JP6024841B1 - 照明装置、パターン照射装置およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】投射面に光が均一に照射されるとともに、透過拡散板３３ｂで照射光学系３６への照射密度が低減される照明装置の提供。【解決手段】光を出射する発光部３１と、発光部３１から出射された光を集光する集光部３２と、集光部３２により集光された光を拡散させる第１拡散部３３ａと、照度分布を均一化して出射する均一化光学系３４と、均一化光学系３４から出射した光を拡散する第２拡散部３３ｂと、を備える照明装置２０。【選択図】図２

Description

本発明は、照明装置、パターン照射装置およびシステムに関する。

従来より、トレイに積載された対象物（ワーク）をロボットを用いてハンドリングして、対象物を次工程の装置へと搬送したり、対象物を用いて製品を組み立てたりするシステムが知られている。このようなシステムでは、三次元測定装置によりトレイ上の対象物の距離を測定し、測定結果に基づき対象物の位置および姿勢を認識してハンドリングをする。また、このようなシステムでは、パターン照射装置によりトレイ上の対象物に所定のパターンの光を照射して、三次元測定装置による距離測定の精度を向上させる（例えば、特許文献１、２）。

ところで、距離測定の精度を向上させるには、投射面に均質で強度の高い光を照射する必要がある。単に光源の光出力を向上させるのみでは、照射密度も併せて向上してしまうために、照射光学系を構成するレンズ等の光学部材の劣化を生じるおそれがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、投射面に光が均一に照射されるとともに、照射光学系への照射密度が低減される照明装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る照明装置は、光を出射する発光部と、前記発光部から出射された光を集光する集光部と、前記集光部により集光された光を拡散させる第１拡散部と、照度分布を均一化して出射する均一化光学系と、前記均一化光学系から出射した光を拡散する第２拡散部と、を備える。

本発明によれば、投射面に光が均一に照射されるとともに、照射光学系への照射密度が低減されて光学部品の劣化を抑制することができる。

第１実施形態に係るハンドリングシステムの構成の一例を示す図である。 第１実施形態に係るパターン照射装置の構成の一例を示す図である。 ライトトンネルでの光路の一例を示す図である。 第１実施形態に係るパターン照射装置の構成の一部分の斜視図である。 第２実施形態に係るパターン照射装置の構成の一例を示す図である。 反射拡散板での光路の一例を示す図である。 反射拡散板が脱落した場合の光路の一例を示す図である。 第３実施形態に係るパターン照射装置の構成の一例を示す図である。 テーパライトトンネルでの光路の一例を示す図である。 第４実施形態に係るパターン照射装置の構成の一例を示す図である。 第４実施形態に係る第１のミラー群およびレンズ等の配置の一例を示す図である。 図１２の（ａ）は、単板ミラーを用いた場合の光路の一例を示す図であり、図１２の（ｂ）は、第１のミラー群を用いた場合の光路の一例を示す図である。 第５実施形態に係るパターン照射装置の構成の一例を示す図である。 第５実施形態に係る第２のミラー群およびシリンドリカルレンズ等の配置の一例を示す図である。 第６実施形態に係るパターン照射装置の構成の一例を示す図である。 第６実施形態に係る第３のミラー群等の配置の一例を示す図である。 第７実施形態に係るパターン照射装置の構成の一例を示す図である。 第８実施形態に係るパターン照射装置の構成の一例を示す図である。 可動蛍光部および第１の駆動部の一例を示す図である。 第９実施形態に係るパターン照射装置の構成の一例を示す図である。 反射蛍光部を側面側から見た図である。 第１０実施形態に係るパターン照射装置の構成の一例を示す図である。 第１１実施形態に係るパターン照射装置の構成の一例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、本発明の実施形態に係るハンドリングシステム１０を詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るハンドリングシステム１０を示す図である。ハンドリングシステム１０は、対象物１１（ワーク）をハンドリングし、対象物１１を次工程の装置へと搬送したり、対象物１１を用いて製品を組み立てたりする。

ハンドリングシステム１０は、トレイ１２と、ロボット１３と、パターン照射装置２０と、三次元測定装置２１と、認識装置２２と、ロボットコントローラ２３とを備える。トレイ１２は、少なくとも１つの対象物１１を積載する。

ロボット１３は、トレイ１２に積載された何れかの対象物１１をアームを移動させてハンドリングし、ハンドリングした対象物１１を指定された位置に移動させたり、指定された姿勢で保持したりする。ロボット１３は、爪を開閉して対象物１１を挟んでハンドリングしてもよいし、エアー吸着により対象物１１をハンドリングしてもよいし、電磁力で対象物１１をハンドリングしてもよい。

パターン照射装置２０は、対象物１１が積載されたトレイ１２に対して、単色の所定の画像パターンの光を照射する。これにより、トレイ１２に積載されたそれぞれの対象物１１の表面における露出した部分には、所定の画像パターンが照射される。本実施形態においては、パターン照射装置２０は、青色の画像パターンの光を照射するが、青に限らずどのような色であってもよく、また、白色であってもよい。

三次元測定装置２１は、パターン照射装置２０により所定の画像パターンの光が照射された状態において、トレイ１２に積載されたそれぞれの対象物１１の露出した表面の各位置までの距離を測定する。三次元測定装置２１は、一例として、ステレオカメラ等のセンサにより距離を測定して、画像内の各位置までの距離を表す三次元情報を生成する。

認識装置２２は、三次元測定装置２１により測定されたそれぞれの対象物１１の表面の各位置までの距離に基づき、それぞれの対象物１１の位置および姿勢を認識する。認識装置２２は、一例として、３次元モデルとのマッチング処理またはサーフェースマッチング処理等のマッチング処理を実行して、それぞれの対象物１１の位置および姿勢を認識する。さらに、認識装置２２は、センサに到達した光の照度情報に基づきエッジ抽出等を行ってマッチング処理の補完をしてもよい。

ロボットコントローラ２３は、予め登録されている制御フローに従って、認識装置２２により認識されたそれぞれの対象物１１の位置および姿勢に基づきロボット１３の動作を制御する。そして、ロボットコントローラ２３は、トレイ１２上の指定された対象物１１をハンドリングさせる。

このようなハンドリングシステム１０において、パターン照射装置２０は、三次元測定装置２１による三次元測定の精度を向上させるような画像パターンの光を、トレイ１２上に積載されたそれぞれの対象物１１に照射する。これにより、ハンドリングシステム１０によれば、トレイ１２に積載されたそれぞれの対象物１１の位置および姿勢を精度良く認識し、精度良く対象物１１をハンドリングすることができる。

図２は、第１実施形態に係るパターン照射装置２０の構成を示す図である。パターン照射装置２０は、投影面３０に、三次元測定装置２１による距離の測定精度を向上させるような画像パターンの光を照射する。投影面３０は、ハンドリングシステム１０における対象物１１が積載されるトレイ１２に対応する。

パターン照射装置２０は、発光部３１と、集光部３２と、透過拡散板３３ａ、３３ｂと、ライトトンネル３４と、画像形成部３５と、照射光学系３６とを備える。
また、ここで２つの透過拡散板３３ａ、３３ｂのうち、ライトトンネル３４の光軸ｘ方向上流側すなわち入射側に配置された方を透過拡散板３３ａ、ライトトンネル３４のｘ方向下流側すなわち出射側に配置された方を透過拡散板３３ｂとする。
すなわち、透過拡散板３３ａは入射側拡散板たる第１拡散部、透過拡散板３３ｂは出射側拡散板たる第２拡散部である。なお、以降の実施形態では第２拡散部が何れも透過拡散板である場合について説明するが、第１拡散部と同様に反射拡散板であっても良い。

なお、図中において、ｘ、ｙ、ｚは、互いに直交する方向を示す。ｘ方向は、ライトトンネル３４の光軸に平行な方向を表す。ｙ方向は、ｘ方向に直交する方向を表す。ｚ方向は、ｘ方向およびｙ方向に直交する方向を表す。

発光部３１は、光を出射する。本実施形態において、発光部３１は、複数本の平行光束のレーザ光を同一方向に出射する。

発光部３１は、光源である複数のレーザダイオード４１と、複数のコリメータレンズ４２とを有する。複数のレーザダイオード４１は、互いに同一方向に、コヒーレント光であるレーザ光を出射する。本実施形態において、それぞれのレーザダイオード４１は、例えば４４０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の波長の青色のレーザ光を発光する青色レーザダイオードである。なお、それぞれのレーザダイオード４１は、青色に限らず、他の色であってもよい。また、三次元測定装置２１が照射した光を検出できれば、レーザダイオード４１は、可視光以外のレーザ光を出射してもよい。

複数のコリメータレンズ４２は、複数のレーザダイオード４１のそれぞれに一対一に対応して設けられる。それぞれのコリメータレンズ４２は、対応するレーザダイオード４１から出射されたレーザ光を入射して、平行光束として出射する。これにより、発光部３１は、同一方向に複数本の平行光束のレーザ光を出射することができる。

集光部３２は、発光部３１から出射された光を透過拡散板３３ａ上に集光する。本実施形態においては、集光部３２は、レンズであり、複数本のレーザ光を透過拡散板３３ａ上の略一点に集光する。

透過拡散板３３ａ、３３ｂは、何れも透過した光を拡散させる透過型の拡散部である。透過拡散板３３ａ、３３ｂは、全体が平板状であって、少なくとも一方の平面に微細でランダムな凹凸等が形成されて、一例として、半値全幅の５°以上１０°以下の拡散角で光を拡散させる。
透過拡散板３３ａは、集光部３２により集光された複数本のレーザ光を入射し、入射した光を透過して拡散させながらライトトンネル３４へと出射する。
透過拡散板３３ｂは、ライトトンネル３４を通過した光を透過して拡散させながら画像形成部３５へと出射する。

ライトトンネル３４は、通過する光の光軸方向（ｘ方向）に垂直な面（ｙ方向およびｚ方向）の照度分布を均一化する均一化光学系である。ライトトンネル３４は、透過拡散板３３により拡散された光を入射し、入射した光を通過させて、照度分布を均一化して出射する。ライトトンネル３４から出射した光は、透過拡散板３３ｂにより再度拡散される。

画像形成部３５は、ライトトンネル３４から出射された光を所定の画像パターンに応じて透過および遮断（または反射）して、光軸に垂直な面に所定の画像パターンの像を形成する。画像形成部３５を透過した光は、照射光学系３６へと入射される。所定の画像パターンは、対象物１１に照射した場合に距離測定の精度を向上させる２次元の模様である。

画像形成部３５は、一例として、ガラス等の透明な板に所定の画像パターンが描かれた長方形の板状のフォトマスクである。また、画像形成部３５は、電気信号により透過する画像パターンを形成することができる板状の透過型液晶素子であってもよい。この場合、画像形成部３５は、外部の情報処理装置から取り込んだ画像データに応じて画像パターンを形成することができる。

照射光学系３６は、画像形成部３５を透過した光を、指定された倍率に拡大して投影面３０に照射する。

図３は、ライトトンネル３４での光路の一例を示す図である。ライトトンネル３４は、図３（ａ）に示されるように、筒状であって、筒の内部には内側へと光を反射する反射側面４３が形成されている。そして、ライトトンネル３４は、筒の内部が、光を通過させる光路４４として機能する。光路４４は、光を通過させることができれば、中空であってもよいし、ガラス等の透明な部材で充填されていてもよい。

透過拡散板３３ａにより拡散された光は、入力口４５から光路４４内に入射される。入射された光は、反射側面４３を反射しながら光路４４を通過する。そして、光路４４を通過した光は、出力口４６から外部へと出射される。このように、ライトトンネル３４は、入射された光が反射側面４３を反射しながら光路４４の内部を通過するので、出射する光の照度分布を均一化することができる。

また、ライトトンネル３４の反射側面４３は、光軸に対して平行に設けられている。このため、ライトトンネル３４に入射される光の角度θａと、ライトトンネル３４から出射される光の角度θｂとは同一となる。従って、ライトトンネル３４は、出力口４６において透過拡散板３３ａと同一の拡散角の光を出射することができる。
一方、かかる透過拡散板３３ａが無い場合を考えると、図３（ｂ）に示すように、透過拡散板３３ａを配置する場合よりもライトトンネル３４の入力口４５における光の広がり角が小さくなる。
すなわちライトトンネル３４の入力口４５よりも入射側に透過拡散板３３ａを配置することで、図３（ｃ）に示すように、ライトトンネル３４の出力口４６における拡散角が広がる。このように、ライトトンネル３４の入力口４５における拡散角が大きくなることで、後述するようにライトトンネル３４の照度分布の均一化という効果がより向上される。

また、本実施形態においては、ライトトンネル３４の光軸方向（ｘ方向）に垂直な面の形状は、長方形である。ライトトンネル３４の光軸に垂直な面の形状は、画像形成部３５と略同一のアスペクト比であることが好ましい。

また、ライトトンネル３４の出力口４６は、少なくとも後段の画像形成部３５の全面に光が照射できる大きさであればよい。もっとも、出力口４６は、後段の画像形成部３５よりも大きい場合には、出射された光が画像形成部３５の外部に漏れて無駄になるので、組み付け精度等を考慮して画像形成部３５と略同一程度にするのが好ましい。

また、ライトトンネル３４は、光軸方向の長さが長いほど、光路４４内での光の反射回数が増えて照度分布をより均一化することができるが、損失も大きくなる。従って、ライトトンネル３４の光軸方向の長さは、目的の均一化度が得られる最小の長さであることが好ましい。

なお、ライトトンネル３４は、ホモジナイザまたはライトパイプと呼ばれる場合もある。また、パターン照射装置２０は、均一化光学系であれば、ライトトンネル３４に代えて他の部材を備えてもよい。例えば、パターン照射装置２０は、ライトトンネル３４に代えてフライアイを備えてもよい。
ライトトンネル３４の照度分布を均一化する効果と、透過拡散板３２ｂの効果とについてさらに詳しく説明する。
ライトトンネル３４に入射する光の角度θａに広がりを持つ光は、角度θａ毎にライトトンネル３４内部での反射回数が異なり、結果としてライトトンネル３４の出力口４６で図３（ｃ）に示すようにyz平面での位置が光線入射角ごとに異なる。言い換えると、出力口４６におけるそれぞれの光線の位置は、ライトトンネル３４に入射した光の広がり角に対応することを意味する。したがって、ライトトンネル３４に入射する光の広がり角が大きいほど、出力口４６におけるｙｚ平面上の出射位置が異なって照度分布が均一化されやすい。
また、既に図３（ａ）に示したように、単一の光線について入射される光の角度θａと、出射される光の角度θｂとは同一となる。したがってかりに入力口４５における光線が点で入射されるときには、出力口４６においてそれぞれの位置から出射される光は広がり角が小さい。
逆に言うと、ライトトンネル３４から出射される光のｙｚ平面の各像高における光線の広がり角は、入射スポットの面積が大きく様々な角度成分を持つ光が入射するほど大きくなる。本実施形態においては入射光はレーザ光であり、入力口４５における光線のライトトンネル３４への入射スポットが入力口４５に対して比較的小さい。このような場合には、ライトトンネル３４から出射される光のｙｚ平面の各像高における光線の広がり角は小さくなる。
従って、ライトトンネル３４の出射側である＋ｘ方向側に画像形成部３５を置いた場合、画像形成部３５における各像高での入射角度範囲はそれぞれライトトンネル３４の入射光角度範囲以下となる。結果として、照射光学系３６での各像高の光の広がり角もライトトンネル３４に入射した光の広がり角に対応するため、広がり角が小さい。そのため、照射光学系３６内を進行する各像高の光は密度が高く、各光学部材への照射密度も高くなる。照射光学系３６への照射密度が高くなることは、光学部材への負荷の増大を招くおそれがある。

そこで、本発明では、図２や図３（ｃ）に示したようにライトトンネル３４と画像形成部３５との間に透過拡散板３３ｂを配置している。かかる構成により、ライトトンネル３４から出射した広がり角の小さな各像高の光が、透過拡散板３３ｂを通ることで広がり角が大きくなる。結果として、照射光学系３６内の各レンズへの照射密度も低くなり、光学部品の劣化を防ぐことができる。また、レーザークラスを低減することもできる。
なお、ライトトンネル３４の後に拡散板を入れることにより照射光学系３６内の各レンズの劣化を防ぐことができる効果は以下の実施例でも同様に得ることが出来る。
以上述べたように、透過拡散板３３ａと、透過拡散板３３ｂとをライトトンネル３４の前後に配置することで、入力口４５における光の広がり角を大きくするとともに、入射スポットをも拡げるから、透過拡散板３３ｂの拡散効果がより顕著に生じる。
本実施形態のようにライトトンネル３４の入射側と出射側の両面に透過拡散板３３ａ、３３ｂを配置することで、透過拡散板３３ａで投射面に光が均一に照射されるとともに、透過拡散板３３ｂで照射光学系３６への照射密度が低減される。
また、透過拡散板３３ａと透過拡散板３３ｂとの拡散角は、照射光学系３６への入射光の広がり角が、照射光学系３６の画像形成部３５側の開口数（ＮＡ）から導出される角度以下に抑えられるように選択されることが望ましい。このように照射光学系３６の開口数を用いて透過拡散板３３ａと透過拡散板３３ｂとの拡散角が設定されることで、画像形成部３５から照射光学系３６への入射光が効率よく投影面３０へと導かれるから、高出力で均一な光が投射される。

図４は、第１実施形態に係るパターン照射装置２０の一部分の斜視図である。発光部３１は、一例として、２×４のマトリクス状に配列された８個のレーザダイオード４１を有する。さらに、発光部３１は、それぞれのレーザダイオード４１に対応して設けられた８個のコリメータレンズ４２を有する。このような発光部３１は、同一方向に８本の平行光束を出射することができる。

このように、発光部３１は、複数個のレーザダイオード４１を有するので、出力する光のエネルギーを大きくすることができる。なお、発光部３１が有するレーザダイオード４１の個数および配置は、同一方向にレーザ光を出射できれば、どのような個数および配置であってもよい。

また、透過拡散板３３ａは、リレー光学系等を介さずに、ライトトンネル３４の直前に配置されている。これにより、パターン照射装置２０は、透過拡散板３３とライトトンネル３４の間の光学的な距離を短くして、拡散した光がライトトンネル３４の外部へと漏れてしまうことを防止することができる。従って、パターン照射装置２０は、光の伝達の効率を高め、出力するエネルギーを大きくすることができる。

また、集光部３２は、発光部３１から出射された複数本のレーザ光を透過拡散板３３上に集光する。従って、発光部３１が有するレーザダイオード４１の個数を増加させても、レーザダイオード４１から出射された光をライトトンネル３４内に漏れなく入射させることができる。従って、パターン照射装置２０は、出力するエネルギーを容易に大きくすることができる。

また、レーザ光は直進性が高い。従って、もし、コリメータレンズ４２から出射されたレーザ光を直接入射した場合、ライトトンネル３４は、照度分布を効率良く均一化させることは困難である。しかし、本実施形態において、ライトトンネル３４は、透過拡散板３３ａにより拡散されたレーザ光を入射するので、照度分布を効率良く均一化することができる。従って、パターン照射装置２０は、ライトトンネル３４の光軸方向の長さを短くして装置の小型化を図ることができる。

またさらに、ライトトンネル３４と、透過拡散板３３ｂと、画像形成部３５との間の光学的な距離は短いことが好ましい。かかる構成により、パターン照射装置２０は、ライトトンネル３４から出射され拡散された光が光路外に漏れてしまうことを防止して、照度分布が均一化された光が高効率に照射光学系３６に導かれる。
また、画像形成部３５は、リレー光学系等を介さずに、ライトトンネル３４の直後に配置されている。これにより、パターン照射装置２０は、ライトトンネル３４と画像形成部３５との光学的な距離を短くして、ライトトンネル３４から出射された拡散された光が外部へと漏れてしまうことを防止することができる。従って、パターン照射装置２０は、光の伝達の効率を高め、出力するエネルギーを大きくすることができる。

また、本実施形態においては、レーザダイオード４１は、青色のレーザ光を発光する。これにより、パターン照射装置２０は、より精度良く距離測定をさせることができるとともに、作業者に良好な作業環境を提供することができる。この理由は、以下の通りである。

例えば、オスラム株式会社のプロジェクタ用の光源Ｐ１Ｗが知られている（http://www.osram.jp/osram_jp/press/press-releases/_trade_press/2013/osram-led-power-packs-for-projectors/）。この光源Ｐ１Ｗは、青色が５００ｌｍ、赤色が１２５０ｌｍ、緑色が４１５０ｌｍの明るさで発光する。ｌｍは、光束の単位であり、視感度を考慮した明るさである。視感度を考慮しない光の放射束（単位Ｗ）は、光束（ｌｍ）＝６８３×放射束（Ｗ）×Ｙ刺激値により算出される。各色の代表的なスペクトルから換算係数ｌｍ／Ｗを算出した場合、青色が４０ｌｍ／Ｗ、赤色が２００ｌｍ／Ｗ、緑色が４８０ｌｍ／Ｗとなる。よって、放射束は、光束と換算係数より、青色が１２．５Ｗ、赤色が６．３Ｗ、緑色が８．６Ｗとなる。つまり、放射束は、青色が最も高い。

距離測定のための画像パターンを照射するパターン照射装置２０では、人の目の感度、つまり視感度の考慮された光束量ではなく、純粋な光の出力である放射束が高い光源を備えることが好ましい。青色レーザダイオードは、上述のように販売されている光源のうち、高い放射束が得られる。従って、レーザダイオード４１が青色のレーザ光を出射するので、パターン照射装置２０は、対象物１１を高いエネルギーで照明でき、対象物１１が黒色等であっても精度良く距離測定をさせることができる。

一方、青色は、光束が低く、人の目には眩しくない。従って、レーザダイオード４１が青色のレーザ光を出射するので、パターン照射装置２０は、作業者が対象物１１を目視しやすく、良好な作業環境を提供することができる。また、青色は、可視光である。従って、レーザダイオード４１が青色のレーザ光を出射するので、パターン照射装置２０は、作業者に照明エリアを目視させることができ、作業者が照明エリアを調整しやすい環境を提供することができる。

以上のように、本実施形態に係るパターン照射装置２０によれば、高い光出力を得られるとともに、サイズおよびコストを小さくすることができる。さらに、パターン照射装置２０は、作業者に良好な作業環境を提供することができる。

（第２実施形態）
つぎに、第２実施形態に係るパターン照射装置５０について説明する。第２実施形態に係るパターン照射装置５０は、第１実施形態に係るパターン照射装置２０に代えて、ハンドリングシステム１０に適用される。なお、第３実施形態以降も同様である。

また、第２実施形態に係るパターン照射装置５０は、第１実施形態に係るパターン照射装置２０と略同一の機能および構成を有する。略同一の機能および構成を有する部材については、同一の符号を付けて、相違点を除き詳細な説明を省略する。

図５は、第２実施形態に係るパターン照射装置５０の構成を示す図である。パターン照射装置５０は、発光部３１と、集光部３２と、反射拡散板５１と、ライトトンネル３４と、画像形成部３５と、照射光学系３６とを備える。パターン照射装置５０は、第１拡散部として、透過拡散板３３ａに代えて反射拡散板５１を備える点で、第１実施形態と異なる。

集光部３２は、発光部３１から出射された光を反射拡散板５１上に集光する。本実施形態においては、集光部３２は、複数本のレーザ光を反射拡散板５１上の略一点に集光する。

反射拡散板５１は、入射した光を拡散させる第１拡散部である。反射拡散板５１は、集光部３２により集光された複数本のレーザ光を入射して、入射した光を反射して拡散させながらライトトンネル３４へと出射する。反射拡散板５１は、光を反射して拡散させる点において、透過拡散板３３ａと異なるが、他の機能および効果について透過拡散板３３と同一である。

ライトトンネル３４は、反射拡散板５１により拡散された光を入射し、照度分布を均一化して出射する。

図６は、反射拡散板５１での光路の一例を示す図である。反射拡散板５１は、全体が略平板状であって、集光部３２側に形成された透過拡散面５２と、集光部３２とは反対側に形成された反射面５３とを含む。

透過拡散面５２は、微細でランダムな凹凸が形成されている。透過拡散面５２は、光を透過させるとともに、透過する光を拡散させる。透過拡散面５２の表面には、反射防止膜が形成されていてもよい。これにより、透過拡散面５２は、透過率を高くすることができる。

反射面５３は、集光部３２から入射して透過拡散面５２を透過した光を反射する。反射面５３は、一例として、平面であり、光を拡散させない。反射面５３は、誘電体多層膜または金属膜等の反射コーティング膜が表面に形成されていてもよい。これにより、反射面５３は、反射率を高くすることができる。反射面５３を反射した光は、再度、透過拡散面５２を透過して、ライトトンネル３４へと入射される。

このような反射拡散板５１に対して、図６に示されるように、集光部３２から光束ａが入射されたとする。この場合、光束ａは、透過拡散面５２の表面側から入射する。そして、光束ａは、透過拡散面５２において透過および拡散して、拡散光束ａ１、ａ２となる。ここでは、拡散光束ａ１、ａ２のみを示しているが、光束ａの拡散光束は多数存在する。

続いて、拡散光束ａ１、ａ２は、反射面５３において反射され、再度、透過拡散面５２に裏面側から入射する。そして、拡散光束ａ１、ａ２は、透過拡散面５２においてそれぞれ透過および拡散して、拡散光束ａ１１、ａ１２、ａ２１、ａ２２となる。ここでは、拡散光束ａ１１、ａ１２、ａ２１、ａ２２のみを示しているが、光束ａ１、ａ２の拡散光束は多数存在する。

このように、このような構成の反射拡散板５１は、光を透過拡散面５２で２回拡散させることができる。これにより、反射拡散板５１は、拡散効果を高めて、より照度分布が均一な光を出射させることができる。従って、本実施形態に係るパターン照射装置５０によれば、より照度分布が均一な画像パターンを対象物１１に照射することができる。

なお、本実施形態においては、反射拡散板５１の集光部３２側の面を透過拡散面５２としているが、これに代えて、反射拡散板５１の集光部３２側の面を拡散および反射をする反射拡散面としてもよい。

以上のように、本実施形態に係るパターン照射装置５０によれば、反射拡散板５１を備えるので、より均一化した光を出力することができる。

図７は、反射拡散板５１が脱落した場合の光路の一例を示す図である。本実施形態に係るパターン照射装置５０において、故障等により反射拡散板５１が脱落または破損等をして、レーザ光が反射拡散板５１で反射されなかったとする。この場合、図７に示されるように、発光部３１から出射されたレーザ光は、ライトトンネル３４に入射されない。従って、この場合、パターン照射装置５０は、投影面３０に何ら光を照射しない。

このため、パターン照射装置５０は、反射拡散板５１が脱落または破損等をした場合において、レーザ光が拡散されずに直接外部へと出射されない。これにより、パターン照射装置５０は、拡散部が脱落または破損したときのレーザ光の出射防止機構を簡単な構成で実現することができる。

（第３実施形態）
つぎに、第３実施形態に係るパターン照射装置６０について説明する。第３実施形態に係るパターン照射装置６０は、第２実施形態に係るパターン照射装置５０と略同一の機能および構成を有する。略同一の機能および構成を有する部材については、同一の符号を付けて、相違点を除き詳細な説明を省略する。

図８は、第３実施形態に係るパターン照射装置６０の構成を示す図である。パターン照射装置６０は、発光部３１と、集光部３２と、反射拡散板５１と、テーパライトトンネル６１と、画像形成部３５と、照射光学系３６とを備える。パターン照射装置６０は、均一化光学系として、ライトトンネル３４に代えてテーパライトトンネル６１を備える点で、第２実施形態と異なる。

テーパライトトンネル６１は、反射拡散板５１により拡散された光を入射して、照度分布を均一化して出射する。テーパライトトンネル６１は、形状は異なるが、ライトトンネル３４と略同一の構成および機能を有する。

図９は、テーパライトトンネル６１での光路の一例を示す図である。テーパライトトンネル６１は、図９に示されるように、入力口６４より出力口６５が大きく、反射側面６２が光路６３の光軸に対して傾けて形成されている点において、ライトトンネル３４と異なる。また、テーパライトトンネル６１は、光路６３における光軸に垂直方向の面の形状（入力口６４および出力口６５の形状を含む）は、画像形成部３５と略同一のアスペクト比の長方形である。

このようなテーパライトトンネル６１は、ライトトンネル３４と同様に、入射された光が反射側面６２を反射しながら光路６３の内部を通過するので、出射する光の照度分布を均一化することができる。

ここで、テーパライトトンネル６１におけるｚ方向に垂直な反射側面６２は、光軸に対して角度θｔでｚ方向に傾いている。従って、テーパライトトンネル６１は、入射される光の角度θｃより、出射される光の角度θｄの方を小さくすることができる。テーパライトトンネル６１は、後段の画像形成部３５への光の角度（拡散角）を小さくすることができる。

これにより、パターン照射装置６０は、テーパライトトンネル６１を備えることで、画像形成部３５を通過した後の照射光学系３６への光線入射角を小さく、つまり、ＮＡを小さくできる。このため、パターン照射装置６０は、照射光学系３６への光の取り込み効率を上げて高い光出力を得ることができる。

なお、テーパライトトンネル６１は、反射側面６２の傾きの角度θｔを大きくするほど、出射される光の角度θｄを小さくすることができる。傾きの角度θｔを大きくするには、入力口６４を小さくするか、または、出力口６５を大きくすればよい。しかしながら、入力口６４を小さくすると、反射拡散板５１で反射した光を効率良く取り込むことが困難になり、出力口６５を大きくすると画像形成部３５より外側を照明する光が無駄となる。従って、傾きの角度θｔ、入力口６４のサイズおよび出力口６５のサイズは、これらを考慮しながら適切に設定することが好ましい。

また、テーパライトトンネル６１は、入力口６４および出力口６５のサイズを固定した状態において光軸方向を長くすると、反射回数は増えて照度分布をより均一化することができる。しかし、テーパライトトンネル６１は、光軸方向を長くすると、反射回数増加により効率が低下し、さらに、傾きの角度θｔが小さくなり照射光学系３６での取り込み効率が低下する。従って、テーパライトトンネル６１の光軸方向の長さは、これらを考慮しながら適切に設定することが好ましい。

以上のように、本実施形態に係るパターン照射装置６０によれば、テーパライトトンネル６１を備えるので、高出力化を図ることができる。

（第４実施形態）
つぎに、第４実施形態に係るパターン照射装置７０について説明する。第４実施形態に係るパターン照射装置７０は、第３実施形態に係るパターン照射装置６０と略同一の機能および構成を有する。略同一の機能および構成を有する部材については、同一の符号を付けて、相違点を除き詳細な説明を省略する。

図１０は、第４実施形態に係るパターン照射装置７０の構成を示す図である。パターン照射装置７０は、発光部３１と、集光部３２と、反射拡散板５１と、テーパライトトンネル６１、画像形成部３５と、プリズム７１と、照射光学系３６とを備える。集光部３２は、第１のミラー群７２と、レンズ７３とを有する。

パターン照射装置７０は、プリズム７１をさらに備える点で、第３実施形態と異なる。また、パターン照射装置７０は、集光部３２が第１のミラー群７２とレンズ７３とを有する点で、第３実施形態と異なる。

第１のミラー群７２は、発光部３１から同一方向に出射された複数本の平行光束を反射してレンズ７３へと導く。第１のミラー群７２は、複数のミラー７４を有する。それぞれのミラー７４は、レーザダイオード４１から出射されてコリメータレンズ４２により平行光束とされたレーザ光を、レンズ７３の方向に反射する。複数のミラー７４は、複数本の平行光束を同一方向に、すなわち、複数本の平行光束を平行に反射する。

レンズ７３は、平行に入射された複数の平行光束を反射拡散板５１上の略一点に集光する。

プリズム７１は、画像形成部３５と、照射光学系３６との間に挿入される。本実施形態において、照射光学系３６は、入射光の光軸がテーパライトトンネル６１の光軸に対して直交するように配置されている。プリズム７１は、画像形成部３５から出射された光を反射して、照射光学系３６へと入射させる。パターン照射装置７０は、このようなプリズム７１を備えることにより、小さなスペース内に各構成要素を配置することができる。パターン照射装置７０は、プリズム７１に代えて、ミラーを備えてもよい。

なお、テーパライトトンネル６１と画像形成部３５との間にプリズム７１を挿入した場合、テーパライトトンネル６１から画像形成部３５との間の距離が長くなるので、光の損失が大きくなる。レンズ等を用いて集光したとしても部品点数が多くなってしまう。従って、第４実施形態に係るパターン照射装置７０によれば、画像形成部３５と照射光学系３６との間にプリズム７１を備えるので、効率を低下させずに配置をコンパクトにすることができる。

図１１は、第４実施形態に係る第１のミラー群７２およびレンズ７３等の配置の一例を示す図である。本実施形態において、発光部３１は、２×４のマトリクス状に配列された８個のレーザダイオード４１および８個のコリメータレンズ４２を有する。

また、本実施形態において、第１のミラー群７２は、４個のミラー７４を有する。４個のミラー７４のそれぞれは、ｙ方向に並んだ２個のレーザダイオード４１および２個のコリメータレンズ４２に対応して配置される。それぞれのミラー７４は、対応する２個のコリメータレンズ４２から出射される２本の平行光束を反射する。

なお、第１のミラー群７２は、８個のミラー７４を有する構成であってもよい。この場合、それぞれのミラー７４が、何れか１個のコリメータレンズ４２から出射された平行光束を反射する。

図１２の（ａ）は、単板ミラー７５を用いた場合の光路を示す図であり、図１２の（ｂ）は、第１のミラー群７２を用いた場合の光路を示す図である。

パターン照射装置７０が第１のミラー群７２に代えて、図１２の（ａ）に示すような単板ミラー７５を備えていたとする。単板ミラー７５は、発光部３１から出射された複数本の平行光束に対して４５°に傾けて配置されている。従って、単板ミラー７５は、発光部３１から出射された平行光束を９０°曲げることができる。

ここで、発光部３１から出射された複数本の平行光束により形成される光束幅をＬ１とする。単板ミラー７５からレンズ７３へと入射される複数本の平行光束により形成される光束幅をＬ２とする。Ｌ１とＬ２とは、同一の長さとなる。

これに対して、図１２の（ｂ）に示すように、第１のミラー群７２を構成するそれぞれのミラー７４も、発光部３１から出射された複数本の平行光束に対して４５°に傾けて配置されている。従って、それぞれのミラー７４は、発光部３１から出射された平行光束を９０°曲げることができる。

そして、複数のミラー７４は、発光部３１から同一方向に出射された複数本の平行光束により形成される光束幅を狭くするように、発光部３１から出射された複数の光のそれぞれを反射してレンズ７３へと導く。従って、複数のミラー７４からレンズ７３へと入射される複数本の平行光束により形成される光束幅をＬ３とした場合、Ｌ３は、Ｌ１よりも短くなる。

このように第１のミラー群７２は、レンズ７３へと入射する光の光束幅を狭くしている。これにより、パターン照射装置７０は、レンズ７３のサイズを小さくすることができる。さらに、レンズ７３へと入射する光の光束幅が狭いので、パターン照射装置７０は、反射拡散板５１上に集光される光の入射角を小さくし、これに伴いテーパライトトンネル６１から出射する光束の拡散角も小さくすることができる。これにより、パターン照射装置７０は、照射光学系３６のＮＡを小さくし、照射光学系３６への光の取り込み効率を上げることができる。

以上のように、本実施形態に係るパターン照射装置７０によれば、プリズム７１および第１のミラー群７２により光軸を曲げるので配置をコンパクトにすることができ、さらに、光束幅を狭くすることにより高出力化を図ることができる。

（第５実施形態）
つぎに、第５実施形態に係るパターン照射装置８０について説明する。第５実施形態に係るパターン照射装置８０は、第４実施形態に係るパターン照射装置７０と略同一の機能および構成を有する。略同一の機能および構成を有する部材については、同一の符号を付けて、相違点を除き詳細な説明を省略する。

図１３は、第５実施形態に係るパターン照射装置８０の構成を示す図である。第５実施形態に係る集光部３２は、第２のミラー群８１と、シリンドリカルレンズ８２とを有する。パターン照射装置８０は、集光部３２が第２のミラー群８１とシリンドリカルレンズ８２とを有する点で、第４実施形態と異なる。

第２のミラー群８１は、発光部３１から同一方向に出射された複数本の平行光束を反射して、反射拡散板５１へと導く。第２のミラー群８１は、複数のミラー８３を有する。それぞれのミラー８３は、レーザダイオード４１から出射されてコリメータレンズ４２に平行光束とされたレーザ光を、反射拡散板５１の方向に反射する。

この場合において、複数のミラー８３は、反射角によって、複数本の平行光束を光軸に直交する第１方向に集光する。本実施形態においては、複数のミラー８３は、複数本の平行光束のｘ方向の成分が反射拡散板５１上で略一点に照射されるように、反射角が設定されている。従って、第２のミラー群８１を構成するそれぞれのミラー８３は、第１方向の反射角が互いに異なっている。

シリンドリカルレンズ８２は、第２のミラー群８１と反射拡散板５１との間に設けられる。シリンドリカルレンズ８２は、第２のミラー群８１から反射拡散板５１へと向かう複数本の平行光束を、光軸に直交する方向であって且つ第１方向と直交する第２方向に集光する。

図１４は、第５実施形態に係る第２のミラー群８１およびシリンドリカルレンズ８２等の配置の一例を示す図である。本実施形態において、発光部３１は、２×４のマトリクス状に配列された８個のレーザダイオード４１および８個のコリメータレンズ４２を有する。

また、本実施形態において、第２のミラー群８１は、４個のミラー８３を有する。４個のミラー８３のそれぞれは、ｙ方向に並んだ２個のレーザダイオード４１および２個のコリメータレンズ４２に対応して配置される。それぞれのミラー８３は、対応する２個のコリメータレンズ４２から出射される２本の平行光束を反射する。

なお、第２のミラー群８１は、８個のミラー８３を有する構成であってもよい。この場合、それぞれのミラー８３が、何れか１個のコリメータレンズ４２から出射された平行光束を反射する。

そして、シリンドリカルレンズ８２は、第２のミラー群８１から反射拡散板５１へと向かう複数本の平行光束を、光軸に直交する方向であって且つ第１方向と直交する第２方向に集光する。本実施形態において、シリンドリカルレンズ８２は、複数本の平行光束のｙ方向の成分が、反射拡散板５１上で略一点に照射されるように集光する。

このようにパターン照射装置８０は、第１方向（例えばｘ方向）には、ミラー８３の反射角によって集光するので、レンズによる集光作用を用いていない。従って、パターン照射装置８０では、シリンドリカルレンズ８２に入射する光束幅が比較的に狭くなり、シリンドリカルレンズ８２のレンズ径を小さくすることができる。さらに、パターン照射装置８０は、シリンドリカルレンズ８２のレンズ径を小さくすることができるので、製造可能なコバ厚を確保しながらシリンドリカルレンズ８２の曲率半径を小さくすることができる。このため、パターン照射装置８０は、シリンドリカルレンズ８２から反射拡散板５１までの距離を短くすることができ、この結果、装置構成を小さくすることができる。

なお、パターン照射装置８０は、シリンドリカルレンズ８２に代えて、第１方向（例えばｘ方向）と第２方向（例えばｙ方向）とで曲率半径が異なるトロイダルレンズを有してもよい。この場合、第２のミラー群８１は、トロイダルレンズの第１方向の集光作用と併せて、複数本の平行光束の第１方向の成分が反射拡散板５１上で略一点に照射されるように、反射角が設定される。

（第６実施形態）
つぎに、第６実施形態に係るパターン照射装置９０について説明する。第６実施形態に係るパターン照射装置９０は、第４実施形態に係るパターン照射装置７０と略同一の機能および構成を有する。略同一の機能および構成を有する部材については、同一の符号を付けて、相違点を除き詳細な説明を省略する。

図１５は、第６実施形態に係るパターン照射装置９０の構成を示す図である。第６実施形態に係る集光部３２は、第３のミラー群９１を有する。パターン照射装置９０は、集光部３２が第３のミラー群９１を有する点で、第４実施形態と異なる。

第３のミラー群９１は、発光部３１から同一方向に出射された複数本の平行光束を反射して、反射拡散板５１へと導く。第３のミラー群９１は、複数のミラー９３を有する。それぞれのミラー９３は、レーザダイオード４１から出射されてコリメータレンズ４２に平行光束とされたレーザ光を、反射拡散板５１の方向に反射する。

この場合において、複数のミラー９３は、反射角によって、複数本の平行光束のそれぞれを集光する。本実施形態においては、複数のミラー９３は、複数本の平行光束が反射拡散板５１上で略一点に照射されるように、反射角が設定されている。従って、第３のミラー群９１を構成するそれぞれのミラー９３は、反射角が互いに異なっている。

図１６は、第６実施形態に係る第３のミラー群９１等の配置の一例を示す図である。本実施形態において、発光部３１は、２×４のマトリクス状に配列された８個のレーザダイオード４１および８個のコリメータレンズ４２を有する。

また、本実施形態において、第３のミラー群９１は、８個のミラー９３を有する。８個のミラー９３のそれぞれは、何れか１個のレーザダイオード４１および１個のコリメータレンズ４２に対応して配置される。それぞれのミラー９３は、対応する１個のコリメータレンズ４２から出射される１本の平行光束を反射する。そして、それぞれのミラー９３は、反射した平行光束が反射拡散板５１上の略一点に集光されるように反射角が調整されている。

このようにパターン照射装置９０は、第３のミラー群９１により光束を反射拡散板５１上に集光する。従って、パターン照射装置９０は、反射拡散板５１上に光束を集光するためのレンズを備えなくてよいので、構成が簡易となる。さらに、レンズで集光する場合、レンズから反射拡散板５１までの距離に、焦点距離の下限による制限がある。しかし、パターン照射装置９０は、第３のミラー群９１を構成するミラー９３の傾きを調整すればよいので、このような距離の制限が無く配置をコンパクトにすることができる。

（第７実施形態）
つぎに、第７実施形態に係るパターン照射装置１１０について説明する。第７実施形態に係るパターン照射装置１１０は、第１実施形態に係るパターン照射装置２０と略同一の機能および構成を有する。略同一の機能および構成を有する部材については、同一の符号を付けて、相違点を除き詳細な説明を省略する。

図１７は、第７実施形態に係るパターン照射装置１１０の構成を示す図である。パターン照射装置１１０は、発光部３１と、集光部３２と、透過蛍光部１１１と、ライトトンネル３４と、透過拡散板３３ｂと、画像形成部３５と、照射光学系３６とを備える。パターン照射装置１１０は、透過拡散板３３ａに代えて透過蛍光部１１１を備える点で、第１実施形態と異なる。

集光部３２は、発光部３１から出射された光を透過蛍光部１１１上に集光する。本実施形態においては、集光部３２は、複数本のレーザ光を透過蛍光部１１１上の略一点に集光する。

透過蛍光部１１１は、入射した光を励起光として蛍光を発する透過型の蛍光部である。透過蛍光部１１１は、集光部３２により集光された複数本のレーザ光を入射して、入射した光を励起光として蛍光を発する。透過蛍光部１１１は、発生した蛍光を、集光部３２とは反対側に配置されたライトトンネル３４へと出射する。

ライトトンネル３４は、透過蛍光部１１１により発光された蛍光を入射し、照度分布を均一化して出射する。ライトトンネル３４は、透過蛍光部１１１から発光された蛍光の出射角と同一の角度の光を出射することができる。

透過蛍光部１１１は、一例として、ガラス板等の透明の基板と、基板上に設けられた蛍光体とを有する。これにより、透過蛍光部１１１は、励起光の入射面とは反対側の面から蛍光を出射することができる。

また、透過蛍光部１１１は、一例として、蛍光体セラミックスであってもよい。蛍光体セラミックスは、蛍光体を任意の形状（例えば、薄板状）に成形して加熱した焼結体である。なお、透過蛍光部１１１は、このようなものに限らず、発光部３１から発光された光を励起光として蛍光を発し、励起光の入射面とは反対側の面から蛍光を出射する構成であれば、どのようなものであってもよい。

本実施形態においては、発光部３１は、青色のレーザ光を発生する。そして、透過蛍光部１１１は、青色のレーザ光を励起光として、黄色の光を発する。青色のレーザ光を発光するダイオードは、比較的に高出力であり且つ安価である。従って、発光部３１が青色のレーザ光を発生することにより、パターン照射装置１１０は、安価な構成で、高出力の光を対象物１１に照射することができる。従って、パターン照射装置１１０は、対象物１１の表面が黒色等であっても、安価な構成で、精度良く距離測定をさせることができる。

なお、発光部３１から発せられる光は、青色に限らず、他の波長の光（例えば紫外光、可視光以外の光）であってもよい。また、透過蛍光部１１１は、黄色に限らず、どのような波長の光（例えば、赤色、緑色、青色または白色等）の蛍光を発してもよい。

また、透過蛍光部１１１は、コヒーレントな光を励起光として、インコヒーレントな蛍光を発する。従って、透過蛍光部１１１は、スペックルノイズを含まない均一な光を発することができる。これにより、本実施形態に係るパターン照射装置１１０によれば、スペックルノイズを除去した画像パターンを対象物１１に照射することができる。

また、透過蛍光部１１１は、リレー光学系等を介さずに、ライトトンネル３４の直前に配置されている。蛍光体から発せられる光は一般にランバート分布であり、光の広がり角が大きいので、距離が開くとライトトンネル３４の外部へと漏れてしまう虞がある。そこで、透過蛍光部１１１とライトトンネル３４の間の光学的な距離は短いことが好ましい。かかる構成によりパターン照射装置１１０は、蛍光がライトトンネル３４の外部へと漏れてしまうことを防止することができる。よって、パターン照射装置１１０は、光の伝達の効率を高め、出力するエネルギーを大きくすることができる。

また、集光部３２は、発光部３１から出射された複数本のレーザ光を透過蛍光部１１１上に集光する。従って、発光部３１が有するレーザダイオード４１の個数を増加させても、面積が比較的に小さい透過蛍光部１１１上に光を集光することができる。従って、パターン照射装置１１０は、蛍光体を小さくしてコストを抑えながら、出力するエネルギーを大きくすることができる。

以上のように、本実施形態に係るパターン照射装置１１０によれば、画像パターンからスペックルノイズを除去し、さらに、サイズおよびコストを小さくすることができる。

なお、本実施形態に係るパターン照射装置１１０は、ライトトンネル３４に代えて、図９に示すテーパライトトンネル６１を備える構成であってもよい。これにより、本実施形態に係るパターン照射装置１１０は、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態に係るパターン照射装置１１０は、図１０に示したプリズム７１またはミラーを備える構成であってもよい。また、本実施形態に係るパターン照射装置１１０は、集光部３２が図１１、図１２（ａ）または図１２（ｂ）に示した構成であってもよい。これにより、本実施形態に係るパターン照射装置１１０は、第４実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態に係るパターン照射装置１１０は、集光部３２の構成が図１３および図１４に示した光学構成であってもよい。これにより、本実施形態に係るパターン照射装置１１０は、第５実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態に係るパターン照射装置１１０は、集光部３２の構成が図１５および図１６に示した光学構成であってもよい。これにより、本実施形態に係るパターン照射装置１１０は、第６実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、本実施例では、パターン照射装置１１０は、透過蛍光部１１１を有している。蛍光体からはランバート分布の光が発光するため、光源にレーザを用いてライトトンネル３４の前に透過拡散板３３ａなどの拡散部を置く構成よりも、ライトトンネルに入射する光の広がり角は大きくなる。しかしながら、図３（ｃ）で説明したように、ライトトンネル３４の出力口４６における各像高での広がり角度は、入力口４５における入射角度範囲の一部である。よって、本実施例においてもライトトンネル３４の＋ｘ方向側に透過拡散板３３ｂを設けることで照射光学系内の各光学部材の劣化を防ぐことができる。この効果は以下の蛍光体を用いた各実施例でも同様に得ることが出来る。

（第８実施形態）
つぎに、第８実施形態に係るパターン照射装置１２０について説明する。第８実施形態に係るパターン照射装置１２０は、第７実施形態に係るパターン照射装置１１０と略同一の機能および構成を有する。略同一の機能および構成を有する部材については、同一の符号を付けて、相違点を除き詳細な説明を省略する。

図１８は、第８実施形態に係るパターン照射装置１２０の構成を示す図である。パターン照射装置１２０は、発光部３１と、集光部３２と、可動透過蛍光部１２１と、第１の駆動部１２２と、ライトトンネル３４と、透過拡散板３３ｂと、画像形成部３５と、照射光学系３６とを備える。
パターン照射装置１２０は、透過蛍光部１１１に代えて、可動透過蛍光部１２１および第１の駆動部１２２を備える点で、第７実施形態と異なる。

可動透過蛍光部１２１は、光が照射される部分を変更させることが可能な透過型の蛍光部である。可動透過蛍光部１２１は、集光部３２により集光された複数本のレーザ光を入射して、入射した光を励起光として蛍光を発する。可動透過蛍光部１２１は、発生した蛍光を、集光部３２とは反対側に配置されたライトトンネル３４へと出射する。第１の駆動部１２２は、可動透過蛍光部１２１における光が照射される部分を変更させる。

図１９は、可動透過蛍光部１２１および第１の駆動部１２２の一例を示す図である。可動透過蛍光部１２１は、一例として、基板１２３と、蛍光体１２４とを含む。基板１２３は、透明な円板状の薄板であり、中心軸を中心として回転可能である。蛍光体１２４は、基板１２３の周縁部分にリング状に設けられる。蛍光体１２４は、一部分に、集光部３２により集光された複数本のレーザ光を入射して、入射した光を励起光として蛍光を発する。

第１の駆動部１２２は、基板１２３の中心軸を中心に、可動透過蛍光部１２１を回転駆動する。これにより、第１の駆動部１２２は、リング状の蛍光体１２４における、集光部３２により集光されたレーザ光が照射される部分を変更させることができる。

このように第８実施形態に係るパターン照射装置１２０は、可動透過蛍光部１２１における光が照射される部分を変更させることができる。これにより、第８実施形態に係るパターン照射装置１２０は、可動透過蛍光部１２１の同一の部分にレーザ光を長時間集中して照射することによる劣化を防止することができる。

なお、可動透過蛍光部１２１は、リング状の蛍光体１２４が回転可能に設けられた構成でなくてもよい。例えば、可動透過蛍光部１２１は、長尺状の蛍光体１２４が、長手方向に沿って往復移動可能に設けられた構成であってもよい。また、可動透過蛍光部１２１は、多角形状の蛍光体１２４または長円状の蛍光体１２４が設けられた構成であってもよい。また、可動透過蛍光部１２１は、基板１２３および蛍光体１２４を含む構成に代えて、蛍光体セラミックスを用いた構成であってもよい。

（第９実施形態）
つぎに、第９実施形態に係るパターン照射装置１３０について説明する。第９実施形態に係るパターン照射装置１３０は、第７実施形態に係るパターン照射装置１１０と略同一の機能および構成を有する。略同一の機能および構成を有する部材については、同一の符号を付けて、相違点を除き詳細な説明を省略する。

図２０は、第９実施形態に係るパターン照射装置１３０の構成を示す図である。パターン照射装置１３０は、発光部３１と、集光部３２と、反射蛍光部１３１と、ライトトンネル３４と、透過拡散板３３ｂと、画像形成部３５と、照射光学系３６とを備える。パターン照射装置１３０は、透過蛍光部１１１に代えて反射蛍光部１３１を備える点で、第７実施形態と異なる。

集光部３２は、発光部３１から出射された光を反射蛍光部１３１上に集光する。本実施形態においては、集光部３２は、複数本のレーザ光を反射蛍光部１３１上の略一点に集光する。

反射蛍光部１３１は、入射した光を励起光として蛍光を発する反射型の蛍光部である。反射蛍光部１３１は、集光部３２により集光された複数本のレーザ光を入射して、入射した光を励起光として蛍光を発する。反射蛍光部１３１は、発生した蛍光を、集光部３２と同一側の面に配置されたライトトンネル３４へと出射する。反射蛍光部１３１は、励起光が入射してきた面側に蛍光を発する。なお、反射蛍光部１３１は、励起光が入射してきた面側に蛍光を発する点において、透過蛍光部１１１と異なるが、他の機能および効果について透過蛍光部１１１と同一である。

ライトトンネル３４は、反射蛍光部１３１により発光された蛍光を入射し、照度分布を均一化して出射する。ライトトンネル３４は、反射蛍光部１３１から発光された蛍光の出射角と同一の角度の光を出射することができる。

反射蛍光部１３１は、一例として、反射基板と、反射基板上に設けられた蛍光体とを有する。発光部３１から出射された光は、蛍光体が設けられた側の面から入射される。これにより、反射蛍光部１３１は、発光した蛍光を発光部３１側に反射することができる。反射基板は、レーザ光の波長および蛍光体が発する光の波長を含む帯域の光を反射する。反射基板は、一例として、誘電体多層膜または金属膜等の反射コーティング膜が表面に形成されていてもよい。これにより、反射基板は、反射率を高くすることができる。

また、反射蛍光部１３１は、一例として、蛍光体セラミックスであってもよい。この場合、反射蛍光部１３１は、光が入射する面とは反対側の面（発光部３１側の面とは反対側の面）に反射コーティング膜が形成される。これにより、反射蛍光部１３１は、発光した蛍光を発光部３１側に反射することができる。なお、反射蛍光部１３１は、このようなものに限らず、発光部３１から発光された光を励起光として蛍光を発し、励起光の入射面側に蛍光を出射する構成であれば、どのようなものであってもよい。

図２１は、反射蛍光部１３１を側面側から見た図である。反射蛍光部１３１は、入射したレーザ光を励起光として蛍光を発生する。この場合、反射蛍光部１３１は、蛍光体の表面に沿った方向を０°（３６０°）および１８０°とした場合、周囲３６０°の方向に蛍光を発する。蛍光体は、レーザ光の入射方向に対して４５°に傾けて配置される。従って、レーザ光が入射される面側（０°から１８０°の範囲の方向側）に発光された蛍光は、大部分がライトトンネル３４に導かれる。

反対に、レーザ光が入射される面とは反対側（１８０°から３６０°の範囲の方向側）に発光された蛍光は、反射基板で反射され、大部分がライトトンネル３４に導かれる。また、蛍光体に入射したが、蛍光に変換されなかった励起光（レーザ光）も反射基板で反射し、再度、蛍光に照射されて蛍光に変換され、ライトトンネル３４に導かれる。よって、反射蛍光部１３１は、レーザ光を効率良く蛍光に変換することができる。

以上のように、本実施形態に係るパターン照射装置１３０によれば、画像パターンからスペックルノイズを低減し、さらに、サイズおよびコストを小さくすることができる。また、本実施形態に係るパターン照射装置１３０によれば、高い光出力を得ることができる。また、さらに、本実施形態に係るパターン照射装置１３０は、第２実施形態と同様に、反射蛍光部１３１が脱落または破損したときのレーザ光の出射防止機構を簡単な構成で実現することができる。

なお、本実施形態に係るパターン照射装置１３０は、ライトトンネル３４に代えて、図９に示すテーパライトトンネル６１を備える構成であってもよい。これにより、本実施形態に係るパターン照射装置１３０は、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態に係るパターン照射装置１３０は、図１０に示したプリズム７１またはミラーを備える構成であってもよい。また、本実施形態に係るパターン照射装置１３０は、集光部３２が図１１、図１２（ａ）または図１２（ｂ）に示した構成であってもよい。これにより、本実施形態に係るパターン照射装置１３０は、第４実施形態と同様の効果を得ることができる。

特に、集光部３２が図１２（ｂ）に示した構成である場合、反射蛍光部１３１上に集光される光の入射角が小さくなる。これにより、レンズ７３と反射蛍光部１３１の距離を短くしても、レンズ７３から出射された光線は、テーパライトトンネル６１または反射蛍光部１３１の側面によりけられることなく、効率良く反射蛍光部１３１の表面に導かれる。よって、集光部３２が図１２（ｂ）に示した構成である場合、パターン照射装置１３０は、レンズ７３と反射蛍光部１３１の間の距離を短くでき、装置を小型化することができる。さらに、パターン照射装置１３０は、装置を小型化することに伴い、励起光の反射蛍光部１３１に対する照射位置への公差によるずれが小さくなる。この結果、パターン照射装置１３０は、反射蛍光部１３１上の発光面積を小さくすることができる。従って、パターン照射装置１３０によれば、蛍光を効率良くテーパライトトンネル６１に導いて、高出力化を図ることができる。

また、本実施形態に係るパターン照射装置１３０は、集光部３２の構成が図１３および図１４に示した光学構成であってもよい。これにより、本実施形態に係るパターン照射装置１３０は、第５実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態に係るパターン照射装置１３０は、集光部３２の構成が図１５および図１６に示した光学構成であってもよい。これにより、本実施形態に係るパターン照射装置１３０は、第６実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第１０実施形態）
つぎに、第１０実施形態に係るパターン照射装置１４０について説明する。第１０実施形態に係るパターン照射装置１４０は、第９実施形態に係るパターン照射装置１３０と略同一の機能および構成を有する。略同一の機能および構成を有する部材については、同一の符号を付けて、相違点を除き詳細な説明を省略する。

図２２は、第１０実施形態に係るパターン照射装置１４０の構成を示す図である。パターン照射装置１４０は、発光部３１と、集光部３２と、可動反射蛍光部１４１と、第２の駆動部１４２と、ライトトンネル３４と、透過拡散板３３ｂと、画像形成部３５と、照射光学系３６とを備える。パターン照射装置１４０は、反射蛍光部１３１に代えて、可動反射蛍光部１４１および第２の駆動部１４２を備える点で、第９実施形態と異なる。

可動反射蛍光部１４１は、光が照射される部分を変更することが可能な反射型の蛍光部である。可動反射蛍光部１４１は、集光部３２により集光された複数本のレーザ光を入射して、入射した光を励起光として蛍光を発する。可動反射蛍光部１４１は、発生した蛍光を、集光部３２側に配置されたライトトンネル３４へと出射する。第２の駆動部１４２は、可動反射蛍光部１４１における光が照射される部分を変更させる。

可動反射蛍光部１４１は、図１９に示した構成と略同一であってよい。具体的には、可動反射蛍光部１４１は、一例として、基板１２３と、蛍光体１２４とを含む。この場合、基板１２３は、光を反射する部材であって、例えば、誘電体多層膜または金属膜等の反射コーティング膜が表面に形成されている。蛍光体１２４は、基板１２３の周縁部分にリング状に設けられ、基板１２３とは反対側の面側から光が入射される。

なお、可動反射蛍光部１４１も、リング状の蛍光体１２４が回転可能に設けられた構成に限らない。可動反射蛍光部１４１は、例えば、長尺状の蛍光体１２４が、長手方向に沿って往復移動可能に設けられた構成であってもよい。また、可動反射蛍光部１４１は、多角形状の蛍光体１２４または長円状の蛍光体１２４が設けられた構成であってもよい。また、可動反射蛍光部１４１は、基板１２３および蛍光体１２４を含む構成に代えて、蛍光体セラミックスを用いた構成であってもよい。この場合、可動反射蛍光部１４１は、光が入射する面とは反対側の面（発光部３１とは反対側の面）に反射コーティング膜が形成される。

このように第１０実施形態に係るパターン照射装置１４０は、可動反射蛍光部１４１における光が照射される部分を変更することができる。これにより、第１０実施形態に係るパターン照射装置１４０は、高い光出力を得ることができるとともに、可動反射蛍光部１４１の同一の部分にレーザ光を長時間集中して照射することによる劣化を防止することができる。

（第１１実施形態）
つぎに、第１１実施形態に係るパターン照射装置１５０について説明する。第１１実施形態に係るパターン照射装置１５０は、第４実施形態に係るパターン照射装置７０と略同一の機能および構成を有する。略同一の機能および構成を有する部材については、同一の符号を付けて、相違点を除き詳細な説明を省略する。

図２３は、第１１実施形態に係るパターン照射装置１５０の構成を示す図である。パターン照射装置１５０は、発光部３１と、集光部３２と、反射蛍光光学系１５１と、テーパライトトンネル６１と、透過拡散板３３ｂと、画像形成部３５と、プリズム７１と、照射光学系３６とを備える。パターン照射装置１５０は、反射拡散板５１に代えて、反射蛍光光学系１５１を備える点で、第４実施形態と異なる。

反射蛍光光学系１５１は、入射した光を励起光として蛍光を発する反射型の蛍光部を有する光学系である。反射蛍光光学系１５１は、集光部３２により集光された複数本のレーザ光を入射して、入射した光を励起光として蛍光を発する。そして、反射蛍光光学系１５１は、発生した蛍光を、集光部３２側に配置されたテーパライトトンネル６１へと出射する。このような反射蛍光光学系１５１では、集光部３２から入射するレーザ光の光軸と、テーパライトトンネル６１へと出射する蛍光の光軸とが略垂直となっている。

反射蛍光光学系１５１は、可動反射蛍光部１４１と、第２の駆動部１４２と、凹レンズ１５２と、ダイクロイックミラー１５３と、第１集光レンズ１５４と、第２集光レンズ１５５とを有する。

可動反射蛍光部１４１および第２の駆動部１４２は、第１０実施形態と同様の構成を有する。すなわち、可動反射蛍光部１４１は、光が照射される部分を変更することができる反射型の蛍光部である。さらに、第２の駆動部１４２は、可動反射蛍光部１４１における光が照射される部分を変更させる。また、可動反射蛍光部１４１は、発生した蛍光を、励起光が入射してきた面側に出射する。

凹レンズ１５２は、集光部３２により集光された複数本のレーザ光を入射し、略平行光にして出射する。凹レンズ１５２から出射されたレーザ光は、ダイクロイックミラー１５３に入射する。

ダイクロイックミラー１５３は、発光部３１から出射されたレーザ光の波長帯域の光を透過し、可動反射蛍光部１４１から発せられた蛍光の波長帯域の光を反射する。例えば、レーザ光が青色、蛍光が黄色であれば、ダイクロイックミラー１５３は、青色の帯域の光を透過し、黄色の帯域の光を反射する。

ダイクロイックミラー１５３は、凹レンズ１５２から出射された略平行光のレーザ光を入射する。そして、ダイクロイックミラー１５３は、凹レンズ１５２から出射された略平行光のレーザ光を透過する。

第１集光レンズ１５４は、凹レンズ１５２から出射され、ダイクロイックミラー１５３を透過した略平行光のレーザ光を入射する。第１集光レンズ１５４は、入射したレーザ光を可動反射蛍光部１４１上に集光する。

可動反射蛍光部１４１は、第１集光レンズ１５４により集光されたレーザ光を励起光として蛍光を発する。可動反射蛍光部１４１から発された蛍光は、元の経路を戻り、第１集光レンズ１５４を透過してダイクロイックミラー１５３に到達する。

ダイクロイックミラー１５３は、可動反射蛍光部１４１から発された蛍光を第２集光レンズ１５５の方向に反射する。第２集光レンズ１５５は、ダイクロイックミラー１５３からの蛍光をテーパライトトンネル６１の入力口６４内に集光する。そして、テーパライトトンネル６１を通過した蛍光は、画像形成部３５、プリズム７１および照射光学系３６を介して、投影面３０に照射される。

本実施形態に係るパターン照射装置１５０では、可動反射蛍光部１４１の蛍光体１２４に対してレーザ光を垂直に入射させるので、可動反射蛍光部１４１の蛍光体１２４上に形成される光スポットを小さくすることができる。従って、第１集光レンズ１５４は、略ランバート分布で発光する蛍光を効率良く取り込むことができ、高出力化を図ることができる。

なお、本実施形態に係るパターン照射装置１５０は、可動反射蛍光部１４１に代えて、第９実施形態において示した反射蛍光部１３１を備えてもよい。また、パターン照射装置１５０は、凹レンズ１５２および第１集光レンズ１５４を備えることにより、ダイクロイックミラー１５３に入射する光を略平行光として透過効率を向上させている。しかしながら、パターン照射装置１５０は、凹レンズ１５２および第１集光レンズ１５４を備えず、集光部３２が可動反射蛍光部１４１上にレーザ光を集光する構成としてもよい。この場合、ダイクロイックミラー１５３は、集光部３２と可動反射蛍光部１４１との間に配置される。

また、本実施形態に係るパターン照射装置１５０は、集光部３２の構成が図１３および図１４に示した光学構成であってもよい。これにより、本実施形態に係るパターン照射装置１５０は、第５実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態に係るパターン照射装置１５０は、集光部３２の構成が図１５および図１６に示した光学構成であってもよい。これにより、本実施形態に係るパターン照射装置１５０は、第６実施形態と同様の効果を得ることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能である。

１０ ハンドリングシステム
１１ 対象物
１２ トレイ
１３ ロボット
２０，５０，６０，７０，８０，９０，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０ パターン照射装置
２１ 三次元測定装置
２２ 認識装置
２３ ロボットコントローラ
３０ 投影面
３１ 発光部
３２ 集光部
３３ａ 透過拡散板
３３ｂ 透過拡散板
３４ ライトトンネル
３５ 画像形成部
３６ 照射光学系
４１ レーザダイオード
４２ コリメータレンズ
４３ 反射側面
４４ 光路
４５ 入力口
４６ 出力口
５１ 反射拡散板
５２ 透過拡散面
５３ 反射面
６１ テーパライトトンネル
６２ 反射側面
６３ 光路
６４ 入力口
６５ 出力口
７１ プリズム
７２ 第１のミラー群
７３ レンズ
７４ ミラー
７５ 単板ミラー
８１ 第２のミラー群
８２ シリンドリカルレンズ
８３ ミラー
９１ 第３のミラー群
９３ ミラー
１１１ 透過蛍光部
１２１ 可動透過蛍光部
１２２ 第１の駆動部
１２３ 基板
１２４ 蛍光体
１３１ 反射蛍光部
１４１ 可動反射蛍光部
１４２ 第２の駆動部
１５１ 反射蛍光光学系
１５２ 凹レンズ
１５３ ダイクロイックミラー
１５４ 第１集光レンズ
１５５ 第２集光レンズ

特開２０１３−２２２０５６号公報 特開２０１３−２５７１６２号公報

Claims (21)

1. 光を出射する発光部と、
   前記発光部から出射された光を集光する集光部と、
   前記集光部により集光された光を拡散させる第１拡散部と、
   照度分布を均一化して出射する均一化光学系と、
   前記均一化光学系から出射した光を拡散する第２拡散部と、
   を備える照明装置。
2. 光を出射する発光部と、
   前記発光部から出射された光を集光する集光部と、
   前記集光部により集光された光を励起光として光を発する蛍光部と、
   照度分布を均一化して出射する均一化光学系と、
   前記均一化光学系から出射した光を拡散する第２拡散部と、
   を備える照明装置。
3. 前記第１拡散部は、透過拡散板である
   請求項１に記載の照明装置。
4. 前記第１拡散部は、反射拡散板である
   請求項１に記載の照明装置。
5. 前記反射拡散板は、前記発光部の側に形成された透過拡散面と、前記発光部とは反対側に形成された反射面とを含む
   請求項４に記載の照明装置。
6. 前記蛍光部は、透過蛍光部である
   請求項２に記載の照明装置。
7. 前記蛍光部は、反射蛍光部である
   請求項２に記載の照明装置。
8. 前記蛍光部は、光が照射される部分を変更させることが可能である
   請求項６または７に記載の照明装置。
9. 前記発光部は、互いに同一方向の光を出射する複数の光源を有する
   請求項１乃至８の何れか１項に記載の照明装置。
10. 前記光源は、レーザダイオードである
    請求項９に記載の照明装置。
11. 前記光源は、青色レーザダイオードである
    請求項１０に記載の照明装置。
12. 前記集光部は、前記発光部から出射された光を集光するレンズである
    請求項１乃至１１の何れか１項に記載の照明装置。
13. 前記均一化光学系は、内側に光を反射する反射側面が形成された光路を有するライトトンネルであって、
    前記ライトトンネルは、光を前記光路の入力口から入射し、前記光路を通過させて、前記光路の出力口から出射する
    請求項１乃至１２の何れか１項に記載の照明装置。
14. 前記ライトトンネルは、前記入力口より前記出力口の方が大きく、前記反射側面が前記光路の光軸に対して傾けて形成されている
    請求項１３に記載の照明装置。
15. 前記発光部は、それぞれの光源に対応して設けられたコリメータレンズをさらに有し、
    それぞれの前記コリメータレンズは、対応する光源から出射された光を平行光束とする
    請求項１乃至１４の何れか１項に記載の照明装置。
16. 前記集光部は、
    前記発光部から出射された複数の光束のそれぞれを反射するミラー群と、
    前記ミラー群により反射された複数の光束を集光するレンズと、
    を有し、
    前記ミラー群は、前記発光部から同一方向に出射された複数本の光束により形成される光束幅を狭くするように、前記発光部から出射された複数の光のそれぞれを反射して前記集光部へと導く
    請求項１５に記載の照明装置。
17. 前記集光部は、
    前記発光部から同一方向に出射された複数本の光束のそれぞれを反射して前記第１拡散部または前記蛍光部へと導くとともに、反射角によって前記複数本の光束を光軸に直交する第１方向に集光するミラー群と、
    前記ミラー群と、前記第１拡散部または前記蛍光部と、の間に設けられ、前記複数本の光束を前記第１方向と直交する第２方向に集光するレンズと、
    を有する請求項１乃至１６の何れか１項に記載の照明装置。
18. 前記集光部は、前記発光部から同一方向に出射された複数本の光束のそれぞれを反射して前記第１拡散部または前記蛍光部へと導くとともに、反射角によって前記第１拡散部または前記蛍光部に集光するミラー群である
    請求項１乃至１７の何れか１項に記載の照明装置。
19. 対象物に所定のパターンの画像を照射するパターン照射装置であって、
    請求項１乃至１８の何れか１項に記載された照明装置と、
    前記照明装置から出射された光を所定の画像パターンに応じて透過する画像形成部と、
    前記画像形成部を透過した光を前記対象物に照射する照射光学系と、
    を備えるパターン照射装置。
20. 請求項１９に記載のパターン照射装置と、
    前記パターン照射装置により光が照射された対象物までの距離を測定する三次元測定装置と、
    を備えるシステム。
21. 対象物をハンドリングするロボットと、
    前記三次元測定装置により測定された前記対象物までの距離に基づき、前記対象物の位置および姿勢を認識する認識装置と、
    前記認識装置により認識された前記対象物の位置および姿勢に基づき前記ロボットの動作を制御して、前記ロボットに前記対象物をハンドリングさせるロボットコントローラと、
    をさらに備える請求項２０に記載のシステム。

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