JP2002005623A - Method for measuring displacement using laser light - Google Patents

Method for measuring displacement using laser light

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JP2002005623A
JP2002005623A JP2000192066A JP2000192066A JP2002005623A JP 2002005623 A JP2002005623 A JP 2002005623A JP 2000192066 A JP2000192066 A JP 2000192066A JP 2000192066 A JP2000192066 A JP 2000192066A JP 2002005623 A JP2002005623 A JP 2002005623A
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JP
Japan
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image
laser light
image sensor
reflected light
irradiation area
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Application number
JP2000192066A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Makinose
孝 牧野瀬
Kaoru Okabe
薫 岡部
Teruhisa Koshiba
輝久 小柴
Tomoko Ishibashi
知子 石橋
Koji Kowada
功二 小和田
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Roland DG Corp
Original Assignee
Roland DG Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress effects of measurement errors due to speckle pattern. SOLUTION: The method for irradiating an object with a laser light, focusing the image of reflected light on an image sensor and then measuring the displacement of the object, based on the focus position of the image on the image sensor, comprises a first step for moving the region of the object being irradiated with laser light by a micro amount at a time, a second step for focusing the image of reflected light on the image sensor, each time when the irradiating region is moved by the micro amount, a third step for compositing the images focused on the image sensor, and a fourth step for setting the focus position on the image sensor designated by the results of compositing as the focus position of the image of reflected light on the image sensor between micro movements of the irradiating region.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザー光を用い
た変位測定方法に関し、さらに詳細には、三角測量法を
応用したレーザー光を利用する変位測定装置などに用い
て好適なレーザー光を用いた変位測定方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a displacement measuring method using a laser beam, and more particularly, to a displacement measuring apparatus using a laser beam to which a triangulation method is applied. The displacement measurement method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、対象物としての物体の移動量
や物体の寸法あるいは物体の形状などを測定するための
装置として、例えば、三角測量法を応用したレーザー光
を利用する変位測定装置が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a device for measuring a moving amount of an object as an object, a size of the object, a shape of the object, etc., for example, a displacement measuring device using laser light to which a triangulation method is applied has been known. Are known.

【0003】図1には、こうした三角測量法を応用した
レーザー光を利用する変位測定装置の概念構成説明図が
示されている。
FIG. 1 is a diagram illustrating a conceptual configuration of a displacement measuring apparatus using laser light to which such a triangulation method is applied.

【0004】ここで、この変位測定装置10は、適宜の
波長(例えば、波長655nmである。)のレーザー光
を出射するレーザー・ダイオード12と、レーザー・ダ
イオード12から出射されたレーザー光を集光して対象
物たる任意の形状の物体100に対して照射するレンズ
14と、物体100により反射されたレーザー・ダイオ
ード12から出射されたレーザー光の反射光を集光する
レンズ16と、レンズ16により集光された物体100
からの反射光の画像を結像するイメージ・センサとして
のCCD18と、物体100を載置するとともにモータ
ーなどの駆動手段(図示せず)によりx軸方向、y軸方
向ならびにz軸方向にそれぞれ独立して移動可能な物体
載置台20とを有して構成されている。
[0004] The displacement measuring device 10 emits a laser beam of an appropriate wavelength (for example, a wavelength of 655 nm) and condenses the laser beam emitted from the laser diode 12. A lens 14 for irradiating an object 100 having an arbitrary shape as an object, a lens 16 for condensing laser light reflected by the laser diode 12 and reflected by the object 100, and a lens 16. Focused object 100
The CCD 18 as an image sensor that forms an image of the reflected light from the camera, the object 100 is placed, and the driving means such as a motor (not shown) independently drives the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction. And a movable object mounting table 20.

【0005】以上の構成において、上記した変位測定装
置10を用いて、例えば、物体載置台20に載置された
物体100の部位Aと部位Bとの間の高さh(z軸方向
における変位)を測定する場合について説明する。
In the above arrangement, for example, the height h (displacement in the z-axis direction) between the part A and the part B of the object 100 placed on the object ) Will be described.

【0006】この場合には、まず、物体載置台20に載
置された物体100の部位Aに、レンズ14により集光
されたレーザー・ダイオード12から出射されたレーザ
ー光を照射し、当該レーザー光の物体100への照射に
伴う物体100の部位A表面からの反射光をレンズ16
で集光し、当該集光した反射光の画像をCCD18上に
結像させ、その結像位置を特定する。
In this case, first, a portion A of the object 100 placed on the object placing table 20 is irradiated with the laser light emitted from the laser diode 12 condensed by the lens 14, and the laser light The reflected light from the surface of the part A of the object 100 due to the irradiation of the
Then, the image of the reflected light is focused on the CCD 18 and the image forming position is specified.

【0007】次に、物体載置台20をx−y平面上で移
動して、物体載置台20に載置された物体100の部位
Bに、レンズ14により集光されたレーザー・ダイオー
ド12から出射されたレーザー光を照射し、当該レーザ
ー光の物体100への照射に伴う物体100の部位B表
面からの反射光をレンズ16で集光し、当該集光した反
射光の画像をCCD18上に結像させ、その結像位置を
特定する。
Next, the object mounting table 20 is moved on the xy plane, and emitted from the laser diode 12 focused by the lens 14 to the part B of the object 100 mounted on the object mounting table 20. The reflected laser light is irradiated onto the object 100, and the reflected light from the surface of the part B of the object 100 due to the irradiation of the laser light onto the object 100 is collected by the lens 16, and the image of the collected reflected light is formed on the CCD 18. An image is formed, and the image forming position is specified.

【0008】そして、物体100の部位Aにレーザー光
を照射した際において特定されたCCD18上の結像位
置と、物体100の部位Bにレーザー光を照射した際に
おいて特定されたCCD18上の結像位置との変化に基
づいて、物体100の部位Aと部位Bとの間の高さh
(z軸方向における変位)を演算により求めるようにな
されている。
Then, an image formation position on the CCD 18 specified when the laser light is irradiated on the portion A of the object 100 and an image formation position on the CCD 18 specified when the laser light is irradiated on the portion B of the object 100 The height h between the part A and the part B of the object 100 based on the change with the position
(Displacement in the z-axis direction) is obtained by calculation.

【0009】ところで、上記したように、三角測量法を
応用したレーザー光を利用する変位測定装置10におい
ては、レーザー光の物体100への照射に伴い、物体1
00の表面からの反射光の干渉パターン(スペックル・
パターン)もCCD18上に結像されるようになるた
め、こうしたスペックル・パターンがCCD18上にお
ける反射光の結像位置の特定に影響を与え、測定誤差を
生じさせる原因になっていたという問題点があった。
As described above, in the displacement measuring apparatus 10 using laser light to which triangulation is applied, the object 1 is irradiated with the laser light.
00 interference pattern (speckle
Pattern) also forms an image on the CCD 18, so that such a speckle pattern affects the specification of the imaging position of the reflected light on the CCD 18 and causes a measurement error. was there.

【0010】従来の変位測定装置10においては、精度
の高い測定を行うために、レーザー光を照射された物体
の照射領域からの反射光のCCD18上における結像位
置を特定する処理を繰り返し行い、その平均値に基づい
て最終的に結像位置を求めるようにしている。
In the conventional displacement measuring device 10, in order to perform highly accurate measurement, a process of specifying an image forming position on the CCD 18 of the reflected light from the irradiation area of the object irradiated with the laser light is repeatedly performed. The imaging position is finally obtained based on the average value.

【0011】しかしながら、スペックル・パターンは、
レーザー光を照射された物体の照射領域における形状に
対応して出現するため、レーザー光を物体の同一の領域
に照射した状態で繰り返し結像位置を求め、その結果を
平均化処理しただけでは、反射光に含まれるノイズ成分
の影響を減少することは可能であるかも知れないが、原
理的にはスペックル・パターンによる測定誤差を減少す
ることはできないという問題点があった。
However, the speckle pattern is
In order to appear corresponding to the shape of the irradiation area of the object irradiated with the laser light, it is necessary to repeatedly calculate the imaging position while irradiating the same area of the object with the laser light, and just average the result, Although it may be possible to reduce the effect of the noise component contained in the reflected light, there is a problem that the measurement error due to the speckle pattern cannot be reduced in principle.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記したよ
うな従来の技術の有する問題点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、スペックル・パターン
による測定誤差の影響を減少することができるようにし
たレーザー光を用いた変位測定方法を提供しようとする
ものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and has as its object to reduce the influence of measurement errors due to speckle patterns. It is an object of the present invention to provide a displacement measuring method using a laser beam capable of reducing the displacement.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によるレーザー光を用いた変位測定方法は、
スペックル・パターンがレーザー光を照射した照射領域
内の立体的な形状に対応して出現することに鑑み、対象
物におけるレーザー光の照射領域を微小量ずつずらした
ときにイメージ・センサ上にそれぞれ結像される反射光
の画像を合成することにより、スペックル・パターン自
体の平均化を行って、イメージ・センサ上においてより
スペックル・パターンの影響の少ない反射光の画像を得
ることを可能にして、スペックル・パターンがイメージ
・センサ上における反射光の結像位置の特定に与える影
響が少なくなるようにしたものである。
In order to achieve the above object, a displacement measuring method using laser light according to the present invention comprises:
In consideration of the appearance of the speckle pattern corresponding to the three-dimensional shape in the irradiation area irradiated with the laser light, when the irradiation area of the laser light on the object is shifted by a small amount, By synthesizing the reflected light image to be imaged, it is possible to average the speckle pattern itself and obtain a reflected light image with less influence of the speckle pattern on the image sensor. Thus, the effect of the speckle pattern on specifying the image forming position of the reflected light on the image sensor is reduced.

【0014】即ち、本発明のうち請求項1に記載の発明
は、対象物にレーザー光を照射して、上記対象物からの
反射光の画像をイメージ・センサ上に結像させ、上記イ
メージ・センサ上における反射光の画像の結像位置に基
づいて上記対象物の変位を測定するレーザー光を用いた
変位測定方法において、上記対象物におけるレーザー光
の照射領域を微小量ずつ移動する第1のステップと、上
記第1のステップによる上記対象物におけるレーザー光
の照射領域の微小量ずつの移動毎に、上記イメージ・セ
ンサ上に上記対象物からの反射光の画像をそれぞれ結像
させる第2のステップと、上記第2のステップにおいて
上記イメージ・センサ上にそれぞれ結像された画像を合
成する第3のステップと、上記第3のステップにおいて
合成した結果が示す上記イメージ・センサ上における結
像位置を、上記対象物におけるレーザー光の照射領域の
微小量ずつの移動間における上記対象物からの反射光の
画像の上記イメージ・センサ上の結像位置とする第4の
ステップとを有するようにしたものである。
That is, according to the first aspect of the present invention, an object is irradiated with a laser beam to form an image of light reflected from the object on an image sensor, and In the displacement measuring method using a laser beam for measuring the displacement of the object based on the image forming position of the image of the reflected light on the sensor, a first step of moving a laser beam irradiation area on the object by a small amount And a second step of forming an image of the reflected light from the object on the image sensor each time the irradiation area of the laser light on the object moves by a small amount in the first step. A step of combining the images formed on the image sensor in the second step, and a result of the combining in the third step. The image forming position on the image sensor is defined as an image forming position on the image sensor of the image of the reflected light from the object during the movement of the irradiation region of the laser light on the object by a small amount. 4 steps.

【0015】また、本発明のうち請求項2に記載の発明
は、本発明のうち請求項1に記載の発明において、上記
第2のステップは、上記対象物におけるレーザー光の照
射領域の微小量ずつの移動に同期して微小時間ずつレー
ザー光を点滅させ、上記イメージ・センサ上に多重露光
により上記対象物からの反射光の画像をそれぞれ結像さ
せるようにしたものである。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the second step includes the step of irradiating the object with a very small amount of laser light irradiation area. The laser light is turned on and off for a short period of time in synchronization with the movement of the object, and images of the reflected light from the object are formed on the image sensor by multiple exposure.

【0016】また、本発明のうち請求項3に記載の発明
は、本発明のうち請求項1に記載の発明において、上記
第2のステップは、上記対象物におけるレーザー光の照
射領域の微小量ずつの移動の際に微弱な出力のレーザー
光を連続的に照射することにより、上記イメージ・セン
サ上に連続的な多重露光により上記対象物からの反射光
の画像を連続的に結像させるようにしたものである。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the second step includes the step of detecting a minute amount of a laser light irradiation area on the object. By continuously irradiating a laser beam having a weak output during each movement, an image of the reflected light from the object is continuously formed on the image sensor by continuous multiple exposure. It was made.

【0017】また、本発明のうち請求項4に記載の発明
は、対象物にレーザー光を照射して、上記対象物からの
反射光の画像をイメージ・センサ上に結像させ、上記イ
メージ・センサ上における反射光の画像の結像位置に基
づいて上記対象物の変位を測定するレーザー光を用いた
変位測定方法において、上記対象物におけるレーザー光
の照射領域を微小量ずつ移動する第1のステップと、上
記第1のステップによる上記対象物におけるレーザー光
の照射領域の微小量ずつの移動に同期して微小時間ずつ
レーザー光を点滅させ、上記イメージ・センサ上に該微
小量ずつの移動毎に上記対象物からの反射光の画像をそ
れぞれ結像させる第2のステップと、上記第2のステッ
プにおいて上記対象物からの反射光の画像を上記イメー
ジ・センサに結像させる毎に、上記イメージ・センサの
出力値を記憶手段に記憶させておき、上記記憶手段に記
憶された上記イメージ・センサの出力値を順次加算する
第3のステップと、上記第3のステップにおいて上記イ
メージ・センサの出力値を順次加算した結果が示す上記
イメージ・センサ上における結像位置を、上記対象物に
おけるレーザー光の照射領域の微小量ずつの移動間にお
ける上記対象物からの反射光の画像の上記イメージ・セ
ンサ上の結像位置とする第4のステップとを有するよう
にしたものである。
According to a fourth aspect of the present invention, the object is irradiated with a laser beam to form an image of light reflected from the object on an image sensor, and the image- In the displacement measuring method using a laser beam for measuring the displacement of the object based on the image forming position of the image of the reflected light on the sensor, a first step of moving a laser beam irradiation area on the object by a small amount And flashing the laser light for a small amount of time in synchronization with the movement of the laser light irradiation area on the object by the minute amount in the first step. Forming an image of light reflected from the object on the image sensor in the second step, and forming an image of light reflected from the object on the image sensor in the second step. In each of the third step, the output value of the image sensor is stored in the storage means, and the output value of the image sensor stored in the storage means is sequentially added. The imaging position on the image sensor indicated by the result of the sequential addition of the output values of the image sensor, the reflected light from the object during the movement of the laser light irradiation area on the object by a small amount And a fourth step of setting an image forming position of the image on the image sensor.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しなが
ら、本発明によるレーザー光を用いた変位測定方法の実
施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a displacement measuring method using laser light according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

【0019】なお、本発明によるレーザー光を用いた変
位測定方法は、図1に示すような従来の構成を備えた変
位測定装置10に対して実施できるものである。
The displacement measuring method using a laser beam according to the present invention can be carried out for a displacement measuring apparatus 10 having a conventional configuration as shown in FIG.

【0020】ただし、物体100を載置する物体載置台
20は、x軸方向、y軸方向ならびにz軸方向にそれぞ
れ独立して微小距離ずつ移動可能なように構成されてい
るものとする。
However, it is assumed that the object mounting table 20 on which the object 100 is mounted is configured to be able to move by a minute distance independently in the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction.

【0021】また、レーザー・ダイオード12は、微小
時間ずつレーザー光を照射したり、レーザー光の照射を
停止したりすることができるものとする。換言すれば、
レーザー・ダイオード12は、微小時間ずつレーザー光
の発光と消灯と繰り返して行い、レーザー光を点滅させ
ることができるものとする。
It is assumed that the laser diode 12 can irradiate laser light for a short period of time or stop irradiation of laser light. In other words,
The laser diode 12 repeats emission and extinguishing of the laser light for a very short time, and is capable of blinking the laser light.

【0022】さらに、レーザー・ダイオード12は、微
弱な出力のレーザー光を連続的に照射することができる
ものとする。
Further, it is assumed that the laser diode 12 can continuously irradiate a laser beam having a weak output.

【0023】なお、こうした物体載置台20の微小距離
ずつの移動の制御や、レーザー・ダイオード12におけ
るレーザー光の発光と消灯との制御などは、マイクロ・
コンピューター(図示せず)により行われるものであ
る。
The control of the movement of the object mounting table 20 by a small distance and the control of the laser diode 12 for emitting and turning off the laser beam are performed by the micro-controller.
This is performed by a computer (not shown).

【0024】以上の構成において、図2を参照しなが
ら、本発明によるレーザー光を用いた変位測定方法の第
1の実施の形態について説明する。
In the above configuration, a first embodiment of the displacement measuring method using laser light according to the present invention will be described with reference to FIG.

【0025】この本発明によるレーザー光を用いた変位
測定方法の第1の実施の形態においては、物体100を
載置した物体載置台20をx軸方向に微小量として10
μmずつ移動して、物体100におけるレーザー・ダイ
オード12から照射されるレーザー光の照射領域を微小
量として10μmずつ移動させる。
In the first embodiment of the displacement measuring method using laser light according to the present invention, the object mounting table 20 on which the object 100 is mounted is set to a small amount in the x-axis direction by 10
The laser light emitted from the laser diode 12 on the object 100 is moved by 10 μm by a small amount.

【0026】そして、物体100がx軸方向へ10μm
ずつ移動する毎に、この移動に同期して微小時間ずつレ
ーザー・ダイオード12のオン(ON)/オフ(OF
F)を繰り返し、当該レーザー・ダイオード12により
レーザー光の発光と消灯を繰り返させて点滅させる。
The object 100 is 10 μm in the x-axis direction.
Each time the laser diode 12 moves, the laser diode 12 is turned on / off (OF) for a very short time in synchronization with this movement.
F) is repeated, and the laser diode 12 repeatedly emits and extinguishes the laser light to blink.

【0027】この際に、物体100におけるレーザー・
ダイオード12から照射されるレーザー光の照射領域が
「x=0」から「x=70μm」へ移動するまでは、C
CD18上に物体100からの反射光の画像を多重露光
により結像させて、各x座標におけるCCD18内の各
画素の電荷を加算させる。
At this time, the laser
Until the irradiation area of the laser beam irradiated from the diode 12 moves from “x = 0” to “x = 70 μm”, C
An image of the reflected light from the object 100 is formed on the CD 18 by multiple exposure, and the charge of each pixel in the CCD 18 at each x coordinate is added.

【0028】即ち、物体100におけるレーザー・ダイ
オード12から照射されるレーザー光の照射領域が「x
=0」から「x=70μm」へ移動するまでは、CCD
18内の各画素の電荷を加算し続け、物体100におけ
るレーザー・ダイオード12から照射されるレーザー光
の照射領域が「x=0」から「x=70μm」へ移動す
ると、その加算結果をアナログ/デジタル(A/D)変
換してメモリに書き込み、その加算結果に基づいて当該
照射領域の移動間における反射光の結像位置を特定する
ものである。
That is, the irradiation area of the laser beam emitted from the laser diode 12 on the object 100 is represented by “x”.
= 0 ”to“ x = 70 μm ”
When the irradiation area of the laser beam irradiated from the laser diode 12 on the object 100 moves from “x = 0” to “x = 70 μm”, the result of the addition is analog / digital. The digital (A / D) conversion is performed, the result is written into the memory, and the imaging position of the reflected light during the movement of the irradiation area is specified based on the addition result.

【0029】次に、図3を参照しながら、本発明による
レーザー光を用いた変位測定方法の第2の実施の形態に
ついて説明する。
Next, a second embodiment of the displacement measuring method using laser light according to the present invention will be described with reference to FIG.

【0030】この本発明によるレーザー光を用いた変位
測定方法の第1の実施の形態においては、物体100を
載置した物体載置台20をx軸方向に微小量として10
μmずつ移動して、物体100におけるレーザー・ダイ
オード12から照射されるレーザー光の照射領域を微小
量として10μmずつ移動させる。
In the first embodiment of the displacement measuring method using laser light according to the present invention, the object mounting table 20 on which the object 100 is mounted is set to a small amount in the x-axis direction by 10
The laser light emitted from the laser diode 12 on the object 100 is moved by 10 μm by a small amount.

【0031】そして、物体100がX軸方向へ10μm
ずつ移動する間中、レーザー・ダイオード12をオン
(ON)しておき、当該レーザー・ダイオード12によ
りレーザー光を連続的に照射する。
The object 100 is 10 μm in the X-axis direction.
During the movement, the laser diode 12 is turned on (ON), and the laser diode 12 continuously emits laser light.

【0032】この際に、物体100におけるレーザー・
ダイオード12から照射されるレーザー光の照射領域が
「x=0」から「x=70μm」へ移動するまでは、C
CD18上に物体100からの反射光の画像を連続的に
多重露光により結像させて、各x座標におけるCCD1
8内の各画素の電荷を連続的に加算させる。
At this time, the laser
Until the irradiation area of the laser beam irradiated from the diode 12 moves from “x = 0” to “x = 70 μm”, C
An image of reflected light from the object 100 is continuously formed on the CD 18 by multiple exposure, and the CCD 1 at each x-coordinate is formed.
8, the charges of the respective pixels are continuously added.

【0033】即ち、物体100におけるレーザー・ダイ
オード12から照射されるレーザー光の照射領域が「x
=0」から「x=70μm」へ移動するまでは、CCD
18内の各画素の電荷を連続的に加算し続け、物体10
0におけるレーザー・ダイオード12から照射されるレ
ーザー光の照射領域が「x=0」から「x=70μm」
へ移動すると、その加算結果をアナログ/デジタル(A
/D)変換してメモリに書き込み、その加算結果に基づ
いて当該照射領域の移動間における反射光の結像位置を
特定するものである。
That is, the irradiation area of the laser beam irradiated from the laser diode 12 on the object 100 is “x
= 0 ”to“ x = 70 μm ”
18 are continuously added, and the object 10
The irradiation area of the laser beam irradiated from the laser diode 12 at 0 is from “x = 0” to “x = 70 μm”
To the analog / digital (A
/ D) is converted and written into the memory, and the imaging position of the reflected light during the movement of the irradiation area is specified based on the addition result.

【0034】次に、図4を参照しながら、本発明による
レーザー光を用いた変位測定方法の第3の実施の形態に
ついて説明する。
Next, a third embodiment of the displacement measuring method using laser light according to the present invention will be described with reference to FIG.

【0035】この本発明によるレーザー光を用いた変位
測定方法の第1の実施の形態においては、物体100を
載置した物体載置台20をx軸方向に微小量として10
μmずつ移動して、物体100におけるレーザー・ダイ
オード12から照射されるレーザー光の照射領域を微小
量として10μmずつ移動させる。
In the first embodiment of the displacement measuring method using a laser beam according to the present invention, the object mounting table 20 on which the object 100 is mounted is set to a very small amount in the x-axis direction.
The laser light emitted from the laser diode 12 on the object 100 is moved by 10 μm by a small amount.

【0036】そして、物体100がx軸方向へ10μm
ずつ移動する毎に、この移動に同期して微小時間ずつレ
ーザー・ダイオード12のオン(ON)/オフ(OF
F)を繰り返し、当該レーザー・ダイオード12により
レーザー光の発光と消灯と繰り返させて点滅させる。
The object 100 is 10 μm in the x-axis direction.
Each time the laser diode 12 moves, the laser diode 12 is turned on / off (OF) for a very short time in synchronization with this movement.
F) is repeated, and the laser diode 12 repeats the emission and extinguishing of the laser light to blink.

【0037】この際に、レーザー光の照射領域を10μ
mずつ移動させる毎に、CCD18上に物体100から
の反射光の画像をそれぞれ結像させる。
At this time, the irradiation area of the laser beam is set to 10 μm.
Each time it is moved by m, an image of the reflected light from the object 100 is formed on the CCD 18.

【0038】ここで、CCD18上に物体100からの
反射光の画像を結像させる毎に、CCD18の出力値を
アナログ/デジタル(A/D)変換したデジタル値を、
記憶手段たるメモリ上に記憶させておき、このメモリに
記憶されたCCD18の出力値をメモリ上で順次加算し
ていくものである。
Here, every time an image of the reflected light from the object 100 is formed on the CCD 18, a digital value obtained by analog / digital (A / D) conversion of the output value of the CCD 18 is expressed by
The output value of the CCD 18 stored in the memory is sequentially added on the memory.

【0039】そして、上記したメモリ上での加算結果が
示すCCD18上における結像位置を、物体100にお
けるレーザー光の照射領域の「x=0」から「x=70
μm」への移動間における反射光の画像の結像位置とし
て特定するものである。
The image formation position on the CCD 18 indicated by the result of the addition on the memory is changed from “x = 0” to “x = 70” of the laser light irradiation area on the object 100.
It is specified as an image forming position of the image of the reflected light during the movement to “μm”.

【0040】ここで、図5(a)乃至図8(b)には、
上記した第3の実施の形態に関して、レーザー光の照射
領域の各x座標におけるCCD18の出力波形が示され
ている。即ち、図5(a)にはx座標が「x=0」のと
きのCCD18の出力波形が示されており、図5(b)
にはx座標が「x=10μm」のときのCCD18の出
力波形が示されており、図6(a)にはx座標が「x=
20μm」のときのCCD18の出力波形が示されてお
り、図6(b)にはx座標が「x=30μm」のときの
CCD18の出力波形が示されており、図7(a)には
x座標が「x=40μm」のときのCCD18の出力波
形が示されており、図7(b)にはx座標が「x=50
μm」のときのCCD18の出力波形が示されており、
図8(a)にはx座標が「x=60μm」のときのCC
D18の出力波形が示されており、図8(b)にはx座
標が「x=70μm」のときのCCD18の出力波形が
示されている。
Here, FIGS. 5 (a) through 8 (b) show:
With respect to the third embodiment described above, the output waveform of the CCD 18 at each x coordinate of the laser light irradiation region is shown. That is, FIG. 5A shows an output waveform of the CCD 18 when the x coordinate is “x = 0”, and FIG.
FIG. 6A shows the output waveform of the CCD 18 when the x coordinate is “x = 10 μm”, and FIG.
FIG. 6B shows the output waveform of the CCD 18 when the x coordinate is “x = 30 μm”, and FIG. 7A shows the output waveform of the CCD 18 when the X coordinate is “20 μm”. FIG. 7B shows an output waveform of the CCD 18 when the x coordinate is “x = 40 μm”.
μm ”, the output waveform of the CCD 18 is shown.
FIG. 8A shows the CC when the x coordinate is “x = 60 μm”.
The output waveform of D18 is shown. FIG. 8B shows the output waveform of CCD 18 when the x coordinate is “x = 70 μm”.

【0041】そして、図9には、図5(a)乃至図8
(b)に示す波形を合成(平均)した波形を示す波形図
が示されており、この図9に示す波形は、図10に示す
干渉のない理想的なCCD出力波形を示す波形図に極め
て近似しているものである。
FIG. 9 shows the state shown in FIGS.
A waveform diagram showing a waveform obtained by synthesizing (averaging) the waveform shown in (b) is shown. The waveform shown in FIG. 9 is very similar to the waveform diagram showing an ideal CCD output waveform without interference shown in FIG. It is an approximation.

【0042】つまり、上記した第1の実施の形態乃至第
3の実施の形態によれば、スペックル・パターンによる
影響を減少することができることになる。
That is, according to the first to third embodiments, the influence of the speckle pattern can be reduced.

【0043】そして、図11に示すように、図10に示
した干渉のない理想的なCCD出力波形を示す波形と図
9に示した図5(a)乃至図8(b)に示す波形を合成
(平均)した波形との差分は示す波形は平坦になるの
で、レーザー光の入射点の中心位置計算誤差として現れ
にくくなり、精度の高い測定を行うことができるように
なる。
Then, as shown in FIG. 11, the ideal CCD output waveform without interference shown in FIG. 10 and the waveforms shown in FIGS. 5 (a) through 8 (b) shown in FIG. Since the waveform indicating the difference from the synthesized (averaged) waveform becomes flat, it is hard to appear as a calculation error of the center position of the incident point of the laser beam, and it is possible to perform highly accurate measurement.

【0044】なお、上記した実施の形態は、以下の
(1)乃至(4)に説明するように変形してもよい。
The above-described embodiment may be modified as described in the following (1) to (4).

【0045】(1)上記した実施の形態においては、微
小量として物体100を載置した物体載置台20をx軸
方向に10μmずつ移動して、物体100におけるレー
ザー・ダイオード12から照射されるレーザー光の照射
領域を微小量として10μmずつ移動させるようにした
が、これに限られるものではないことは勿論であり、物
体100におけるレーザー・ダイオード12から照射さ
れるレーザー光の照射領域を移動させる際の微小量は、
任意の値であってよい。
(1) In the above embodiment, the object mounting table 20 on which the object 100 is mounted as a minute amount is moved by 10 μm in the x-axis direction, and the laser irradiated from the laser diode 12 on the object 100 Although the light irradiation area is moved by 10 μm as a minute amount, it is needless to say that the light irradiation area is moved by 10 μm. The minute amount of
It can be any value.

【0046】(2)上記した実施の形態においては、物
体100におけるレーザー・ダイオード12から照射さ
れるレーザー光の照射領域をx軸方向に移動させた場合
につて説明したが、これに限られるものではないことは
勿論であり、物体100におけるレーザー・ダイオード
12から照射されるレーザー光の照射領域の移動方向
は、x軸方向、y軸方向ならびにz軸方向により構成さ
れる3次元上の任意の方向であってもよい。
(2) In the above embodiment, the case where the irradiation area of the laser beam irradiated from the laser diode 12 on the object 100 is moved in the x-axis direction has been described, but the present invention is not limited to this. Needless to say, the moving direction of the irradiation area of the laser beam irradiated from the laser diode 12 on the object 100 is an arbitrary three-dimensional direction constituted by the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction. It may be a direction.

【0047】(3)上記した実施の形態においては、レ
ーザー・ダイオード12により物体100に対してレー
ザー光を照射するようにしたが、これに限られるもので
はないことは勿論であり、例えば、He−Neレーザー
発振器などのような各種のレーザー光を出力する装置を
用いるようにしてもよい。
(3) In the above embodiment, the object 100 is irradiated with laser light by the laser diode 12, but it is needless to say that the present invention is not limited to this. A device that outputs various laser beams, such as a -Ne laser oscillator, may be used.

【0048】(4)上記した実施の形態ならびに上記
(1)乃至(3)に示す変形例は、適宜に組み合わせる
ようにしてもよい。
(4) The above-described embodiments and the modifications shown in (1) to (3) may be appropriately combined.

【0049】[0049]

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、スペックル・パターンによる測定誤差の影
響を減少することができるようにしたレーザー光を用い
た変位測定方法を提供することができるようになるとい
う優れた効果を奏する。
According to the present invention, there is provided a displacement measuring method using a laser beam, which can reduce the influence of a measurement error due to a speckle pattern because it is configured as described above. It has an excellent effect that it can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】三角測量法を応用したレーザー光を利用する変
位測定装置の概念構成説明図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a conceptual configuration of a displacement measuring device using laser light to which a triangulation method is applied.

【図2】本発明によるレーザー光を用いた変位測定方法
の第1の実施の形態を説明するための説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram for describing a first embodiment of a displacement measuring method using laser light according to the present invention.

【図3】本発明によるレーザー光を用いた変位測定方法
の第2の実施の形態を説明するための説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a second embodiment of the displacement measuring method using laser light according to the present invention.

【図4】本発明によるレーザー光を用いた変位測定方法
の第3の実施の形態を説明するための説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a third embodiment of the displacement measuring method using laser light according to the present invention.

【図5】干渉パターン(スペックル・パターン)が入っ
たCCDの出力波形を示す波形図であり、(a)は物体
におけるレーザー光の照射領域のx軸方向の位置が「x
=0」である場合を示し、(b)は物体におけるレーザ
ー光の照射領域のx軸方向の位置が「x=10μm」で
ある場合を示している。
5A and 5B are waveform diagrams showing an output waveform of a CCD including an interference pattern (speckle pattern). FIG. 5A shows a position of an irradiation area of a laser beam on an object in the x-axis direction represented by “x”.
= 0 ", and (b) shows the case where the position of the irradiation area of the laser beam on the object in the x-axis direction is" x = 10 m ".

【図6】干渉パターン(スペックル・パターン)が入っ
たCCDの出力波形を示す波形図であり、(a)は物体
におけるレーザー光の照射領域のx軸方向の位置が「x
=20μm」である場合を示し、(b)は物体における
レーザー光の照射領域のx軸方向の位置が「x=30μ
m」である場合を示している。
FIG. 6 is a waveform diagram showing an output waveform of a CCD including an interference pattern (speckle pattern).
= 20 μm ”, and (b) shows that the position of the irradiation area of the laser beam on the object in the x-axis direction is“ x = 30 μm ”.
m ”.

【図7】干渉パターン(スペックル・パターン)が入っ
たCCDの出力波形を示す波形図であり、(a)は物体
におけるレーザー光の照射領域のx軸方向の位置が「x
=40μm」である場合を示し、(b)は物体における
レーザー光の照射領域のx軸方向の位置が「x=50μ
m」である場合を示している。
7A and 7B are waveform diagrams showing output waveforms of a CCD including an interference pattern (speckle pattern), and FIG. 7A is a diagram in which the position of an object irradiated with laser light in the x-axis direction is “x
= 40 μm ”, and (b) shows that the position of the irradiation area of the laser beam on the object in the x-axis direction is“ x = 50 μm ”.
m ”.

【図8】干渉パターン(スペックル・パターン)が入っ
たCCDの出力波形を示を波形図であり、(a)は物体
におけるレーザー光の照射領域のx軸方向の位置が「x
=60μm」である場合を示し、(b)は物体における
レーザー光の照射領域のx軸方向の位置が「x=70μ
m」である場合を示している。
FIG. 8 is a waveform diagram showing an output waveform of a CCD including an interference pattern (speckle pattern).
= 60 μm ”, and (b) shows that the position of the irradiation area of the laser beam on the object in the x-axis direction is“ x = 70 μm ”.
m ”.

【図9】図5(a)乃至図8(b)に示す波形を合成
(平均)した波形を示す波形図である。
FIG. 9 is a waveform diagram showing a waveform obtained by synthesizing (averaging) the waveforms shown in FIGS. 5 (a) to 8 (b).

【図10】干渉のない理想的なCCD出力波形を示す波
形図である。
FIG. 10 is a waveform diagram showing an ideal CCD output waveform without interference.

【図11】図10に示した干渉のない理想的なCCD出
力波形を示す波形と図9に示した図5(a)乃至図8
(b)に示す波形を合成(平均)した波形との差分を示
す波形図である。
11 shows an ideal CCD output waveform without interference shown in FIG. 10 and FIGS. 5A to 8 shown in FIG. 9;
FIG. 7 is a waveform chart showing a difference from a waveform obtained by synthesizing (averaging) the waveform shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 変位測定装置 12 レーザー・ダイオード 14 レンズ 16 レンズ 18 CCD 20 物体載置台 100 物体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Displacement measuring device 12 Laser diode 14 Lens 16 Lens 18 CCD 20 Object mounting table 100 Object

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小柴 輝久 静岡県浜松市新都田1丁目6番4号 ロー ランド ディー. ジー. 株式会社内 (72)発明者 石橋 知子 静岡県浜松市新都田1丁目6番4号 ロー ランド ディー. ジー. 株式会社内 (72)発明者 小和田 功二 静岡県浜松市新都田1丁目6番4号 ロー ランド ディー. ジー. 株式会社内 Fターム(参考) 2F065 AA04 AA53 BB05 BB29 DD03 FF24 FF56 GG06 HH04 JJ02 JJ25 MM14 QQ03 QQ24 QQ28 2F112 AA08 BA06 CA13 DA25 EA03 FA03 FA07 FA21 FA45  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (72) Inventor Teruhisa Koshiba 1-6-4 Shintoda, Hamamatsu City, Shizuoka Prefecture Roland D. Gee. Co., Ltd. (72) Inventor Tomoko Ishibashi 1-6-4 Shintoda, Hamamatsu-shi, Shizuoka Pref. Gee. Co., Ltd. (72) Inventor Koji Owada 1-6-4 Shintoda, Hamamatsu-shi, Shizuoka Pref. Gee. Incorporated F term (reference) 2F065 AA04 AA53 BB05 BB29 DD03 FF24 FF56 GG06 HH04 JJ02 JJ25 MM14 QQ03 QQ24 QQ28 2F112 AA08 BA06 CA13 DA25 EA03 FA03 FA07 FA21 FA45

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 対象物にレーザー光を照射して、前記対
象物からの反射光の画像をイメージ・センサ上に結像さ
せ、前記イメージ・センサ上における反射光の画像の結
像位置に基づいて前記対象物の変位を測定するレーザー
光を用いた変位測定方法において、 前記対象物におけるレーザー光の照射領域を微小量ずつ
移動する第1のステップと、 前記第1のステップによる前記対象物におけるレーザー
光の照射領域の微小量ずつの移動毎に、前記イメージ・
センサ上に前記対象物からの反射光の画像をそれぞれ結
像させる第2のステップと、 前記第2のステップにおいて前記イメージ・センサ上に
それぞれ結像された画像を合成する第3のステップと、 前記第3のステップにおいて合成した結果が示す前記イ
メージ・センサ上における結像位置を、前記対象物にお
けるレーザー光の照射領域の微小量ずつの移動間におけ
る前記対象物からの反射光の画像の前記イメージ・セン
サ上の結像位置とする第4のステップとを有するレーザ
ー光を用いた変位測定方法。
An object is irradiated with laser light to form an image of reflected light from the object on an image sensor, and the image is formed based on an image forming position of the image of the reflected light on the image sensor. A displacement measuring method using laser light for measuring the displacement of the object, wherein a first step of moving a laser light irradiation area on the object by a small amount at a time; Each time the laser beam irradiation area moves by a small amount, the image
A second step of forming an image of reflected light from the object on a sensor, and a third step of combining the images formed on the image sensor in the second step, The imaging position on the image sensor indicated by the result of the synthesis in the third step is defined as the position of the image of the reflected light from the object during the movement of the irradiation area of the laser light on the object by a small amount. And a fourth step of setting an image forming position on the image sensor.
【請求項2】 請求項1に記載のレーザー光を用いた変
位測定方法において、 前記第2のステップは、前記対象物におけるレーザー光
の照射領域の微小量ずつの移動に同期して微小時間ずつ
レーザー光を点滅させ、前記イメージ・センサ上に多重
露光により前記対象物からの反射光の画像をそれぞれ結
像させるものであるレーザー光を用いた変位測定方法。
2. The displacement measurement method using laser light according to claim 1, wherein the second step is performed for a very short time in synchronization with a very small movement of a laser light irradiation area on the object. A displacement measuring method using a laser beam, which blinks a laser beam and forms an image of the reflected light from the object by multiple exposure on the image sensor.
【請求項3】 請求項1に記載のレーザー光を用いた変
位測定方法において、 前記第2のステップは、前記対象物におけるレーザー光
の照射領域の微小量ずつの移動の際に微弱な出力のレー
ザー光を連続的に照射することにより、前記イメージ・
センサ上に連続的な多重露光により前記対象物からの反
射光の画像を連続的に結像させるものであるレーザー光
を用いた変位測定方法。
3. The displacement measurement method using laser light according to claim 1, wherein the second step includes the step of generating a weak output when the irradiation area of the laser light on the object moves by a very small amount. By continuously irradiating laser light, the image
A displacement measuring method using laser light, which continuously forms an image of the reflected light from the object by continuous multiple exposure on a sensor.
【請求項4】 対象物にレーザー光を照射して、前記対
象物からの反射光の画像をイメージ・センサ上に結像さ
せ、前記イメージ・センサ上における反射光の画像の結
像位置に基づいて前記対象物の変位を測定するレーザー
光を用いた変位測定方法において、 前記対象物におけるレーザー光の照射領域を微小量ずつ
移動する第1のステップと、 前記第1のステップによる前記対象物におけるレーザー
光の照射領域の微小量ずつの移動に同期して微小時間ず
つレーザー光を点滅させ、前記イメージ・センサ上に該
微小量ずつの移動毎に前記対象物からの反射光の画像を
それぞれ結像させる第2のステップと、 前記第2のステップにおいて前記対象物からの反射光の
画像を前記イメージ・センサに結像させる毎に、前記イ
メージ・センサの出力値を記憶手段に記憶させておき、
前記記憶手段に記憶された前記イメージ・センサの出力
値を順次加算する第3のステップと、 前記第3のステップにおいて前記イメージ・センサの出
力値を順次加算した結果が示す前記イメージ・センサ上
における結像位置を、前記対象物におけるレーザー光の
照射領域の微小量ずつの移動間における前記対象物から
の反射光の画像の前記イメージ・センサ上の結像位置と
する第4のステップとを有するレーザー光を用いた変位
測定方法。
4. An object is irradiated with laser light to form an image of reflected light from the object on an image sensor, and the image is formed on the image sensor based on an image forming position of the reflected light image on the image sensor. A displacement measuring method using laser light for measuring the displacement of the object, wherein a first step of moving a laser light irradiation area on the object by a small amount at a time; The laser light is turned on and off for a very short time in synchronization with the movement of the laser light irradiation area by a very small amount, and the image of the reflected light from the object is formed on the image sensor every time the small amount of movement is made. A second step of imaging, and an output value of the image sensor each time an image of reflected light from the object is formed on the image sensor in the second step Is stored in the storage means,
A third step of sequentially adding the output values of the image sensor stored in the storage means; and a step of sequentially adding the output values of the image sensor in the third step, on the image sensor indicated by a result of the addition. A fourth step of setting an image forming position to an image forming position on the image sensor of an image of the reflected light from the object during the movement of the irradiation area of the laser light on the object by a small amount. Displacement measurement method using laser light.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009506442A (en) * 2005-08-26 2009-02-12 ソニー株式会社 Capture and process facial movement data
US8218825B2 (en) 2005-08-26 2012-07-10 Sony Corporation Capturing and processing facial motion data

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