JP2008039535A - 画像相関変位計 - Google Patents

Abstract

【課題】画像相関変位計で測定位置の特定を容易とする。
【解決手段】コヒーレント光の照明手段（レーザ２０、半導体レーザ５２）を備え、コヒーレント光の照明により得られるスペックル画像の相関から、測定対象の面内変位を測定する画像相関変位計において、非コヒーレント光の照明手段（白色光源４０、ＬＥＤ光源５０）を備えて、物体画像も得られるようにする。ここで、前記コヒーレント光の照明と非コヒーレント光の照明を同期して切り替えるようにすることができる。又、前記コヒーレント光の照明による動作と非コヒーレント光の照明による動作を含む動作モードを選択可能とすることができる。更に、前記物体画像を相関処理して、測定対象の位置を特定する手段（パターンマッチング回路５８）を備えることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、コヒーレント光の照明手段を備え、コヒーレント光の照明により得られるスペックル画像の相関から、測定対象の面内変位を測定する画像相関変位計に関する。特に、測定位置を容易に特定することが可能な画像相関変位計に関する。

スケールを用いることなく、二次元変位を非接触・高分解能で検出できる変位計として、特許文献１、２や非特許文献１に記載されているように、図１に示す如く、レーザ２０からコリメートレンズ２２によりコリメートされたコヒーレントな光ビーム（投光ビームとも称する）２４を、ワーク１０等の測定対象に投光し、測定対象面１１の起伏により発生したスペックルパターンを、レンズ３０、ピンホール３２を介して、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子３４で受光して、画像相関によりＸＹ方向（図１の前後左右方向）（面内方向と称する）の変位を測定する画像相関変位計が知られている。

又、特許文献３には、レーザダイオードと（ＬＤ）発光ダイオード（ＬＥＤ）を併用して、画像表示装置のスペックルノイズを激減させることが記載されている。

特開２００２−１３９４８５号公報 特開２００６−１８４０９１号公報 特開２００５−３３８５２０号公報 「ミツトヨ ナノ分解能の二次元画像エンコーダー 構造体の微小変位を非接触で測定」日経先端技術６９号（２００４．９．１３）

しかしながら、このような画像相関変位計において得られるスペックル画像は、ＩＣのリード部分で例示すると図２（Ａ）に示す如くであり、図２（Ｂ）に示すような同じ部分の通常の物体画像のノイズ成分と見做されるため、例えばリード部分のエッジ等により測定位置を特定することが困難である。従って、例えば異なるスペックル画像間で測定位置を合わせるのが難しいという問題点を有していた。

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、画像相関変位計における測定位置の特定を容易とすることを課題とする。

本発明は、コヒーレント光の照明手段を備え、コヒーレント光の照明により得られるスペックル画像の相関から、測定対象の面内変位を測定する画像相関変位計において、非コヒーレント光の照明手段を備え、物体画像も得られるようにして、前記課題を解決したものである。

前記コヒーレント光の照明と非コヒーレント光の照明を同期して切り替える切替手段を備えることができる。

又、前記コヒーレント光の照明による動作と非コヒーレント光の照明による動作を含む動作モードを選択する手段を備えることができる。

更に、前記物体画像を相関処理して、測定対象の特定位置を検出する手段を備えることができる。

本発明によれば、非コヒーレント光の照明により物体画像を得ることによって、測定位置の特定が容易となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明の第１実施形態は、図１に示した従来と同様の画像相関変位計において、図３に示す如く、非コヒーレント光の照明手段である白色光源４０と、該白色光源４０による非コヒーレント光の照明と、コヒーレント光の照明手段であるレーザ２０によるコヒーレント光の照明を切り換えるための切替機構４２とを追加し、スペックル画像の測定時と、例えば目視による物体画像の観察時で、光源を切替えられるようにしたものである。

図において、４４は、白色光源４０の光が、スペックル画像を観測するための固体撮像素子３４に入射しないようにするための遮光ガイドである。

前記白色光源４０は、干渉現象が起こり難い（スペックルの発生し難い）非コヒーレント光の光源であれば良く、例えばハロゲンランプ、蛍光灯、発光ダイオード（ＬＥＤ）等を用いることができる。又、白色でなく単色であっても良い。

前記切替機構４２は、例えば電源切替スイッチとしたり、あるいは、各光源２０、４０の直前に設けたシャッタ機構４６、４８の駆動回路とすることができる。

なお、レーザ２０側は点灯したままとしたり、あるいは、シャッタ４６を省略することもできる。

本実施形態においては、先ず白色光源４０により測定対象面１１を照明し、物体画像を観察しながら位置合せを行なった後に、切替機構４２により、白色光源４０をオフとするか、シャッタ４８を閉じて、レーザ２０により測定対象面１１を照明し、従来と同様にスペックル画像を得て、面内変位を測定することができる。

次に、図４を参照して、本発明の第２実施形態を詳細に説明する。

本実施形態は、第１実施形態と同様の画像相関変位計において、固体撮像素子３４と同期をとるため、非コヒーレント光の照明手段を高速でオンオフ可能なＬＥＤ光源５０とすると共に、コヒーレント光の照明手段を半導体レーザ５２（ＬＤ）とし、同期回路５４により固体撮像素子３４の撮像／データ転送タイミングに合わせて、図５に例示するように光源を切り替え、スペックル画像による面内変位の測定と、物体画像の観察を短時間で交互に行なえるようにしたものである。これにより、測定と観察をほぼ同時に行なうことが可能になる。

次に、本発明の第３実施形態を詳細に説明する。

本実施形態は、第２実施形態において、更に、前記同期回路５４による同期タイミングを変えることにより動作モードを変えるためのモード選択スイッチ５６を設けたものである。

前記モード選択スイッチ５６により、例えば次の動作モードが選択可能とされる。

（１）ＬＥＤ光源５０をオフに固定した状態で動作させ、スペックル画像による測定処理のみを行なうモード。

（２）ＬＥＤ光源５０をオンにするタイミングを、画像の更新がビデオレートの周期に近くなるよう、３３Ｈｚ程度の周期に設定し、物体画像の更新に違和感を生じないようにするモード。この場合、全体が１００Ｈｚであれば、スペックル画像による測定は残りの６６Ｈｚで行う。

（３）図５に示したように、ＬＥＤ光源５０と半導体レーザ５２を、例えば５０Ｈｚで交互にオンオフして、測定と観察をほぼ同時に行えるようにするモード。

（４）半導体レーザ５２をオフに固定した状態で動作させ、物体画像のみを出力するモード。

上記のようなモードを切替可能とすることによって、測定の状況に応じた動作が実現可能になる。

第１乃至第３実施形態において、白色光源４０又はＬＥＤ光源５０使用時の画像（物体画像）に対して、図６に第３実施形態で例示する如く、例えばパターンマッチング回路５８による画像相関処理を行なって、測定対象の位置を検出することができる。

このようにした本発明の第４実施形態における処理手順の例を図７に、タイムチャートを図８に示す。

まず図７のステップＳ１で、図９に例示するような比較測定したいワーク１０の特定位置に、図１０に示す如くマーキング１２を行なう。このマーキング１２は、画像のパターンマッチングで誤検出しないものであれば良く、例えばワーク１０の形状自体が、リード等の特定形状であれば、マーキングを省略することもできる。

次いでステップＳ２でマーキング画像を記憶する。

次いでステップＳ３で、測定するワークを選択する。

次いでステップＳ４で、図８に示した如く、ＬＥＤ光源５０を点灯し（撮像１のタイミング）、特定位置検出処理を行って（撮像２のタイミング）、図１０に矢印Ａで示す如く、固体撮像素子３４の測定可能エリア３６の中心（測定中心と称する）３６Ｃがワーク１０の特定位置、例えば中心と一致するようにする。

ステップＳ５で、測定中心３６Ｃがワーク１０の特定位置に導かれたと判定されたときはステップＳ６で、ワーク１０へ力、熱等の外力を加えながら、半導体レーザ５２を点灯して、面内変位を検出する（撮像３のタイミング）。

なお、1回の撮像で特定位置を測定中心に合わせることができなかった場合には、図８に破線で示す如く、ＬＥＤ光源を再度オンとして物体画像を再取得することもできる。

ステップＳ７で当該ワークの測定が終了したときには、ステップＳ３に戻り、次のワークを選択する。

本実施形態によれば、測定したい位置の検出が容易になると共に、測定位置の再現性を向上させることができる。

前記実施形態においては、いずれも、コヒーレント光源（２０、５２）と非コヒーレント光源（４０、５０）が別体とされていたので、照明の切替えが容易である。なお、特許文献３に記載されているような、レーザダイオードと発光ダイオードの併用光源を用いて、単一の光源でコヒーレント光の照明と非コヒーレント光の照明を行なうことも可能である。

特許文献１に記載された画像相関変位計の構成を示す断面図 従来の問題点を説明するための、同一部位の（Ａ）スペックル画像と（Ｂ）物体画像の例を比較して示す図 本発明の第１実施形態の構成を示す断面図 同じく第２及び第３実施形態の構成を示す断面図 第２実施形態の同期タイミング例を示すタイムチャート 本発明の第４実施形態の構成を示す断面図 同じく測定手順を示す流れ図 同じく処理タイミング例を示すタイムチャート 同じく測定ワークを示す平面図 同じくワークと測定可能エリアの関係の例を示す平面図

符号の説明

１０…ワーク
１１…測定対象面
１２…マーキング
２０…レーザ
３４…固体撮像素子
３６…測定可能エリア
３６Ｃ…測定中心
４０…白色光源
４２…切替機構
５０…ＬＥＤ光源
５２…半導体レーザ
５４…同期回路
５６…モード選択スイッチ
５８…パターンマッチング回路

Claims (4)

1. コヒーレント光の照明手段を備え、コヒーレント光の照明により得られるスペックル画像の相関から、測定対象の面内変位を測定する画像相関変位計において、
   非コヒーレント光の照明手段を備えて、物体画像も得られるようにしたことを特徴とする画像相関変位計。
2. 前記コヒーレント光の照明と非コヒーレント光の照明を同期して切り替える切替手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の画像相関変位計。
3. 前記コヒーレント光の照明による動作と非コヒーレント光の照明による動作を含む動作モードを選択する手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像相関変位計。
4. 前記物体画像を相関処理して、測定対象の特定位置を検出する手段を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の画像相関変位計。