JPH03235007A - Speckle length measuring instrument - Google Patents
Speckle length measuring instrumentInfo
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- JPH03235007A JPH03235007A JP3330490A JP3330490A JPH03235007A JP H03235007 A JPH03235007 A JP H03235007A JP 3330490 A JP3330490 A JP 3330490A JP 3330490 A JP3330490 A JP 3330490A JP H03235007 A JPH03235007 A JP H03235007A
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Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
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針に関するものである。Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention provides a speckle length measuring needle that measures the amount of movement of an object by using a speckle pattern generated by diffused light from the surface of an object irradiated with a laser beam. It is related to.
(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59−52
963)。(Prior Art) Conventionally, a method has been proposed for measuring minute deformations of objects by applying speckle patterns (Japanese Patent Publication No. 59-52
963).
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
−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。In this measurement method, a laser beam is irradiated onto the surface of a deformed object to be measured, an image sensor is placed in the diffusely reflected light, and based on the image signal output from the sensor, the object is deformed before and after deformation. The cross-correlation function of the output signal is calculated, and the object movement amount is measured by making the peak position of the cross-correlation function correspond 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。(Problem to be Solved) However, in the above measurement method, the waveform of the image signal, which fluctuates rapidly as shown in Figure 4, is directly A/D converted to calculate the cross-correlation function. The number of samples was extremely large, and the calculation process to obtain the cross-correlation function from these sampling data took time, making 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「光計測のニースとシーズ」第40頁)。Therefore, it has been proposed that the image signal be binarized at a predetermined threshold level and a so-called polarity correlation be taken to reduce the calculation processing time (for example, "The Needs and Seeds of Optical Measurement" published by Corona). ” p. 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
布とならす、イメージセンサ−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 polar correlation by binarization is adopted, the correlation function has a continuous distribution as shown in FIGS.
It is obtained as a set of a plurality of discrete correlation value data according to the array pitch of
従って、対象物体が前記画素配列ピッチ(例えば13μ
m)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, the target object has the pixel array pitch (for example, 13 μm).
m), the cross-correlation function of the speckle pattern before and after the movement is as shown in Figures 5(a) and (b), even if the moving distance is different within the range.
As shown in , the peak positions Pp of the correlation value data are the same.
即ち、従来のスペックル測長計では、イメージセンサ−
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。In other words, in the conventional speckle length measuring meter, the image sensor
It was not possible to obtain a resolution higher than that of , and there was a limit to measurement accuracy.
本発明の目的は、−次元イメージセンサ−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 meter that can obtain a measurement resolution that exceeds that of a -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 meter that can perform processing for calculating 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−(13)と、該イメージセンサ
−(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
相互相関関数を複数の相関値データ(C1、C2、…C
n)からなる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 Problems) A speckle length measuring meter according to the present invention includes a laser generator that emits a laser beam toward the surface of a moving object to be measured, and a laser beam emitting device that emits a laser beam toward the surface of a moving object to be measured. An image sensor (13) that converts the speckle pattern appearing on the opposing observation surface into an image signal, and a second image sensor that binarizes the image signal output from the image sensor (13).
A digitization circuit (4) calculates a cross-correlation function between the speckle pattern at the reference position of the target object and the speckle pattern at the subsequent movement position based on the output data of the binarization circuit (4) using a plurality of correlation values. Data (C1, C2,...C
a correlator (5) that calculates as a discrete distribution consisting of n);
Correlation value data (C1, C2,...
Cn), and a display device (9) that displays the calculation results 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、
ピーク位置の相関値データCp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、該理論
ピーク位置に基づいて物体移動量を算出する第2手段
とから構成される装
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理論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 information processing circuit extracts, from the set of correlation value data (C1, C2,...Cn),
a first means for searching for correlation value data Cp at a peak position; and a theoretical peak when a cross-correlation function is approximated as a continuous distribution from the correlation value data Cp at the peak position and two correlation value data Cf and Ca before and after it. and a second means for determining the position and calculating an object movement amount based on the theoretical peak position, and the second means of the information processing circuit is configured to: difference (Cp-
Cf) and (Cp-Ca); and the two difference data (Cp-Cf) and (Cp-Ca).
), in which correction data corresponding to the difference between the actual peak position and the theoretical peak position of the correlation value data is stored in advance at an address defined by the difference data (Cp-Cf); (Cp - Ca); and a second calculation means that calculates the moving distance of the target object based on the actual peak position and correction data. I can do it.
(作 用)
対象物体の移動に伴って、−次元イメージセンサ−(1
3)にて光電変換されたイメージ信号は、該メージセン
サ−(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。(Function) As the target object moves, -dimensional image sensor (1
The image signal photoelectrically converted in step 3) changes at a period corresponding to the scanning period of the speckle pattern by the image sensor (13), and is sent to the binarization circuit (4) for each speckle pattern. Then, it is 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)。Based on the binarized data D, the correlator (5) extracts binarized data of the speckle pattern at the reference position;
A cross-correlation function of the binarized data of the speckle pattern after the object is moved is calculated. The cross-correlation function is obtained as a discrete distribution consisting of a plurality of correlation value data (C1, C2, . . . 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、…C
n)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 an information processing circuit, and a first means of the circuit processes the correlation value data (C1, C2,...C
Search for the actual peak position pp that takes the maximum value from n).
ここで、−次元イメージセンサ−の分解能を限りなく零
に近つけたときの理論的な相互+目間関数を想定した場
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は前記の理論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 mutual + inter-eye function when the resolution of the -dimensional image sensor is brought as close to zero as possible, the correlation value data C between the actual peak position and the positions before and after it
Since p, Cf, and Ca are considered to be plotted on the distribution of the theoretical cross-correlation function, based on these data, the peak position of the theoretical cross-correlation function (
The 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 using a predetermined method, and further calculates the object movement 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 travel 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C,pとCaO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、理論
ピーク位置か決定される。Further, when the second means of the information processing circuit is composed of the first and second calculation means, memory means and readout control means,
The memory means stores the difference between correlation value data Cp and Cf (Cp-C
f) and correlation value data C, p and CaO difference (Cp-Ca)
The correction data preset in the memory means is instantaneously recalled. Then, the actual peak position is corrected using the correction data, and the theoretical peak position is determined.
(発明の効果)
本発明に係るスペックル測長計によれば、−次元イメー
ジセンサ−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 measuring meter according to the present invention, measurement resolution exceeding that of a -dimensional image sensor can be obtained, and highly accurate length measurement is possible.
又、補正データか予め登録されてい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, by using the memory in which the correction data is registered in advance, the calculation process for calculating the moving distance can be accelerated.
(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, the specific configuration of the speckle length measuring meter according to the present invention will be described along with the drawings. It should be noted that the examples are for illustrating the present invention, and should not be construed as limiting the invention described in the claims or reducing its 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)に整形スるコ
リメータレンズ(12)、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
COD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 Figure 1, the measuring head (1
) includes a semiconductor laser (11), a collimator lens (12) for shaping the laser light from the semiconductor laser (11) into a parallel laser beam (17), and an object in a sealed casing having a beam exit window (10). It is configured by arranging a one-dimensional image sensor (13) made of a COD that photoelectrically converts a speckle pattern formed by diffuse reflection on an object (18).
第2図は、上記測定ヘッド(1)に接続して、次元イメ
ージセンサ−(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 connected to the measuring head (1) to calculate and display the amount of movement of an object based on the image signal from the dimensional image sensor (13). ing.
−次元イメージセンサ−(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COD特有のノイズが除
去される。As is well known, the dimensional image sensor (13) repeats scanning in the CCD array direction at regular intervals in response to the reset signal, start signal, and shift signal sent from the buffer amplifier (14). The output signal of the sensor (13) is passed through the first stage amplifier (15) to the sample and hold circuit (
2), thereby removing noise peculiar to COD.
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
ンの相互相関関数か繰返し計算され、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 converted data D is sent to the correlator (5), and as described later, the cross-correlation function of the speckle pattern that changes as the target object moves is repeatedly calculated, and the results of this calculation are sent to the microcomputer (7). .
マイクロコンピュータ(7)は外部記憶装置として、上
位8ビツト及び下位8ビツトの2つのアドレスデータに
よってアドレス指定されるR OM (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
距離を算出し、その結果を表示器(65)にデジタル表
示せしめる。The microcomputer (7) is equipped with a ROM (8) as an external storage device, which is addressed by two address data, the upper 8 bits and the lower 8 bits, and the peak position of the cross-correlation function and the ROM (8) are previously stored. The moving distance of the object is calculated from a registered table of correction data, which will be 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。Further, the operations of the buffer amplifier (14), sample hold circuit (2), binarization circuit (4), and correlator (5) are controlled by timing signals supplied from a 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−次
元イメージセンサ−(13)へ送られるスタート信号の
周期T。毎に発生し、該周期T。内におけるイメージ信
号の発生期間Tは、−次元イメージセンサ−(13)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) has a period T of the start signal sent from the timing generator (6) to the -dimensional image sensor (13), as shown in FIG. occurs every time, and the period T. The generation period T of the image signal within corresponds to one scanning time of the speckle pattern by the -dimensional image sensor (13).
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. 2, and is binarized using the average value (L in FIG. 4) of the generation period T as a threshold level. Binarized data D
is further supplied to a 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T。The correlator (5) can adopt various known configurations, for example, is composed of first and second shift registers, a plurality of EX-OR circuits, an adder, etc., and has the period T.
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 cross-correlation function is calculated as follows based on the data D that is input one after another.
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。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 corresponding to one speckle pattern sent one after another as the object moves. are sequentially set in the second shift register, and a cross-correlation function of the data set in both shift registers is calculated. The cross-correlation function is obtained as a discrete distribution consisting of a plurality of correlation value data (C1, C2, . . . 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.
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。Thereafter, the cross-correlation function is repeatedly calculated in the same manner as described above, using the updated data in the first shift register as a reference.
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、後述の演算処理手続(第3
図)を実行する。The calculated correlation value data is stored in the microcomputer (7)
The microcomputer (7)
A group of correlation value data corresponding to two specification patterns (
C1, C2,...Cn), the calculation processing procedure (third
Execute (Figure).
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 explained 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13μm)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。A group of correlation value data (C1, C2,...Cn) corresponding to one speckle pattern obtained from the correlator (5)
) is a discrete value, and as shown by the solid line in Figure 6, the resolution of the one-dimensional image sensor, that is, the CCD array pitch Q (
For example, it can be drawn as a histogram with a horizontal axis pitch of 13 μm).
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
合の理論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
すれた位置にあると推定することが出来る。If we pay attention to the data Cp at the actual peak position Pp, which has the maximum value among these correlation value data, and the two data Cf and Ca before and after it, we can see that the theoretical cross-correlation when 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 three data Cf, cp, and Ca are plotted on this continuous distribution. The theoretical peak position Z of the cross-correlation function as a continuous distribution can be estimated to be at a position separated from the actual peak position X by a 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 and the corrected distance Y of the correlation function, and this theoretical peak position Z has higher accuracy than the actual peak position. Further, 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。Although various prediction methods or interpolation methods can be used to obtain the corrected distance Y, here, in consideration of simplifying data processing, the three data Cf are used.
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。Using only Cp and Ca as basic data, the distribution of the continuous cross-correlation function is approximated by straight lines on the left and right sides of an isosceles triangle with the theoretical peak position as its apex, and the correction amount is determined by interpolation.
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か出来る。In this case, the ratio Y/Q between the correction distance Y and the CCD arrangement pitch Q can be determined by the following equation.
(I) Cf<Caの場合
Q 2X(Cp−Cf)
(n)Cf=Caの場合
一=0
・・・(2)
(III) Cf>Caの場合
Q 2x(Cp−Ca)
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CCDC
C配列ピッチQ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, Q2X(Cp-Cf) (n) When Cf=Ca, 1=0...(2) (III) When Cf>Ca, Q2x(Cp-Ca) In Figures 5(a) to (d), there is no change in the peak position Pp, but in Figure 5(e), the peak position Pp is CCDC.
The C array pitch Q has been moved, and in this case, the ratio Y/Q is calculated using correlation value data with the peak position Pp' after the movement 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
V c =MxY/Q −(4)を演
算処理上の補間値Vcとして使用する。Furthermore, in this embodiment, in consideration of the overall efficiency of a series of arithmetic processing processes to be described later, the number of divisions M (for example, 16) when the CCD arrangement pitch is further divided and interpolated is adjusted to the ratio Y/Q. The product V c =MxY/Q - (4) is used as the interpolated value Vc in the calculation process.
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Cf5Ca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 Cf5Ca before and after the peak becomes the same is 1, and then the actual peak position P when the correlation value data Cf and Ca become the same
If p is 2,... and the value of the actual peak position pp that occurs at the interval of the CCD array pitch is an integer value, and if the moving direction is reversed, Pp is expressed as a negative value, then the object movement at any point in time is The distance R is expressed by the following formula.
R=(PpXM+Vc)XQ/M =・(5)次
に第2図に示すROM(8)の内容について説明する。R=(PpXM+Vc)XQ/M=・(5) Next, the contents of the ROM (8) shown in FIG. 2 will be explained.
ROM(8)には、相関値データCpとCfの差(Cp
−Cf)を上位8ビツトのアドレスデータAH1相関値
データCpとCaO差(Cp−Ca)を下位8ビツトの
アドレスデータALとして、これらの差データに基づき
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 between correlation value data Cp and Cf (Cp
-Cf) is the upper 8 bits of address data AH1 correlation value data Cp and CaO difference (Cp-Ca) is the lower 8 bits of address data AL, and based on these difference data, the equations (1) to (4) are calculated. The interpolated value Vc obtained is
All possible difference data is calculated and registered in advance.
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, according to the address data AH and AL, RO
The interpolated value Vc can be called instantaneously from M(8),
This reduces calculation processing time.
尚、マイクロコンピュータ(7)によるR OM (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。In addition, the ROM (8) by the microcomputer (7)
) is well known, so the explanation will be 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 (C1, C2,...Cn) corresponding to one speckle pattern is taken in from the correlator, and the peak position Pp is calculated from these data. Explore. Next, the difference data (Cp-Cf) and (Cp-Ca) are calculated from the peak position and the correlation value data before and after the peak position, 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), and the object movement distance R is calculated from the value X of the peak position Pp and the interpolated value Vc based on the above formula (5), and the result is displayed on the display. (9) is output.
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。On the display (9), the moving distance R is displayed one after another in real time as the object moves.
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08μmとなって、極めて高い精度が得られる。According to the above-mentioned speckle length measuring meter, for example, when the number of interpolation divisions M is 16 and the resolution of the CCD is 13 μm, the length measurement resolution is approximately 08 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
して移動距離が計算されるから、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。However, since the moving distance is calculated using a ROM table in which interpolated values are registered in advance, the calculation processing speed is increased, and even when the target object is moving at a high speed, the aforementioned high resolution can be achieved. I can do it.
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。The above description of the embodiments is for illustrating the present invention, and should not be construed to limit or reduce the scope of the invention described in the claims.
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。Further, it goes without saying that the configuration of each part of the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and various modifications can be made within the technical scope of 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)・・・−次元イメージセンサ−S・・・イ
メージ信号Fig. 1 is a perspective view showing the schematic configuration of the speckle length measuring meter, Fig. 2 is a block diagram of the measuring circuit, Fig. 3 is a flowchart showing the processing procedure of the microcomputer, Fig. 4 is a waveform diagram of the image signal, and Fig. 4 is a waveform diagram of the image signal. 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)...Measurement head (11)...Semiconductor laser (13)...-dimensional image sensor-S...image signal
Claims (1)
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(1
3)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(C
_1、C_2、…C_n)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(C_1、C_2、…C_n)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、該理論
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。 [2]情報処理回路の第2手段は、 前記3つの相関値データCp、Cp、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理論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。[Scope of Claims] [1] A laser generator that emits 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 target object. An image sensor (1
3), a binarization circuit (4) that binarizes the image signal output from the image sensor (13), and a binarization circuit (4) that binarizes the image signal output from the image sensor (13); A correlator (5) that calculates a cross-correlation function between the speckle pattern and the speckle pattern at a subsequent movement position, and correlation value data (C
_1, C_2,...C_n), and a display device (9) that displays the calculation result of the circuit. (C_1, C_2,...C_n); and approximating a cross-correlation function as a continuous distribution from correlation value data Cp of the peak position and two correlation value data Cf and Ca before and after it. a second means for determining a theoretical peak position in the case where the object is moved, and calculating an object movement amount based on the theoretical peak position. [2] The second means of the information processing circuit calculates the difference (Cp-
Cf) and (Cp-Ca); and the two difference data (Cp-Cf) and (Cp-Ca).
a memory means in which correction data corresponding to the difference between the actual peak position of the correlation value data and the theoretical peak position is stored in advance at an address defined by the difference data (Cp-Cf) and ( Cp-Ca); and a second calculation means that calculates the moving distance of the target object based on the actual peak position and correction data. A speckle length measuring meter according to claim 1.
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 true JPH03235007A (en) | 1991-10-21 |
| JPH0635921B2 JPH0635921B2 (en) | 1994-05-11 |
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) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH0518713A (en) * | 1991-07-10 | 1993-01-26 | Hamamatsu Photonics Kk | Image displacement measuring apparatus |
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| US8248988B2 (en) | 1994-09-06 | 2012-08-21 | Interdigital Technology Corporation | Locating a wireless user |
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| DE102022109840A1 (en) | 2021-04-27 | 2022-10-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Displacement measuring device, storage medium, manufacturing system and method of manufacturing articles |
| WO2025142705A1 (en) * | 2023-12-27 | 2025-07-03 | キヤノン株式会社 | Displacement sensor, manufacturing system, and article manufacturing method |
-
1990
- 1990-02-13 JP JP2033304A patent/JPH0635921B2/en not_active Expired - Lifetime
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| DE102022109840A1 (en) | 2021-04-27 | 2022-10-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Displacement measuring device, storage medium, manufacturing system and method of manufacturing articles |
| US11900591B2 (en) | 2021-04-27 | 2024-02-13 | Canon Kabushiki Kaisha | Displacement meter, storage medium, manufacturing system, and method for manufacturing articles |
| WO2025142705A1 (en) * | 2023-12-27 | 2025-07-03 | キヤノン株式会社 | Displacement sensor, manufacturing system, and article manufacturing method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0635921B2 (en) | 1994-05-11 |
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