縦縞干渉模様投影レンズ
【課題】 光強度が大きく縦縞干渉模様を広角に投影可能な縦縞干渉模様投影レンズを提供する。
【解決手段】 縦縞干渉模様投影レンズ１は、ある方向に並列して伸びる同形状の二つの凸部３，４を有するレンズ第１面２と、レンズ第２面５とを備える。このレンズ第１面２からレーザ光を入射させると、一方の凸部３を通過した光と他方の凸部４を通過した光とが干渉してレンズ第２面５から出射される光で対象物に縦縞干渉模様を形成することができる。レンズ第１面２の二つの凸部３，４は例えば並列して直線的に伸びる形状を有するものとし、またレンズ第２面５は平面とすることができる。
【解決手段】 縦縞干渉模様投影レンズ１は、ある方向に並列して伸びる同形状の二つの凸部３，４を有するレンズ第１面２と、レンズ第２面５とを備える。このレンズ第１面２からレーザ光を入射させると、一方の凸部３を通過した光と他方の凸部４を通過した光とが干渉してレンズ第２面５から出射される光で対象物に縦縞干渉模様を形成することができる。レンズ第１面２の二つの凸部３，４は例えば並列して直線的に伸びる形状を有するものとし、またレンズ第２面５は平面とすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を干渉させて縦縞模様を投影する縦縞干渉模様投影レンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光を干渉させて同心円状の干渉模様を形成する光学レンズ系については例えば特許文献１に記載されているが、そこには縦縞の干渉模様の形成に関しては記載されていない。従来、縦縞の干渉模様の形成には回折格子が利用されてきた。回折格子の構成手段としては、波長レベルの幅を持つスリット（隙間）が利用される。このスリットを利用した回折格子では、光の利用効率を高めるために、通常は多数のスリットを配列して、スリットを通過・回折する光量を増大させている。しかし、このように多数のスリットを配列すると、０次の干渉は光強度が極端に強くなるが、１次、２次、３次・・・と次数が上がる毎に急速に光強度が低下するという問題があった。これを解決するためには、スリット数を少なくする、例えば２個のスリットにするという方法があるが、最初に述べたように、光の利用効率、即ち、スリットを通過する光の割合が極端に小さくなる。
【０００３】
また、光学プリズムを利用して干渉模様を形成する方法もある。この方法ではプリズムのサイズと同程度のサイズの干渉縞を形成する場合には有効な手段であるが、干渉縞を広角に投影する手段としては適していない。プリズムを用いて広角に投影すると、中心部分の光強度が周辺部に比べて極端に大きくなる。言い換えると、周辺部の光強度が中心部に比べて極端に小さくなる。
【特許文献１】特開２００５−３３１７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
干渉縞を広角に投影する手段として、スリット（２個のスリット）を用いた場合には光強度が低くて利用できなかった。光学プリズムを利用した場合には中心部の光強度が極端に高く、周辺部が低くなり、広角に投影することができなかった。
【０００５】
従って本発明の目的は、光強度が大きく縦縞干渉模様を広角に投影可能な縦縞干渉模様投影レンズを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、ある方向に並列して伸びる同形状の二つの凸部または二つの凹部を有するレンズ第１面と、レンズ第２面とを備え、一方の前記凸部または凹部を通過した光と他方の前記凸部または凹部を通過した光とが干渉して縦縞模様を投影するように構成した縦縞干渉模様投影レンズにより達成される。
【０００７】
ここで、前記レンズ第１面の二つの凸部または二つの凹部は並列して直線的に伸び、前記レンズ第２面は平面とすることができる。また、前記レンズ第１面および前記レンズ第２面は、ある点を中心にして形成される同心円の弧上にあるようにすることができる。前記凸部または凹部は、その断面形状（ｘ−ｙ平面）において、ｘ＝ａ＊（ｙ−ｂ）＾ｎ、０＜ｎ＜４（ａ，ｂ，ｎは実数、＾はべき乗を表す）の多項式で表される曲線を形成するものとすることができる。
【０００８】
本発明に係る光学レンズ系は、光源から放射された光を平行光とする前段レンズと、ある方向に並列して伸びる同形状の二つの凸部または凹部を有するレンズ第１面、およびレンズ第２面を備え、一方の前記凸部または凹部を通過した前段レンズからの光と他方の前記凸部または凹部を通過した前段レンズからの光とが干渉して縦縞模様を投影するように構成された縦縞干渉模様投影レンズと、前記縦縞干渉模様投影レンズからの光を広角に投影する後段レンズとを備える。
【０００９】
また、本発明に係る光学レンズ系は、光源から放射された光をある面で平行光とする前段レンズと、ある方向に並列して伸びる同形状の二つの凸部または二つの凹部を有するレンズ第１面、およびレンズ第２面を備え、前記レンズ第１面および前記レンズ第２面が、光源を中心にして形成される同心円の弧上にあり、一方の前記凸部または凹部を通過した前段レンズからの光と他方の前記凸部または凹部を通過した前段レンズからの光とが干渉して縦縞模様を投影するように構成された縦縞干渉模様投影レンズとを備える。
【００１０】
ここで、前記縦縞干渉模様投影レンズから投影される縦縞模様の本数が所望の本数となるように前記縦縞干渉模様投影レンズによる投影範囲を限定するウィンドーを備えることができる。また、前記凸部または凹部は、その断面形状（ｘ−ｙ平面）において、ｘ＝ａ＊（ｙ−ｂ）＾ｎ、０＜ｎ＜４（ａ，ｂ，ｎは実数、＾はべき乗を表す）の多項式で表される曲線を形成するものとすることができる。
【００１１】
また、本発明に係る３次元画像取得装置は、レーザ光源と、前記レーザ光源からの光を干渉させて縦縞模様を投影する請求項５〜８のいずれかに記載の光学レンズ系と、前記光学レンズ系から対象物に投影された縦縞模様を撮影するカメラと、前記カメラからの撮影情報に基づいて前記対象物の３次元画像を取得する演算装置とを備える。
【００１２】
ここで、前記レーザ光源と前記光学レンズ系とを一体化した発光モジュールを、前記カメラの撮影フラッシュとして搭載することができる。また、前記演算装置は前記カメラに内蔵することができる。さらに、前記対象物に投影された縦縞干渉模様に順次番号を付与し、その番号情報に基いて３次元画像を取得することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、光強度が大きく縦縞干渉模様を広角に投影可能な縦縞干渉模様投影レンズを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
（実施例１）
図１は、本発明に係る縦縞干渉模様投影レンズの一実施例を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は側面図である。である。本実施例では、半導体レーザ光源からのレーザ光（波長８００ｎｍ）を特殊構造のレンズに通過させることで縦縞干渉模様を投影する例を説明する。
【００１５】
図１（ａ）に示すように、縦縞干渉模様投影レンズ１は、ある方向に並列して伸びる同形状の二つの凸部３，４を有するレンズ第１面２と、レンズ第２面５とを備える。このレンズ第１面２からレーザ光を入射させると、一方の凸部３を通過した光と他方の凸部４を通過した光とが干渉してレンズ第２面５から出射される光で対象物に縦縞干渉模様を形成することができる。本実施例では、図１（ａ）、（ｃ）に示すように、レンズ第１面２の二つの凸部３，４は並列して直線的に伸びる形状を有するものとした。また、レンズ第２面５は平面とした。
【００１６】
図２は、本発明に係る縦縞干渉模様投影レンズの断面図と光軸との関係の一例を示す図である。即ち、レンズ１は、光軸（ｘ軸）を通過する一つの平面（ｘ−ｙ平面）において、光軸で分けられた片側を通過した光が光軸の両側の領域に対して光を広角に投影し、光軸で分けられたもう片側を通過した光が光軸の両側の領域に対して光を広角に投影するものである。レンズ１は、そのレンズ第１面２が同形状の二つの凸部３，４を有し、レンズ１の断面は「二山の蒲鉾」のような形状をしている。本実施例では、図２に示すように、二つの凸部３，４の間にｘ軸が位置し、ｘ軸に直交するｙ軸方向のｙ＝ｂのところに凸部４の頂部が位置する。凸部３，４の断面形状は例えば次の式１で表される。
【００１７】
ｘ＝ａ＊（ｙ−ｂ）＾ｎ （式１）
ここで、０＜ｎ＜４（ａ，ｂ，ｎは実数）であり、式中の「＾」はべき乗を表している。具体的には、式１において、例えば、ａ＝２、ｂ＝０．２５、ｎ＝２．１である。レンズサイズはｙ軸方向の幅１ｍｍ、ｚ軸方向の幅は１ｍｍ、レンズの厚さ２ｍｍ（ｘ軸方向）とした。レンズにはプラスチックレンズを使用し、その屈折率は１．４８とした。
【００１８】
図３（ａ），（ｂ）は、図１に示すレンズを用いて構成した光学レンズ系の一例を示す図である。この光学レンズ系は、図示のように、半導体レーザ（ＬＤ）光源３１から放射された光を平行光とする前段レンズとしてのコリメータレンズ３２と、図１に示した縦縞干渉模様投影レンズ３３と、縦縞干渉模様投影レンズ３３からの光を広角に投影する後段レンズとしての凹レンズ３４とを備える。すなわち、本例では、レーザ光源３１から出射した光は先ずコリメータレンズ３２により平行光にされる。次に、この平行光を上記の「二山の蒲鉾」形状を有するレンズ（二山の蒲鉾レンズ）、すなわち縦縞干渉模様投影レンズ３３に入射させる。光軸３５で分けられる二山の蒲鉾レンズの片方の凸部を通過した光は、図３（ａ）に示すように、光軸３５で分けられる領域の両方に向かって広角に投影される。対象物３６上では、光軸３５で分けられた二つの領域から来た光が重畳され縦縞の干渉模様３７が形成される。
【００１９】
図３（ｂ）は、図３（ａ）の平面に垂直で光軸を通過する平面における断面図を示す。図３（ｂ）に示すように、レーザ光源３１から出射された光は、コリメータレンズ３２で平行光にされ、次の縦縞干渉模様投影レンズ３３では直進し、後段の凹レンズ３４で広角に投影される。このようにすることで、図３（ｂ）に示す平面では、レーザ光は干渉せず単に投影されるだけとなる。
【００２０】
このような光学レンズ系により、対象物３６上の投影面に縦縞干渉模様が観察された。投影面がレンズから１ｍ離れた場合の干渉縞のピッチを図４に示す。このように、干渉縞のピッチは約３ｍｍであった。以上のように図１に示すレンズを用いて縦縞干渉模様を形成することができた。このように、本実施例によれば、半導体レーザと比較的簡易な光学レンズ系により、縦縞干渉模様を広角に投影することができる。
【００２１】
（実施例２）
図５は、本発明に係る縦縞干渉模様投影レンズの他の実施例を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は側面図である。本実施例では、半導体レーザ光源からのレーザ光（波長８００ｎｍ）を特殊構造のレンズに通過させることで縦縞干渉模様を投影する例を説明する。
【００２２】
図５（ａ）に示すように、縦縞干渉模様投影レンズ５１は、ある方向に並列して伸びる同形状の二つの凸部５３，５４を有するレンズ第１面５２と、レンズ第２面５５とを備える。このレンズ第１面５２からレーザ光を入射させると、一方の凸部５３を通過した光と他方の凸部５４を通過した光とが干渉してレンズ第２面５５から出射される光で対象物に縦縞干渉模様を形成することができる。本実施例では、図５（ａ）、（ｃ）に示すように、レンズ第１面５２の二つの凸部５３，５４は曲線形状を有するものとした。また、レンズ第２面５５はレンズ第１面と同様な曲線を描く曲面とした。
【００２３】
本実施例では、具体的には、レンズ第１面５２およびレンズ第２面５５は、ある点を中心にして形成される同心円の弧上にあるように形成される。ここで、ある点とは、例えばレーザ光源の発光点位置とされる。このようにレンズ５１の形状を構成することにより、レーザ光源から放射された光は、レンズ５１を介して屈折することなく直進することができる。
【００２４】
図６（ａ），（ｂ）は、図５に示すレンズを用いて構成した光学レンズ系の一例を示す図である。この光学レンズ系は、図示のように、半導体レーザ（ＬＤ）光源６１から放射された光をある面で平行光とする前段レンズ６２と、ある方向に並列して伸びる同形状の二つの凸部または二つの凹部を有するレンズ第１面、およびレンズ第２面を備え、前記レンズ第１面および前記レンズ第２面が、レーザ光源を中心にして形成される同心円の弧上にあり、一方の前記凸部または凹部を通過した前段レンズからの光と他方の前記凸部または凹部を通過した前段レンズからの光とが干渉して縦縞模様を投影するように構成された縦縞干渉模様投影レンズ６３とを備える。
【００２５】
図６（ａ）は、光軸を通過する水平面上での光学レンズ系の断面を示す図である。レーザ光源６１から出射された光は第１のレンズで平行光にされ、二山蒲鉾レンズにより光軸６４より左側を通過する光と光軸より右側を通過する光が投影面上で重畳され縦縞の干渉模様を形成する。図６（ｂ）は、光軸を通過する垂直面上での光学レンズ系の断面を示す図である。この面内においてはレーザ光源６１から放射された光は、各レンズ面で曲がることなく直進するように各レンズが構成されている。それゆえに、レーザ光源６１から出射される光は、その広がり角度を保ったまま光が投影される。当然のことながら、投影面においても光は重ならないので干渉模様を形成することはない。従って、このようなレンズ構成においても、対象物６５に縦縞干渉模様６６を広角に投影することができる。本実施例によれば、実施例１に比べて、レンズ数を１個減らすことができ、より簡易な光学レンズ系により縦縞干渉模様を形成することができる。
【００２６】
（実施例３）
図７は、本発明に係る縦縞干渉模様投影レンズを用いた３次元画像取得装置の一実施例を示す図である。本実施例は、図示のように、レーザ光源７１と、レーザ光源７１からの光を干渉させて縦縞模様を投影する光学レンズ系７２と、光学レンズ系７２から対象物７３に投影された縦縞模様７４を撮影するカメラ７５と、カメラ７５からの撮影情報に基づいて対象物７３の３次元画像を取得する演算装置７６とを備える。ここで、光学レンズ系７２としては、上述の実施例１または２に記載のものを用いることができる。また、レーザ光源７１と光学レンズ系７２とを一体化して発光モジュール７７とすることができる。この発光モジュール７７は、本図ではカメラ７５とは別に設置しているが、カメラ７５に撮影フラッシュとして搭載することができる。また、演算装置７６は、本図ではカメラ７５の外部に接続されているが、カメラ７５に内蔵することもできる。
【００２７】
さらに、発光モジュール７７中の縦縞干渉模様投影レンズから投影される縦縞模様の本数が所望の本数となるようにその投影範囲を限定する四角形状のウィンドー７８を発光モジュール７７の内部または外部に備えることができる。すなわち、縦縞模様の投影において投影範囲を限定する四角のウィンドー７８を設置し、図７に示すように、投影される干渉縞の本数を限定する。
【００２８】
本実施例では、縦縞模様７４は、左から明パターン、暗パターンの繰り返しで、明パターンが９回となるように投影範囲限定ウィンドー７８を設置した。右端も明パターンで終わるようにした。縦縞模様７４が投影された対象物７３を、発光モジュール７７の横に設置したカメラ７５で撮影した。縦縞模様７４は対象物７３の形状の凹凸に応じて、歪んだ像としてカメラ７５で撮像される。
【００２９】
距離画像の取得方法は以下の通りである。まず、撮像された縦縞模様７４の画像から、１本目〜９本目までの縦縞明パターンを検出する。何本目の縦縞であるかがわかると、その平面が下記のように表される。
ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋１＝０ （式２）
ここで、ａ，ｂ，ｃは係数で既知である。
【００３０】
次に、対象物に投影された１個の縦縞明パターンに対応するカメラ７５の撮像素子（ＣＣＤ）７９における高輝度点を画像から検出し、その位置座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を算出する。これはカメラ７５のＣＣＤの画素位置と角度から得られる。また、カメラレンズの主点位置を（ｘｐ，ｙｐ，ｚｐ）とすると、高輝度点の画素位置が決定する直線は、
【００３１】
【数１】
【００３２】
で表される。ここではｍだけが未知数である。式２で表される平面式に、式３で表される３つの直線式を代入するとｍが求められ、対象物の３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）が得られる。このようにして、縦縞干渉模様の明パターンに対応する高輝度点を順次検出し、１本の縦縞ラインが決定する対象物の３次元座標を求める。各縦縞明パターンに対して同様の処理を行い、対象物全体の３次元座標を求める。
【００３３】
本実施例によれば、簡易で小型化が可能な投影手段により縦縞干渉模様を対象物に投影し、通常のデジタルカメラで対象物に投影された縦縞干渉模様を撮像するだけで、対象物の３次元画像を取得することができる。縦縞干渉模様の投影手段をカメラのフラッシュとして搭載すれば、さらに小型・携帯化が可能となり、簡易に対象物の３次元画像を取得することが可能となる。
【００３４】
図８は、投影された縦縞干渉模様の光量分布のシミュレーション結果の一例を示すグラフである。本例では、実施例１で説明した縦縞干渉模様の投影法を用いて、対象物上に縦縞干渉模様を投影した。対象物はレンズから６００ｍｍ離れている。レンズは実施例１で用いたモノを利用した。図８のグラフはレンズの光軸より片側だけを通過した光の投影強度を示しているが、この図からわかるように光強度の中央部が周辺部に比べてピークを持っている。この光強度分布に図４で示した干渉縞の位相周期を掛け算した値が、実際に投影される干渉縞の光強度分布となる。図４で示した右１、右２、右３という番号の干渉縞は図８が示すように光強度が減衰する。従って、対象物に投影された縦縞模様を撮像し、その画像の中で最も光強度が強い縦縞を基準として、各々の縦縞が右何番目、左何番目と番号を付与することができる。この番号から、式２のように平面式を決定することができ、式３で表される高輝度点の画素位置が決定する直線との交点を求めることで、３次元画像を取得することができる。
【００３５】
このように本発明では、対象物に投影された縦縞模様に順次番号を付与し、その番号情報に基いて３次元画像を取得することができる。これは、投影される縦縞パターンの基準面として中央の高い光強度の縦縞を利用できるので、縦縞の番号を付与することができ、投影範囲限定ウィンドーなしで簡易に３次元画像を得ることができるものである。
【００３６】
（実施例４）
図９は、本発明に係る縦縞干渉模様投影レンズの他の実施例を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は側面図である。上述の実施例１、２のレンズは、レンズ第１面が二つの凸部を備えるが、ここではレンズ第１面が二つの凹部を備える。それ以外は実施例１、２と同様にした。これにより、実施例１、２と同様に縦縞干渉模様が投影される。以下、詳述する。
【００３７】
本実施例では、図９（ａ）に示すように、縦縞干渉模様投影レンズ９１は、ある方向に並列して伸びる同形状の二つの凹部９３，９４を有するレンズ第１面９２と、レンズ第２面９５とを備える。このレンズ第１面９２からレーザ光を入射させると、一方の凹部９３を通過した光と他方の凹部９４を通過した光とが干渉してレンズ第２面９５から出射される光で対象物に縦縞干渉模様を形成することができる。凹部９３，９４の断面形状は例えば上述の式１で表される。ここで、レンズ第１面の二つの凹部は並列して直線的に伸びる形状を有するものとし、レンズ第２面を平面とすることもできるが、本実施例では、図９（ａ）、（ｃ）に示すように、レンズ第１面２の二つの凹部９３，９４は曲線形状を有するものとした。また、レンズ第２面９５はレンズ第１面と同様な曲線を描く曲面とした。
【００３８】
本実施例では、具体的には、レンズ第１面９２およびレンズ第２面９５は、ある点を中心にして形成される同心円の弧上にあるように形成される。ここで、ある点とは、例えばレーザ光源の発光点位置とされる。このようにレンズ９１の形状を構成することで、レーザ光源から放射された光は、レンズ９１を介して屈折することなく直進することができる。本実施例によれば、実施例１、２と同様に、簡易な光学レンズ系により縦縞干渉模様を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、光を干渉させて縦縞模様を投影する縦縞干渉模様投影レンズに関するものであり、産業上の利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る縦縞干渉模様投影レンズの一実施例を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は側面図である。
【図２】本発明に係る縦縞干渉模様投影レンズの断面図と光軸との関係の一例を示す図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、図１に示すレンズを用いて構成した光学レンズ系の一例を示す図である。
【図４】光学レンズ系により投影面に形成された縦縞干渉模様のピッチを説明するための図である。
【図５】本発明に係る縦縞干渉模様投影レンズの他の実施例を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は側面図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は、図５に示すレンズを用いて構成した光学レンズ系の一例を示す図である。
【図７】本発明に係る縦縞干渉模様投影レンズを用いた３次元画像取得装置の一実施例を示す図である。
【図８】投影された縦縞干渉模様の光量分布のシミュレーション結果の一例を示すグラフである。
【図９】本発明に係る縦縞干渉模様投影レンズの他の実施例を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は側面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 縦縞干渉模様投影レンズ
２ レンズ第１面
３，４ 凸部
５ レンズ第２面
３１ レーザ光源
３２ コリメータレンズ
３３ 縦縞干渉模様投影レンズ
３４ 凹レンズ
３５ 光軸
３６ 対象物
３７ 縦縞干渉模様
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を干渉させて縦縞模様を投影する縦縞干渉模様投影レンズに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光を干渉させて同心円状の干渉模様を形成する光学レンズ系については例えば特許文献１に記載されているが、そこには縦縞の干渉模様の形成に関しては記載されていない。従来、縦縞の干渉模様の形成には回折格子が利用されてきた。回折格子の構成手段としては、波長レベルの幅を持つスリット（隙間）が利用される。このスリットを利用した回折格子では、光の利用効率を高めるために、通常は多数のスリットを配列して、スリットを通過・回折する光量を増大させている。しかし、このように多数のスリットを配列すると、０次の干渉は光強度が極端に強くなるが、１次、２次、３次・・・と次数が上がる毎に急速に光強度が低下するという問題があった。これを解決するためには、スリット数を少なくする、例えば２個のスリットにするという方法があるが、最初に述べたように、光の利用効率、即ち、スリットを通過する光の割合が極端に小さくなる。
【０００３】
また、光学プリズムを利用して干渉模様を形成する方法もある。この方法ではプリズムのサイズと同程度のサイズの干渉縞を形成する場合には有効な手段であるが、干渉縞を広角に投影する手段としては適していない。プリズムを用いて広角に投影すると、中心部分の光強度が周辺部に比べて極端に大きくなる。言い換えると、周辺部の光強度が中心部に比べて極端に小さくなる。
【特許文献１】特開２００５−３３１７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
干渉縞を広角に投影する手段として、スリット（２個のスリット）を用いた場合には光強度が低くて利用できなかった。光学プリズムを利用した場合には中心部の光強度が極端に高く、周辺部が低くなり、広角に投影することができなかった。
【０００５】
従って本発明の目的は、光強度が大きく縦縞干渉模様を広角に投影可能な縦縞干渉模様投影レンズを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、ある方向に並列して伸びる同形状の二つの凸部または二つの凹部を有するレンズ第１面と、レンズ第２面とを備え、一方の前記凸部または凹部を通過した光と他方の前記凸部または凹部を通過した光とが干渉して縦縞模様を投影するように構成した縦縞干渉模様投影レンズにより達成される。
【０００７】
ここで、前記レンズ第１面の二つの凸部または二つの凹部は並列して直線的に伸び、前記レンズ第２面は平面とすることができる。また、前記レンズ第１面および前記レンズ第２面は、ある点を中心にして形成される同心円の弧上にあるようにすることができる。前記凸部または凹部は、その断面形状（ｘ−ｙ平面）において、ｘ＝ａ＊（ｙ−ｂ）＾ｎ、０＜ｎ＜４（ａ，ｂ，ｎは実数、＾はべき乗を表す）の多項式で表される曲線を形成するものとすることができる。
【０００８】
本発明に係る光学レンズ系は、光源から放射された光を平行光とする前段レンズと、ある方向に並列して伸びる同形状の二つの凸部または凹部を有するレンズ第１面、およびレンズ第２面を備え、一方の前記凸部または凹部を通過した前段レンズからの光と他方の前記凸部または凹部を通過した前段レンズからの光とが干渉して縦縞模様を投影するように構成された縦縞干渉模様投影レンズと、前記縦縞干渉模様投影レンズからの光を広角に投影する後段レンズとを備える。
【０００９】
また、本発明に係る光学レンズ系は、光源から放射された光をある面で平行光とする前段レンズと、ある方向に並列して伸びる同形状の二つの凸部または二つの凹部を有するレンズ第１面、およびレンズ第２面を備え、前記レンズ第１面および前記レンズ第２面が、光源を中心にして形成される同心円の弧上にあり、一方の前記凸部または凹部を通過した前段レンズからの光と他方の前記凸部または凹部を通過した前段レンズからの光とが干渉して縦縞模様を投影するように構成された縦縞干渉模様投影レンズとを備える。
【００１０】
ここで、前記縦縞干渉模様投影レンズから投影される縦縞模様の本数が所望の本数となるように前記縦縞干渉模様投影レンズによる投影範囲を限定するウィンドーを備えることができる。また、前記凸部または凹部は、その断面形状（ｘ−ｙ平面）において、ｘ＝ａ＊（ｙ−ｂ）＾ｎ、０＜ｎ＜４（ａ，ｂ，ｎは実数、＾はべき乗を表す）の多項式で表される曲線を形成するものとすることができる。
【００１１】
また、本発明に係る３次元画像取得装置は、レーザ光源と、前記レーザ光源からの光を干渉させて縦縞模様を投影する請求項５〜８のいずれかに記載の光学レンズ系と、前記光学レンズ系から対象物に投影された縦縞模様を撮影するカメラと、前記カメラからの撮影情報に基づいて前記対象物の３次元画像を取得する演算装置とを備える。
【００１２】
ここで、前記レーザ光源と前記光学レンズ系とを一体化した発光モジュールを、前記カメラの撮影フラッシュとして搭載することができる。また、前記演算装置は前記カメラに内蔵することができる。さらに、前記対象物に投影された縦縞干渉模様に順次番号を付与し、その番号情報に基いて３次元画像を取得することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、光強度が大きく縦縞干渉模様を広角に投影可能な縦縞干渉模様投影レンズを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
（実施例１）
図１は、本発明に係る縦縞干渉模様投影レンズの一実施例を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は側面図である。である。本実施例では、半導体レーザ光源からのレーザ光（波長８００ｎｍ）を特殊構造のレンズに通過させることで縦縞干渉模様を投影する例を説明する。
【００１５】
図１（ａ）に示すように、縦縞干渉模様投影レンズ１は、ある方向に並列して伸びる同形状の二つの凸部３，４を有するレンズ第１面２と、レンズ第２面５とを備える。このレンズ第１面２からレーザ光を入射させると、一方の凸部３を通過した光と他方の凸部４を通過した光とが干渉してレンズ第２面５から出射される光で対象物に縦縞干渉模様を形成することができる。本実施例では、図１（ａ）、（ｃ）に示すように、レンズ第１面２の二つの凸部３，４は並列して直線的に伸びる形状を有するものとした。また、レンズ第２面５は平面とした。
【００１６】
図２は、本発明に係る縦縞干渉模様投影レンズの断面図と光軸との関係の一例を示す図である。即ち、レンズ１は、光軸（ｘ軸）を通過する一つの平面（ｘ−ｙ平面）において、光軸で分けられた片側を通過した光が光軸の両側の領域に対して光を広角に投影し、光軸で分けられたもう片側を通過した光が光軸の両側の領域に対して光を広角に投影するものである。レンズ１は、そのレンズ第１面２が同形状の二つの凸部３，４を有し、レンズ１の断面は「二山の蒲鉾」のような形状をしている。本実施例では、図２に示すように、二つの凸部３，４の間にｘ軸が位置し、ｘ軸に直交するｙ軸方向のｙ＝ｂのところに凸部４の頂部が位置する。凸部３，４の断面形状は例えば次の式１で表される。
【００１７】
ｘ＝ａ＊（ｙ−ｂ）＾ｎ （式１）
ここで、０＜ｎ＜４（ａ，ｂ，ｎは実数）であり、式中の「＾」はべき乗を表している。具体的には、式１において、例えば、ａ＝２、ｂ＝０．２５、ｎ＝２．１である。レンズサイズはｙ軸方向の幅１ｍｍ、ｚ軸方向の幅は１ｍｍ、レンズの厚さ２ｍｍ（ｘ軸方向）とした。レンズにはプラスチックレンズを使用し、その屈折率は１．４８とした。
【００１８】
図３（ａ），（ｂ）は、図１に示すレンズを用いて構成した光学レンズ系の一例を示す図である。この光学レンズ系は、図示のように、半導体レーザ（ＬＤ）光源３１から放射された光を平行光とする前段レンズとしてのコリメータレンズ３２と、図１に示した縦縞干渉模様投影レンズ３３と、縦縞干渉模様投影レンズ３３からの光を広角に投影する後段レンズとしての凹レンズ３４とを備える。すなわち、本例では、レーザ光源３１から出射した光は先ずコリメータレンズ３２により平行光にされる。次に、この平行光を上記の「二山の蒲鉾」形状を有するレンズ（二山の蒲鉾レンズ）、すなわち縦縞干渉模様投影レンズ３３に入射させる。光軸３５で分けられる二山の蒲鉾レンズの片方の凸部を通過した光は、図３（ａ）に示すように、光軸３５で分けられる領域の両方に向かって広角に投影される。対象物３６上では、光軸３５で分けられた二つの領域から来た光が重畳され縦縞の干渉模様３７が形成される。
【００１９】
図３（ｂ）は、図３（ａ）の平面に垂直で光軸を通過する平面における断面図を示す。図３（ｂ）に示すように、レーザ光源３１から出射された光は、コリメータレンズ３２で平行光にされ、次の縦縞干渉模様投影レンズ３３では直進し、後段の凹レンズ３４で広角に投影される。このようにすることで、図３（ｂ）に示す平面では、レーザ光は干渉せず単に投影されるだけとなる。
【００２０】
このような光学レンズ系により、対象物３６上の投影面に縦縞干渉模様が観察された。投影面がレンズから１ｍ離れた場合の干渉縞のピッチを図４に示す。このように、干渉縞のピッチは約３ｍｍであった。以上のように図１に示すレンズを用いて縦縞干渉模様を形成することができた。このように、本実施例によれば、半導体レーザと比較的簡易な光学レンズ系により、縦縞干渉模様を広角に投影することができる。
【００２１】
（実施例２）
図５は、本発明に係る縦縞干渉模様投影レンズの他の実施例を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は側面図である。本実施例では、半導体レーザ光源からのレーザ光（波長８００ｎｍ）を特殊構造のレンズに通過させることで縦縞干渉模様を投影する例を説明する。
【００２２】
図５（ａ）に示すように、縦縞干渉模様投影レンズ５１は、ある方向に並列して伸びる同形状の二つの凸部５３，５４を有するレンズ第１面５２と、レンズ第２面５５とを備える。このレンズ第１面５２からレーザ光を入射させると、一方の凸部５３を通過した光と他方の凸部５４を通過した光とが干渉してレンズ第２面５５から出射される光で対象物に縦縞干渉模様を形成することができる。本実施例では、図５（ａ）、（ｃ）に示すように、レンズ第１面５２の二つの凸部５３，５４は曲線形状を有するものとした。また、レンズ第２面５５はレンズ第１面と同様な曲線を描く曲面とした。
【００２３】
本実施例では、具体的には、レンズ第１面５２およびレンズ第２面５５は、ある点を中心にして形成される同心円の弧上にあるように形成される。ここで、ある点とは、例えばレーザ光源の発光点位置とされる。このようにレンズ５１の形状を構成することにより、レーザ光源から放射された光は、レンズ５１を介して屈折することなく直進することができる。
【００２４】
図６（ａ），（ｂ）は、図５に示すレンズを用いて構成した光学レンズ系の一例を示す図である。この光学レンズ系は、図示のように、半導体レーザ（ＬＤ）光源６１から放射された光をある面で平行光とする前段レンズ６２と、ある方向に並列して伸びる同形状の二つの凸部または二つの凹部を有するレンズ第１面、およびレンズ第２面を備え、前記レンズ第１面および前記レンズ第２面が、レーザ光源を中心にして形成される同心円の弧上にあり、一方の前記凸部または凹部を通過した前段レンズからの光と他方の前記凸部または凹部を通過した前段レンズからの光とが干渉して縦縞模様を投影するように構成された縦縞干渉模様投影レンズ６３とを備える。
【００２５】
図６（ａ）は、光軸を通過する水平面上での光学レンズ系の断面を示す図である。レーザ光源６１から出射された光は第１のレンズで平行光にされ、二山蒲鉾レンズにより光軸６４より左側を通過する光と光軸より右側を通過する光が投影面上で重畳され縦縞の干渉模様を形成する。図６（ｂ）は、光軸を通過する垂直面上での光学レンズ系の断面を示す図である。この面内においてはレーザ光源６１から放射された光は、各レンズ面で曲がることなく直進するように各レンズが構成されている。それゆえに、レーザ光源６１から出射される光は、その広がり角度を保ったまま光が投影される。当然のことながら、投影面においても光は重ならないので干渉模様を形成することはない。従って、このようなレンズ構成においても、対象物６５に縦縞干渉模様６６を広角に投影することができる。本実施例によれば、実施例１に比べて、レンズ数を１個減らすことができ、より簡易な光学レンズ系により縦縞干渉模様を形成することができる。
【００２６】
（実施例３）
図７は、本発明に係る縦縞干渉模様投影レンズを用いた３次元画像取得装置の一実施例を示す図である。本実施例は、図示のように、レーザ光源７１と、レーザ光源７１からの光を干渉させて縦縞模様を投影する光学レンズ系７２と、光学レンズ系７２から対象物７３に投影された縦縞模様７４を撮影するカメラ７５と、カメラ７５からの撮影情報に基づいて対象物７３の３次元画像を取得する演算装置７６とを備える。ここで、光学レンズ系７２としては、上述の実施例１または２に記載のものを用いることができる。また、レーザ光源７１と光学レンズ系７２とを一体化して発光モジュール７７とすることができる。この発光モジュール７７は、本図ではカメラ７５とは別に設置しているが、カメラ７５に撮影フラッシュとして搭載することができる。また、演算装置７６は、本図ではカメラ７５の外部に接続されているが、カメラ７５に内蔵することもできる。
【００２７】
さらに、発光モジュール７７中の縦縞干渉模様投影レンズから投影される縦縞模様の本数が所望の本数となるようにその投影範囲を限定する四角形状のウィンドー７８を発光モジュール７７の内部または外部に備えることができる。すなわち、縦縞模様の投影において投影範囲を限定する四角のウィンドー７８を設置し、図７に示すように、投影される干渉縞の本数を限定する。
【００２８】
本実施例では、縦縞模様７４は、左から明パターン、暗パターンの繰り返しで、明パターンが９回となるように投影範囲限定ウィンドー７８を設置した。右端も明パターンで終わるようにした。縦縞模様７４が投影された対象物７３を、発光モジュール７７の横に設置したカメラ７５で撮影した。縦縞模様７４は対象物７３の形状の凹凸に応じて、歪んだ像としてカメラ７５で撮像される。
【００２９】
距離画像の取得方法は以下の通りである。まず、撮像された縦縞模様７４の画像から、１本目〜９本目までの縦縞明パターンを検出する。何本目の縦縞であるかがわかると、その平面が下記のように表される。
ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋１＝０ （式２）
ここで、ａ，ｂ，ｃは係数で既知である。
【００３０】
次に、対象物に投影された１個の縦縞明パターンに対応するカメラ７５の撮像素子（ＣＣＤ）７９における高輝度点を画像から検出し、その位置座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を算出する。これはカメラ７５のＣＣＤの画素位置と角度から得られる。また、カメラレンズの主点位置を（ｘｐ，ｙｐ，ｚｐ）とすると、高輝度点の画素位置が決定する直線は、
【００３１】
【数１】
【００３２】
で表される。ここではｍだけが未知数である。式２で表される平面式に、式３で表される３つの直線式を代入するとｍが求められ、対象物の３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）が得られる。このようにして、縦縞干渉模様の明パターンに対応する高輝度点を順次検出し、１本の縦縞ラインが決定する対象物の３次元座標を求める。各縦縞明パターンに対して同様の処理を行い、対象物全体の３次元座標を求める。
【００３３】
本実施例によれば、簡易で小型化が可能な投影手段により縦縞干渉模様を対象物に投影し、通常のデジタルカメラで対象物に投影された縦縞干渉模様を撮像するだけで、対象物の３次元画像を取得することができる。縦縞干渉模様の投影手段をカメラのフラッシュとして搭載すれば、さらに小型・携帯化が可能となり、簡易に対象物の３次元画像を取得することが可能となる。
【００３４】
図８は、投影された縦縞干渉模様の光量分布のシミュレーション結果の一例を示すグラフである。本例では、実施例１で説明した縦縞干渉模様の投影法を用いて、対象物上に縦縞干渉模様を投影した。対象物はレンズから６００ｍｍ離れている。レンズは実施例１で用いたモノを利用した。図８のグラフはレンズの光軸より片側だけを通過した光の投影強度を示しているが、この図からわかるように光強度の中央部が周辺部に比べてピークを持っている。この光強度分布に図４で示した干渉縞の位相周期を掛け算した値が、実際に投影される干渉縞の光強度分布となる。図４で示した右１、右２、右３という番号の干渉縞は図８が示すように光強度が減衰する。従って、対象物に投影された縦縞模様を撮像し、その画像の中で最も光強度が強い縦縞を基準として、各々の縦縞が右何番目、左何番目と番号を付与することができる。この番号から、式２のように平面式を決定することができ、式３で表される高輝度点の画素位置が決定する直線との交点を求めることで、３次元画像を取得することができる。
【００３５】
このように本発明では、対象物に投影された縦縞模様に順次番号を付与し、その番号情報に基いて３次元画像を取得することができる。これは、投影される縦縞パターンの基準面として中央の高い光強度の縦縞を利用できるので、縦縞の番号を付与することができ、投影範囲限定ウィンドーなしで簡易に３次元画像を得ることができるものである。
【００３６】
（実施例４）
図９は、本発明に係る縦縞干渉模様投影レンズの他の実施例を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は側面図である。上述の実施例１、２のレンズは、レンズ第１面が二つの凸部を備えるが、ここではレンズ第１面が二つの凹部を備える。それ以外は実施例１、２と同様にした。これにより、実施例１、２と同様に縦縞干渉模様が投影される。以下、詳述する。
【００３７】
本実施例では、図９（ａ）に示すように、縦縞干渉模様投影レンズ９１は、ある方向に並列して伸びる同形状の二つの凹部９３，９４を有するレンズ第１面９２と、レンズ第２面９５とを備える。このレンズ第１面９２からレーザ光を入射させると、一方の凹部９３を通過した光と他方の凹部９４を通過した光とが干渉してレンズ第２面９５から出射される光で対象物に縦縞干渉模様を形成することができる。凹部９３，９４の断面形状は例えば上述の式１で表される。ここで、レンズ第１面の二つの凹部は並列して直線的に伸びる形状を有するものとし、レンズ第２面を平面とすることもできるが、本実施例では、図９（ａ）、（ｃ）に示すように、レンズ第１面２の二つの凹部９３，９４は曲線形状を有するものとした。また、レンズ第２面９５はレンズ第１面と同様な曲線を描く曲面とした。
【００３８】
本実施例では、具体的には、レンズ第１面９２およびレンズ第２面９５は、ある点を中心にして形成される同心円の弧上にあるように形成される。ここで、ある点とは、例えばレーザ光源の発光点位置とされる。このようにレンズ９１の形状を構成することで、レーザ光源から放射された光は、レンズ９１を介して屈折することなく直進することができる。本実施例によれば、実施例１、２と同様に、簡易な光学レンズ系により縦縞干渉模様を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、光を干渉させて縦縞模様を投影する縦縞干渉模様投影レンズに関するものであり、産業上の利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る縦縞干渉模様投影レンズの一実施例を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は側面図である。
【図２】本発明に係る縦縞干渉模様投影レンズの断面図と光軸との関係の一例を示す図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、図１に示すレンズを用いて構成した光学レンズ系の一例を示す図である。
【図４】光学レンズ系により投影面に形成された縦縞干渉模様のピッチを説明するための図である。
【図５】本発明に係る縦縞干渉模様投影レンズの他の実施例を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は側面図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は、図５に示すレンズを用いて構成した光学レンズ系の一例を示す図である。
【図７】本発明に係る縦縞干渉模様投影レンズを用いた３次元画像取得装置の一実施例を示す図である。
【図８】投影された縦縞干渉模様の光量分布のシミュレーション結果の一例を示すグラフである。
【図９】本発明に係る縦縞干渉模様投影レンズの他の実施例を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は側面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 縦縞干渉模様投影レンズ
２ レンズ第１面
３，４ 凸部
５ レンズ第２面
３１ レーザ光源
３２ コリメータレンズ
３３ 縦縞干渉模様投影レンズ
３４ 凹レンズ
３５ 光軸
３６ 対象物
３７ 縦縞干渉模様
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある方向に並列して伸びる同形状の二つの凸部または二つの凹部を有するレンズ第１面と、レンズ第２面とを備え、一方の前記凸部または凹部を通過した光と他方の前記凸部または凹部を通過した光とが干渉して縦縞模様を投影するように構成したことを特徴とする縦縞干渉模様投影レンズ。
【請求項２】
前記レンズ第１面の二つの凸部または二つの凹部が並列して直線的に伸び、前記レンズ第２面が平面であることを特徴とする請求項１に記載の縦縞干渉模様投影レンズ。
【請求項３】
前記レンズ第１面および前記レンズ第２面が、ある点を中心にして形成される同心円の弧上にあることを特徴とする請求項１に記載の縦縞干渉模様投影レンズ。
【請求項４】
前記凸部または凹部が、その断面形状（ｘ−ｙ平面）において、ｘ＝ａ＊（ｙ−ｂ）＾ｎ、０＜ｎ＜４（ａ，ｂ，ｎは実数、＾はべき乗を表す）の多項式で表される曲線を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の縦縞干渉模様投影レンズ。
【請求項５】
光源から放射された光を平行光とする前段レンズと、ある方向に並列して伸びる同形状の二つの凸部または凹部を有するレンズ第１面、およびレンズ第２面を備え、一方の前記凸部または凹部を通過した前段レンズからの光と他方の前記凸部または凹部を通過した前段レンズからの光とが干渉して縦縞模様を投影するように構成された縦縞干渉模様投影レンズと、前記縦縞干渉模様投影レンズからの光を広角に投影する後段レンズとを備えたことを特徴とする光学レンズ系。
【請求項６】
光源から放射された光をある面で平行光とする前段レンズと、ある方向に並列して伸びる同形状の二つの凸部または二つの凹部を有するレンズ第１面、およびレンズ第２面を備え、前記レンズ第１面および前記レンズ第２面が、光源を中心にして形成される同心円の弧上にあり、一方の前記凸部または凹部を通過した前段レンズからの光と他方の前記凸部または凹部を通過した前段レンズからの光とが干渉して縦縞模様を投影するように構成された縦縞干渉模様投影レンズとを備えたことを特徴とする光学レンズ系。
【請求項７】
前記縦縞干渉模様投影レンズから投影される縦縞模様の本数が所望の本数となるように前記縦縞干渉模様投影レンズによる投影範囲を限定するウィンドーを備えたことを特徴とする請求項５または６に記載の光学レンズ系。
【請求項８】
前記凸部または凹部が、その断面形状（ｘ−ｙ平面）において、ｘ＝ａ＊（ｙ−ｂ）＾ｎ、０＜ｎ＜４（ａ，ｂ，ｎは実数、＾はべき乗を表す）の多項式で表される曲線を形成することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の光学レンズ系。
【請求項９】
レーザ光源と、前記レーザ光源からの光を干渉させて縦縞模様を投影する請求項５〜８のいずれかに記載の光学レンズ系と、前記光学レンズ系から対象物に投影された縦縞模様を撮影するカメラと、前記カメラからの撮影情報に基づいて前記対象物の３次元画像を取得する演算装置とを備えたことを特徴とする３次元画像取得装置。
【請求項１０】
前記レーザ光源と前記光学レンズ系とを一体化した発光モジュールが、前記カメラの撮影フラッシュとして搭載されることを特徴とする請求項９に記載の３次元画像取得装置。
【請求項１１】
前記演算装置が前記カメラに内蔵されることを特徴とする請求項９または１０に記載の３次元画像取得装置。
【請求項１２】
前記対象物に投影された縦縞干渉模様に順次番号を付与し、その番号情報に基いて３次元画像を取得することを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の３次元画像取得装置。
【請求項１】
ある方向に並列して伸びる同形状の二つの凸部または二つの凹部を有するレンズ第１面と、レンズ第２面とを備え、一方の前記凸部または凹部を通過した光と他方の前記凸部または凹部を通過した光とが干渉して縦縞模様を投影するように構成したことを特徴とする縦縞干渉模様投影レンズ。
【請求項２】
前記レンズ第１面の二つの凸部または二つの凹部が並列して直線的に伸び、前記レンズ第２面が平面であることを特徴とする請求項１に記載の縦縞干渉模様投影レンズ。
【請求項３】
前記レンズ第１面および前記レンズ第２面が、ある点を中心にして形成される同心円の弧上にあることを特徴とする請求項１に記載の縦縞干渉模様投影レンズ。
【請求項４】
前記凸部または凹部が、その断面形状（ｘ−ｙ平面）において、ｘ＝ａ＊（ｙ−ｂ）＾ｎ、０＜ｎ＜４（ａ，ｂ，ｎは実数、＾はべき乗を表す）の多項式で表される曲線を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の縦縞干渉模様投影レンズ。
【請求項５】
光源から放射された光を平行光とする前段レンズと、ある方向に並列して伸びる同形状の二つの凸部または凹部を有するレンズ第１面、およびレンズ第２面を備え、一方の前記凸部または凹部を通過した前段レンズからの光と他方の前記凸部または凹部を通過した前段レンズからの光とが干渉して縦縞模様を投影するように構成された縦縞干渉模様投影レンズと、前記縦縞干渉模様投影レンズからの光を広角に投影する後段レンズとを備えたことを特徴とする光学レンズ系。
【請求項６】
光源から放射された光をある面で平行光とする前段レンズと、ある方向に並列して伸びる同形状の二つの凸部または二つの凹部を有するレンズ第１面、およびレンズ第２面を備え、前記レンズ第１面および前記レンズ第２面が、光源を中心にして形成される同心円の弧上にあり、一方の前記凸部または凹部を通過した前段レンズからの光と他方の前記凸部または凹部を通過した前段レンズからの光とが干渉して縦縞模様を投影するように構成された縦縞干渉模様投影レンズとを備えたことを特徴とする光学レンズ系。
【請求項７】
前記縦縞干渉模様投影レンズから投影される縦縞模様の本数が所望の本数となるように前記縦縞干渉模様投影レンズによる投影範囲を限定するウィンドーを備えたことを特徴とする請求項５または６に記載の光学レンズ系。
【請求項８】
前記凸部または凹部が、その断面形状（ｘ−ｙ平面）において、ｘ＝ａ＊（ｙ−ｂ）＾ｎ、０＜ｎ＜４（ａ，ｂ，ｎは実数、＾はべき乗を表す）の多項式で表される曲線を形成することを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の光学レンズ系。
【請求項９】
レーザ光源と、前記レーザ光源からの光を干渉させて縦縞模様を投影する請求項５〜８のいずれかに記載の光学レンズ系と、前記光学レンズ系から対象物に投影された縦縞模様を撮影するカメラと、前記カメラからの撮影情報に基づいて前記対象物の３次元画像を取得する演算装置とを備えたことを特徴とする３次元画像取得装置。
【請求項１０】
前記レーザ光源と前記光学レンズ系とを一体化した発光モジュールが、前記カメラの撮影フラッシュとして搭載されることを特徴とする請求項９に記載の３次元画像取得装置。
【請求項１１】
前記演算装置が前記カメラに内蔵されることを特徴とする請求項９または１０に記載の３次元画像取得装置。
【請求項１２】
前記対象物に投影された縦縞干渉模様に順次番号を付与し、その番号情報に基いて３次元画像を取得することを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の３次元画像取得装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−１２２６２８（Ｐ２００８−１２２６２８Ａ）
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３０６０５５（Ｐ２００６−３０６０５５）
【出願日】平成１８年１１月１０日（２００６．１１．１０）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１０日（２００６．１１．１０）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
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