FG を用いた輝点投影原理

はじめに、輝点投影機から投影した輝点を2台のCCDカメラを用いて撮影する（ST11）。 ここで、輝点投影機から輝点を投影する手法について述べる。

輝点投影機は、ファイバーグレイティング（FG）素子とレーザー発生器を備えている。

ファイバーグレイティング素子とは、直径20μm程度の光ファイバーをシート状に並べた、

位相分布型の回折格子である。本システムではこれを2枚直交した物を使用する。

レーザー光をFG素子に垂直に入射すると、光ファイバーがそれぞれシンドリカルレン ズとして作用し、レーザー光は、図3.5に示すように光ファイバーの焦点で集光した後、

多数の球面波となって広がる。このとき広がった光は、干渉作用により投影面に一定の間 隔で光の強弱が現れる。たとえばFG素子1枚に光を入射させた場合は、光の強弱により 対向平面上に明暗の縞模様が観察される。本システムで使用するように、2枚のFG素子 を直交させた状態で重ねたものに光を入射させた場合には、図3.5に示すように、投影面 に正方格子状に輝点行列が投影される。

FGの焦点面における光強度

^f   ^x

^{は定性的に、}

3.3 FGを用いた輝点投影原理

f

 

x 



comb

 

x rect

 

x



g

 

x (3.1) である。ここで、

^comb   ^x

は光ファイバを配列とした櫛形の関数、

^rect   ^x

^{は矩形関数、}

  ^x

g

は1本の光ファイバーの焦点での光強度、は重畳積分を表す。

FGの有効開口をD=1mmとし、波長がλ=810nmのレーザーを使用した場合、

 

23 . 10 1

810 10 1

9 3 2 2

 ≒





 



D m （3.2）

より遠方からフラウンホーファ回折とみなす事ができ、1.23m以上離れた所にできる回 折パターンは、定性的にフーリエ変換光学系で表す事ができる。

これにより投影面に生じる回折パターン

F   X

は、投影面での輝点の間隔

COMB   X

^、

一つの輝点の強度分布を

^SINC   ^X

、輝点すべてについての強度分布を

^G   ^X

^として、

F

 

X 



COMB

 

X SINC

 

X

  

G X （3.3）

と表す事ができる。

FG には構成が簡単であるため制作が容易であり、回折光の強度分布が高次まで一様で あること、微尐幅のスリット列とみなす事が出来ること、入射光の殆どが透過するため利 用効率が高い事などから、観察領域に輝点マトリクスを投影するための投光素子として、

使用しやすいという利点がある。これにより、図3.6のように投影面に輝点が投影される。

図 3.5 FG素子にレーザー光を照射することによって生じる輝点パターン レーザー光

ＦＧ素子

開口部

対向平面

ドキュメント内 学位論文 博士（工学） (ページ 33-36)