval of the diffraction grating 13, and the multi-slit projector 10 can be downsized by reducing the fiber grating interval.

【0009】しかし、従来のマルチスリット投光器10
において、回折格子13のファイバグレーティング間隔
を小さくとりその密度をあげると、回折格子13から出
射された光の回折角が大きくなるため、最終段のシャッ
タアレイ19から出射されたスリット光の間隔もその密
度が粗くなってしまう。このため、物体2に照射された
スリット光をカメラ3が撮像して画像処理を行っても、
その解像度が悪くなるという問題点があった。
However, the conventional multi-slit projector 10
In the above, if the fiber grating spacing of the diffraction grating 13 is made small and its density is increased, the diffraction angle of the light emitted from the diffraction grating 13 becomes large, so that the spacing of the slit light emitted from the shutter array 19 at the final stage also becomes the same. The density becomes coarse. Therefore, even if the camera 3 images the slit light emitted to the object 2 and performs image processing,
There is a problem that the resolution becomes poor.

【0010】また、上述した回折格子13のファイバグ
レーティング間隔の密度をあげる方法は、点光源の数を
増やすこととなるため、回折格子13からの回折光の波
形がよりシャープになるという効果を持っている。この
ため、最終段のシャッタアレイ19から出射されるスリ
ット光も、よりシャープな光となり、画像処理を容易に
する上で非常に有効な方法となる。しかし、その場合で
も、上述した場合と同じく、回折角が大きくなるため、
スリット光の間隔が粗くなり、解像度が悪化するという
問題点を有していた。
Further, the method of increasing the density of the fiber grating spacing of the diffraction grating 13 has the effect of sharpening the waveform of the diffracted light from the diffraction grating 13 because the number of point light sources is increased. ing. Therefore, the slit light emitted from the final stage shutter array 19 also becomes sharper, which is a very effective method for facilitating image processing. However, even in that case, as in the case described above, since the diffraction angle becomes large,
There is a problem that the interval of slit light becomes coarse and the resolution deteriorates.

【0011】さらに、従来のマルチスリット投光器10
では、シャッタアレイ19から出射されるスリット光が
物体2に投射されるときの投射角は、回折格子13,1
5による干渉のみによって決定される。したがって、光
軸に垂直な面にスリット光を投射すると、高次の回折光
になる程、スリット光間隔が大きく見えるようになる。
このため、光軸からの距離によって解像度が変化し、均
一な解像度が得られないという問題点があった。特に、
光源から離れた位置では解像度が悪化していた。
Further, the conventional multi-slit projector 10 is used.
Then, the projection angle when the slit light emitted from the shutter array 19 is projected on the object 2 is the diffraction gratings 1 and 1.
5 determined by interference only. Therefore, when the slit light is projected on the surface perpendicular to the optical axis, the slit light interval becomes larger as the diffracted light of higher order becomes higher.
Therefore, there is a problem in that the resolution changes depending on the distance from the optical axis, and uniform resolution cannot be obtained. In particular,
The resolution deteriorated at a position away from the light source.

【0012】また、従来のマルチスリット投光器10で
は、シャッタアレイ19から出射されたスリット光の投
射角は、上述したように、光がシャッタアレイ19に到
達するまでの回折格子13,15によって既に決定され
ており、任意に制御することができない。このため、例
えば物体2の所定箇所の解像度を上げて測定精度をあげ
るべく、その箇所に密度の高いスリット光を照射しよう
としても、そのようなスリット光を得ることができなか
った。
Further, in the conventional multi-slit projector 10, the projection angle of the slit light emitted from the shutter array 19 is already determined by the diffraction gratings 13 and 15 until the light reaches the shutter array 19, as described above. It cannot be controlled arbitrarily. Therefore, for example, even if an attempt was made to irradiate a high density slit light to the predetermined position of the object 2 in order to increase the resolution and improve the measurement accuracy, such a slit light could not be obtained.

【0013】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、装置の小型化を図ると共に、小型化に伴い生
じる回折角増大による解像度の悪化を防止したマルチス
リット投光器を提供することを第1の目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a multi-slit projector that is capable of reducing the size of an apparatus and preventing deterioration of resolution due to an increase in diffraction angle caused by the size reduction. The first purpose.

【0014】また、シャープなスリット光を物体に照射
して画像処理を容易にすることを第2の目的とする。さ
らに、物体に投射されるスリット光の間隔を均一化する
とともに、高密度化することを第3の目的とする。
A second object is to irradiate an object with sharp slit light to facilitate image processing. Furthermore, the third object is to make the intervals of the slit light projected on the object uniform and to increase the density.

【0015】また、物体に照射するスリット光の投影角
を任意に制御することを第4の目的とする。
A fourth object is to arbitrarily control the projection angle of the slit light with which the object is irradiated.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理説明
図である。本発明のマルチスリット投光器1は、第1及
び第2の回折格子13,15,円筒型レンズ17,シャ
ッタアレイ19及び円筒型レンズ20から構成される。
第1及び第2の回折格子13及び15は、単一波長光の
光軸上に回折方向が互いに直交するように配置される。
その第2の回折格子15の後段に円筒型レンズ17が配
置される。この円筒型レンズ17の軸方向は第1または
第2の回折格子13,15のいずれか一方の回折方向と
直行している。その円筒型レンズ17の後段に円筒型レ
ンズ17から出力されたマルチスリット光の内、所定の
スリット光を遮断してスリット光パターンを出力するシ
ャッタアレイ19が設けられる。さらに、そのシャッタ
アレイ19の後段には、円筒型レンズ17の軸方向と直
角方向にレンズ効果を有するレンズ20が設けられる。
FIG. 1 illustrates the principle of the present invention. The multi-slit projector 1 of the present invention is composed of first and second diffraction gratings 13 and 15, a cylindrical lens 17, a shutter array 19 and a cylindrical lens 20.
The first and second diffraction gratings 13 and 15 are arranged so that the diffraction directions are orthogonal to each other on the optical axis of the single wavelength light.
The cylindrical lens 17 is arranged at the subsequent stage of the second diffraction grating 15. The axial direction of the cylindrical lens 17 is orthogonal to the diffraction direction of either one of the first and second diffraction gratings 13 and 15. A shutter array 19 that blocks a predetermined slit light out of the multi-slit light output from the cylindrical lens 17 and outputs a slit light pattern is provided at the subsequent stage of the cylindrical lens 17. Further, a lens 20 having a lens effect is provided at the subsequent stage of the shutter array 19 in a direction perpendicular to the axial direction of the cylindrical lens 17.

【0017】[0017]

【作用】単一波長の光を発生する発光源11を出射した
発散光は、コリメートレンズ12によって整形されて平
行光となり、その平行光は回折格子13を通過すること
によって、長円形のスポット光がY方向に配列したスポ
ット群14を生じる。このスポット群14は、さらに回
折格子15を通過することによって、スポット群がX方
向に複数個平行に並んだ2次元スポット群16を生じ
る。なお、回折格子13及び15には、例えばファイバ
グレーティングを用いる。この2次元スポット群16が
円筒型レンズ17を通過すると、各列のスポット群はそ
のY方向の間隔が狭められて、隣接するスポット光が互
いに一部重複するように配列され、それぞれがスリット
光を形成してマルチスリット光18を生じる。円筒型レ
ンズ17の後段のシャッタアレイ19は、複数個のセグ
メントから成り、各セグメントが独立に電源をオンオフ
されることにより、マルチスリット光18から任意のス
リット光パターンを得ることができる。さらに、最終段
のレンズ20は、円筒型レンズ17の軸方向と直角方向
にレンズ効果を有するので、シャッタアレイ19を通過
したスリット光の回折角は、そのレンズ効果によって小
さくなる。
The divergent light emitted from the light emission source 11 for generating light of a single wavelength is shaped by the collimator lens 12 into parallel light, and the parallel light passes through the diffraction grating 13 to form an elliptical spot light. Generate spot groups 14 arranged in the Y direction. The spot group 14 further passes through the diffraction grating 15 to generate a two-dimensional spot group 16 in which a plurality of spot groups are arranged in parallel in the X direction. Fiber gratings are used for the diffraction gratings 13 and 15, for example. When the two-dimensional spot group 16 passes through the cylindrical lens 17, the spot groups in each row are arranged so that the intervals in the Y direction are narrowed so that adjacent spot lights partially overlap each other, and each spot light is slit light. To generate multi-slit light 18. The shutter array 19 in the subsequent stage of the cylindrical lens 17 is composed of a plurality of segments, and each segment is independently turned on / off to obtain an arbitrary slit light pattern from the multi-slit light 18. Furthermore, since the lens 20 at the final stage has a lens effect in the direction perpendicular to the axial direction of the cylindrical lens 17, the diffraction angle of the slit light passing through the shutter array 19 becomes small due to the lens effect.

【0018】上記第1の目的については、第1の回折格
子の格子間隔密度を上げることにより、マルチスリット
投光器10の長さを短縮して小型化を実現することがで
きる。その場合、従来は、格子間隔密度アップに伴いス
リット光の回折角が大きくなりスリット光の間隔が粗く
なって解像度が悪化していた。これに対して、本発明で
は、レンズ20を設けてそのレンズ効果により回折角を
小さくしたので、解像度を悪化させることなく、マルチ
スリット投光器を小型化することができる。
With respect to the first object, by increasing the grating spacing density of the first diffraction grating, the length of the multi-slit projector 10 can be shortened and the miniaturization can be realized. In that case, conventionally, the diffraction angle of the slit light is increased with the increase of the lattice spacing density, the spacing of the slit light is coarse, and the resolution is deteriorated. On the other hand, in the present invention, since the lens 20 is provided and the diffraction angle is reduced by the lens effect, the multi-slit projector can be downsized without deteriorating the resolution.

【0019】また、上記第2の目的については、第1の
回折格子の格子間隔密度を上げて第1の回折格子での点
光源の数を増加させることにより実現できるが、その場
合もやはり回折角大に伴う解像度の悪化が生じる。これ
に対して、レンズ20を設けることにより、回折角を小
さくすることができ、解像度を悪化させることなくシャ
ープなスリット光を物体に照射することができる。
The second object can be realized by increasing the grating spacing density of the first diffraction grating to increase the number of point light sources in the first diffraction grating, but in that case as well. Deterioration of resolution occurs due to the large size. On the other hand, by providing the lens 20, it is possible to reduce the diffraction angle and irradiate the object with sharp slit light without deteriorating the resolution.

【0020】さらに、上記第3の目的については、最終
段のレンズ20にフーリエ変換レンズを用いることによ
り、光軸中心から離れた高次の回折によるスリット光を
中心方向に集めることができる。したがって、回折角が
小さくなるとともに、より高密度で均一なスリット光を
得ることができる。
Further, for the third object, by using a Fourier transform lens as the lens 20 at the final stage, it is possible to collect slit light due to higher-order diffraction away from the center of the optical axis toward the center. Therefore, it is possible to obtain a slit light having a higher density and more uniform as well as a smaller diffraction angle.

【0021】また、上記第4の目的については、レンズ
20にグレーティングレンズを用い、グレーティングレ
ンズの各段の屈折角を設計することにより、物体に照射
されるスリット光の投射角を任意に制御することができ
る。
With respect to the fourth object, a grating lens is used as the lens 20, and the refraction angle of each stage of the grating lens is designed to arbitrarily control the projection angle of the slit light irradiated on the object. be able to.

【0022】[0022]

【実施例】以下、本発明の各実施例を図面に基づいて説
明する。本発明の第1の実施例を、図1に基づいて説明
する。本発明のマルチスリット投光器1は、発光源1
1,回折格子13,15,円筒型レンズ17,シャッタ
アレイ19及びレンズ20から構成され、これらは光軸
30上に順次配置されている。単一波長の光を発生する
発光源 (例えば、半導体レーザ、発光ダイオード)11
を出射した発散光は、コリメートレンズ12によって整
形されて平行光となり、その平行光は回折格子13を通
過することによって、長円形のスポット光がY方向に配
列したスポット群14を生じる。このスポット群14
は、さらに回折格子15を通過することによって、スポ
ット群がX方向に複数個平行に並んだ2次元スポット群
16を生じる。なお、回折格子13及び15には、所定
長さのファイバを横一列に重ね各ファイバのレンズ作用
を利用するファイバグレーティングを用いる。この2次
元スポット群16が円筒型レンズ17を通過すると、各
列のスポット群はそのY方向の間隔が狭められて、隣接
するスポット光が互いに一部重複するように配列され、
それぞれがスリット光を形成してマルチスリット光18
を生じる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. A first embodiment of the present invention will be described based on FIG. The multi-slit projector 1 of the present invention includes a light emission source 1
1, a diffraction grating 13, 15, a cylindrical lens 17, a shutter array 19, and a lens 20, which are sequentially arranged on the optical axis 30. A light source (for example, a semiconductor laser or a light emitting diode) that emits light of a single wavelength 11
The divergent light emitted from is shaped into parallel light by the collimator lens 12, and the parallel light passes through the diffraction grating 13 to generate spot groups 14 in which elliptical spot lights are arranged in the Y direction. This spot group 14
Further, by passing through the diffraction grating 15, a two-dimensional spot group 16 in which a plurality of spot groups are arranged in parallel in the X direction is generated. For the diffraction gratings 13 and 15, fiber gratings are used in which fibers of a predetermined length are stacked in a row and the lens action of each fiber is used. When the two-dimensional spot group 16 passes through the cylindrical lens 17, the spot groups in each row are arranged such that the intervals in the Y direction are narrowed and adjacent spot lights partially overlap each other.
Each forms slit light and multi slit light 18
Cause

【0023】円筒型レンズ17の後段に配置されたシャ
ッタアレイ19は、複数個のセグメントから成り、各セ
グメントは独立に電源をオンオフされることにより、電
源オフ時には対応するスリット光を遮断し、オン時には
透過させるように構成される。したがって、シャッタア
レイ19を用いて、マルチスリット光18から任意のス
リット光パターンを構成することができ、また任意のス
リット光を基準スリット光として選択することができ
る。このシャッタアレイ19の後段には、円筒型レンズ
17の軸方向 (X方向) と直角方向 (Y方向) の軸を有
する円筒型レンズ20が設けられる。したがって、シャ
ッタアレイ19を通過した各スリット光は、円筒型レン
ズ20のレンズ効果によってX方向の回折角が小さくな
る。この円筒型レンズ20を通過したスリット光は、物
体2に照射され、物体2の三次元測定に供試される。
The shutter array 19 arranged in the subsequent stage of the cylindrical lens 17 is composed of a plurality of segments, and each segment is independently turned on / off to cut off the corresponding slit light when the power is turned off. Sometimes configured to be transparent. Therefore, the shutter array 19 can be used to form an arbitrary slit light pattern from the multi-slit light 18, and the arbitrary slit light pattern can be selected as the reference slit light. A cylindrical lens 20 having an axis in a direction perpendicular to the axial direction (X direction) of the cylindrical lens 17 (Y direction) is provided at the subsequent stage of the shutter array 19. Therefore, the slit light passing through the shutter array 19 has a smaller diffraction angle in the X direction due to the lens effect of the cylindrical lens 20. The slit light that has passed through the cylindrical lens 20 is applied to the object 2 and used for three-dimensional measurement of the object 2.

【0024】図2は最終段レンズの効果を説明するため
の図である。図に示すように、光源(この場合、回折格
子13からの回折光に相当) 50から角度θの広がりを
もって出射された光は、最終的にスリット光としてシャ
ッタアレイ19を通過した後、円筒型レンズ20によっ
てその角度θが狭められる。このようなスリット光が物
体2に照射されると、そのスリット光の間隔密度が上が
るので、カメラ3による撮像画面を画像処理する際の解
像度が向上することになる。
FIG. 2 is a diagram for explaining the effect of the final stage lens. As shown in the figure, the light emitted from the light source (in this case, equivalent to the diffracted light from the diffraction grating 13) 50 with a spread of the angle θ finally passes through the shutter array 19 as slit light, and then is of a cylindrical type. The lens 20 narrows the angle θ. When such an object 2 is irradiated with such slit light, the interval density of the slit light is increased, so that the resolution at the time of image processing of the image pickup screen by the camera 3 is improved.

【0025】ところで、マルチスリット投光器1の小型
化は、回折格子13のファイバグレーティング間隔を小
さくしてその密度を上げることにより可能であるが、従
来は、回折格子13の間隔密度アップに伴いスリット光
の回折角 (図2の角度θに相当) が大きくなりスリット
光の間隔が粗くなって解像度が悪化していた。これに対
して、本実施例では円筒型レンズ20を設けるため、そ
のレンズ効果により回折角を小さくできる。したがっ
て、解像度を悪化させることなく、マルチスリット投光
器10を小型化することができる。
By the way, the size of the multi-slit projector 1 can be reduced by decreasing the fiber grating spacing of the diffraction grating 13 and increasing its density. Conventionally, however, the slit light is increased as the spacing density of the diffraction grating 13 is increased. The diffraction angle (corresponding to the angle θ in FIG. 2) was increased and the slit light spacing became coarse, resulting in poor resolution. On the other hand, in this embodiment, since the cylindrical lens 20 is provided, the diffraction effect can be reduced due to the lens effect. Therefore, the multi-slit projector 10 can be downsized without deteriorating the resolution.

【0026】また、上述した回折格子13の間隔密度を
上げる方法は、点光源の数を増やすこととなるため、そ
の結果得られる干渉縞はよりシャープになり、スリット
光を投射した後の画像処理も容易に行えるようになる
が、この場合も同様に回折角が大きくなるため、解像度
が悪化するという問題点を有していた。これに対して、
本実施例では、円筒型レンズ20を設けるために、回折
角を小さくすることができる。すなわち、回折格子13
の間隔密度を上げても、解像度を悪化させることなくシ
ャープなスリット光を物体に照射することができる。
Further, since the method of increasing the spacing density of the diffraction grating 13 described above increases the number of point light sources, the resulting interference fringes become sharper and the image processing after projecting the slit light is performed. However, in this case as well, the diffraction angle similarly becomes large, and there is a problem in that the resolution deteriorates. On the contrary,
In this embodiment, since the cylindrical lens 20 is provided, the diffraction angle can be reduced. That is, the diffraction grating 13
Even if the interval density is increased, it is possible to irradiate the object with sharp slit light without deteriorating the resolution.

【0027】なお、上記の説明では、最終段レンズに円
筒型レンズを用いるようにしたが、その円筒型レンズと
同様のレンズ効果を有するレンズ、例えば凸レンズを用
いる構成とすることもできる。
In the above description, the cylindrical lens is used as the final lens, but a lens having the same lens effect as the cylindrical lens, for example, a convex lens may be used.

【0028】図3は最終段レンズにフーリエ変換レンズ
を用いた場合を示す図である。フーリエ変換レンズ21
は、光軸中心から離れた高次の回折によるスリット光を
中心方向に集め、そのスリット光間隔を均一化する作用
を有する。このため、フーリエ変換レンズ21を最終段
に用いることにより、スリット光の回折角を小さくする
ことができるとともに、より高密度で均一なスリット光
を得ることができる。したがって、画像処理時の解像度
を向上させることができる。
FIG. 3 is a diagram showing a case where a Fourier transform lens is used as the final stage lens. Fourier transform lens 21
Has a function of collecting slit lights by high-order diffraction away from the center of the optical axis in the central direction and making the slit light intervals uniform. Therefore, by using the Fourier transform lens 21 in the final stage, it is possible to reduce the diffraction angle of the slit light and to obtain the slit light of higher density and uniform. Therefore, the resolution at the time of image processing can be improved.

【0029】図4は最終段レンズにグレーティングレン
ズを用いた場合を示す図である。グレーティングレンズ
22は、その各段22aの傾き角を設計することによ
り、各段22aの屈折角を任意に設定することができ
る。このため、スリット光がグレーティングレンズ22
を通過すると、そのスリット光は各段22aの屈折角に
応じた角度で物体2に投射される。したがって、物体に
照射されるスリット光の投射角を任意に制御することが
でき、例えば物体2の測定精度を上げたい箇所には、そ
れに応じて設計されたフーリエ変換レンズ22を配置す
ることにより、その箇所に密度の高いスリット光を投射
することができる。
FIG. 4 is a diagram showing a case where a grating lens is used as the final stage lens. In the grating lens 22, the refraction angle of each step 22a can be arbitrarily set by designing the inclination angle of each step 22a. Therefore, the slit light is reflected by the grating lens 22.
After passing through, the slit light is projected on the object 2 at an angle according to the refraction angle of each step 22a. Therefore, it is possible to arbitrarily control the projection angle of the slit light with which the object is irradiated, and for example, by arranging the Fourier transform lens 22 designed accordingly in a place where the measurement accuracy of the object 2 is desired to be improved, Slit light with high density can be projected at that location.

【0030】上記の説明では、円筒型レンズ17を回折
格子15の後段に配置したが、コリメートレンズ12の
後段に配置することもできる。また、円筒型レンズ17
の軸方向がX方向、円筒型レンズ20の軸方向がY方向
となるように配置したが、逆に、円筒型レンズ17がY
方向、円筒型レンズ20がX方向となるようにしてもよ
い。
In the above description, the cylindrical lens 17 is arranged after the diffraction grating 15, but it may be arranged after the collimator lens 12. In addition, the cylindrical lens 17
The cylindrical lens 20 is arranged so that its axial direction is the X direction and the axial direction of the cylindrical lens 20 is the Y direction.
Direction, the cylindrical lens 20 may be in the X direction.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように本発明では、マルチ
スリット投光器において、シャッタアレイの後段にさら
にレンズを設け、そのレンズ効果によりシャッタアレイ
を通過したスリット光の回折角が小さくなるように構成
した。したがって、物体に照射されるスリット光の間隔
密度が上がるので、画像処理する際の解像度を向上させ
ることができる。
As described above, in the present invention, in the multi-slit projector, a lens is further provided in the latter stage of the shutter array, and the diffraction effect of the slit light passing through the shutter array is reduced by the lens effect. .. Therefore, the interval density of the slit light with which the object is irradiated is increased, so that the resolution at the time of image processing can be improved.

【0032】また、第1の回折格子の格子間隔密度を上
げることにより、マルチスリット投光器を小型化できる
が、従来は、その際に解像度も悪化していた。これに対
して、最終段にレンズを設けたので、そのレンズ効果に
より回折角が小さくなり、解像度を悪化させることな
く、マルチスリット投光器を小型化することができる。
同様に、第1の回折格子の格子間隔密度を上げるとシャ
ープなスリット光が得られる反面、それに伴い解像度が
悪化していたが、最終段にレンズを設けたので、解像度
を悪化させることなくシャープなスリット光を物体に照
射することができる。
Further, the multi-slit projector can be miniaturized by increasing the grating spacing density of the first diffraction grating, but conventionally, the resolution was also deteriorated at that time. On the other hand, since the lens is provided at the final stage, the diffraction effect becomes small due to the lens effect, and the multi-slit projector can be downsized without deteriorating the resolution.
Similarly, when the grating spacing density of the first diffraction grating is increased, sharp slit light can be obtained, but the resolution is deteriorated accordingly, but since the lens is provided at the final stage, it is possible to sharpen the resolution without deteriorating the resolution. The object can be irradiated with various slit light.

【0033】さらに、最終段にフーリエ変換レンズを設
けたので、光軸中心から離れた高次の回折によるスリッ
ト光を中心方向に集めることができる。したがって、回
折角を小さくすることができるとともに、より高密度で
均一なスリット光を得ることができる。
Further, since the Fourier transform lens is provided at the final stage, it is possible to collect the slit light, which is separated from the center of the optical axis by diffraction of a higher order, toward the center. Therefore, it is possible to reduce the diffraction angle and obtain uniform slit light with higher density.

【0034】また、最終段にグレーティングレンズを設
けたので、グレーティングレンズの各段の屈折角を設計
することにより、物体に照射されるスリット光の投射角
を任意に制御することができる。したがって、物体の測
定精度を上げたい箇所には、それに応じて設計されたフ
ーリエ変換レンズを配置することにより、その箇所に密
度の高いスリット光を投射することができる。
Further, since the grating lens is provided at the final stage, the projection angle of the slit light with which the object is irradiated can be arbitrarily controlled by designing the refraction angle of each stage of the grating lens. Therefore, by disposing a Fourier transform lens designed accordingly at a position where the measurement accuracy of the object is desired to be increased, it is possible to project slit light having a high density at that position.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の原理説明図である。FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of the present invention.

【図2】最終段レンズの効果を説明するための図であ
る。
FIG. 2 is a diagram for explaining an effect of a final stage lens.

【図3】最終段レンズにフーリエ変換レンズを用いた場
合を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a case where a Fourier transform lens is used as a final stage lens.

【図4】最終段レンズにグレーティングレンズを用いた
場合を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a case where a grating lens is used as a final stage lens.

【図5】マルチスリット光による物体の三次元計測方法
を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a three-dimensional measuring method of an object using multi-slit light.

【図6】従来のマルチスリット投光器の構成を概略的に
示す図である。
FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional multi-slit projector.

【図7】発光源から出射された単一波長光の干渉の様子
を示すモデル図であり、 (A)は一般的な干渉を、 (B)
は回折光が回り込む場合を、 (C) は回折光の回り込
みがなくなる場合をそれぞれ示す。
FIG. 7 is a model diagram showing a state of interference of single-wavelength light emitted from a light emitting source, where (A) shows general interference and (B) shows
Shows the case where the diffracted light goes around, and (C) shows the case where the diffracted light goes around.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 マルチスリット投光器 13,15 回折格子 17,20 円筒型レンズ 19 シャッタアレイ 21 フーリエ変換レンズ 22 グレーティングレンズ 1 Multi-slit Projector 13,15 Diffraction Grating 17,20 Cylindrical Lens 19 Shutter Array 21 Fourier Transform Lens 22 Grating Lens

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 物体の3次元計測に使用するスリット光
パターンを発生するマルチスリット投光器において、 単一波長光の光軸上(30)に配置され回折方向が互いに直
交する第1及び第2の回折格子(13,15) と、 前記第2の回折格子(15)からの回折出力光が入射され、
軸方向が前記第1または第2の回折格子(13,15) のいず
れか一方の回折方向と直行する円筒型レンズ(17)と、 前記円筒型レンズ(17)から出力されたマルチスリット光
の内、所定のスリット光を遮断してスリット光パターン
を出力するシャッタアレイ(19)と、 前記シャッタアレイ(19)の後段に配置され前記円筒型レ
ンズ(17)の軸方向と直角方向にレンズ効果を有するレン
ズ(20)と、 を有することを特徴とするマルチスリット投光器。
1. A multi-slit projector for generating a slit light pattern used for three-dimensional measurement of an object, comprising: first and second diffraction gratings arranged on an optical axis (30) of a single wavelength light and having diffraction directions orthogonal to each other. Diffraction output light from the diffraction grating (13, 15) and the second diffraction grating (15) is incident,
A cylindrical lens (17) whose axial direction is orthogonal to either one of the first and second diffraction gratings (13, 15), and a multi-slit light output from the cylindrical lens (17). Among them, a shutter array (19) that cuts off a predetermined slit light and outputs a slit light pattern, and a lens effect arranged in a stage subsequent to the shutter array (19) in a direction perpendicular to the axial direction of the cylindrical lens (17). A multi-slit projector comprising: a lens (20) having
【請求項2】 前記レンズ(20)はフーリエ変換レンズで
あることを特徴とする請求項1記載のマルチスリット投
光器。
2. The multi-slit projector according to claim 1, wherein the lens (20) is a Fourier transform lens.
【請求項3】 前記レンズ(20)はグレーティングレンズ
であることを特徴とする請求項1記載のマルチスリット
投光器。
3. The multi-slit projector according to claim 1, wherein the lens (20) is a grating lens.
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