JPH0635921B2 - Speckle length meter - Google Patents
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- JPH0635921B2 JPH0635921B2 JP2033304A JP3330490A JPH0635921B2 JP H0635921 B2 JPH0635921 B2 JP H0635921B2 JP 2033304 A JP2033304 A JP 2033304A JP 3330490 A JP3330490 A JP 3330490A JP H0635921 B2 JPH0635921 B2 JP H0635921B2
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Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、レーザ光を照射した物体表面からの拡散光に
よって生じるスペックルパターンを利用して、物体の移
動量を測定するスペックル測長計に関するものである。The present invention relates to a speckle length measuring instrument for measuring an amount of movement of an object using a speckle pattern generated by diffused light from the surface of an object irradiated with laser light. It is about.
(従来の技術) 従来、スペックルパターンを応用して物体の微小な変形
量を測定する方法が提案されている(特公昭59-52963)。(Prior Art) Conventionally, a method of measuring a minute deformation amount of an object by applying a speckle pattern has been proposed (Japanese Patent Publication No. 59-52963).
該測定方法は、測定の対象とする変形物体の表面にレー
ザビームを照射して、拡散反射光の中にイメージセンサ
ーを配置し、該センサーから出力されるイメージ信号に
基づいて、物体変形前後の出力信号の相互相関関数を算
出するものであって、該相互相関関数のピーク位置がス
ペックルパターンの移動量に対応して、物体移動量が測
定されるのである。The measuring method irradiates the surface of a deformed object to be measured with a laser beam, arranges an image sensor in the diffuse reflection light, and based on an image signal output from the sensor, before and after the object deformation. The cross-correlation function of the output signal is calculated, and the object movement amount is measured in such a manner that the peak position of the cross-correlation function corresponds to the movement amount of the speckle pattern.
(解決しようとする課題) ところが、上記測定方法では、第4図に示す如く激しく
変動するイメージ信号の波形をそのままA/D変換して
相互相関関数を算出していたから、A/D変換の際のサ
ンプリング数が極めて大きく、これらのサンプリングデ
ータから相互相関関数を求める演算処理に時間がかか
り、リアルタイムの測定が困難であった。(Problems to be Solved) However, in the above measurement method, the cross-correlation function is calculated by directly A / D converting the waveform of the image signal that fluctuates drastically as shown in FIG. The number of samplings was extremely large, and it took a long time to perform a calculation process for obtaining a cross-correlation function from these sampling data, which made real-time measurement difficult.
そこで、イメージ信号を一旦、所定のスレッショルドレ
ベルで2値化して、所謂極性相関をとることにより、演
算処理時間の短縮を図ることが提案されている(例えば
コロナ社発行「光計測のニーズとシーズ」第40頁)。Therefore, it has been proposed that the image signal is once binarized at a predetermined threshold level and the so-called polarity correlation is taken to reduce the calculation processing time (for example, “Corona Inc.“ Needs and Seeds for Optical Measurement ”). "Page 40).
しかしながら、2値化による極性相関を採用する場合
は、第5図(a)乃至(e)に示す様に相関関数は連続分布
とならず、イメージセンサーの分解能(例えばCCDの
配列ピッチ)に応じた離散的な複数の相関値データの集
合として得られる。However, when the polarity correlation by binarization is adopted, the correlation function does not have a continuous distribution as shown in FIGS. 5 (a) to 5 (e), and it depends on the resolution of the image sensor (for example, CCD array pitch). It is obtained as a set of a plurality of discrete correlation value data.
従って、対象物体が前記画素配列ピッチ(例えば13μm)
よりも小さい範囲内で移動した場合、移動前後のスペッ
クルパターンの相互相関関数は、移動距離が前記範囲内
で異なったとしても、例えば第5図(a)と(b)に示す様
に相関値データのピーク位置Ppは同じものとなる。Therefore, if the target object is the pixel array pitch (for example, 13 μm)
When moving within a smaller range, the cross-correlation function of the speckle pattern before and after the movement shows a correlation as shown in, for example, FIGS. 5 (a) and 5 (b) even if the moving distance differs within the range. The peak position Pp of the value data is the same.
即ち、従来のスペックル即長計では、イメージセンサー
の分解能よりも高い分解能を得ることが出来ず、測定精
度に限界があった。That is, the conventional speckle prompt sizing instrument cannot obtain a resolution higher than that of the image sensor, and there is a limit in measurement accuracy.
本発明の目的は、一次元イメージセンサーの分解能を越
える測定分解能が得られるスペックル測長計を提供する
ことである。An object of the present invention is to provide a speckle length measuring instrument that can obtain a measurement resolution exceeding that of a one-dimensional image sensor.
本発明の他の目的は、移動距離算出のための処理を高速
で実行することが出来るスペックル測長計を提供するこ
とである。Another object of the present invention is to provide a speckle length measuring instrument capable of executing a process for calculating a moving distance at high speed.
(課題を解決する為の手段) 本発明に係るスペックル測長計は、測定の対象となる移
動物体の表面に向ってレザービームを出射すべきレーザ
発生装置と、前記対象物体のレーザ照射面に対向した観
測面に表われるスペックルパターンをイメージ信号に変
換するイメージセンサー(13)と、該イメージセンサー(1
3)から出力されるイメージ信号を2値化する2値化回路
(4)と、該2値化回路(4)の出力データに基づいて対象
物体の基準位置におけるスペックルパターンとその後の
移動位置におけるスペックルパターンとの相互相関関数
を複数の相関値データ(C1、C2、…Cn)から離散分布
として算出する相関器(5)と、該相関器から出力される
相関値データ(C1、C2、…Cn)に基づいて物体の移動
距離を算出する情報処理回路と、該回路の算出結果を表
示する表示器(9)とを具えている。(Means for Solving the Problem) A speckle length measuring instrument according to the present invention is a laser generator for emitting a laser beam toward the surface of a moving object to be measured, and a laser irradiation surface of the object. An image sensor (13) for converting the speckle pattern appearing on the facing observation surface into an image signal, and the image sensor (1
3) Binarization circuit that binarizes the image signal output from
(4) and the cross-correlation function of the speckle pattern at the reference position of the target object and the speckle pattern at the subsequent moving position on the basis of the output data of the binarization circuit (4), a plurality of correlation value data (C 1, C 2, ... correlator for calculating a discrete distribution from Cn) and (5), the correlation value data output from the correlator (C 1, C 2, ... calculate the moving distance of the object based on Cn) It has an information processing circuit and a display (9) for displaying the calculation result of the circuit.
前記情報処理回路は、 前記相関値データ(C1、C2、…Cn)の集合からピーク
位置を探索する第1手段と、 前記ピーク位置の相関値データCpとその前後の2つの
相関値データCf、Caから、相互相関関数を連続分布
として近似した場合の論理ピーク位置を決定し、該論理
ピーク位置に基づいて物体移動量を算出する第2手段 とから構成される。The information processing circuit includes first means for searching a peak position from a set of the correlation value data (C 1 , C 2 , ... Cn), correlation value data Cp of the peak position and two correlation value data before and after the correlation value data. Second means for determining a logical peak position when the cross-correlation function is approximated as a continuous distribution from Cf and Ca, and calculating an object movement amount based on the logical peak position.
又、前記情報処理回路の第2手段は、 前記3つの相関値データCp、Cf、Caの差(Cp−
Cf)及び(Cp−Ca)を算出する第1演算手段と、 前記2つの差データ(Cp−Cf)及び(Cp−Ca)によ
って規定されるアドレスにて、前記相関値データの実際
のピーク位置と前記論理ピーク位置との差に応じた補正
データが予め格納されているメモリ手段と、 前記差データ(Cp−Cf)及び(Cp−Ca)に基づいて
前記メモリ手段からのデータ読出しを制御する制御手段
と、 前記実ピーク位置と補正データに基づいて対象物体の移
動距離を算出する第2演算手段 とから構成することが出来る。The second means of the information processing circuit is provided with a difference (Cp-
Cf) and (Cp-Ca) first calculating means, and the actual peak position of the correlation value data at the address defined by the two difference data (Cp-Cf) and (Cp-Ca). And a memory means in which correction data corresponding to the difference between the logical peak position and the logical peak position is stored in advance, and data read from the memory means is controlled based on the difference data (Cp-Cf) and (Cp-Ca). The control unit may include a control unit and a second calculation unit that calculates the moving distance of the target object based on the actual peak position and the correction data.
(作 用) 対象物体の移動に伴って、一次元イメージセンサー(13)
にて光電変換されたイメージ信号は、該イメージセンサ
ー(13)によるスペックルパターンの走査周期に応じた周
期で変化し、1つのスペックルパターン毎に2値化回路
(4)へ送られて、2値化される。(Working) One-dimensional image sensor (13) as the target object moves
The image signal photoelectrically converted by the image sensor (13) changes at a cycle corresponding to the scanning cycle of the speckle pattern by the image sensor (13), and a binarization circuit is provided for each speckle pattern.
It is sent to (4) and binarized.
相関器(5)は、2値化されたデータDに基づいて、基準
位置におけるスペックルパターンの2値化データと、物
体移動後のスペックルパターンの2値化データの相互相
関関数を算出する。該相互相関関数は、複数の相関値デ
ータ(C1、C2、…Cn)からなる離散分布として得られ
る(第5図参照)。The correlator (5) calculates the cross-correlation function of the binarized data of the speckle pattern at the reference position and the binarized data of the speckle pattern after the object movement based on the binarized data D. . The cross-correlation function is obtained as a discrete distribution composed of a plurality of correlation value data (C 1 , C 2 , ... Cn) (see FIG. 5).
算出された相関値データは情報処理回路へ送出され、該
回路の第1手段は前記相関値データ(C1、C2、…Cn)
の中から最大値をとる実ピーク位置Ppを探索する。The calculated correlation value data is sent to the information processing circuit, and the first means of the circuit outputs the correlation value data (C 1 , C 2 , ... Cn).
The actual peak position Pp that takes the maximum value is searched from among.
ここで、一次元イメージセンサーの分解能を限りなく零
に近づけたときの理論的な相互相関関数を想定した場
合、前記実ピーク位置とその前後位置の相関値データC
p、Cf及びCaは前記の論理的な相互相関関数の分布
上にプロットされるものと考えられるから、これらのデ
ータに基づいて、理論的な相互相関関数のピーク位置
(理論ピーク位置)を決定することが出来る。Here, assuming a theoretical cross-correlation function when the resolution of the one-dimensional image sensor approaches zero as much as possible, the correlation value data C of the actual peak position and its front and rear positions
Since p, Cf, and Ca are considered to be plotted on the distribution of the above-mentioned logical cross-correlation function, the peak position of the theoretical cross-correlation function is based on these data.
(Theoretical peak position) can be determined.
前記情報処理回路の第2手段は、所定の手法によって前
記理論ピーク位置を決定し、更に該理論ピーク位置に基
づいて物体移動距離を算出する。The second means of the information processing circuit determines the theoretical peak position by a predetermined method, and further calculates the object moving distance based on the theoretical peak position.
算出された移動距離は表示器(9)にリアルタイムで表示
される。The calculated moving distance is displayed on the display (9) in real time.
又、情報処理回路の第2手段を前記第1及び第2演算手
段、メモリ手段及び読出し制御手段から構成した場合、
メモリ手段は、相関値データCpとCfの差(Cp−C
f)及び相関値データCpとCaの差(Cp−Ca)によ
ってアドレス指定され、予めメモリ手段に設定されてい
る補正データが瞬間的に呼び出される。そして、該補正
データによって実ピーク位置に補正が施され、論理ピー
ク位置が決定される。Further, when the second means of the information processing circuit is composed of the first and second arithmetic means, the memory means and the read control means,
The memory means stores the difference (Cp-C) between the correlation value data Cp and Cf.
f) and the correction data, which is addressed by the difference between the correlation value data Cp and Ca (Cp-Ca) and is preset in the memory means, is called instantaneously. Then, the actual peak position is corrected by the correction data to determine the logical peak position.
(発明の効果) 本発明に係るスペックル測長計によれば、一次元イメー
ジセンサーの分解能を上回る測定分解能が得られ、高精
度の測長が可能である。(Effects of the Invention) According to the speckle length meter according to the present invention, a measurement resolution exceeding the resolution of the one-dimensional image sensor can be obtained, and highly accurate length measurement is possible.
又、補正データが予め登録されちるメモリの利用によっ
て、移動距離算出のための演算処理が高速化される。Further, the use of the memory in which the correction data is registered in advance speeds up the calculation process for calculating the moving distance.
(実施例) 以下、図面に沿って本発明に係るスペックル測長計の具
体的構成について説明する。尚、実施例は本発明を説明
するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明
を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。(Example) Hereinafter, a specific configuration of the speckle length measuring instrument according to the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the examples are for explaining the present invention and should not be understood as limiting the invention described in the claims or reducing the scope.
第1図に示す如く、スペックル測長計の測定ヘッド(1)
は、ビーム出射窓(10)を有する密閉ケーシング内に、半
導体レーザ(11)、該半導体レーザ(11)からのレーザ光を
平行レーザビーム(17)に整形するコリメータレンズ(1
2)、対象物体(18)にて拡散反射されて形成されたスペッ
クルパターンを光電変換するCCDからなる一次元イメ
ージセンサー(13)等を配置して構成されている。As shown in Fig. 1, the measuring head of the speckle length measuring instrument (1)
Is a semiconductor laser (11) in a closed casing having a beam emission window (10), and a collimator lens (1) for shaping laser light from the semiconductor laser (11) into a parallel laser beam (17).
2), a one-dimensional image sensor (13) composed of a CCD for photoelectrically converting a speckle pattern formed by being diffusely reflected by the target object (18) and the like are arranged.
第2図は、上記測定ヘッド(1)に接続して、一次元イメ
ージセンサー(13)からのイメージ信号に基づいて物体の
移動量を算出し、表示するための測定回路の一構成例を
示している。FIG. 2 shows an example of the configuration of a measuring circuit for connecting to the measuring head (1), calculating the amount of movement of the object based on the image signal from the one-dimensional image sensor (13), and displaying it. ing.
一次元イメージセンサー(13)は、周知の如くバッファア
ンプ(14)から送られてくるリセット信号、スタート信号
及びシフト信号によってCCD配列方向の走査を一定周
期で繰返す。該センサー(13)の出力信号は、初段アンプ
(15)を介してサンプルホールド回路(2)へ接続され、こ
れによってCCD特有のノイズが除去される。As is well known, the one-dimensional image sensor (13) repeats scanning in the CCD array direction at regular intervals by a reset signal, a start signal and a shift signal sent from the buffer amplifier (14). The output signal of the sensor (13) is the first stage amplifier.
It is connected to the sample and hold circuit (2) via (15), which removes the noise peculiar to the CCD.
サンプルホールド回路(2)の出力信号はゲイン制御アン
プ(3)を経て2値化回路(4)へ送られ、これによって第
4図に示す如きイメージ信号Sが2値化され、更に該2
値化データDは相関器(5)へ送られて、後述の如く対象
物体の移動に伴って変化するスペックルパターンの相互
相関関数が繰返し計算され、この計算結果がマイクロコ
ンピュータ(7)へ送られる。The output signal of the sample and hold circuit (2) is sent to the binarization circuit (4) via the gain control amplifier (3), whereby the image signal S as shown in FIG.
The digitized data D is sent to the correlator (5), the cross-correlation function of the speckle pattern that changes with the movement of the target object is repeatedly calculated as described later, and the calculation result is sent to the microcomputer (7). To be
マイクロコンピュータ(7)は外部記憶装置として、上位
8ビット及び下位8ビットの2つのアドレスデータによ
ってアドレス指定されるROM(8)を具え、前記相互相
関関数のピーク位置とROM(8)に予め登録されている
後述の補正データのテーブルから物体の移動距離算出
し、その結果を表示器(65)にデジタル表示せしめる。The microcomputer (7) comprises a ROM (8) which is addressed by two address data of upper 8 bits and lower 8 bits as an external storage device, and is registered in advance in the peak position of the cross-correlation function and the ROM (8). The moving distance of the object is calculated from the table of the correction data described later, and the result is digitally displayed on the display (65).
又、前記バッファアンプ(14)、サンプルホールド回路
(2)、2値化回路(4)及び相関器(5)はタイミング発生
器(6)から供給されるタイミング信号によって夫々動作
が制御されている。Also, the buffer amplifier (14) and the sample and hold circuit
(2) The operations of the binarization circuit (4) and the correlator (5) are controlled by the timing signals supplied from the timing generator (6).
ゲイン制御回路(3)から得られるイメージ信号は、第4
図に示す如く、前記タイミング発生器(6)から一次元イ
メージセンサー(13)へ送られるスタート信号の周期T0
毎に発生し、該周期T0内におけるイメージセンサー(1
3)によるスペックルパターンの1走査時間に対応してい
る。The image signal obtained from the gain control circuit (3) is the fourth
As shown in the figure, the period T 0 of the start signal sent from the timing generator (6) to the one-dimensional image sensor (13)
It generated every, image sensor (1 in the periodic T in the 0
It corresponds to one scanning time of the speckle pattern by 3).
前記イメージ信号は第2図の2値化回路(4)へ送られ、
前記発生期間Tの平均値(第4図中L)をスレッショルド
レベルとして2値化される。2値化されたデータDは更
に相関器(5)へ供給される。The image signal is sent to the binarization circuit (4) in FIG.
The average value (L in FIG. 4) of the occurrence period T is binarized as a threshold level. The binarized data D is further supplied to the correlator (5).
相関器(5)は周知の種々の構成が採用出来、例えば第1
及び第2シフトレジスタ、複数のEX−OR回路、加算
器等から構成され、前記周期T0で次々と入力されるデ
ータDに基づいて下記の如く相互相関関数を算出するも
のである。The correlator (5) can employ various well-known configurations, for example, the first
And a second shift register, a plurality of EX-OR circuits, an adder, etc., and calculates a cross-correlation function as follows based on the data D input one after another at the period T 0 .
即ち、測長開始時点で送られてくる1つのスペックルパ
ターンに対応する一連のデータDを前記第1シフトレジ
スタに設定し、その後、物体移動に伴って次々と送られ
てくる一連のデータDを順次、第2シフトレジスタに設
定しつつ、両シフトレジスタに設定されたデータの相互
相関関数を算出する。該相互相関関数は、複数の相関値
データ(C1、C2、…Cn)からなる離散分布として得ら
れる(第5図参照)。そして、相互相関関数のピーク値が
所定レベルを下回った時点で、そのときの第2シフトレ
ジスタ内のデータを第1シフトレジスタに移す。以後、
更新された第1シフトレジスタ内のデータを基準とし
て、前記同様に相互相関関数を繰返し算出する。That is, a series of data D corresponding to one speckle pattern sent at the start of length measurement is set in the first shift register, and then a series of data D sent one after another as the object moves. Are sequentially set in the second shift register, and the cross-correlation function of the data set in both shift registers is calculated. The cross-correlation function is obtained as a discrete distribution composed of a plurality of correlation value data (C 1 , C 2 , ... Cn) (see FIG. 5). Then, when the peak value of the cross-correlation function falls below a predetermined level, the data in the second shift register at that time is transferred to the first shift register. After that,
Using the updated data in the first shift register as a reference, the cross-correlation function is repeatedly calculated as described above.
算出された相関値データはマイクロコンピュータ(7)へ
次々と送出され、マイクロコンピュータ(7)は、1つの
スペックパターンに対応する一群の相関値データ(C1、
C2、…Cn)毎に、後述の演算処理手段(第3図)を実行
する。The calculated correlation value data is sent to the microcomputer (7) one after another, and the microcomputer (7) collects a group of correlation value data (C 1 ,
The arithmetic processing means (FIG. 3) described below is executed for each of C 2 , ... Cn).
ここで、第6図によって本発明にかかる測定原理につい
て説明する。Here, the measurement principle according to the present invention will be described with reference to FIG.
前記相関器(5)から得られる1つのスペックルパターン
に対応する一群の相関値データ(C1、C2、…Cn)は離
散値であって、第6図に実線で示す様に一次元イメージ
センサーの分解能、即ちCCDの配列ピッチQ(例えば1
3μm)を横軸ピッチとするヒストグラムとして描くこと
が出来る。これらの相関値データの中で最大値をとる実
ピーク位置PpのデータCpと、その前後の2つのデー
タCf及びCaに注目すると、2値化による極性相関を
とらない場合の論理的な相互相関関数の分布は鎖線で示
す様に連続的に変化し、前記3つのデータCf、Cp及
びCaはこれの連続的な分布上にプロットされるものと
考えられる。そして、この連続分布としての相互相関関
数の理論ピーク位置Zは、前記実ピーク位置Xから補正
距離Yだけずれた位置にあると推定することが出来る。A group of correlation value data (C 1 , C 2 , ... Cn) corresponding to one speckle pattern obtained from the correlator (5) is a discrete value, and is one-dimensional as shown by a solid line in FIG. Image sensor resolution, ie CCD array pitch Q (eg 1
3 μm) can be drawn as a histogram with the horizontal axis pitch. Focusing on the data Cp of the actual peak position Pp which takes the maximum value among these correlation value data and the two data Cf and Ca before and after it, the logical cross-correlation in the case where the polar correlation by binarization is not taken It is considered that the distribution of the function changes continuously as shown by the chain line, and the above three data Cf, Cp and Ca are plotted on this continuous distribution. Then, it can be estimated that the theoretical peak position Z of the cross-correlation function as the continuous distribution is at a position deviated from the actual peak position X by the correction distance Y.
従って、前記相関関数の実ピーク位置Xと補正距離Yか
ら理論ピーク位置Zを決定することが出来、この理論ピ
ーク位置Zは実ピーク位置に比べて精度の高いものとな
る。又、ピーク前後の相関データCf及びCaが同一値
となったとき、実ピーク位置と理論ピーク位置とは一致
する。Therefore, the theoretical peak position Z can be determined from the actual peak position X of the correlation function and the correction distance Y, and the theoretical peak position Z has higher accuracy than the actual peak position. When the correlation data Cf and Ca before and after the peak have the same value, the actual peak position and the theoretical peak position match.
補正距離Yを求める方法としては種々の予測手法或いは
補間手法が採用出来るが、ここではデータ処理の簡易化
を考慮して、前記3データCf、Cp及びCaのみを基
礎データとし、更に連続的な相互相関関数の分布を、理
論ピーク位置を頂点とする2等辺三角形の左右2辺の直
線によって近似し、補間手法によって補正量を求める。Various prediction methods or interpolation methods can be adopted as a method of obtaining the correction distance Y, but here, in consideration of simplification of data processing, only the above-mentioned three data Cf, Cp, and Ca are used as basic data, and further continuous The distribution of the cross-correlation function is approximated by the straight lines on the two right and left sides of the isosceles triangle whose apex is the theoretical peak position, and the correction amount is obtained by the interpolation method.
この場合、前記補正距離YとCCDの配列ピッチQの比
Y/Qは次の式によって求めることが出来る。In this case, the ratio Y / Q between the correction distance Y and the CCD array pitch Q can be obtained by the following equation.
(I) Cf<Caの場合 (II) Cf=Caの場合 (III) Cf>Caの場合 尚、第5図(a)乃至(d)ではピーク位置Ppに変化はな
いが、同図(e)ではピーク位置Pp′がCCD配列ピッ
チQだけ移動しており、この場合は移動後のピーク位置
Pp′を新たなピーク位置とする相関値データによって
比Y/Qを計算する。(I) When Cf <Ca (II) When Cf = Ca (III) When Cf> Ca 5 (a) to 5 (d), the peak position Pp does not change, but in FIG. 5 (e), the peak position Pp 'has moved by the CCD array pitch Q. The ratio Y / Q is calculated from the correlation value data having the position Pp 'as the new peak position.
更に本実施例では、後述する一連の演算処理の総合的な
効率を考慮して、CCDの配列ピッチを更に分割して補
間する際の分割数M(例えば16)と前記比Y/Qとの積 Vc=M×Y/Q……(4) を演算処理上の補間値Vcとして使用する。Further, in this embodiment, in consideration of the overall efficiency of a series of arithmetic processing described later, the number of divisions M (for example, 16) when the CCD array pitch is further divided and interpolated and the ratio Y / Q are set. The product Vc = M × Y / Q (4) is used as the interpolation value Vc in the arithmetic processing.
従って、測長開始時の実ピーク位置Ppを原点として、
その直後にピーク前後の相関値データCf、Caが同一
となったときの実ピーク位置Ppを1、その次に相関値
データCf、Caが同一となったときの実ピーク位置P
pを2、…とCCD配列ピッチの間隔で生ずる実ピーク
位置Ppの値を整数値にとり、移動方向が逆になったと
きは負の値としてPpを表わしたとき、任意時点の物体
移動距離Rは下式で表わされる。Therefore, with the actual peak position Pp at the start of length measurement as the origin,
Immediately after that, the actual peak position Pp when the correlation value data Cf and Ca before and after the peak are the same is 1, and the actual peak position P when the correlation value data Cf and Ca are the same next time is P.
The value of the actual peak position Pp occurring at the interval of the CCD array pitch, where p is 2, ... Is an integer value. When the moving direction is reversed, Pp is expressed as a negative value, and the object moving distance R at an arbitrary time point is represented. Is represented by the following formula.
R=(Pp×M+Vc)×Q/M……(5) 次に第2図に示すROM(8)の内容について説明する。R = (Pp * M + Vc) * Q / M (5) Next, the contents of the ROM (8) shown in FIG. 2 will be described.
ROM(8)には、相関値データCpとCfの差(Cp−
Cf)を上位8ビットのアドレスデータAH、相関値デ
ータCpとCaの差(Cp−Ca)を下位8ビットのアド
レスデータALとして、これらの差データに基づい前記
(1)式乃至(4)式から得られる補間値Vcが、発生し得
る全ての差データについて予め計算され、登録されてい
る。The ROM (8) stores the difference (Cp-
Cf) is the upper 8-bit address data AH, and the difference (Cp-Ca) between the correlation value data Cp and Ca is the lower 8-bit address data AL.
The interpolation value Vc obtained from the equations (1) to (4) is calculated and registered in advance for all possible difference data.
従って、前記アドレスデータAH及びALによってRO
M(8)から補間値Vcを瞬間的に呼出すことが出来、こ
れによって演算処理時間が短縮される。Therefore, by the address data AH and AL, RO
The interpolation value Vc can be instantly called from M (8), which shortens the calculation processing time.
尚、マイクロコンピュータ(7)によるROM(8)からの
データ読出し制御については周知のところであるので、
説明を省略する。Since the control of reading data from the ROM (8) by the microcomputer (7) is well known,
The description is omitted.
第3図はマイクロコンピュータの処理手続を表わしてお
り、先ず相関器より1つのスペックルパターンに応じた
一群の相関値データ(C1、C2、…Cn)を取り込んで、
これらのデータからピーク位置Ppを探索する。次にピ
ーク位置とその前後の相関値データから前記差データ
(Cp−Cf)及び(Cp−Ca)を計算し、これらをアド
レスデータとしてROM(8)へ出力する。そして、該当
アドレスの補間値VcをROM(8)から読み込んで、ピ
ーク位置Ppの値Xと補間値Vcから、前記(5)式に基
づいて物体移動距離Rを算出し、その結果を表示器(9)
に出力するのである。FIG. 3 shows the processing procedure of the microcomputer. First, a group of correlation value data (C 1 , C 2 , ... Cn) corresponding to one speckle pattern is taken in from the correlator,
The peak position Pp is searched from these data. Next, based on the correlation value data before and after the peak position, the difference data
(Cp-Cf) and (Cp-Ca) are calculated, and these are output to the ROM (8) as address data. Then, the interpolated value Vc of the corresponding address is read from the ROM (8), the object moving distance R is calculated from the value X of the peak position Pp and the interpolated value Vc based on the equation (5), and the result is displayed on the display. (9)
Output to.
表示器(9)には、物体移動に伴って移動距離Rがリアル
タイムで次々と表示される。The moving distance R is successively displayed in real time as the object moves on the display (9).
上記スペックル測長計によれば、例えば補間分割数Mを
16、CCDの分解能を13μmとすると、測長分解能は略
0.8μmとなって、極めて高い精度が得られる。According to the speckle length measuring device, for example, the number of interpolation divisions M is
16. If the CCD resolution is 13 μm, the length measurement resolution is about 0.8 μm, and extremely high accuracy can be obtained.
然も補間値が予め登録されているROMテーブルを利用
して移動距離が計測されるから、演算処理が高速化さ
れ、対象物体の移動速度が速い場合にも、前述の高い分
解能を発揮することが出来る。Since the movement distance is measured by using the ROM table in which the interpolation value is registered in advance, the calculation processing is speeded up and the above-mentioned high resolution is exhibited even when the movement speed of the target object is high. Can be done.
上記実施例の説明は、本発明を説明するためのものであ
って、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲
を減縮する様に解すべきではない。又、本発明の各部構
成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術
的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。The above description of the embodiments is for explaining the present invention, and should not be construed as limiting the invention described in the claims or limiting the scope. The configuration of each part of the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made within the technical scope described in the claims.
第1図はスペックル測長計の概略構成を示す斜視図、第
2図は測定回路のブロック図、第3図はマイクロコンピ
ュータの処理手続を示すフローチャート、第4図はイメ
ージ信号の波形図、第5図(a)乃至(e)は相関値データ
の分布の変化を示す一連のグラフ、第6図は本発明の測
定原理の説明図である。 (1)……測定ヘッド、(11)……半導体レーザ (13)……一次元イメージセンサー S……イメージ信号 (C1、C2、…Cn)……相関値データFIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a speckle length measuring device, FIG. 2 is a block diagram of a measuring circuit, FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure of a microcomputer, FIG. 4 is a waveform diagram of an image signal, and FIG. 5 (a) to 5 (e) are a series of graphs showing changes in the distribution of correlation value data, and FIG. 6 is an explanatory diagram of the measurement principle of the present invention. (1) …… Measuring head, (11) …… Semiconductor laser (13) …… One-dimensional image sensor S …… Image signal (C 1 , C 2 ,… Cn)… Correlation value data
Claims (2)
レーザビームを出射すべきレーザ発生装置と、前記対象
物体のレーザ照射面に対向した観測面に表われるスペッ
クルパターンをイメージ信号に変換するイメージセンサ
ー(13)と、該イメージセンサー(13)から出力されるイメ
ージ信号を2値化する2値化回路(4)と、該2値化回路
(4)の出力データに基づいて対象物体の基準位置におけ
るスペックルパターンとその後の移動位置におけるスペ
ックルパターンとの相互相関関数を算出する相関器(5)
と、該相関器から出力される相関値データ(C1、C2、
…Cn)に基づいて物体の移動距離を算出する情報処理
回路と、該回路の算出結果を表示する表示器(9)とを具
え、前記情報処理回路は、 前記相関値データ(C1、C2、…Cn)の集合からピーク
位置を探索する第1手段と、 前記ピーク位置の相関値データCpとその前後の2つの
相関値データCf、Caから、相互相関関数を連続分布
として近似した場合の理論ピーク位置を決定し、該論理
ピーク位置に基づいて物体移動量を算出する第2手段 とから構成されるスペックル測長計。1. A laser generator for emitting a laser beam toward the surface of a moving object to be measured, and a speckle pattern appearing on an observation surface facing the laser irradiation surface of the object as an image signal. An image sensor (13) for conversion, a binarization circuit (4) for binarizing an image signal output from the image sensor (13), and the binarization circuit
A correlator that calculates a cross-correlation function between the speckle pattern at the reference position of the target object and the speckle pattern at the subsequent moving position based on the output data of (4) (5)
And correlation value data (C 1 , C 2 ,
.. Cn), an information processing circuit for calculating the moving distance of the object, and a display device (9) for displaying the calculation result of the circuit, wherein the information processing circuit is provided with the correlation value data (C 1 , C 2. When the cross-correlation function is approximated as a continuous distribution from the first means for searching the peak position from the set of Cn) and the correlation value data Cp of the peak position and the two correlation value data Cf and Ca before and after the peak value. And a second means for calculating an object movement amount based on the logical peak position.
Cf)及び(Cp−Ca)を算出する第1演算手段と、 前記2つの差データ(Cp−Cf)及び(Cp−Ca)によ
って規定されるアドレスにて、前記相関値データの実際
のピーク位置と前記論理ピーク位置との差に応じた補正
データが予め格納されているメモリ手段と、 前記差データ(Cp−Cf)及び(Cp−Ca)に基づいて
前記メモリ手段からのデータ読出しを制御する制御手段
と、 前記実ピーク位置と補正データに基づいて対象物体の移
動距離を算出する第2演算手段 とから構成されている特許請求の範囲第1項に記載のス
ペックル測長計。2. The second means of the information processing circuit comprises a difference (Cp−Cp) between the three correlation value data Cp, Cf, Ca.
Cf) and (Cp-Ca) first calculating means, and the actual peak position of the correlation value data at the address defined by the two difference data (Cp-Cf) and (Cp-Ca). And a memory means in which correction data corresponding to the difference between the logical peak position and the logical peak position is stored in advance, and data read from the memory means is controlled based on the difference data (Cp-Cf) and (Cp-Ca). The speckle length measuring instrument according to claim 1, comprising control means and second calculation means for calculating a moving distance of the target object based on the actual peak position and correction data.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2033304A JPH0635921B2 (en) | 1990-02-13 | 1990-02-13 | Speckle length meter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2033304A JPH0635921B2 (en) | 1990-02-13 | 1990-02-13 | Speckle length meter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03235007A JPH03235007A (en) | 1991-10-21 |
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Family
ID=12382817
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2033304A Expired - Lifetime JPH0635921B2 (en) | 1990-02-13 | 1990-02-13 | Speckle length meter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0635921B2 (en) |
Families Citing this family (6)
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|---|---|---|---|---|
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| US7096132B2 (en) * | 2002-10-17 | 2006-08-22 | Qualcomm Incorporated | Procedure for estimating a parameter of a local maxima or minima of a function |
| JP2015068809A (en) * | 2013-10-01 | 2015-04-13 | 株式会社リコー | Displacement detector, image forming apparatus, and mobile system |
| JP7346489B2 (en) | 2021-04-27 | 2023-09-19 | キヤノン株式会社 | Displacement meter, computer program, manufacturing system, and article manufacturing method |
| JP2025103286A (en) * | 2023-12-27 | 2025-07-09 | キヤノン株式会社 | Displacement meter, manufacturing system, and method for manufacturing article |
-
1990
- 1990-02-13 JP JP2033304A patent/JPH0635921B2/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| OPTICS AND LASERS=1989 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03235007A (en) | 1991-10-21 |
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