JP2004117010A - 変位測定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ゲイン誤差が小さく、測定値の個人差の少ない高精度の測定が行える変位測定装置を提供すること。
【解決手段】測定対象に測定光を照射する照明系と、測定対象の反射光を画像センサ部に入射する結像光学系と、画像センサ部の出力信号に基づき測定対象の変位量を算出する信号処理部と、画像センサ部の出力信号に基づき結像光学系の焦点の状態を演算する焦点演算部と、焦点演算部の演算結果を表示する表示部、とで構成されたことを特徴とするもの。
【選択図】 図１
【解決手段】測定対象に測定光を照射する照明系と、測定対象の反射光を画像センサ部に入射する結像光学系と、画像センサ部の出力信号に基づき測定対象の変位量を算出する信号処理部と、画像センサ部の出力信号に基づき結像光学系の焦点の状態を演算する焦点演算部と、焦点演算部の演算結果を表示する表示部、とで構成されたことを特徴とするもの。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種機器の振動・位置変化・速度などを光学的に測定する変位測定装置に関し、詳しくは、測定精度の改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種機器の微小な動きや振動を光学的に測定する装置として、測定対象平面にターゲットシートを貼り付けてこれにレーザー光を照射し、その反射光ビームを解析することによりＸ，Ｙ方向の変位を非接触で測定するように構成された変位測定装置が実用化されている。
【０００３】
この装置はフォトダイオードアレイによる像検出と空間フィルタ技術を用いている。すなわち、ターゲットシートはＸ，Ｙ方向に特定の空間周波数分布を持っていて、空間フィルタ構成のフォトダイオードアレイにより変位量を電気的な位相変化として検出する。位相変化から変位への変換はデジタル的に演算処理され、変位測定結果はデジタル表示されるとともにＸ，Ｙ個別にアナログ出力される。
【０００４】
ところがこのような従来の装置は、測定対象にターゲットシートを貼り付けなければならないので、測定対象が限定されてしまう。
また、ターゲットシートを貼り付けることで測定対象の慣性などが変化してしまい、正確な測定ができないという問題もある。
【０００５】
出願人は、このような問題点を解決し、測定対象を限定することなく非接触で高速に高精度の測定が行える比較的安価な「変位測定装置」として、特願２０００−５５８５７（特開２００１−２４１９１９）を出願している（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２４１９１９
【０００７】
図２は特許文献１に記載されている先願発明（以下単に先願発明という）の一例を示す構成図である。測定対象１には照明系２から測定光が照射される。測定対象１の反射光は結像光学系３を介して画像センサ部４に入射される。
【０００８】
ここで、測定対象１と結像光学系３と画像センサ部４の位置関係は、図３のように測定対象１が画像センサ部４の素子の配列方向に沿って移動変位するものとし、この方向をＸ軸方向と定義づけている。例えば画像センサ部４は１０２４個の素子が全長１．５ｍｍで配列され、測定対象１は印刷用紙であって移動方向と直交する方向に例えば線幅０．２ｍｍの多数の黒線が線幅と等しい間隔で印刷されているものとする。
【０００９】
照明系２としては、外光の影響を除くため照明光の波長を赤外光などを用いて狭波長化し、必要に応じて画像センサ部４の前面にその波長のみを通過させるフィルタを設ける。
【００１０】
結像光学系３としては、一般的な結像レンズや測定対象１との距離によって結像倍率変化の起きないテレセントリックな光学系を用いる。
【００１１】
画像センサ部４は結像光学系３によってできた実像を読み取るためのイメージセンサであり、１回の露光による画像データを保持する機能を有するライン状に多数の画素が配列されたＣＣＤリニアイメージセンサを用いる。なお、この画像センサ部４には、機械的または電気的なシャッター機能を搭載することが望ましい。
【００１２】
画像センサ部４に取り込まれた画像データはクロック発生部５から加えられるクロックに従って逐次Ａ／Ｄ変換器６に読み出され、デジタルデータに変換される。Ａ／Ｄ変換器６の出力データは、信号処理部７に取り込まれる。
【００１３】
信号処理部７は、Ａ／Ｄ変換器６から変換出力される画像データに基づいて測定対象１の変位量を演算するものであり、例えばＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）を用いる。
【００１４】
基準画像記憶部８には測定対象１の変位量を演算するための基準状態の画像データが格納され、測定画像記憶部９には測定対象１の変位量を演算するための変位状態の画像データが格納される。
【００１５】
信号処理部７の演算結果は、Ｄ／Ａ変換器１０によりアナログ信号に変換されて外部に出力されるとともに、表示器１１にデジタル的にあるいはアナログ画像として表示される。
【００１６】
装置全体の動作を説明する。
測定対象１の像が結像される画像センサ部４上には、測定対象１に応じた光量分布が現れ、画像センサ部４の出力端子から、図４に示すように各画素の光量に比例したアナログ電圧信号が逐次出力される。このアナログ電圧信号はＡ／Ｄ変換器６により逐次デジタルデータに変換され、基準状態での測定対象１の画像データＳｏは基準画像記憶部８に格納され、測定状態での測定対象画像Ｓは測定画像記憶部９に格納される。
【００１７】
その後、信号処理部７は、図５に示すように基準状態での測定対象１の画像データＳｏと測定対象画像Ｓとの両者の画像データを比較して画像センサ部４上での測定対象１の変位量ｘを求め、さらに光学倍率を乗ずることで測定対象１の実変位を求める。
【００１８】
図６は信号処理部７での処理手順の具体例を示すフローチャートである。
ステップＳＰ１において、測定対象１を基準位置に置いた時の画像を基準画像Ｓｏとして基準画像記憶部８に格納するとともに基準範囲も設定する。
【００１９】
ステップＳＰ２において、測定状態の測定対象１の画像を測定画像Ｓとして測定画像記憶部９に格納する。
【００２０】
これらステップＳＰ１，２の画像の格納シーケンスには、対象物１の像を画像センサ面に結像させた状態で（シャッターを設けている場合にはシャッターを開閉し）画像（光量）に比例した電荷を画像センサ部４の内部に貯える工程と、内部クロックに同期して画像センサ部４のデータを１画素ずつＡ／Ｄ変換してそれぞれの記憶部８，９に逐次格納することを含む。
【００２１】
ステップＳＰ３において、測定画像Ｓと基準画像Ｓ０の基準画素区間部分を比較し、基準画像Ｓ０と測定画像Ｓのずれ量ｘを計算する。
【００２２】
ステップＳＰ４において、測定形態がアブソリュート測定かインクリメンタル測定かを判断する。ここで、アブソリュート測定とは画面内で測定対象がどう動くかを測定することを意味し、インクリメンタル測定とは測定対象の画面を超える動きをサンプリング周期毎の変位を積算していくことによって測定するということを意味する。
【００２３】
アブソリュート測定の場合には、まずステップＳＰ５において、光学倍率Ａに基づいて変位量Ｘ＝Ａ＊ｘを計算する。そして、続くステップＳＰ６において、サンプリング周期Ｔに基づいて速度Ｖ＝（Ｘ−Ｘ’）／Ｔを計算する。ここでＸ’は前回の変位量である。
【００２４】
インクリメンタル測定の場合には、まずステップＳＰ７において、光学倍率Ａから、積算変位量Ｘ＝Ａ＊ｘ＋Ｘ’を計算する。続くステップＳＰ８において、サンプリング周期Ｔに基づいて速度Ｖ＝（Ｘ−Ｘ’）／Ｔを計算する。そして、続くステップＳＰ９において、測定画像記憶部９の内容を基準画像記憶部８に基準画像として更新格納（代入）する。
【００２５】
アブソリュート測定の場合もインクリメンタル測定の場合も、ステップＳＰ１０において、計算結果として得た変位量Ｘを次回の計算に用いるＸ’として格納する。
【００２６】
ここで、インクリメンタル測定によれば、測定対象が画面からはみ出るほど大きく変位した場合であっても測定周期毎の変位を積算することで測定できる。また、アブソリュート測定によれば、変位測定範囲は画面内に制限されるものの、積算に伴う誤差のない高精度測定が行える。
【００２７】
続くステップＳＰ１１において、計算結果を表示するとともに、Ｄ／Ａ変換して外部に出力する。
【００２８】
そして、ステップＳＰ１２において一連の処理が完了した否かを判断し、完了であれば全体の処理を終了し、未了であればステップＳＰ２以降の処理を完了になるまで繰り返して実行する。
【００２９】
なお、画像の電圧出力波形がなだらかで特徴がなかったり、非常に凹凸が激しい場合には、画像センサの後段の（デジタル）処理として、隣接画素間の微分（差分）演算や各種フィルタ演算、リニアライズなどの公知の演算処理を施した後に対象物体の特徴を抽出して変位量ｘの測定演算を施すことで、より汎用性、確度（再現性）を向上させることができる。
【００３０】
また基準画像と測定画像の比較手段としては、画像工学分野でよく用いられる最短距離法や相互相関法などのパターンマッチング演算を用いる。
【００３１】
最短距離法では、画像の類似度の尺度として、「式（１）または（２）に示す積算誤差量が最も少ない」という基準を用いる。本方法によるｘ推定手順は、次のようになる。
１）τを０からＮ−Ｍまで変化させ、その都度Ｒ１（τ），Ｒ２（τ）を計算する。２）計算結果に基づき、図７のようなτ−Ｒの関係図を作成する。
３）τ―Ｒ図から、最も小さな値の誤差積算量を示すτを求める。この点がｘとなる。
【００３２】
なおデジタル演算を行う場合には、和演算のみのＲ２（τ）に依る方が計算時間上有利である。
【００３３】
【数１】
【００３４】
【数２】
【００３５】
相互相関法では、画像の類似度の尺度として、「式（３）の相互相関関数の値が最も大きい」という基準を用いる。本方法によるｘ推定手順は、次のようになる。
１）τを０からＮ−Ｍまで変化させ、その都度式（３）によりＣ（τ）を計算する。２）計算値に基づき図８のようなτ−Ｃ（τ）関係図を作成する。
３）τ−Ｃ（τ）図から、最も大きな相関を示すτを求めてｘとする。
【００３６】
【数３】
【００３７】
【数４】
【００３８】
【数５】
【００３９】
【数６】
【００４０】
【数７】
【００４１】
図６のフローチャートでは、説明を簡単にするため、サンプリングのタイミング毎に、
１）画像センサへの測定対象画像の取込み
２）画像データのＡ／Ｄ変換、記憶部への格納
３）基準画像の比較、測定画像の比較
を順次行う形で記載したが、機能ブロックと記憶部を２系統設けて並列化駆動することにより、それぞれの処理を同時に処理することができる。例えば、測定画像記憶部を２つ（Ｓ，Ｓ’）持つことで、基準画像とＳを比較しながら次のサンプリングの画像データをＳ’に格納することができる。
【００４２】
また、ＤＳＰのような高速演算器による処理を前提にすれば、画像データ１画素のＡ／Ｄ変換時間内に１回前のＡ／Ｄ結果と基準画像の全データの前述のような比較計算を終えることも可能である。
【００４３】
このように構成することにより、例えば２０００画素の画像センサを用いた場合には、０．０５％ ｏｆ ＳＰＡＮの解像度を持つ変位測定装置が実現できる。
【００４４】
ところで、上記の基準画像と測定画像の比較演算に際して、以下に説明するいずれかまたは複数の手法を適用することで、計算の高速化が図れる。
１）計算打切り
２）Ｃｏａｒｓｅ ｔｏ Ｆｉｎｅ 法
３）予測演算
【００４５】
１）計算打切り
最短距離法においては、前述のように一つのτについてＭ×（Ｎ−Ｍ）回の差演算、絶対値（二乗）演算、積算が必要となる。ここで、τに関する誤差積算演算を（ｉを逐次増やしながら）行っていく過程で、積算値がある閾値を越えた場合にはそれ以降の積算を打切るようにすることで、大幅に全体の計算量を減らすことができる。閾値の選択方法如何では最低値が検出されない場合があるが、以下の選択方法によれば、その問題は回避される。
【００４６】
ａ）最初のτ０については閾値無しで積算演算を行う。
ｂ）次のτ１については、ａ）の積算値を閾値として打切り処置を行う。
ｃ）次のτ２については、
ｂ）の積算値＜ｂ）の閾値→ｃ）の閾値としてｂ）の積算値を用いる。
ｂ）の積算値＞ｂ）の閾値→ｃ）の閾値としてｂ）の閾値を用いる。
以後、ｃ）を繰り返す。
この方法は、同種の演算形態となる相互相関法へも適用可能である。
【００４７】
２）Ｃｏａｒｓｅ ｔｏ Ｆｉｎｅ法（図９参照）
この方法は、Ｓ（ｉ）、Ｓ０（ｉ）との比較を直接行うのではなく、式（４）または（５）のような低解像度化の処理をした画像Ｓ’（ｊ）、Ｓ’０（ｊ）について推定演算を行って変位量ｘ’を求めた後、Ｓ（ｉ）、Ｓ０（ｉ）の比較を変位量ｘ’近傍のみで行うことにより、全体としての計算量を減らす。このような低解像度化を多段に実施することも可能である。
【００４８】
データの区間ｍの平均値
【数８】
【００４９】
区間ｍ毎のデータ使用（間引き）
【数９】
【００５０】
３）予測演算（図１０参照）
この方法は、時刻ｔｎにおいてパターンマッチングの演算を行う範囲をＳ（ｉ）の全データ範囲とするのではなく、前回の変位推定値から時刻ｔｎにおける変位量ｘｎを予測し（ｘ’ｎと記す）、その位置を中心とした微小範囲（ｘ’ｎ±ｍ）についてのみ変位推定演算を行うことにより、計算量を減ずる方法である。次ステップの変位量の予測方法としては、式（６）（７）のように前回の変位、速度を使う方法等が考えられ、また式（８）のような一般化した式を用い、線形予測手法を用いて予測を行うことも可能である。
【００５１】
前回位置
ｘ’ｎ＝ｘｎ−１ （６）
前回位置、速度
ｘ’ｎ＝ｘｎ−１＋ｘｎ−１−ｘｎ−２＝２ｘｎ−１−ｘｎ−２ （７）
【００５２】
一般化
【数１０】
【００５３】
これらの方法による計算量の削減効果の例を図１１に示す。なお、図１１の条件は、
画素数 ： １０００画素、
基準画素範囲 ： ５００画素
使用アルゴリズム： 最短距離法（誤差絶対値積算式（１）適用）
元の計算量 ： 「差の絶対値演算＋積算」が２５万回
とする。
【００５４】
このような高速化演算処理方法を用いることにより、基準画像と測定画像の比較演算時間を大幅に短縮でき、相対的に測定サンプリング周波数を高くできて機械系の振動測定などの高速現象の測定が行える。
【００５５】
これらの方法を用いずに比較的計算量の少ない最短距離法を用いた場合には、非常に多くの計算量を要する。図１１の条件では２値の「差の絶対値演算」および積算を２５万回（＝５００×５００）繰返すことになり、仮に「差の絶対値演算」の時間が１μｓｅｃとすると、全体で２５０ｍｓｅｃもの計算時間が必要になる。このため、変位の測定サンプリング周波数は数Ｈｚ程度と低くなり、機械系の振動測定用途には不向きなものとなっていた。
【００５６】
このような高速化演算処理方法は、１次元画像センサの画像出力処理のみならず、２次元画像センサの画像出力処理の高速処理にも有効である。
【００５７】
なお図２の実施例では図６のフローチャートの機能を有する信号処理部に市販の１次元センサとレンズ（結像光学系）と照明系を組合せた構成を示したが、製品形態はこれに限るものではなく、処理部のみを一つの製品としたり、信号処理部を波形測定器等に組込んだり、これら全てを一体の装置として構成したものであってもよい。
【００５８】
また回転体の微小部分の変位測定をすることで、回転体の回転数や回転角も測定できる。この場合、回転体にターゲットシートやエンコード板などの付加質量を取りつけることなく回転体自体の画像データに基づいて回転体の回転数や回転角度を非接触で測定でき、微小な回転体であっても付加質量による損失を伴うことなく高精度に測定できる。
【００５９】
インクリメンタルな測定が可能であることから、例えば自動車の速度を測定する速度計へも適用可能である。
【００６０】
ところが、このような構成の測定装置によれば、結像光学系３として例えば一般的な結像レンズを用いた場合、結像レンズと測定対象１との距離の変動によって撮像倍率が大きく変化し、変位測定結果にゲイン誤差が生じてしまう。
【００６１】
結像光学系３として例えばテレセントリック光学系を用いた場合には、一般的な結像レンズに比べてゲイン誤差は小さくできるものの、測定作業者による測定値の個人差が生じることは避けられない。
【００６２】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、高精度の測定を行うために、画像センサ部４の出力信号波形を作業者がオシロスコープなどで観測しながら、結像光学系３の焦点を調整することが行われているが、個人差として±０．２ｍｍ程度のばらつきが生じることは避けられない。
【００６３】
本発明は、このような問題点を解決するものであり、その目的は、ゲイン誤差が小さく、測定値の個人差の少ない高精度の測定が行える変位測定装置を提供することにある。
【００６４】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成する請求項１の発明は、
測定対象に測定光を照射する照明系と、
測定対象の反射光を画像センサ部に入射する結像光学系と、
画像センサ部の出力信号に基づき測定対象の変位量を算出する信号処理部と、
画像センサ部の出力信号に基づき結像光学系の焦点の状態を演算する焦点演算部と、
焦点演算部の演算結果を表示する表示部、
とで構成されたことを特徴とする変位測定装置である。
【００６５】
請求項２の発明は、請求項１記載の変位測定装置において、
画像センサ部はライン状に多数の画素が配列された１次元画像センサであり、
焦点演算部は、画像センサ部の隣接する画素間の出力信号に基づき焦点の状態を演算することを特徴とする。
【００６６】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２記載の変位測定装置において、
表示部は、焦点演算部の演算結果を、バーグラフ、アナログメータおよびデジタルメータのいずれかの形態で表示することを特徴とする。
【００６７】
請求項４の発明は、請求項１または請求項２記載の変位測定装置において、
焦点演算部の演算結果を、表示ランプの輝度の明暗で表示することを特徴とする。
【００６８】
請求項５の発明は、請求項１または請求項２記載の変位測定装置において、
可聴音で出力することを特徴とする。
【００６９】
これらにより、表示部に表示あるいは表示部から出力される焦点演算部の演算結果を参照して、結像光学系の焦点を最適に調整でき、測定対象の変位を高精度で測定できる。
【００７０】
請求項６の発明は、
測定対象に測定光を照射する照明系と、
測定対象の反射光を画像センサ部に入射する結像光学系と、
画像センサ部の出力信号に基づき測定対象の変位量を算出する信号処理部と、
画像センサ部の出力信号に基づき結像光学系の焦点の状態を演算する焦点演算部と、
焦点演算部の演算結果に基づき結像光学系の焦点を自動的に制御する焦点制御部、
とで構成されたことを特徴とする。
【００７１】
これにより、結像光学系の焦点を常に最適に調整でき、安定した高精度の測定が行える。
【００７２】
請求項７の発明は、請求項１または請求項６記載の変位測定装置において、
焦点演算部として、信号処理部を切り換えて駆動することを特徴とする。
【００７３】
これにより、信号処理部を焦点処理部としても共用でき、回路構成を簡略化できる。
【００７４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施の形態の一例を示す構成図であり、図２と共通する部分には同一の符号を付けて、重複する部分のそれらの説明は省略する。
図１と図２の異なる点は、図１には、焦点演算部１２と焦点制御部１３とアクチュエータ１４を設けていることである。
【００７５】
焦点演算部１２は、画像センサ部４の出力信号に基づき、画像センサ部４の受光面に結像される結像光学系３の焦点の状態を演算する。
【００７６】
この焦点演算部１２における演算結果は、表示器１１に表示される。表示形態は、バーグラフ、アナログメータ、デジタルメータなど、作業者が数値を把握しやすい表示形態が選択できるようにしてもよいし、いずれかの表示形態に固定してもよい。焦点演算部１２の演算結果の具体的な数値に拘らない場合には、例えば表示器１１の一部に設けた表示ランプパターンや表示器１１とは別に設けた表示ランプの輝度の明暗で表示するようにしてもよい。
【００７７】
焦点演算部１２は、画像センサ部４の出力信号に基づいてデジタル演算を行い、結像の焦点が合っている度合いをコントラストの大小として数値化する。
【００７８】
例えば画像センサ部４の各画素位置における傾きの大きさを積算する。
具体的には、画像センサ部４の隣接する画素間のグレーレベルの差の２乗和を求める。この関係を数式で表わすと次式のようになる。
Σ｛Ｓ（ｋ＋１）−Ｓ（ｋ）｝２
Ｓ（ｋ）：画素の位置ｋにおける画像出力
これにより、簡単な演算で焦点の度合いを数値化できる。
なお、隣接する３個以上の画像出力からフィルタ演算により傾きに相当する値を演算したり、２乗和の代わりに絶対値和を求めてもよい。
【００７９】
他の方法として、次式により、画像出力の分散を求めてもよい。
Σ｜Ｓ（ｋ）−μ｜２
μ：全画素出力の平均値
すなわち、画像出力の分散が大きければ焦点が合っていて線分の境界も明瞭に検出できているコントラストの大きい画像と考えることができ、分散が小さければ焦点が合っていなくて線分の境界がぼやけて明瞭に検出できていないコントラストの小さい画像と考えられる。
【００８０】
手動測定の場合の手順を説明する。
まず、測定対象１に対して結像光学系３および画像センサ部４を概略位置に設置して焦点演算部１２を起動する。
次に、このような焦点演算部１２の演算出力結果の表示を見ながら、コントラストが最大になるように測定対象１と結像光学系３および画像センサ部４の位置関係を手動調整する。
そして、コントラストが最大になるように調整した後に、信号処理部７による変位測定を実行する。
【００８１】
手動の実測例によれば、従来発生していた±０．２ｍｍ程度のばらつきを±０．０５ｍｍ程度にまで改善でき、再現性の高い高精度の測定結果が得られた。
【００８２】
図１において、焦点演算部１２に焦点制御部１３とアクチュエータ１４を付加することにより、焦点演算部１２の演算出力に基づいて、結像光学系３の焦点を自動的に制御できる。
【００８３】
すなわち、焦点制御部１３は画像センサ部４を光軸方向に沿って移動可能に支持するアクチュエータ１４を駆動することにより、画像センサ部４を光軸方向に沿って移動させ、コントラストが最大になるように自動的に調整する。
【００８４】
これにより、常に正確な焦点調整が行われることになり、高精度の変位測定が実現できる。
【００８５】
なお、図１では、焦点演算部１２を信号処理部７とは独立したものとして別個に設ける例を示したが、焦点演算機能を信号処理部７に組み込んでおき、測定ステップに応じて所望の機能で動作するように切り換えてもよい。
【００８６】
これにより、信号処理部を焦点処理部としても共用でき、回路構成を簡略化できる。
【００８７】
また、図１では、アクチュエータ１４を駆動することにより画像センサ部４を光軸方向に沿って移動させる結像光学系３が固定焦点の構成を示したが、本発明は結像光学系３が可変焦点の場合にも適用できるものであり、その場合には結像光学系３をアクチュエータで光軸方向に沿って移動させればよい。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、特定のターゲットなどの付加物を用いることなく、ゲイン誤差が小さく、測定値の個人差の少ない高精度の非接触測定を行える測定対象が制限されない変位測定装置が比較的簡単な構成で実現でき、光学系の選定により顕微鏡レベルの測定から構造物の測定まで、広範囲の測定対象の変位測定に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す構成ブロック図である。
【図２】先願発明の実施の形態の一例を示す構成ブロック図である。
【図３】図２の動作説明図である。
【図４】図２の画像演算処理の説明図である。
【図５】図２の画像演算処理の説明図である。
【図６】図２の画像演算処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】図２の画像演算処理の説明図である。
【図８】図２の画像演算処理の説明図である。
【図９】図２の画像演算処理の説明図である。
【図１０】図２の画像演算処理の説明図である。
【図１１】計算量削減効果の説明図である。
【符号の説明】
１ 測定対象
２ 照明系
３ 結像光学系
４ 画像センサ部
５ クロック発生部
６ Ａ／Ｄ変換器
７ 信号処理部（ＤＳＰ）
８ 基準画像記憶部
９ 測定画像記憶部
１０ Ｄ／Ａ変換器
１１ 表示器
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種機器の振動・位置変化・速度などを光学的に測定する変位測定装置に関し、詳しくは、測定精度の改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種機器の微小な動きや振動を光学的に測定する装置として、測定対象平面にターゲットシートを貼り付けてこれにレーザー光を照射し、その反射光ビームを解析することによりＸ，Ｙ方向の変位を非接触で測定するように構成された変位測定装置が実用化されている。
【０００３】
この装置はフォトダイオードアレイによる像検出と空間フィルタ技術を用いている。すなわち、ターゲットシートはＸ，Ｙ方向に特定の空間周波数分布を持っていて、空間フィルタ構成のフォトダイオードアレイにより変位量を電気的な位相変化として検出する。位相変化から変位への変換はデジタル的に演算処理され、変位測定結果はデジタル表示されるとともにＸ，Ｙ個別にアナログ出力される。
【０００４】
ところがこのような従来の装置は、測定対象にターゲットシートを貼り付けなければならないので、測定対象が限定されてしまう。
また、ターゲットシートを貼り付けることで測定対象の慣性などが変化してしまい、正確な測定ができないという問題もある。
【０００５】
出願人は、このような問題点を解決し、測定対象を限定することなく非接触で高速に高精度の測定が行える比較的安価な「変位測定装置」として、特願２０００−５５８５７（特開２００１−２４１９１９）を出願している（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２４１９１９
【０００７】
図２は特許文献１に記載されている先願発明（以下単に先願発明という）の一例を示す構成図である。測定対象１には照明系２から測定光が照射される。測定対象１の反射光は結像光学系３を介して画像センサ部４に入射される。
【０００８】
ここで、測定対象１と結像光学系３と画像センサ部４の位置関係は、図３のように測定対象１が画像センサ部４の素子の配列方向に沿って移動変位するものとし、この方向をＸ軸方向と定義づけている。例えば画像センサ部４は１０２４個の素子が全長１．５ｍｍで配列され、測定対象１は印刷用紙であって移動方向と直交する方向に例えば線幅０．２ｍｍの多数の黒線が線幅と等しい間隔で印刷されているものとする。
【０００９】
照明系２としては、外光の影響を除くため照明光の波長を赤外光などを用いて狭波長化し、必要に応じて画像センサ部４の前面にその波長のみを通過させるフィルタを設ける。
【００１０】
結像光学系３としては、一般的な結像レンズや測定対象１との距離によって結像倍率変化の起きないテレセントリックな光学系を用いる。
【００１１】
画像センサ部４は結像光学系３によってできた実像を読み取るためのイメージセンサであり、１回の露光による画像データを保持する機能を有するライン状に多数の画素が配列されたＣＣＤリニアイメージセンサを用いる。なお、この画像センサ部４には、機械的または電気的なシャッター機能を搭載することが望ましい。
【００１２】
画像センサ部４に取り込まれた画像データはクロック発生部５から加えられるクロックに従って逐次Ａ／Ｄ変換器６に読み出され、デジタルデータに変換される。Ａ／Ｄ変換器６の出力データは、信号処理部７に取り込まれる。
【００１３】
信号処理部７は、Ａ／Ｄ変換器６から変換出力される画像データに基づいて測定対象１の変位量を演算するものであり、例えばＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）を用いる。
【００１４】
基準画像記憶部８には測定対象１の変位量を演算するための基準状態の画像データが格納され、測定画像記憶部９には測定対象１の変位量を演算するための変位状態の画像データが格納される。
【００１５】
信号処理部７の演算結果は、Ｄ／Ａ変換器１０によりアナログ信号に変換されて外部に出力されるとともに、表示器１１にデジタル的にあるいはアナログ画像として表示される。
【００１６】
装置全体の動作を説明する。
測定対象１の像が結像される画像センサ部４上には、測定対象１に応じた光量分布が現れ、画像センサ部４の出力端子から、図４に示すように各画素の光量に比例したアナログ電圧信号が逐次出力される。このアナログ電圧信号はＡ／Ｄ変換器６により逐次デジタルデータに変換され、基準状態での測定対象１の画像データＳｏは基準画像記憶部８に格納され、測定状態での測定対象画像Ｓは測定画像記憶部９に格納される。
【００１７】
その後、信号処理部７は、図５に示すように基準状態での測定対象１の画像データＳｏと測定対象画像Ｓとの両者の画像データを比較して画像センサ部４上での測定対象１の変位量ｘを求め、さらに光学倍率を乗ずることで測定対象１の実変位を求める。
【００１８】
図６は信号処理部７での処理手順の具体例を示すフローチャートである。
ステップＳＰ１において、測定対象１を基準位置に置いた時の画像を基準画像Ｓｏとして基準画像記憶部８に格納するとともに基準範囲も設定する。
【００１９】
ステップＳＰ２において、測定状態の測定対象１の画像を測定画像Ｓとして測定画像記憶部９に格納する。
【００２０】
これらステップＳＰ１，２の画像の格納シーケンスには、対象物１の像を画像センサ面に結像させた状態で（シャッターを設けている場合にはシャッターを開閉し）画像（光量）に比例した電荷を画像センサ部４の内部に貯える工程と、内部クロックに同期して画像センサ部４のデータを１画素ずつＡ／Ｄ変換してそれぞれの記憶部８，９に逐次格納することを含む。
【００２１】
ステップＳＰ３において、測定画像Ｓと基準画像Ｓ０の基準画素区間部分を比較し、基準画像Ｓ０と測定画像Ｓのずれ量ｘを計算する。
【００２２】
ステップＳＰ４において、測定形態がアブソリュート測定かインクリメンタル測定かを判断する。ここで、アブソリュート測定とは画面内で測定対象がどう動くかを測定することを意味し、インクリメンタル測定とは測定対象の画面を超える動きをサンプリング周期毎の変位を積算していくことによって測定するということを意味する。
【００２３】
アブソリュート測定の場合には、まずステップＳＰ５において、光学倍率Ａに基づいて変位量Ｘ＝Ａ＊ｘを計算する。そして、続くステップＳＰ６において、サンプリング周期Ｔに基づいて速度Ｖ＝（Ｘ−Ｘ’）／Ｔを計算する。ここでＸ’は前回の変位量である。
【００２４】
インクリメンタル測定の場合には、まずステップＳＰ７において、光学倍率Ａから、積算変位量Ｘ＝Ａ＊ｘ＋Ｘ’を計算する。続くステップＳＰ８において、サンプリング周期Ｔに基づいて速度Ｖ＝（Ｘ−Ｘ’）／Ｔを計算する。そして、続くステップＳＰ９において、測定画像記憶部９の内容を基準画像記憶部８に基準画像として更新格納（代入）する。
【００２５】
アブソリュート測定の場合もインクリメンタル測定の場合も、ステップＳＰ１０において、計算結果として得た変位量Ｘを次回の計算に用いるＸ’として格納する。
【００２６】
ここで、インクリメンタル測定によれば、測定対象が画面からはみ出るほど大きく変位した場合であっても測定周期毎の変位を積算することで測定できる。また、アブソリュート測定によれば、変位測定範囲は画面内に制限されるものの、積算に伴う誤差のない高精度測定が行える。
【００２７】
続くステップＳＰ１１において、計算結果を表示するとともに、Ｄ／Ａ変換して外部に出力する。
【００２８】
そして、ステップＳＰ１２において一連の処理が完了した否かを判断し、完了であれば全体の処理を終了し、未了であればステップＳＰ２以降の処理を完了になるまで繰り返して実行する。
【００２９】
なお、画像の電圧出力波形がなだらかで特徴がなかったり、非常に凹凸が激しい場合には、画像センサの後段の（デジタル）処理として、隣接画素間の微分（差分）演算や各種フィルタ演算、リニアライズなどの公知の演算処理を施した後に対象物体の特徴を抽出して変位量ｘの測定演算を施すことで、より汎用性、確度（再現性）を向上させることができる。
【００３０】
また基準画像と測定画像の比較手段としては、画像工学分野でよく用いられる最短距離法や相互相関法などのパターンマッチング演算を用いる。
【００３１】
最短距離法では、画像の類似度の尺度として、「式（１）または（２）に示す積算誤差量が最も少ない」という基準を用いる。本方法によるｘ推定手順は、次のようになる。
１）τを０からＮ−Ｍまで変化させ、その都度Ｒ１（τ），Ｒ２（τ）を計算する。２）計算結果に基づき、図７のようなτ−Ｒの関係図を作成する。
３）τ―Ｒ図から、最も小さな値の誤差積算量を示すτを求める。この点がｘとなる。
【００３２】
なおデジタル演算を行う場合には、和演算のみのＲ２（τ）に依る方が計算時間上有利である。
【００３３】
【数１】
【数２】
相互相関法では、画像の類似度の尺度として、「式（３）の相互相関関数の値が最も大きい」という基準を用いる。本方法によるｘ推定手順は、次のようになる。
１）τを０からＮ−Ｍまで変化させ、その都度式（３）によりＣ（τ）を計算する。２）計算値に基づき図８のようなτ−Ｃ（τ）関係図を作成する。
３）τ−Ｃ（τ）図から、最も大きな相関を示すτを求めてｘとする。
【００３６】
【数３】
【数４】
【数５】
【数６】
【数７】
図６のフローチャートでは、説明を簡単にするため、サンプリングのタイミング毎に、
１）画像センサへの測定対象画像の取込み
２）画像データのＡ／Ｄ変換、記憶部への格納
３）基準画像の比較、測定画像の比較
を順次行う形で記載したが、機能ブロックと記憶部を２系統設けて並列化駆動することにより、それぞれの処理を同時に処理することができる。例えば、測定画像記憶部を２つ（Ｓ，Ｓ’）持つことで、基準画像とＳを比較しながら次のサンプリングの画像データをＳ’に格納することができる。
【００４２】
また、ＤＳＰのような高速演算器による処理を前提にすれば、画像データ１画素のＡ／Ｄ変換時間内に１回前のＡ／Ｄ結果と基準画像の全データの前述のような比較計算を終えることも可能である。
【００４３】
このように構成することにより、例えば２０００画素の画像センサを用いた場合には、０．０５％ ｏｆ ＳＰＡＮの解像度を持つ変位測定装置が実現できる。
【００４４】
ところで、上記の基準画像と測定画像の比較演算に際して、以下に説明するいずれかまたは複数の手法を適用することで、計算の高速化が図れる。
１）計算打切り
２）Ｃｏａｒｓｅ ｔｏ Ｆｉｎｅ 法
３）予測演算
【００４５】
１）計算打切り
最短距離法においては、前述のように一つのτについてＭ×（Ｎ−Ｍ）回の差演算、絶対値（二乗）演算、積算が必要となる。ここで、τに関する誤差積算演算を（ｉを逐次増やしながら）行っていく過程で、積算値がある閾値を越えた場合にはそれ以降の積算を打切るようにすることで、大幅に全体の計算量を減らすことができる。閾値の選択方法如何では最低値が検出されない場合があるが、以下の選択方法によれば、その問題は回避される。
【００４６】
ａ）最初のτ０については閾値無しで積算演算を行う。
ｂ）次のτ１については、ａ）の積算値を閾値として打切り処置を行う。
ｃ）次のτ２については、
ｂ）の積算値＜ｂ）の閾値→ｃ）の閾値としてｂ）の積算値を用いる。
ｂ）の積算値＞ｂ）の閾値→ｃ）の閾値としてｂ）の閾値を用いる。
以後、ｃ）を繰り返す。
この方法は、同種の演算形態となる相互相関法へも適用可能である。
【００４７】
２）Ｃｏａｒｓｅ ｔｏ Ｆｉｎｅ法（図９参照）
この方法は、Ｓ（ｉ）、Ｓ０（ｉ）との比較を直接行うのではなく、式（４）または（５）のような低解像度化の処理をした画像Ｓ’（ｊ）、Ｓ’０（ｊ）について推定演算を行って変位量ｘ’を求めた後、Ｓ（ｉ）、Ｓ０（ｉ）の比較を変位量ｘ’近傍のみで行うことにより、全体としての計算量を減らす。このような低解像度化を多段に実施することも可能である。
【００４８】
データの区間ｍの平均値
【数８】
区間ｍ毎のデータ使用（間引き）
【数９】
３）予測演算（図１０参照）
この方法は、時刻ｔｎにおいてパターンマッチングの演算を行う範囲をＳ（ｉ）の全データ範囲とするのではなく、前回の変位推定値から時刻ｔｎにおける変位量ｘｎを予測し（ｘ’ｎと記す）、その位置を中心とした微小範囲（ｘ’ｎ±ｍ）についてのみ変位推定演算を行うことにより、計算量を減ずる方法である。次ステップの変位量の予測方法としては、式（６）（７）のように前回の変位、速度を使う方法等が考えられ、また式（８）のような一般化した式を用い、線形予測手法を用いて予測を行うことも可能である。
【００５１】
前回位置
ｘ’ｎ＝ｘｎ−１ （６）
前回位置、速度
ｘ’ｎ＝ｘｎ−１＋ｘｎ−１−ｘｎ−２＝２ｘｎ−１−ｘｎ−２ （７）
【００５２】
一般化
【数１０】
これらの方法による計算量の削減効果の例を図１１に示す。なお、図１１の条件は、
画素数 ： １０００画素、
基準画素範囲 ： ５００画素
使用アルゴリズム： 最短距離法（誤差絶対値積算式（１）適用）
元の計算量 ： 「差の絶対値演算＋積算」が２５万回
とする。
【００５４】
このような高速化演算処理方法を用いることにより、基準画像と測定画像の比較演算時間を大幅に短縮でき、相対的に測定サンプリング周波数を高くできて機械系の振動測定などの高速現象の測定が行える。
【００５５】
これらの方法を用いずに比較的計算量の少ない最短距離法を用いた場合には、非常に多くの計算量を要する。図１１の条件では２値の「差の絶対値演算」および積算を２５万回（＝５００×５００）繰返すことになり、仮に「差の絶対値演算」の時間が１μｓｅｃとすると、全体で２５０ｍｓｅｃもの計算時間が必要になる。このため、変位の測定サンプリング周波数は数Ｈｚ程度と低くなり、機械系の振動測定用途には不向きなものとなっていた。
【００５６】
このような高速化演算処理方法は、１次元画像センサの画像出力処理のみならず、２次元画像センサの画像出力処理の高速処理にも有効である。
【００５７】
なお図２の実施例では図６のフローチャートの機能を有する信号処理部に市販の１次元センサとレンズ（結像光学系）と照明系を組合せた構成を示したが、製品形態はこれに限るものではなく、処理部のみを一つの製品としたり、信号処理部を波形測定器等に組込んだり、これら全てを一体の装置として構成したものであってもよい。
【００５８】
また回転体の微小部分の変位測定をすることで、回転体の回転数や回転角も測定できる。この場合、回転体にターゲットシートやエンコード板などの付加質量を取りつけることなく回転体自体の画像データに基づいて回転体の回転数や回転角度を非接触で測定でき、微小な回転体であっても付加質量による損失を伴うことなく高精度に測定できる。
【００５９】
インクリメンタルな測定が可能であることから、例えば自動車の速度を測定する速度計へも適用可能である。
【００６０】
ところが、このような構成の測定装置によれば、結像光学系３として例えば一般的な結像レンズを用いた場合、結像レンズと測定対象１との距離の変動によって撮像倍率が大きく変化し、変位測定結果にゲイン誤差が生じてしまう。
【００６１】
結像光学系３として例えばテレセントリック光学系を用いた場合には、一般的な結像レンズに比べてゲイン誤差は小さくできるものの、測定作業者による測定値の個人差が生じることは避けられない。
【００６２】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、高精度の測定を行うために、画像センサ部４の出力信号波形を作業者がオシロスコープなどで観測しながら、結像光学系３の焦点を調整することが行われているが、個人差として±０．２ｍｍ程度のばらつきが生じることは避けられない。
【００６３】
本発明は、このような問題点を解決するものであり、その目的は、ゲイン誤差が小さく、測定値の個人差の少ない高精度の測定が行える変位測定装置を提供することにある。
【００６４】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成する請求項１の発明は、
測定対象に測定光を照射する照明系と、
測定対象の反射光を画像センサ部に入射する結像光学系と、
画像センサ部の出力信号に基づき測定対象の変位量を算出する信号処理部と、
画像センサ部の出力信号に基づき結像光学系の焦点の状態を演算する焦点演算部と、
焦点演算部の演算結果を表示する表示部、
とで構成されたことを特徴とする変位測定装置である。
【００６５】
請求項２の発明は、請求項１記載の変位測定装置において、
画像センサ部はライン状に多数の画素が配列された１次元画像センサであり、
焦点演算部は、画像センサ部の隣接する画素間の出力信号に基づき焦点の状態を演算することを特徴とする。
【００６６】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２記載の変位測定装置において、
表示部は、焦点演算部の演算結果を、バーグラフ、アナログメータおよびデジタルメータのいずれかの形態で表示することを特徴とする。
【００６７】
請求項４の発明は、請求項１または請求項２記載の変位測定装置において、
焦点演算部の演算結果を、表示ランプの輝度の明暗で表示することを特徴とする。
【００６８】
請求項５の発明は、請求項１または請求項２記載の変位測定装置において、
可聴音で出力することを特徴とする。
【００６９】
これらにより、表示部に表示あるいは表示部から出力される焦点演算部の演算結果を参照して、結像光学系の焦点を最適に調整でき、測定対象の変位を高精度で測定できる。
【００７０】
請求項６の発明は、
測定対象に測定光を照射する照明系と、
測定対象の反射光を画像センサ部に入射する結像光学系と、
画像センサ部の出力信号に基づき測定対象の変位量を算出する信号処理部と、
画像センサ部の出力信号に基づき結像光学系の焦点の状態を演算する焦点演算部と、
焦点演算部の演算結果に基づき結像光学系の焦点を自動的に制御する焦点制御部、
とで構成されたことを特徴とする。
【００７１】
これにより、結像光学系の焦点を常に最適に調整でき、安定した高精度の測定が行える。
【００７２】
請求項７の発明は、請求項１または請求項６記載の変位測定装置において、
焦点演算部として、信号処理部を切り換えて駆動することを特徴とする。
【００７３】
これにより、信号処理部を焦点処理部としても共用でき、回路構成を簡略化できる。
【００７４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施の形態の一例を示す構成図であり、図２と共通する部分には同一の符号を付けて、重複する部分のそれらの説明は省略する。
図１と図２の異なる点は、図１には、焦点演算部１２と焦点制御部１３とアクチュエータ１４を設けていることである。
【００７５】
焦点演算部１２は、画像センサ部４の出力信号に基づき、画像センサ部４の受光面に結像される結像光学系３の焦点の状態を演算する。
【００７６】
この焦点演算部１２における演算結果は、表示器１１に表示される。表示形態は、バーグラフ、アナログメータ、デジタルメータなど、作業者が数値を把握しやすい表示形態が選択できるようにしてもよいし、いずれかの表示形態に固定してもよい。焦点演算部１２の演算結果の具体的な数値に拘らない場合には、例えば表示器１１の一部に設けた表示ランプパターンや表示器１１とは別に設けた表示ランプの輝度の明暗で表示するようにしてもよい。
【００７７】
焦点演算部１２は、画像センサ部４の出力信号に基づいてデジタル演算を行い、結像の焦点が合っている度合いをコントラストの大小として数値化する。
【００７８】
例えば画像センサ部４の各画素位置における傾きの大きさを積算する。
具体的には、画像センサ部４の隣接する画素間のグレーレベルの差の２乗和を求める。この関係を数式で表わすと次式のようになる。
Σ｛Ｓ（ｋ＋１）−Ｓ（ｋ）｝２
Ｓ（ｋ）：画素の位置ｋにおける画像出力
これにより、簡単な演算で焦点の度合いを数値化できる。
なお、隣接する３個以上の画像出力からフィルタ演算により傾きに相当する値を演算したり、２乗和の代わりに絶対値和を求めてもよい。
【００７９】
他の方法として、次式により、画像出力の分散を求めてもよい。
Σ｜Ｓ（ｋ）−μ｜２
μ：全画素出力の平均値
すなわち、画像出力の分散が大きければ焦点が合っていて線分の境界も明瞭に検出できているコントラストの大きい画像と考えることができ、分散が小さければ焦点が合っていなくて線分の境界がぼやけて明瞭に検出できていないコントラストの小さい画像と考えられる。
【００８０】
手動測定の場合の手順を説明する。
まず、測定対象１に対して結像光学系３および画像センサ部４を概略位置に設置して焦点演算部１２を起動する。
次に、このような焦点演算部１２の演算出力結果の表示を見ながら、コントラストが最大になるように測定対象１と結像光学系３および画像センサ部４の位置関係を手動調整する。
そして、コントラストが最大になるように調整した後に、信号処理部７による変位測定を実行する。
【００８１】
手動の実測例によれば、従来発生していた±０．２ｍｍ程度のばらつきを±０．０５ｍｍ程度にまで改善でき、再現性の高い高精度の測定結果が得られた。
【００８２】
図１において、焦点演算部１２に焦点制御部１３とアクチュエータ１４を付加することにより、焦点演算部１２の演算出力に基づいて、結像光学系３の焦点を自動的に制御できる。
【００８３】
すなわち、焦点制御部１３は画像センサ部４を光軸方向に沿って移動可能に支持するアクチュエータ１４を駆動することにより、画像センサ部４を光軸方向に沿って移動させ、コントラストが最大になるように自動的に調整する。
【００８４】
これにより、常に正確な焦点調整が行われることになり、高精度の変位測定が実現できる。
【００８５】
なお、図１では、焦点演算部１２を信号処理部７とは独立したものとして別個に設ける例を示したが、焦点演算機能を信号処理部７に組み込んでおき、測定ステップに応じて所望の機能で動作するように切り換えてもよい。
【００８６】
これにより、信号処理部を焦点処理部としても共用でき、回路構成を簡略化できる。
【００８７】
また、図１では、アクチュエータ１４を駆動することにより画像センサ部４を光軸方向に沿って移動させる結像光学系３が固定焦点の構成を示したが、本発明は結像光学系３が可変焦点の場合にも適用できるものであり、その場合には結像光学系３をアクチュエータで光軸方向に沿って移動させればよい。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、特定のターゲットなどの付加物を用いることなく、ゲイン誤差が小さく、測定値の個人差の少ない高精度の非接触測定を行える測定対象が制限されない変位測定装置が比較的簡単な構成で実現でき、光学系の選定により顕微鏡レベルの測定から構造物の測定まで、広範囲の測定対象の変位測定に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す構成ブロック図である。
【図２】先願発明の実施の形態の一例を示す構成ブロック図である。
【図３】図２の動作説明図である。
【図４】図２の画像演算処理の説明図である。
【図５】図２の画像演算処理の説明図である。
【図６】図２の画像演算処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】図２の画像演算処理の説明図である。
【図８】図２の画像演算処理の説明図である。
【図９】図２の画像演算処理の説明図である。
【図１０】図２の画像演算処理の説明図である。
【図１１】計算量削減効果の説明図である。
【符号の説明】
１ 測定対象
２ 照明系
３ 結像光学系
４ 画像センサ部
５ クロック発生部
６ Ａ／Ｄ変換器
７ 信号処理部（ＤＳＰ）
８ 基準画像記憶部
９ 測定画像記憶部
１０ Ｄ／Ａ変換器
１１ 表示器
Claims (7)
- 測定対象に測定光を照射する照明系と、
測定対象の反射光を画像センサ部に入射する結像光学系と、
画像センサ部の出力信号に基づき測定対象の変位量を算出する信号処理部と、
画像センサ部の出力信号に基づき結像光学系の焦点の状態を演算する焦点演算部と、
焦点演算部の演算結果を表示する表示部、
とで構成されたことを特徴とする変位測定装置。 - 画像センサ部はライン状に多数の画素が配列された１次元画像センサであり、
焦点演算部は、画像センサ部の隣接する画素間の出力信号に基づき焦点の状態を演算することを特徴とする請求項１記載の変位測定装置。 - 表示部は、焦点演算部の演算結果を、バーグラフ、アナログメータおよびデジタルメータのいずれかの形態で表示することを特徴とする請求項１または請求項２記載の変位測定装置。
- 表示部は、焦点演算部の演算結果を、表示ランプの輝度の明暗で表示することを特徴とする請求項１または請求項２記載の変位測定装置。
- 表示部は、焦点演算部の演算結果を、可聴音で出力することを特徴とする請求項１または請求項２記載の変位測定装置。
- 測定対象に測定光を照射する照明系と、
測定対象の反射光を画像センサ部に入射する結像光学系と、
画像センサ部の出力信号に基づき測定対象の変位量を算出する信号処理部と、
画像センサ部の出力信号に基づき結像光学系の焦点の状態を演算する焦点演算部と、
焦点演算部の演算結果に基づき結像光学系の焦点を自動的に制御する焦点制御部、
とで構成されたことを特徴とする変位測定装置。 - 焦点演算部として、信号処理部を切り換えて駆動することを特徴とする請求項１または請求項６記載の変位測定装置。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100465830C (zh) * | 2007-02-09 | 2009-03-04 | 上海大学 | 一种采用usb接口的便携式振动控制器 |
| JP2009525464A (ja) * | 2006-01-30 | 2009-07-09 | ビシカメト オサケ ユキチュア | 表面の並進運動を測定する方法と装置 |
| US7659996B2 (en) | 2006-11-08 | 2010-02-09 | Ricoh Company, Ltd. | Relative position detection device and detector for rotary body and image forming apparatus including the relative position detection device |
| US8027516B2 (en) | 2005-10-17 | 2011-09-27 | Ricoh Company, Ltd. | Image forming apparatus including position detector |
| JP2018185251A (ja) * | 2017-04-27 | 2018-11-22 | セイコーエプソン株式会社 | ロボットおよびプリンター |
-
2002
- 2002-09-24 JP JP2002276593A patent/JP2004117010A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8027516B2 (en) | 2005-10-17 | 2011-09-27 | Ricoh Company, Ltd. | Image forming apparatus including position detector |
| JP2009525464A (ja) * | 2006-01-30 | 2009-07-09 | ビシカメト オサケ ユキチュア | 表面の並進運動を測定する方法と装置 |
| US8107089B2 (en) | 2006-01-30 | 2012-01-31 | Visicamet Oy | Method and measuring device for measuring translation of surface |
| US7659996B2 (en) | 2006-11-08 | 2010-02-09 | Ricoh Company, Ltd. | Relative position detection device and detector for rotary body and image forming apparatus including the relative position detection device |
| CN100465830C (zh) * | 2007-02-09 | 2009-03-04 | 上海大学 | 一种采用usb接口的便携式振动控制器 |
| JP2018185251A (ja) * | 2017-04-27 | 2018-11-22 | セイコーエプソン株式会社 | ロボットおよびプリンター |
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