JP2002162355A - レーザ反射光による粒状斑点模様の直接撮像方法とその装置 - Google Patents

レーザ反射光による粒状斑点模様の直接撮像方法とその装置

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JP2002162355A JP2000403553A JP2000403553A JP2002162355A JP 2002162355 A JP2002162355 A JP 2002162355A JP 2000403553 A JP2000403553 A JP 2000403553A JP 2000403553 A JP2000403553 A JP 2000403553A JP 2002162355 A JP2002162355 A JP 2002162355A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】レーザ反射光の干渉縞である粒状斑点模様を一
般事務所程度の環境下において容易に撮像する方法。 【解決手段】物体にレーザ光を照射すると粒状斑点模様
が現れるが、この模様を一般事務所程度の環境下では直
視することも直接撮像することができず、これまでは暗
室の中で磨りガラスを利用したスクリーンに投影させ、
その投影模様をディジタルあるいはビデオ・カメラで撮
像する間接撮像方式がある。この粒状斑点模様を一般事
務所程度の環境下において、ディジタルあるいはビデオ
・カメラの結像用レンズを取り外し、電荷結合素子の前
方に外来光を遮蔽する数センチの筒を取り付けることに
より容易に直接撮像することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、不透明および半
透明ならびに透明な被計測物にレーザ光を照射すると、
粒状斑点模様の反射光あるいは反射光と透過光が発生
し、その粒状斑点模様を直接撮像する方法およびその装
置に関する。
【０００２】
【発明の技術的背景】この発明は、指向性、高輝度、直
進性および単色光であるレーザ光を被計測物に照射する
と、反射光ならびに透過光として粒状斑点模様が発生す
る。粒状斑点模様の反射光で説明すると、レーザ照射角
に対する反射角の位置で輝度が最大となり、周辺に従っ
て輝度が低下するが反射面全体に粒状斑点模様が発生す
る。透過光の場合も同様に透過面全体に発生している。
この粒状斑点模様は被計測物の表面の粗面あるいは被計
測物を構成する微細な成分の形状に基づくものである。
粒状斑点模様の性質には、被計測物の移動に伴う模様の
並行移動、被計測物へのレーザ照射位置・レーザ発光波
長・ビーム径が同一である場合に同一模様の再現、被計
測物のレーザ照射位置固有の模様、被計測物の前後移動
に伴い粒状斑点の縮小・拡大、レーザビーム径の縮小拡
大に伴い粒状斑点の拡大・縮小などがある。この粒状斑
点模様は、被計測物の表面の粗面に基づいて発生し、一
般的な金属、ゴム、木材などの他、平坦度の最も高いと
される鏡面仕上げされたＩＣウェハーや透明度の高いガ
ラスでも撮像することができた。従って、この粒状斑点
模様を標識としてとらえることにより、特別な標識やマ
ークを必要とせずに非接触により被計測物の移動量、変
位、変形あるいは凝固、溶融、錆の進行などの状態変化
を映像として観察することができる。
【０００３】
【従来の技術】これまで、粒状斑点模様を撮像する場合
は、計測室を暗室とし、レーザ反射光あるいは透過光を
磨りガラスを利用したスクリーンに投影し、その投影模
様をディジタルあるいはビデオ・カメラで撮像する間接
撮像方式がある。また、レーザ光を被計測物に垂直に照
射し、法線に対して４５度の方向に二つの１次元センサ
ーを配置し、光電的に検出し、その差を利用して歪みを
計測する相互相関法がある。この方法は映像として直接
観測することができず、被計測物が前後移動した場合に
は計測不能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記した間接撮像方式
は暗室の中で行われていた。また、相互相関法は光の強
弱を直接電圧変換するために撮像した映像の確認ができ
ず、さらに被計測物が前後移動した場合は照射レーザ光
が一点に集光できず計測不能となる場合がある。
【０００５】本発明は、従来技術における、構成技術、
計測環境などの諸条件による制約等、数多くの要求事項
を解消し、かつ、これに対応すべく、計測方法ならびに
その装置における各手段の簡素化、被計測物にあって
は、制約範囲の拡大可能な開発を目的とするものであ
る。
【０００６】
【問題を解決する手段】ディジタルあるいはビデオ・カ
メラで直接撮像する場合には、結像用レンズを取り外す
ことにより撮影することができる。また、一般事務所程
度の環境下で撮像する方法としては、室内を照らす照明
機器ならびに窓外からの太陽光など、外来光を遮断する
暗視筒（例えばパイプ状のもの）をＣＣＤ素子前方に取
り付けることにより撮像することができる。
【作用】この発明は、大別すると５要素がある。
【０００７】その第１は、被計測物に対してレーザ光を
照射する要素。
【０００８】その第２は、粒状斑点模様を直接撮像する
要素。
【０００９】その第３は、一般事務所程度の環境下で撮
像する要素。
【００１０】その第４は、被計測物の移動量、変位量、
変形量あるいは凝固率、溶融率、錆の進行などと撮像し
た粒状斑点模様の動きを定量化し、これを具体的な機
器、装置に応用する要素。
【００１１】その第５は、撮像した粒状斑点模様をＣＣ
Ｄ素子の画素間隔に対応させて移動量、変位量、変形量
あるいは連続撮像画面において前画面と次画面の一致を
更新画面毎に求め凝固率、溶融率、錆の進行などを演算
処理し、各機器、装置の目的に応じた結果を表示出力す
る要素である。
【００１２】上記した各要素を集約し、かつ、これらを
総合的に要約すると、レーザ光を被計測物に照射するこ
とにより、該被計測物の粗面あるいは被計測物を構成す
る微細な成分の形状に対応した粒状斑点模様を描かせ、
被計測物の移動、変位、変形状態などに基づく映像を連
続して撮像し、コンピュータにより粒状斑点模様のなか
の任意の粒状斑点の重心点を基点として時系列に追跡
し、ＣＣＤの画素間隔あるいはメモリアドレスなどを基
準とし、リアル・タイムで演算処理し移動量を表示出力
するものである。また、被計測物の移動が大きく、これ
に伴い並行移動する基点とした粒状斑点の重心点がＣＣ
Ｄ素子の視野範囲から逸脱する直前に、当該映像範囲内
の適宜な位置にある他の粒状斑点の重心点を新たな基点
とすることを順次繰り返すことにより、連続計測が可能
となる。
【００１３】被計測物の前後移動については、被計測物
がＣＣＤ素子に近づくことにより該粒状斑点の面積が比
例して縮小し、遠ざかることにより該粒状斑点の面積が
比例して拡大する性質を利用し、この面積比から被計測
物の前後移動量を演算し、表示出力するものである。ま
た、当該粒状斑点模様の二つの粒状斑点を任意に選択
し、その重心点を結ぶ直線の距離の変化からも求めるこ
とができる。
【００１４】凝固率、溶融率、錆の進行などについて
は、連続して撮像する粒状斑点模様の画面において、前
画面と次画面を常に照合し、粒状斑点模様の一致率を演
算処理することにより求めることができる。
【００１５】
【実施】次に、この発明の実施例を図１ならびに図２と
共に説明する前段として、本発明の方式を達成するため
の被計測物ならびに計測装置として各部位の仕様および
機能を説明する。
【００１６】１は被計測物であり、本方式を実証した装
置では銅板を使用した。１ａは血液。２はレーザ投光
機。３はレーザ光。４はレーザ照射位置。５は撮像機。
６はＣＣＤ素子。７は粒状斑点模様以外の外来光を遮断
する暗視筒。８はＣＣＤ素子の視野範囲。９は反射光に
よる粒状斑点。９ａは透過光による粒状斑点。１０は従
来の間接撮像方法による暗室の中で反射光を投影させた
磨りガラス。１０ａは従来の間接撮像方法による暗室の
中で透過光を投影させた磨りガラス。１１は反射光によ
る粒状斑点模様。１１ａは透過光による粒状斑点模様。
１２は撮像した粒状斑点模様を表示出力するモニタ装
置。１３は撮像した粒状斑点模様の映像信号を分配する
映像信号分岐装置。１４はアナログ信号である映像信号
をコンピュータに取り込むためにディジタル化するＡ／
Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換装置。１５は
粒状斑点あるいは粒状斑点模様を目的用途に応じて移動
量、変形量、変位量などを算出し、前画面と更新画面と
の一致率により凝固率や溶融率などを算出する演算処理
装置。１６は演算処理装置で算出した各種の量あるいは
率を数値やグラフで表示出力する表示出力装置。１７は
透過法で使用するスライド・ガラスである。
【００１７】図１は請求項１の方法の実施に使用される
請求項２の被計測物が不透明な場合におけるレーザ反射
光による粒状斑点模様の直接撮像方法を示している。
【００１８】レーザ投光機２より被計測物１にレーザ光
３を照射する。被計測物１を銅板に例をとれば、レーザ
光３はレーザ照射位置４に照射すると直接視認すること
はできないが粒状斑点模様１１が全面に発生している。
【００１９】計測室が暗室である場合、磨りガラス１０
を設置すると同図に見られるように粒状斑点模様１１が
投影される。従来の方法は、投影された粒状斑点模様１
１をディジタルあるいはビデオ・カメラで粒状斑点模様
１１を撮像していた。
【００２０】一般事務所程度の環境下においては、ディ
ジタルあるいはビデオ・カメラの結像用レンズを取り外
した撮像機５の内部に組み込まれているＣＣＤ素子６の
前方に、室内照明光を遮断するためにＣＣＤ素子６より
もやや大きめで、かつ、数センチの長さのパイプあるい
は角状の暗視筒７を取り付けることにより粒状斑点模様
１１を直接撮像することができる。この時、ＣＣＤ素子
６の映像範囲は視野範囲８の領域である。
【００２１】撮像した撮像信号は映像信号分岐装置１３
の入力とし、２分岐する。２分岐した一方の撮像信号を
モニタ装置１２の入力とし、粒状斑点模様１１の映像を
表示出力する。他方の撮像信号をＡ／Ｄ変換装置１４の
入力とし、アナログ信号を演算処理装置１５の入力とす
るためのディジタル変換を行う。演算処理装置１５は、
目的とする処理を行い、その結果を表示出力装置１６に
数値あるいはグラフなどで表示出力する。
【００２２】具体的には、被計測物１が移動すると粒状
斑点模様１１も同様に並行移動するためにＣＣＤ素子６
の画素間隔を基準として移動量を算出し、移動量、速度
および移動方向などを表示出力する。
【００２３】塗装や接着剤などの場合には連続して撮像
する粒状斑点模様１１の照合を行い、前画面と次画面を
連続して照合し、映像画面の一致率を算出することによ
り乾燥率や硬化率を求め、表示出力する。塗装の乾燥や
接着剤が硬化すると、映像画面は常に同一のものとなり
一致率は１００％となる。
【００２４】熱によって溶融する半田で例をとれば、加
熱前は映像画面が常に一定である為に一致率は１００％
であり、加熱することにより半田表面が溶融を始めるた
めに一致率が低下し、液状では０％の一致率となる。錆
の進行状況なども同様である。
【００２５】被計測物が撮像機５から遠ざかる場合は粒
状斑点模様１１の平均的面積や任意の粒状斑点９の面積
が比例して大きくなり、近づく場合は同様に比例して小
さくなる性質を利用し、被計測物までの距離を知ること
ができる。
【００２６】図２は請求項３の方法の実施に使用される
請求項４の被計測物が透明あるいは半透明な場合におけ
るレーザ透過光による粒状斑点模様の直接撮像方法を示
している。
【００２７】レーザ投光機２より被計測物１にレーザ光
３を照射する。スライド・ガラス１７に被計測物１ａの
血液を例にとれば、レーザ光３をレーザ照射位置４に照
射すると直接視認することはできないが反射光である粒
状斑点模様１１および透過光である粒状斑点模様１１ａ
が全面に発生している。
【００２８】計測室が暗室である場合、磨りガラス１０
および磨りガラス１０ａを設置すると同図に見られるよ
うに粒状斑点模様１１および粒状斑点模様１１ａが投影
される。従来はこの方法で粒状斑点模様１１および１１
ａを撮像していた。
【００２９】一般事務所程度の環境下においては、ディ
ジタルあるいはビデオ・カメラの結像用レンズを取り外
した撮像機５の内部に組み込まれているＣＣＤ素子６の
前方に、室内照明光を遮断するためにＣＣＤ素子６より
もやや大きめで、かつ、数センチの長さのパイプあるい
は角状の暗視筒７を取り付けることにより粒状斑点模様
１１を直接撮像することができる。この時、ＣＣＤで撮
像する範囲は視野範囲８の領域である。
【００３０】撮像した撮像信号は映像信号分岐装置１３
の入力とし、２分岐する。２分岐した一方の撮像信号を
モニタ装置１２の入力とし、粒状斑点模様１１の映像を
表示出力する。他方の撮像信号をＡ／Ｄ変換装置１４の
入力とし、アナログ信号を演算処理装置１５の入力とす
るためのディジタル変換を行う。演算処理装置１５は、
目的とする処理を行い、その結果を表示出力装置１６に
数値あるいはグラフなどで表示出力する。
【００３１】透過法で得られる反射光による粒状斑点模
様１１は、図１の反射法で得られる粒状斑点模様１１と
同一の性質を示す。透過法における血液の例で言えば、
レーザ投光機２の発光波長が７００ｎｍ前後であるため
赤血球により乱反射し、粒状斑点模様１１ａが発生す
る。これは血液中の赤血球の動きに基づく、粒状斑点模
様１１ａである。
【００３２】反射法で得られる粒状斑点模様１１は被計
測物１ａの血液の表面状態に基づくものであり、透過法
で得られる粒状斑点模様１１ａは被計測物１ａの血液中
の状態に基づくものである。
【００３３】血液凝固時間計測に例をとれば、スライド
・ガラス１７に血液を一滴垂らし、血液面にレーザ光３
を照射する。これにより反射光の粒状斑点模様１１と透
過光の粒状斑点模様１１ａが発生する。
【００３４】透過光による粒状斑点模様１１ａでは、当
初は激しく擾乱するが、血液凝固の進行が進むにつれ次
第にゆっくりした動きとなり、血液凝固により粒状斑点
模様１１ａが静止する。これにより、血液凝固時間を非
接触で計測することができる。同様に、半透明な接着剤
内部あるいは塗膜内部の状態などの硬化や乾燥を観察す
ることができる。
【００３５】
【発明の効果】本発明の粒状斑点模様の直接撮像方法は
上記のように構成されており、ディジタルあるいはビデ
オ・カメラに装着されている結像用レンズを取り外すこ
とにより粒状斑点模様を直接撮像することができ、外来
光を遮断する暗視筒をＣＣＤ素子の前方に取り付けるこ
とにより一般事務所程度の環境下において容易に撮像す
ることができる。これにより粒状斑点模様の動きから非
接触で被計測物の移動量、変形、変位ならびに接着剤な
どの凝固、溶融状態、錆の進行あるいは血液凝固状態な
どを容易に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】被計測物が不透明な場合におけるレーザ反射光
による粒状斑点模様の直接撮像方法
【図２】被計測物が透明あるいは半透明な場合における
レーザ透過光による粒状斑点模様の直接撮像方法
【符号の説明】
【１】被計測物（例：銅板）
【１ａ】被計測物（例：血液）
【２】レーザ投光機
【３】レーザ光
【４】レーザ照射位置
【５】撮像機
【６】ＣＣＤ素子
【７】暗視筒
【８】視野範囲
【９】粒状斑点（反射光）
【９ａ】粒状斑点（透過光）
【１０】磨りガラス（反射光）
【１０ａ】磨りガラス（透過光）
【１１】粒状斑点模様（反射光）
【１１ａ】粒状斑点模様（透過光）
【１２】モニタ装置
【１３】映像信号分岐装置
【１４】Ａ／Ｄ変換装置
【１５】演算処理装置
【１６】表示出力装置
【１７】スライド・ガラス

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】レーザ反射光による粒状斑点模様の直接撮
    像方法にあって、被計測物にレーザ光を照射し、被計測
    物の粗面に基づきレーザ反射光である粒状斑点模様を、
    一般事務所程度の環境下において、市販のビデオカメラ
    の結像用レンズを取り外し、ＣＣＤ素子（Ｃｈａｒｇｅ
    Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）の前
    方に外来光を遮断する暗視筒を装着することにより直接
    撮像することができる方法。
  2. 【請求項２】レーザ反射光による粒状斑点模様の直接撮
    像方法にあって、被計測物にレーザ光を照射し、被計測
    物の粗面に基づきレーザ反射光である粒状斑点模様を、
    一般事務所程度の環境下において、市販のビデオカメラ
    の結像用レンズを取り外し、ＣＣＤ素子の前方に外来光
    を遮断する暗視筒を装着することにより直接撮像するこ
    とができる装置。
  3. 【請求項３】レーザ透過光による粒状斑点模様の直接撮
    像方法にあって、半透明な被計測物にレーザ光を照射
    し、被計測物を構成する微細な成分の形状あるいは粗面
    に基づきレーザ光が乱反射し、被計測物を透過した粒状
    斑点模様を一般事務所程度の環境下において、市販のビ
    デオカメラの結像用レンズを取り外し、ＣＣＤ素子の前
    方に外来光を遮断する暗視筒を装着することにより直接
    撮像することができる方法。
  4. 【請求項４】レーザ透過光による粒状斑点模様の直接撮
    像方法にあって、半透明な被計測物にレーザ光を照射
    し、被計測物を構成する微細な成分の形状あるいは粗面
    に基づきレーザ光が乱反射し、被計測物を透過した粒状
    斑点模様を一般事務所程度の環境下において、市販のビ
    デオカメラの結像用レンズを取り外し、ＣＣＤ素子の前
    方に外来光を遮断する暗視筒を装着することにより直接
    撮像することができる装置。
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