(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射型空間光変調器と、前記反射型空間光変調器にホログラムパターンを書き込むためのホログラムパターン書き込み手段と、前記反射型空間光変調器に所定の入射角度θをもって読み出し光を入射するための投光手段と、前記反射型空間光変調器において位相変調され角度θで反射された前記読み出し光をフーリエ変換しターゲットに結像するためのフーリエレンズと、を備え、
前記ホログラムパターン書き込み手段は、ターゲットに所望の光学画像を照射するに際し、前記読み出し光を斜入射させた場合に生じる歪の影響を打ち消すように、当該所望の光学画像を所定方向に１／ｃｏｓθ倍した修正画像に対応するホログラムパターンを前記反射型空間光変調器に書き込む書き込み用電気信号発生器を有する、ことを特徴とする画像投射装置。
【請求項２】
前記ホログラムパターン書き込み手段は、前記所望の光学画像に対して予め求めている前記修正画像に対応するホログラムパターンのデータを記憶する記憶手段を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
【請求項３】
前記ターゲットの３次元情報を取得するための物体形状認識手段を更に備え、前記ホログラムパターン書き込み手段の前記書き込み用電気信号発生器は、該物体形状認識手段により取得した該ターゲットの３次元情報に基づいて該ターゲットの形状に合致したホログラムパターンを生成する、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像投射装置。
【請求項４】
前記ターゲットの位置情報を取得するための物体位置認識手段を更に備え、前記ホログラムパターン書き込み手段の前記書き込み用電気信号発生器は、該物体位置認識手段により取得した該ターゲットの位置情報に基づいて該ターゲットの位置に合致したホログラムパターンを生成する、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の画像投射装置。
【請求項５】
反射型空間光変調器に所定の入射角度θをもって読み出し光を入射する読み出し光入射ステップと、
ターゲットに所望の光学画像を照射するに際し、前記読み出し光を斜入射させた場合に生じる歪の影響を打ち消すように、当該所望の光学画像を所定方向に１／ｃｏｓθ倍した修正画像に対応するホログラムパターンを作成して前記反射型空間光変調器に書き込むホログラムパターン書き込みステップと、
前記反射型空間光変調器に書き込まれた前記ホログラムパターンによって位相変調され角度θで反射された前記読み出し光をフーリエ変換してターゲットに結像する所望の光学画像を得るフーリエ変換ステップと、
を含むことを特徴とする画像投射方法。
【請求項６】
前記ホログラムパターン書き込みステップは、前記ターゲットの３次元情報を取得するための物体形状認識ステップを備え、該物体形状認識ステップにおいて取得した該ターゲットの３次元情報に基づいて該ターゲットの形状に合致するように前記ホログラムパターンを作成する、
ことを特徴とする請求項５に記載の画像投射方法。
【請求項７】
前記ホログラムパターン書き込みステップは、前記ターゲットの位置情報を取得するための物体位置認識ステップを備え、該物体位置認識ステップにおいて取得した該ターゲットの位置情報に基づいて該ターゲットの位置に合致するように前記ホログラムパターンを生成する、
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の画像投射方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間光変調器によって位相変調された光をフーリエ変換し、得られる光学画像をターゲットに照射するフーリエ変換を用いた画像投射装置および画像投射方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像投射装置などに広く用いられる空間光変調器には、強度変調型と位相変調型の２つのタイプがあり、特に光情報処理やホログラム処理などの分野では後者の位相変調型が有望である。これは、位相変調型の空間光変調器は強度変調型と異なり、光の利用効率を高くすることができるからである。
【０００３】
そして、位相変調型の空間光変調器においても反射型と透過型の２つのタイプがあり、光の利用効率を高くするためには反射型のタイプのものが好適に利用される。
【０００４】
しかしながら、反射型の空間光変調器では、読み出し光の入射面と変調光の出射面とが同一面にあり、通常はハーフミラーを用いて変調光を読み出し光から分離しているため、光の利用効率が下がって位相変調型のメリットが失われてしまう。
【０００５】
そこで、読み出し光を入射面に対して斜め入射させ、読み出し光と変調光の光軸をずらして変調光を取り出すことで、ハーフミラーの使用を省略して光の利用効率の低下を抑制する技術が開発されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、読み出し光を空間光変調器の入射面に対して斜め入射させるという上記した従来の技術を単に用いた画像投射装置では、ターゲットに照射される光学画像のサイズが設計時のサイズと比較して大きくなり、投射すべきスペースをはみ出してしまうという問題があった。特に、レーザマーキング装置などでは、所定の場所に所定の大きさの光学画像を正確に照射してマーキングする必要があるため、かかる分野では光学画像のはみ出しは重大な問題であった。
【０００７】
そこで本発明は、ターゲットに対して精度良く光学画像を照射することが可能な画像投射装置および画像投射方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、上記目的を達成するため、空間光変調器へ読み出し光を斜入射させた場合に生じる光学画像のはみ出しの問題について鋭意検討を行った。そして、ターゲットに照射される光学画像には読み出し光の入射角度θに応じた歪が生じることを見出した。
【０００９】
すなわち、図６に示すように読み出し光が空間光変調器に所定の入射角度θにて入射し、ホログラムパターンによって位相変調されて反射される際に、この変調光は幅方向にｃｏｓθ倍されるため、このｃｏｓθ倍された変調光をフーリエ変換して得られる光学画像は、図７（ａ）に示す所望の光学画像と比較して、図７（ｂ）に示すように入射角度θに応じて幅方向に伸びた画像となることが分かった。
【００１０】
本発明は、上記した知見に基づいてなされたものである。すなわち、本発明の画像投射装置は、反射型空間光変調器と、反射型空間光変調器にホログラムパターンを書き込むためのホログラムパターン書き込み手段と、反射型空間光変調器に所定の入射角度θをもって読み出し光を入射するための投光手段と、反射型空間光変調器において位相変調され角度θで反射された読み出し光をフーリエ変換しターゲットに結像するためのフーリエレンズと、を備え、ホログラムパターン書き込み手段は、ターゲットに所望の光学画像を照射するに際し、読み出し光を斜入射させた場合に生じる歪の影響を打ち消すように、当該所望の光学画像を所定方向に１／ｃｏｓθ倍した修正画像に対応するホログラムパターンを反射型空間光変調器に書き込む書き込み用電気信号発生器を有する、ことを特徴とする。
【００１１】
この画像投射装置では、反射型空間光変調器に所定の入射角度θをもって入射した読み出し光は、ホログラムパターンによって位相変調され、ホログラムパターンの画像情報を含んだ状態でターゲットに向けて反射される。このホログラムパターンの画像情報を含む読み出し光は歪を受けて所定方向にｃｏｓθ倍されるが、読み出し光に含まれる画像情報の元となるホログラムパターン自体が所望の光学画像に対して所定方向に１／ｃｏｓθ倍された修正画像に対応するホログラムパターンであるため、ここで歪の影響が打ち消される。そして、この歪の影響が打ち消された読み出し光をフーリエレンズでフーリエ変換して結像することにより、ターゲットの所定の位置に所望の光学画像が照射される。
【００１２】
また、本発明の画像投射装置では、ホログラムパターン書き込み手段は、所望の光学画像に対して予め求めている修正画像に対応するホログラムパターンのデータを記憶する記憶手段を備える、ことを特徴としてもよい。このようにすれば、ホログラムパターン書き込み手段は、記憶手段に記憶されているホログラムパターンのデータを読み出すだけで、反射型空間光変調器にホログラムパターンを書き込むことが可能となる。すなわち、所望の光学画像から修正画像を作成し、さらにホログラムパターンを作成するという手間が省けるため、反射型空間光変調器にホログラムパターンをビデオレートで書き換えることが可能となる。
【００１３】
また、本発明の画像投射装置は、ターゲットの３次元情報を取得するための物体形状認識手段を更に備え、ホログラムパターン書き込み手段の書き込み用電気信号発生器は、該物体形状認識手段により取得した該ターゲットの３次元情報に基づいて該ターゲットの形状に合致したホログラムパターンを生成する、ことを特徴としてもよい。このようにすれば、ホログラムパターン書き込み手段は、物体形状認識手段により取得したターゲットの３次元情報に基づいて、ターゲットの形状に合致するように３次元的にパターンを形成させるホログラムパターンを生成可能であるため、ターゲットに対して歪んだパターンが照射されるおそれが少なくなり、より正確な画像の投射を行うことが可能となる。
【００１４】
また、本発明の画像投射装置は、ターゲットの位置情報を取得するための物体位置認識手段を更に備え、ホログラムパターン書き込み手段の書き込み用電気信号発生器は、該物体位置認識手段により取得した該ターゲットの位置情報に基づいて該ターゲットの位置に合致したホログラムパターンを生成する、ことを特徴としてもよい。このようにすれば、画像投射対象であるターゲットの位置が所望位置からずれた場合であっても、ホログラムパターン書き込み手段は、物体位置認識手段により取得したターゲットの位置情報に基づいてターゲットの位置に合致したホログラムパターンを生成可能であるため、ターゲットの位置の変動に依存することなく正確な画像投射を行うことが可能となる。
【００１５】
また本発明の画像投射方法は、反射型空間光変調器に所定の入射角度θをもって読み出し光を入射する読み出し光入射ステップと、ターゲットに所望の光学画像を照射するに際し、読み出し光を斜入射させた場合に生じる歪の影響を打ち消すように、当該所望の光学画像を所定方向に１／ｃｏｓθ倍した修正画像に対応するホログラムパターンを作成して反射型空間光変調器に書き込むホログラムパターン書き込みステップと、反射型空間光変調器に書き込まれたホログラムパターンによって位相変調され角度θで反射された読み出し光をフーリエ変換してターゲットに結像する所望の光学画像を得るフーリエ変換ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１６】
この画像投射方法では、反射型空間光変調器に所定の入射角度θをもって入射した読み出し光は、ホログラムパターンによって位相変調され、ホログラムパターンの画像情報を含んだ状態でターゲットに向けて反射される。このホログラムパターンの画像情報を含む読み出し光は歪を受けて所定方向にｃｏｓθ倍されるが、読み出し光に含まれる画像情報の元となるホログラムパターン自体が所望の光学画像に対して所定方向に１／ｃｏｓθ倍された修正画像に対応するホログラムパターンであるため、ここで歪の影響が打ち消される。そして、この歪の影響が打ち消された読み出し光をフーリエ変換して結像することにより、ターゲットの所定の位置に所望の光学画像が照射される。
【００１７】
また本発明に係る画像投射方法では、ホログラムパターン書き込みステップは、ターゲットの３次元情報を取得するための物体形状認識ステップを備え、該物体形状認識ステップにおいて取得した該ターゲットの３次元情報に基づいて該ターゲットの形状に合致するようにホログラムパターンを作成する、ことを特徴としてもよい。このようにすれば、物体形状認識ステップにおいて取得したターゲットの３次元情報に基づいて、ターゲットの形状に合致するように３次元的にパターンを形成させるホログラムパターンを生成可能であるため、ターゲットに対して歪んだパターンが照射されるおそれが少なくなり、より正確な画像の投射を行うことが可能となる。
【００１８】
また本発明に係る画像投射方法では、ホログラムパターン書き込みステップは、ターゲットの位置情報を取得するための物体位置認識ステップを備え、該物体位置認識ステップにおいて取得した該ターゲットの位置情報に基づいて該ターゲットの位置に合致するようにホログラムパターンを生成する、ことを特徴としてもよい。このようにすれば、画像投射対象であるターゲットの位置が所望位置からずれた場合であっても、物体位置認識ステップにおいて取得したターゲットの位置情報に基づいてターゲットの位置に合致したホログラムパターンを生成可能であるため、ターゲットの位置の変動に依存することなく正確な画像投射を行うことが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる画像投射装置としてのレーザマーキング装置１０の構成を模式的に示す平面図である。
【００２１】
図示のとおり、レーザマーキング装置１０は反射型の空間光変調器（ＳＬＭ）２０と、ホログラムパターン書き込み手段４０と、投光手段５０と、フーリエレンズ６０とを備えている。
【００２２】
ＳＬＭ２０は、平行配向ネマチック液晶を光変調材料として用いた位相変調型の空間光変調器である。図２に示すように、ＳＬＭ２０は書き込み光の入射面に書き込み光の不要な反射を防止するＡＲコート２１を施したガラス基板２２を備えている。そして、このガラス基板２２の入射面と反対側の面には、ＩＴＯ２３を介して入射光の強度に応じて抵抗が変化するアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）からなる光導電層２４と、誘電体多層膜製のミラー層２５とが積層されている。またＳＬＭ２０は、読み出し光の入射面に同じくＡＲコート２６を施したガラス基板２７を更に備えている。そして、このガラス基板２７の入射面と反対側の面にはＩＴＯ２８が積層されており、前記したミラー層２５とＩＴＯ２８の上に配向層２９，３０がそれぞれ設けられている。そして、これらの配向層２９，３０同士を対向させて枠状のスペーサ３１を介して接続し、スペーサ３１の枠内にネマチック液晶を充填して液晶層を設けて光変調層３２を形成している。この配向層２９，３０により、光変調層３２内のネマチック液晶は配向層２９，３０の表面に対して平行あるいは垂直に配向されている。そして両ＩＴＯ２３，２８間には、所定の電圧を印加するための駆動装置３３が接続されている。
【００２３】
図１に示すように、上記した構成を有するＳＬＭ２０の書き込み光が入射する側に、ホログラムパターン書き込み手段４０が配置されている。
【００２４】
ホログラムパターン書き込み手段４０は、書き込み光を出射するための光源４１と、書き込み光の画像を表示するための透過型液晶テレビ４２と、透過型液晶テレビ４２への画像表示を制御するための書き込み用電気信号発生器４３と、書き込み光に含まれる画像信号をＳＬＭ２０の光導電層２４に結像させるための結像レンズ４４とを備えている。
【００２５】
一方、ＳＬＭ２０の読み出し光の入射する側には、この入射面の法面内で法線と角度θだけ傾けられた光軸上に投光手段５０が配置されている。なお、法面とは直線偏光の光がミラーに入射して反射される際に入射光軸、反射光軸、ミラーの法線のいずれをも含む面を指す。
【００２６】
投光手段５０は、読み出し光を出射するためのレーザ光源５１と、レーザ光源５１から出射された読み出し光を拡大するためのレンズ５２と、拡大された読み出し光を平行光に調整するためのコリメートレンズ５３とを備えている。
【００２７】
また、読み出し光の反射光路上には、ホログラムパターンにより位相変調された読み出し光をフーリエ変換するためのフーリエレンズ６０が配置されている。
【００２８】
このようにして本実施形態に係るレーザマーキング装置１０が構成されている。
【００２９】
ここで、本実施形態に係るレーザマーキング装置１０では、ホログラムパターン書き込み手段４０、特に書き込み用電気信号発生器４３の構造に特徴がある。
【００３０】
すなわち、本実施形態にかかるレーザマーキング装置１０では、空間光変調器２０へ読み出し光を入射角度θで斜入射しているため、試料Ｔに対して照射される光学画像には入射角度θに応じた歪が生じる。つまり、液晶テレビ４２に表示されたホログラムパターン幅をＡとすると、反射光路上のホログラムパターンの画像情報を含む読み出し光は幅方向に歪を受けて幅がＡｃｏｓθとなる。このように、反射光路上の読み出し光は歪を受けて幅方向にｃｏｓθ倍されているため、これをフーリエ変換して得られる光学画像は、入射角度θに応じて幅方向に伸ばされる。
【００３１】
この歪の影響を受けることなく、試料Ｔに対して正確な光学画像をマーキングするために、書き込み用電気信号発生器４３は、試料Ｔに対して実際にマーキングしたい光学画像を幅方向に１／ｃｏｓθ倍したものを修正画像とし、この修正画像に対するホログラムパターンを求めて液晶テレビ４２に表示する。つまり、試料Ｔに対して実際にマーキングしたい光学画像の幅をＢとすると、書き込み用電気信号発生器４３は幅がＢ／ｃｏｓθである修正画像を作成し、この修正画像に対するホログラムパターンを求めて液晶テレビ４２に表示する。
【００３２】
かかるホログラムパターンを作成するための書き込み用電気信号発生器４３の構成の一例を、図３の回路ブロック図に示す。
【００３３】
図示の通り、試料Ｔに対して実際にマーキングしたい光学画像の情報を書き込み用電気信号発生器４３に入力すると、第１の演算器４３ａにて当該光学画像が作成される。次に、乗算器４３ｂにて当該光学画像を幅方向に１／ｃｏｓθ倍した修正画像が作成される。そして、第２の演算器４３ｃにて修正画像に対応するホログラムパターンが求められ、その結果が液晶テレビ４２に向けて出力される。
【００３４】
このように、書き込み用電気信号発生器４３は所望の光学画像に対するホログラムパターンをその都度演算により求めてもよいが、歪を考慮して予め作成されメモリなどの記憶手段に記憶されている修正画像に対するホログラムパターンのデータを呼び出して液晶テレビ４２に表示するようにしてもよい。このようにすれば、書き込み用電気信号発生器４３は、記憶手段に記憶されているホログラムパターンのデータを読み出すだけで、液晶テレビ４２にホログラムパターンを表示することが可能となる。すなわち、所望の光学画像から修正画像を作成し、さらにホログラムパターンを作成するという手間が省けるため、反射型空間光変調器２０にホログラムパターンをビデオレートで書き換えることが可能となる。
【００３５】
次に、上記したレーザマーキング装置１０を用いた本発明の実施形態にかかる画像投射方法としてのレーザマーキング方法について説明する。
【００３６】
まず、書き込み用電気信号発生器４３により、試料Ｔに対して実際にマーキングしたい光学画像の幅を１／ｃｏｓθ倍したものを修正画像とし、この修正画像に対するホログラムパターンを液晶テレビ４２に表示する。
【００３７】
次に、書き込み光側の光源４１から液晶テレビ４２に向けて書き込み光を出射する。すると、書き込み光には液晶テレビ４２を通過する際にホログラムパターンの画像情報が書き込まれる。このホログラムパターンの画像情報を含む書き込み光は、結像レンズ４４によりＳＬＭ２０の光導電層２４に結像される。ＳＬＭ２０の両ＩＴＯ２３，２８間には、駆動装置３３により数ボルトの交流電圧が印加されているが、光導電層２４に書き込まれた画像によって、光導電層２４は画素位置によって電気的インピーダンスが変化する。この結果、光変調層３２は画素位置によって印加される電圧の分圧が異なってくる（ホログラムパターン書き込みステップ）。
【００３８】
一方、レーザ光源５１から直線偏光の読み出し光を出射する。すると、読み出し光はレンズ５２、コリメートレンズ５３により平行光に調整される。そのとき、ＳＬＭ２０の光変調層３２へは所定の入射角度θをもってＰ偏光として入射させる（読み出し光入射ステップ）。
【００３９】
前述したとおり、光変調層３２は画素位置によって印加される電圧の分圧が異なるので、この電圧に応じて液晶分子の傾きが変化する。このとき、液晶分子は法面内でその配向方向が変化する。その結果、画素位置によって光変調層３２の屈折率が変化する。光変調層３２に入射した読み出し光はこの屈折率変化により位相変調され、ミラー層２５により反射されて入射面から再び出力される。
【００４０】
このとき、読み出し光に含まれる画像情報は幅方向に歪を受けてｃｏｓθ倍されるが、読み出し光に含まれる画像情報の元となるホログラムパターン自体が、所望の光学画像を幅方向に１／ｃｏｓθ倍した修正画像に対するホログラムパターンであるため、結果的に歪の影響が打ち消される。そして、この歪の影響が打ち消された画像情報が含まれる読み出し光をフーリエレンズ６０でフーリエ変換して結像することにより、試料Ｔの所定の位置に所望の光学画像がマーキングされる（フーリエ変換ステップ）。
【００４１】
このように、本実施形態にかかるレーザマーキング装置１０では、ホログラムパターン書き込み手段４０は、試料Ｔに所望の光学画像をマーキングするに際し、当該所望の光学画像を幅方向に１／ｃｏｓθ倍した修正画像に対応するホログラムパターンを反射型空間光変調器２０に書き込み可能な構造を有する。従って、反射型空間光変調器２０にて反射されたホログラムパターンの画像情報を含む読み出し光が歪を受けて幅方向にｃｏｓθ倍されても、ホログラムパターン自体が所望の光学画像を幅方向に１／ｃｏｓθ倍した修正画像に対応するものであるため、結果的に歪の影響が相殺される。その結果、このホログラムパターンの画像情報を含む読み出し光をフーリエレンズ６０でフーリエ変換して結像することにより、試料Ｔの所定の位置に所望の光学画像を精度良くマーキングすることが可能となる。
【００４２】
また、本実施形態にかかるレーザマーキング方法では、反射型空間光変調器２０に所定の入射角度θをもって読み出し光を入射させ、ホログラムパターンによって位相変調させてホログラムパターンの画像情報を含んだ状態で試料Ｔに向けて反射させたとき、このホログラムパターンの画像情報を含む読み出し光は歪を受けて所定方向にｃｏｓθ倍されるが、ホログラムパターン書き込みステップで反射型空間光変調器２０に書き込まれたホログラムパターン自体が所望の光学画像に対して所定方向に１／ｃｏｓθ倍された修正画像に対応するホログラムパターンであるため、ここで歪の影響が打ち消される。その結果、この歪の影響が打ち消された読み出し光をフーリエ変換して結像することにより、試料Ｔの所定の位置に所望の光学画像を精度よくマーキングすることが可能となる。
【００４３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係るレーザマーキング装置について図４を参照して説明する。
【００４４】
上記した第１の実施形態では、所望位置に設置されている試料Ｔの表面に所望のパターンをマーキングする場合について説明してきたが、試料Ｔの設置位置は常に固定されているとは限らない。もし、試料Ｔの設置位置が所望位置からずれている場合に、所望位置に設置されていることを前提としたパターンを試料Ｔに照射した場合、パターンは試料Ｔの加工面において拡大・縮小・変形等してしまい、マーキングの精度の低下をきたしてしまうおそれがある。
【００４５】
本実施形態に係るレーザマーキング装置１０は、かかる問題点に鑑み、図４に示すように試料Ｔの位置情報を取得するための物体位置認識手段を更に備えている。この物体位置認識手段は、内部に半導体レーザ等の発光素子７２とフォトダイオード等の受光素子７４とを有するレーザ測距装置７０を備えている。このレーザ測距装置７０は、発光素子７２からターゲットＴに向けてレーザ光を出射し、反射光を受光素子７４にて受光してターゲットの位置（距離）を測定する。このレーザ測距装置７０は、書き込み用電気信号発生器４３に接続されている。
【００４６】
このレーザマーキング装置１０では、レーザ測距装置７０により測定されたターゲットＴの位置情報は、書き込み用電気信号発生器４３に送られる（物体位置認識ステップ）。そして、試料Ｔに対して実際に照射し加工したい光学画像を書き込み用電気信号発生器４３に入力すると、書き込み用電気信号発生器４３では、試料Ｔの位置に基づいて当該所望の光学画像に対応するホログラムパターンが求められ、そのホログラムパターンが液晶テレビ４２に表示される。
【００４７】
次に、書き込み光側の光源４１から液晶テレビ４２に向けて書き込み光を出射すると、書き込み光には液晶テレビ４２を通過する際にホログラムパターンの画像情報が書き込まれる。この画像情報を有する書き込み光は、結像レンズ４４によりＳＬＭ２０の光導電層２４に結像される（ホログラムパターン書き込みステップ）。
【００４８】
一方、レーザ光源５１から直線偏光の読み出し光を出射する。すると、読み出し光はレンズ５２、コリメートレンズ５３により平行光に調整される。そのとき、ＳＬＭ２０の光変調層３２へは所定の入射角度θをもってＰ偏光として入射させる（読み出し光入射ステップ）。光変調層３２に入射した読み出し光はホログラムパターンにより位相変調され、ミラー層２５により反射されて入射面から再び出力される。
【００４９】
そして、この位相変調された読み出し光をフーリエレンズ６０でフーリエ変換して結像することにより（フーリエ変換ステップ）、試料Ｔに対して試料Ｔの位置に合致した所望の光学画像が照射される。
【００５０】
このように本実施形態に係るレーザマーキング装置１０では、試料Ｔの位置情報を取得するための物体位置認識手段を備えているため、試料Ｔの位置に合致したパターンを生成することが可能となり、試料Ｔの位置の変動に依存することなく正確なマーキングを行うことが可能となる。
【００５１】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係るレーザマーキング装置について図５を参照して説明する。
【００５２】
上記した第１及び第２の実施形態では、平面をなす試料Ｔの加工面に所望のパターンをマーキングする場合について説明してきたが、試料Ｔの加工面は常に平面であるとは限らない。もし、３次元形状をなす試料Ｔの加工面に平面を前提としたパターンを照射した場合、パターンは試料Ｔの加工面の凹凸に合わせて歪んでしまい、マーキングの精度の低下をきたしてしまうおそれがある。
【００５３】
本実施形態に係るレーザマーキング装置１０は、かかる問題点に鑑み、図５に示すように試料Ｔの３次元情報を取得するための物体形状認識手段を更に備えている。この物体形状認識手段は、それぞれ試料Ｔの像を撮像可能な２つの撮像装置８０，８２を備えている。これら撮像装置８０，８２は、フーリエレンズ６０から試料Ｔに至る光軸に対してほぼ対称な位置関係で配置されており、それぞれ書き込み用電気信号発生器４３に接続されている。
【００５４】
このレーザマーキング装置１０では、撮像装置８０，８２により撮像された試料Ｔのステレオ画像は、それぞれ書き込み用電気信号発生器４３に送られる。そして、一対の撮像装置８０，８２で撮像した画像間で、画素間の対応を求め、対応点の画素ずれ量、つまり視差を算出し、三角測量を用いてターゲットまでの距離を算出する。このようにして、試料Ｔの凹凸等の３次元情報が算出され、試料Ｔの３次元形状の認識が行われる（物体形状認識ステップ）。なお、本実施形態に係るレーザマーキング装置１０では、物体形状認識手段としての撮像装置８０，８２は、ターゲットＴの位置情報の取得も可能であるため、撮像装置８０，８２は物体位置認識手段としても機能している。
【００５５】
そして、試料Ｔに対して実際に照射し加工したい光学画像を書き込み用電気信号発生器４３に入力すると、試料Ｔの３次元形状に基づいて当該所望の光学画像に対応するホログラムパターンが求められ、そのホログラムパターンが液晶テレビ４２に表示される。
【００５６】
次に、書き込み光側の光源４１から液晶テレビ４２に向けて書き込み光を出射すると、書き込み光には液晶テレビ４２を通過する際にホログラムパターンの画像情報が書き込まれる。この画像情報を有する書き込み光は、結像レンズ４４によりＳＬＭ２０の光導電層２４に結像される（ホログラムパターン書き込みステップ）。
【００５７】
一方、レーザ光源５１から直線偏光の読み出し光を出射する。すると、読み出し光はレンズ５２、コリメートレンズ５３により平行光に調整される。そのとき、ＳＬＭ２０の光変調層３２へは所定の入射角度θをもってＰ偏光として入射させる（読み出し光入射ステップ）。光変調層３２に入射した読み出し光はホログラムパターンにより位相変調され、ミラー層２５により反射されて入射面から再び出力される。
【００５８】
そして、この位相変調された読み出し光をフーリエレンズ６０でフーリエ変換して結像することにより（フーリエ変換ステップ）、試料Ｔの立体表面に試料Ｔの形状に合致した所望の光学画像が照射される。
【００５９】
このように本実施形態に係るレーザマーキング装置１０では、試料Ｔの３次元情報を取得するための物体形状認識手段を備えているため、試料Ｔの形状に合致したパターンを生成することが可能となり、照射したパターンの試料Ｔの表面における歪みを抑制してマーキング精度の低下を抑制することが可能となる。
【００６０】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００６１】
例えば、上記した実施形態では、読み出し光を法面内で所定の入射角度θで入射させる場合について考えたため、反射型空間光変調器２０に書き込まれるホログラムパターンは、所望の光学画像を幅方向に１／ｃｏｓθ倍し、高さ方向に等倍した修正画像に対応するものであった。これに対し、読み出し光を入射面に対して任意の方向から入射させる場合は、読み出し光の入射方向を幅方向と高さ方法の２方向に分解し、幅方向の入射角度をα、高さ方向の入射角度をβとする。そして、書き込み用電気信号発生器４３は、所望の光学画像を幅方向に１／ｃｏｓα倍し、高さ方向に１／ｃｏｓβ倍した修正画像に対するホログラムパターンを反射型空間光変調器２０に書き込み可能な構造とする。このようにすれば、読み出し光が反射型空間光変調器２０の入射面に対して任意の方向から入射する場合であっても、試料Ｔの所定の位置に所望の光学画像を精度良くマーキングすることが可能となる。
【００６２】
また、上記した実施形態では、画像投射装置としてレーザマーキング装置１０について説明したが、本発明はこれに限定されることなく露光装置などの画像投射装置に広く適用することができる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の画像投射装置では、ホログラムパターン書き込み手段は、ターゲットに所望の光学画像を照射するに際し、当該所望の光学画像を所定方向に１／ｃｏｓθ倍した修正画像に対応するホログラムパターンを反射型空間光変調器に書き込み可能な構造を有する。従って、反射型空間光変調器にて反射されたホログラムパターンの画像情報を含む読み出し光が歪を受けて所定方向にｃｏｓθ倍されても、ホログラムパターン自体が所望の光学画像を所定方向に１／ｃｏｓθ倍した修正画像に対応するものであるため、結果的に歪の影響が相殺される。その結果、このホログラムパターンの画像情報を含む読み出し光をフーリエレンズでフーリエ変換して結像することにより、ターゲットの所定の位置に所望の光学画像を精度良く照射することが可能となる。
【００６４】
また本発明の画像投射方法では、反射型空間光変調器に所定の入射角度θをもって読み出し光を入射させ、ホログラムパターンによって位相変調させてホログラムパターンの画像情報を含んだ状態でターゲットに向けて反射させたとき、このホログラムパターンの画像情報を含む読み出し光は歪を受けて所定方向にｃｏｓθ倍されるが、ホログラムパターン書き込みステップで反射型空間光変調器に書き込まれたホログラムパターン自体が所望の光学画像に対して所定方向に１／ｃｏｓθ倍された修正画像に対応するホログラムパターンであるため、ここで歪の影響が打ち消される。その結果、この歪の影響が打ち消された読み出し光をフーリエ変換して結像することにより、ターゲットの所定の位置に所望の光学画像を精度良く照射することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるレーザマーキング装置の構成を模式的に示す平面図である。
【図２】空間光変調器の構成を示す断面図である。
【図３】書き込み用電気信号発生器の構成の一例を示す回路ブロック図である。
【図４】本発明の第２実施形態にかかるレーザマーキング装置の構成を模式的に示す平面図である。
【図５】本発明の第３実施形態にかかるレーザマーキング装置の構成を模式的に示す平面図である。
【図６】ホログラムパターンの画像情報を含む読み出し光が空間光変調器にて反射されて歪を受ける様子を示す模式図である。
【図７】従来技術により照射される光学画像が歪を受ける様子を示し、図７（ａ）はターゲットに照射されるべき所望の光学画像、図７（ｂ）は幅方向に歪を受けた実際の光学画像を示す。
【符号の説明】
１０…レーザマーキング装置、２０…反射型空間光変調器、４０…ホログラムパターン書き込み手段、５０…投光手段、６０…フーリエレンズ、７０…レーザ測距装置、８０，８２…撮像装置、Ｔ…試料。
【図１】
0003980822.tif 000002
【図２】
0003980822.tif 000003
【図３】
0003980822.tif 000004
【図４】
0003980822.tif 000005
【図５】
0003980822.tif 000006
【図６】
0003980822.tif 000007
【図７】
0003980822.tif 000008