JPH0629716B2 - スリツト光照射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 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、光切断法による物体位置の三次元計測、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ＦＧ１及び第２
回折格子ＦＧ２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ｙ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ＣＤＬの焦点位置に配置される。レーザ
ダイオードＬＤから出る光は通常ほぼ楕円形の横断面形
状を有する。レーザダイオードＬＤから出たスポット光
はコリメートレンズＣＤＬ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板ＳＰ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ＦＧ１を透過することに
よりｙ方向に回折されて一次元スポット光群ＳＬ１が生
成される。その後、一次元スポット光群ＳＬ１の各々の
スポット光は第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ｙ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、単一のスポ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ＣＤＬ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ット板ＳＰのスポッ
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ＣＹＬ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
リット光照射装置が提供される。

〔作用〕

本発明によるスリツト光照射装置においては、生成され
るスリツト光のスリツ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、次のような順序で、各構
成部品の位置の微調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形長軸
方向とスリット板のスリツ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微調整
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、最もスリツト光幅が狭く且つ最も鮮
明で高輝度のスリツ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実施例を説明する。

(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ツト光照射装置
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
平行スポット光を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１４ａが設
けられており、外側ねじ部１４ａと内側ネジ部１３ａ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１
３に対し光軸方向に微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固定手段として第１ねじ１５は第１鏡筒１
３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
めのスリツト孔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
るための円筒レンズ１８とを備えている。

ここでは、マルチスリツ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ＦＧ１，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
るねじ環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１３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１
６、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
はピ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２１の切欠き１６ｂ，１９ｂ，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ねじ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Ｖ字状溝１６ｃ，１
９ｃ，２１ｃがそれぞれ円周方向に形成されており、第
３〜第５ねじ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Ｖ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ねじ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１９ｃ，２１ｃ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の締付け力によ
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
１６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け調整方法 次に、上記構成を有するスリット光照射装置の各構成部
品の組付け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２４，２
５）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
１６から出たスポット光を、上記と同様に、スクリーン
３０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鏡筒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のスリツ
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(b)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(a)に示すように、スクリーン３
０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）と一致し、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致して
いないと、第８図(b)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２６により回折格子
ホルダ１９を第２鏡筒２３に固定する。

次に、円筒レンズホルダ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(a)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
向に一致する回折方向（図示例ではｙ方向）を一致して
いると、各スポ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(a)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１６、回折格子１
７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１３を第２鏡筒２
３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、単一のスリツ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ＦＧ１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
ツ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III−III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(a)，(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ツ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)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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（１
   ７）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。