JP2009525464A - 表面の並進運動を測定する方法と装置 - Google Patents

Abstract

検出器列（１０２）の方向を表面（１０４）の主運動方向に等しくし、表面（１０４）を、少なくとも１検出器（１００）の検出器列（１０２）により反復的に検出すると同時に、表面（１０４）と検出器（１００）間の距離を検出し、拡大データ及び応答列を作成する。連続的な応答列が応答マトリックスに構成され、マトリックス内の少なくとも１曲線の方向が検出される。表面（１０４）の並進運動が、拡大データに基づいて、少なくとも１曲線又は曲線部分の単数又は複数の方向によって形成される応答マトリックス内で検出される。

Description

本発明は、表面の並進運動を測定する方法と装置に関するものである。

２つの画像の相関値は、表面の運動、上行、下行、傾斜、形状変化、不動性を検出するさいに使用できる。２画像が類似している場合、表面は不変化のままで、相関値は高い。他方、画像間に相違がある場合には、表面が何らかの仕方で変化し、それにより相関値は減少する。画像の運動を時間及び位置について相互に比較して最大相関値を求めることで、被測定表面の運動についての情報を得ることができる。

表面の運動速度も、運動する表面の画像列を運動方向で作成して、画像列を画像マトリクスに構成することで測定できる。マトリクス内の複数の線の角度係数は、表面速度の検出に利用できる。この解決策は、フィンランド特許８０５２５に記載されている。

しかし、先行技術による諸解決策には問題がある。相関を可能にするには、被測定表面に比較可能な画像が存在する必要がある。相関及び種々の速度測定の利用には問題があるのに加えて、（ほとんど）不動の表面、前進・後進する表面、一義的に検出可能な速度で運動するとは限らない不規則な速度の表面を測定することは、難しいか又は不可能である。

本発明の目的は、改良された方法と該方法を実施する装置とを得ることである。この目的は、表面の並進運動を測定することで達せられるが、その場合、被測定対象の運動は、少なくとも１つの主運動方向を有しているものとする。この方法は、更に、検出器列の方向を表面の主運動方向と等しくして、少なくとも１検出器を有する検出器列により表面を反復的に検出すると同時に、拡大データ及び応答列を作成するため、表面と検出器間の距離を検出する段階と、連続的な応答列を応答マトリックスに構成する段階と、各応答マトリックス内の少なくとも１曲線の方向を検出する段階と、拡大データに基づいて、少なくとも１曲線又は曲線部分を単数又は複数の方向により形成された応答マトリックス内で表面の並進運動を検出する段階とを含んでいる。

本発明は、また表面の並進運動を測定する測定装置に関するものでもある。この測定装置は、検出器列を含む少なくとも１検出器と、拡大データ検出のために、表面と検出器間の距離を測定する検出器と、信号処理ユニットとを含んでおり、応答列を作成するため、各検出器列が、被測定対象の表面を連続的に検出するように構成され、該表面が少なくとも１主運動方向を有し、各検出器列の方向が表面の主運動方向と等しくなるように設定されており、前記信号処理ユニットが距離情報を受取るように構成され、各検出器列により形成される応答列が、各検出器列に関係する連続的な応答列の応答マトリックスを形成し、かつ各応答マトリックス内の少なくとも１曲線の方向を検出し、前記信号ユニットが、また拡大データに基づいて、少なくとも１つの曲線又は曲線部分の単数又は複数の方向により形成される応答マトリックス内での表面並進運動を検出するように構成されている。

本発明の複数好適実施例が従属請求項に開示されている。
本発明による方法と装置により、幾つかの利点を得ることができる。被測定表面の品質によって、測定が制限されることは、ほとんど全くない。更に、表面の運動が連続的か規則的かを予想する必要もなく、表面が故障により不動であっても差し支えない。
本発明を、以下で添付図面を参照して、複数好適実施例により更に詳しく説明する。

本発明の解決策は、パターン化された表面の測定に適用でき、その表面は、木の表面、紙の表面、金属表面、道路の表面、布の表面、その他の類似の表面でよく、表面の検出された信号応答は、適当な拡大率が使用された場合には変化する。パターン化された表面は、検出されるパラメータに応じて応答が変化する表面と言える。このパラメータとは、強度、波長、これらの組み合わせ、その他の特性であり、その他の特性とは、使用された波長で表面から検出される特性であり、その応答値は応答列に編集され、応答列が更にマトリックスに編集される。このように形成された応答マトリックスでは、パターンの応答変化が曲線として検出されるが、該曲線は、線とも呼ぶことができる。曲線の幅と相互間隔は、被測定表面に応じて変化する。曲線の方向は測定にとって重要である。適用範囲には、半導体のディスク、紙及び／又はボード、金属のストリップ及び／又はシート、その他類似物の品質管理が含まれるが、これらに限定はされない。

図１Ａは、測定装置のシステム図の一例を示すものである。測定装置は、検出素子を有するマトリックス１０２又は列を含む検出器１００と、信号処理ユニット１０８と、おそらく放射源１１４とを含んでいる。検出器１００は、例えば携帯電話に搭載されるようなカメラでよい。放射線源１１４が利用可能で、それが使用される場合は、被測定対象の表面１０４を照射できるので、帯状の検出区域１０６全体が照射される。図１Ａから離れると、被測定対象１１６は、検出器１００と放射線源１１４間に配置することができ、その場合には、放射線源１１４から発せられる放射線は、被測定対象を透過する。放射線源１１４は、例えばガンマ線、Ｘ線、光学放射線、無線周波数放射線等の電磁放射線、例えば超音波等の音響放射線、粒子線を放射できる。検出器列１０２は、検出区域１０６を検出し、その検出に対応する電気信号を信号処理ユニット１０８へ送り、測定データを発生させる。信号処理ユニット１０８は、検出器１００の動作と放射線源１１４とを制御する。更に、測定装置は、例えばデータ・ネットワークを介して外部装置と通信できる。測定装置は、その電源として公共の電気網又はバッテリを使用できる。

次に、図１Ｂを参照して、上述の測定上の解決策を説明する。この解決策では、検出器１００が、例えば、検出器１００の検出器列１０２により表面１０４の画像を作り出す。画像化光学素子の代わりに、非画像化光学素子を使用してもよい。検出器列１０２の複数検出器による一連の画像化区域により、表面１０４上に帯状の検出区域１０６が作り出される。画像化区域は、検出区域とも呼ぶことができるが、この実施例では、「画像化区域」の語を使用する。検出器列１０２は、少なくとも２つの検出素子、すなわち画素１０２０を含んでいる。

市販の列検出器は、数個から数千の検出素子を１列に含み、隣接する複数列が用いられる場合は、検出素子数は数百万まで増大する。検出器列１０２により、表面１０４は画像化される。つまり、より一般的に言えば、目標周波数で連続的に検出され、その周波数は、表面の主運動又は表面の並進運動に合わせて調節できる。検出に当って、１日又は１ヶ月に１度、画像化を行えば十分な現象もある。最高の画像化周波数は検出器の動作によって制限されるが、１０００画素の列検出器では、約１００ｋＨｚの周波数が使用できる。単なる列検出器の代わりに、マトリックス検出器を使用することも好都合であり、その場合には、１列以上の画素列のマトリックス検出器が、列検出器として機能できる。マトリックス検出器は、交差検出列を使用することにより、検出器と被測定表面間の傾斜を、検出された列と交差する方向で検出するのに用いることができる（図４Ａ及び図４Ｂ参照）。

表面１０４の主運動方向は、矢印で示されている。表面の主運動とは、表面が連続的に行う一義的に明確な運動を言う。主運動方向に動く対象の並進運動と、他の場合に、主運動と平行に、しかし表面に沿って測定された並進運動とは、当該表面部分が主運動と平行な場合には、等しくなる。表面の並進運動とは、対象の主運動からそれる運動又は僅かな運動ｓを言う。これらの運動には、検出器列へ向う、又は離れる方向で動く表面の運動、検出器列に対する表面の（又はその逆の）傾斜の動き、不動の対象の表面の局所的な変容及び／又は表面の僅かな動きが含まれる。

この測定装置は、表面の平面方向で表面速度を、次のように実施される先行技術の形式で検出するのに使用できる。すなわち、検出器列１０２の少なくとも２つの連続的な画像列を、信号処理ユニット１０８のメモリ又は複数応答列全体のメモリ内に収集することによって、応答列を応答マトリックスに編集できる。応答マトリックス内では、強度その他の特性が環境から外れる複数のドットが線状の曲線を形成するが、それらの曲線の方向は表面の運動に依存する。

位置及び時間の軸は、測定幾何形状に応じて選択でき、その場合、各曲線の方向を記述する角度係数が、応答マトリックスを畳み込むことで測定され、それにより、例えば、位置軸及び時間軸と平行な勾配を得ることができる。その場合、角度係数は、これらの勾配間の関係として得られ、該係数に比例する速度又は値が、応答マトリックス内の各ドットについて検出できる。測定精度は、更に、各応答列の速度値を平均化することで高めることができる。平均値に含めるべき値の選択は、予め定めた値を超える平方和を有する値のみを、合計すべき値に取り入れることで制御できる。こうすることで、応答マトリックスの複数線の１つに含まれる複数ドットのみが、平均化される値に取入れられる。この種の解決策はフィンランド特許８０５２７に詳説されている。

別の先行技術による解決策には、運動する表面を２点で検出し、表面が測定点間を並進運動するのに要する時間を相関に基づいて検出する作業が含まれている。時間の代わりに、表面速度を検出してもよい。測定は、検出素子の信号を直接に相関させることで、又は検出素子の周波数応答を相関させることで実施できるが、周波数応答は、表面１０４の構造及び／又はパターン付けの有無に依存する。この種の測定装置は、図１Ａに従って実現でき、その場合、相関は、２検出素子の応答信号間、又は所望の２検出素子から成る群の応答信号間で形成できる。表面の並進運動測定で同時に使用される拡大データは、検出器と被検出表面間の距離を、被検出区域で出来るだけ精確かつ包括的に測定することにより検出できる。

図１Ｃの場合、拡大データは２つの検出器によって検出される。図１Ｃには、２つの検出器（例えばカメラ）１２０，１２２を用いる解決策が示されている。これらの検出器は、被測定表面１０４を２つの異なる拡大率で検出するが、検出器１００に事実上似たものでよい。検出器列とそれらの光学素子は、主運動方向に共通の光学平面を有するように配置される。太い線１５０は、双方の検出器が共に検出する線に類似する区域を示している。

拡大率Ｍは関係Ｌ／Ｆによって決定できるが、この場合、Ｌは検出器からの被測定対象の距離であり、Ｆは光学素子の焦点距離である。異なる拡大率は、例えば次の構成によって実現できる。異なる距離Ｌ１，Ｌ２及び／又は異なる焦点距離Ｆ１，Ｆ２を設定する。光学素子の１つはテレセントリックにすることもできる。異なる拡大率は、光学素子の１つを透過する光学信号を、例えばビーム・スプリッタ（図１Ｃには図示せず）により、異なる距離に配置された２検出器列に分割することで実現できる。２つの拡大率の利用は、また縁部が一方の画素から他方の画素へ移動する場合に、前縁及び後縁の並進運動の測定に焦点を合わせたものである（図７Ａ−図８Ｂ）。この焦点合わせは、１つ以上の検出器の信号応答の利用及び距離に基づいている。拡大データは、また別個の距離測定によっても検出でき、その場合には、検出器１２２は、例えば距離を検出できる。

図１Ｄには、既述の解決策の異なる計量処理が示されている。検出器１２０の焦点距離はＦ１であり、検出器１２２の焦点距離がＦ２である。被測定表面１０４からの検出器１２０の距離はＬ１であり、被測定表面１０４からの検出器１２２の距離はＬ２である。検出器１２０に形成される対象Ｓ０の画像の画素寸法はＰ１、検出器１２２に形成される対象Ｓ０の画像の画素寸法はＰ２である。簡単化するために、双方の検出器１２０，１２２の画素寸法は、等しい値、すなわちＰＬとすることができる。被測定対象の寸法はＳ０であり、検出器間の距離はΔＬである。検出器１２０の拡大率Ｍ１は、Ｍ１＝Ｌ１／Ｆ１であり、検出器１２２の拡大率Ｍ２は、Ｍ２＝Ｌ２／Ｆ２である。次式は、距離Ｌ２がＬ２＝Ｌ１＋ΔＬの場合に妥当する。Ｓ０＝Ｐ１^＊Ｍ１^＊ＰＬ＝Ｐ２^＊Ｍ２^＊ＰＬであるから、次式を導き出すことができる：
Ｌ１＝［Ｐ２^＊ΔＬ^＊Ｐ１］／［Ｐ１^＊Ｆ２−Ｐ２^＊Ｆ１］ （１）

対象の画像寸法Ｐ１，Ｐ２は、式（１）での定数なので、画像での対象の寸法Ｐ１，Ｐ２は、被測定表面１０４の距離及び／又は測定中の距離変動を検出することにより決定できる。距離変動は、被測定対象表面１０４の高さ又は形状の変動を意味することがしばしばある。少なくとも部分的に等しい検出区域を測定する２つの類似する検出器を使用することで、対象及び表面の並進運動及び速度を精密かつ冗長性をもって測定できる。この測定は、１つだけのドットによってではなく、列のマトリックス全体によって行われる点で従来式の測定とは異なっている。更に、並進運動及び速度の測定に２つの別の検出器が、自己診断用に使用されることで、並進運動及び速度が２つの検出器によって別々に測定され、その結果を相互比較することができる。その結果が互いに異なり過ぎる場合には、どちらかの検出器に関係する測定装置部分に欠陥がある。

図２Ａに示した状況は、表面１０４が検出器列１０２に接近する状況である。応答マトリックス１０は、幾つかの検出器列１−６を平行に構成することで形成されている。応答マトリックス１０には、測定原則を表す時間の連続的な瞬間ｔ_１−ｔ_ｎと、列に含まれる幾つかの検出素子とが示されている。表面１０４が検出器列に接近するので、応答マトリックス１０の曲線２００−２０４は互いに末拡がりになるように見える。実際には、これらの曲線は、検出素子の精度によって可視的になるのだが、この例の場合、曲線は、測定原則を分かり易くするために示されている。曲線の方向は、曲線の角度φ又は角度係数ｋｋを検出することで測定できるが、これらは互いに従属し、ｔａｎ（φ）＝ｋｋの関係にあり、この場合、ｔａｎ（）は接線三角関数である。曲線の角度係数と被測定対象の速度との間には、従属関係ｖ＝ｋ^＊ｋｋの存在が考えられる。この場合、ｋは、定数であり、かつ計算又は実験によって決定できる。

定数ｋは、例えば、測定に使用された拡大率に従属する。概して、定数ｋは、拡大率Ｍに従って尺度構成され（ｓｃａｌｅｄ）、言い換えると、測定によって得られた拡大データは、測定された表面の並進運動と主運動の方向で計算された並進運動との間の尺度係数（ｓｃａｌｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）として使用される。角度に関する情報は、したがって、計算された測定情報に相応する。少なくとも１曲線の方向変化Δφ＝φ_２−φ_１を測定することにより、検出器列１０２と表面１０４間の並進運動を検出できる。この並進運動は表面１０４間の並進運動の速度として検出できる。この並進運動は、また検出器列１０２と表面１０４との相互接近速度として検出できる。あるいはまた、もしくはそれに加えて、少なくとも２曲線の方向φ_２，φ_３を検出して、相互比較することで、方向変化Δφ＝φ_２−φ_３と、検出器列１０２／表面１０４間の並進運動とを検出できる。

図２Ｂには、図２Ａによる測定幾何形状の変化が示されている。瞬間ｔ_１の時点では、被測定表面１０４は、検出器１００の検出器列１０２からの、実線で示した距離のところで測定され、瞬間ｔ_４の時点では、表面１０４は、検出器１００の検出器列１０２から、破線で示した距離のところに位置している。矢印は、並進運動の方向を示している。

図３Ａに示した状況では、表面１０４が検出器列１０２から離間する方向に移動しているが、その他の点で、図面は、図２Ａの状況と変わらない。但し、応答マトリックスの素子は図示されていない。図３Ａでは、応答マトリックス１０の曲線２００−２０４は互いに接近しているように見える。図２Ａに示した状況のように、検出器列１０２と表面１０４との間の並進運動は、少なくとも１曲線の方向変化Δφ＝φ_２−φ_１を測定することで検出できる。この並進運動は、検出器列１０２と表面１０４とが互いに離間する速度として検出できる。あるいはまた、もしくはそれに加えて、少なくとも２曲線の方向φ_２，φ_３を検出し、相互比較することで、方向変化Δφ＝φ_２−φ_３と、検出器列１０２と表面１０４間の並進運動とを検出できる。図２Ａ及び図３Ａの場合、速度は、表面１０４の法線方向で測定される。例えば、曲線角度の平均値は、表面の平面方向での表面１０４の主速度の測定に使用できる。これらの例の場合、表面１０４は不動であり、表面１０４の平面内では基本的に移動しない。

図３Ｂには、図３Ａによる測定幾何形状の変化が示されている。瞬間ｔ_１の時点では、被測定表面１０４は検出器１００の検出器列１０２から実線で示した距離にあり、瞬間ｔ_４では、表面１０４は、検出器１００の検出器列１０２から破線で示した距離に位置している。矢印は並進運動の方向を示している。

図４Ａは、表面１０４の応答マトリックス１０を示したもので、この場合、画像区域１０６の終端１１０が、画像区域の始端１１２より検出器列１０２に近い。つまり、検出器列１０２の方向と被測定表面１０４の法線とが互いに直角を成していない。図４Ａの状況は、図２Ａの状況に相応している。但し、図４Ａには、応答マトリックスが示されていない。図４Ａの状況では、曲線が互いに離れる方向へ移動している。逆の傾斜の場合は、曲線は互いに接近する。図２Ａ及び図３Ａの場合のように、検出器列１０２と表面１０４間の並進運動は、少なくとも１曲線の方向変化Δφ＝φ_２−φ_１を測定することで検出できる。この並進運動は、検出器列１０２と表面１０４との相互の傾斜角度として検出できる。あるいはまた、もしくはそれに加えて、少なくとも２曲線の方向φ_２，φ_３を検出し、互いに比較することで、方向変化Δφ＝φ_２−φ_３と、検出器列１０２と表面１０４間の並進運動とを検出できる。図４Ａの場合、傾斜角度αは漸増する。

図４Ｂは、図４Ａに記載の並進運動を示している。瞬間ｔ_１では、被測定表面１０４は、検出器１００の検出器列１０２に対し実線で示した位置にあり、瞬間ｔ_ｎでは、表面１０４は、検出器１００の検出器列１０２に対して、破線で示した位置にある。
図２Ａ−図４Ｂは、表面１０４／検出器列１０２間の運動と、距離の変化との測定を示すものである。

図５Ａ及び図５Ｂは表面輪郭の測定を示している。この例では、表面１０４の凹部に似た部分での並進運動５１０が測定される。凹部の代わりに、突出部であってもよい。図５Ａの状況は、図２Ａの状況に対応している。但し、図５Ａには応答マトリックス素子は示されていない。瞬間ｔ_１から瞬間ｔ_ｎまでの応答マトリックス１０の連続画像では、凹部によって生じる曲線５００−５０６の歪み５０８が、表面１０４の主運動につれて列画像内で移動する。表面１０４の主速度は、凹部の移動距離と、この距離を移動するのに要した時間とに基づいて測定できる。表面の主速度は、また角度γで表される曲線の方向から検出できる。並進運動５１０の大きさは、凹部によって生じる歪み５０８の方向から検出でき、この歪みの方向は角度φ_４で示されている。角度φ_４で示した方向は、例えば、表面速度を示す角度γの方向と比較できる。このことから、変化Δφ＝γ−φ_４が検出でき、例えば、凹部の底部が、表面１０４の残りの部分より検出器列１０２からどれだけ離れているか、つまり、凹部深さをどのように検出できるかを表すことができる。表面輪郭の測定は、被測定表面の平坦度又はシート状対象の平面度の測定に利用できる。

図５Ａ及び図５Ｂは、表面１０４と検出器列１０２間の距離の変化に関わるものである。
図５Ｂの場合、表面の主速度（ｖｅｌｏｃｉｔｙ）及びその方向、すなわちその速さ（ｓｐｅｅｄ）は、ヴェクトルｖで表される。測定の場合、しばしば、表面の主速度ｖと平行になるように検出器列１０２の方向ｒを設定する必要がある。
並進運動を説明する変化は、また画像化のさい、２つ以上の異なる拡大率を利用することで測定することもできる（図１Ｃ及び図１Ｄ参照）。異なる拡大率のため、各測定曲線又は曲線部分の方向は、等しい条件で作成され、編集された（ｃｏｍｐｉｌｅｄ）画像内で異なることになり、言い換えると、応答マトリックス内で、各測定曲線又は曲線部分の方向が異なることになる。測定曲線の数は、１個から数個まで変動可能である。したがって、単一の拡大率を使用して作成され、編集された画像は、他の拡大率を使用して作られ、編集された画像の参考として使用できる。

画像化光学素子の１つは、テレセントリック画像化光学素子でよい。その場合、距離の変化が、線の方向に変化を生じさせることはない。だが、図２Ａ、図３Ａ、図４Ａ、図５Ａに示した曲線は、テレセントリック光学素子を使用した場合には、直線と見なされる。その理由は、テレセントリック光学素子が画像化に使用される場合、遠近法は機能しないからである。したがって、テレセントリック光学素子が画像化に使用された場合には、図２Ａの曲線は直線２０２と平行になり、図３Ａの曲線は曲線３０２と平行になり、図４Ａの曲線は曲線４００と平行になり、図５Ａの曲線は、瞬間ｔ_１から瞬間ｔ_ｎまですべての瞬間に角度γとなる。テレセントリック光学素子によって形成される直線は、１つの基準として利用されるので、非テレセントリック光学素子で画像化された曲線の方向は、テレセントリック光学素子で画像化された曲線の方向と比較される。その場合、曲線の複数方向間の差は、表面の並進運動に比例する。

図６には、「ゼロ速度」の測定が示されている。他の実施例と異なり、この実施例では、表面の主運動方向が並進運動の方向に合致する。この実施例による単純な応答マトリックス６００は、７×７の検出素子を含んでいる。直線形状を有する曲線が、素子Ｃの列ｔ_１−ｔ_４に見られる。このことは、これらの列が測定された時、測定された表面に並進運動がなかったことを意味している。ｔ_５−ｔ_７の列では、素子Ｂに直線様の曲線が見られる。このことは、直線様の曲線を生じさせる表面の対象が、１画素の幅に対応する距離を、画像化光学素子に応じて左又は右へ移動したことを意味し、このことは、瞬間ｔ_４とｔ_５での画素間の方向及び位置の変化と見ることができる。大抵の場合、表面の平面方向での、予め定めた閾値を超える表面１０４の並進運動は、追加処置の条件と決めることができる。予め定めた閾値が０画素であれば、曲線６０２は、必ず完全に直線のままとなる。図６の場合には、並進運動は１画素であるから、追加処置が行われる。追加処置は、例えば、製品の品質が並進運動のために低下する可能性を警告すること、又は並進運動の修正を行って並進運動を除去することである。

小さな並進運動は、時として許容されるが、大きい並進運動は許容されない。その場合、予め定める並進運動閾値は、例えば、５−５０の連続する瞬間の間に２画素でよい。図６の場合、並進運動は、予め定めた閾値より小さいと思われるので、追加処置は行われない。
単数又は複数の画素の大きさを有する並進運動は、通常、極めて小さいので、測定装置は、精密並進計と見なすことができる。したがって、測定装置は、被測定表面が不動のままか、緩速移動しているかをモニタするのに使用できる。並進運動が連続的であれば、表面速度の検出に使用することもできる。
検出器の動作速度に比して遅い運動又は極めて遅い運動の場合は、反応マトリックス列は削除できる。したがって、反応マトリックスは圧縮され、その場合、緩速運動によって生じる線は開始してから、次第に、不動の対象によって作り出される線（垂直検出）から外れてゆく。

次に、図７Ａ−図８Ｂを参照して、対象縁部の測定を説明しよう。これらの図は、７×９画素のマトリックスを示し、この場合、線は検出された被測定対象を示す。バックグラウンドが焦点を合わされている画素は図示されていない。図７Ａが示す状況の場合、被測定対象１１６の前縁７００は、検出区域１０６に入り、画像化の各瞬間に更に検出区域１０６内へ入り込んでゆく。

図７Ｂには、図７Ａのマトリックスに対応する、画像化された列で作られたマトリックスが示されている。実際には、マトリックス画素の数は何千から何百万にも及ぶが、この図では、マトリックス画素数は、簡単に図示し説明するために、少数である。瞬間ｔ_１では、被測定対象が２画素に画像化される。瞬間ｔ_２では、被測定対象が３画素に画像化される。瞬間ｔ_３では、被測定対象が、更に３画素に画像化される。瞬間ｔ_４では、被測定対象が４画素に画像化され、この場合には、被測定対象の前縁が測定列の中央に位置する。瞬間ｔ_５では、被測定対象が５画素に画像化される。瞬間ｔ_６では、被測定対象が６画素に画像化される。瞬間ｔ_７では、被測定対象が７画素に画像化される。瞬間ｔ_８では、被測定対象が全７画素に画像化される。瞬間ｔ_９では、被測定対象が全７画素に画像化される。

マトリックス画素には垂直の線を見ることができるが、これらの画素には被測定対象１１６が所定の瞬間に画像化されてはいない。これらの垂直線は、信号処理ユニット１０８により完全に不動のものとして検出される。運動を意味する対角線が、被測定対象１１６の表面１０４を画像化する画素に存在はしても、マトリックス区域が平均値として提供する値は、被測定対象の実際速度より遥に遅い速度値となろう。したがって、被測定対象１１６の縁部７００を観察し、検出できるのは、被測定対象１１６の運動に突然の変化が認められた場合である。更に、被測定対象１１６の運動が測定できるのは、被測定対象１１６が、全検出区域１０６内で、したがって全画素列内で検出された後、つまり図７Ｂの例によれば、瞬間ｔ_７から出発した後のことである。

図８Ａに示した状況は、被測定対象１１６の後縁７００が検出区域１０６に入り、後縁８００が、更に、画像化の各瞬間に検出区域１０６内へ拡がった状況である。
図８Ｂには、画像化された列で形成された、図８Ａに対応するマトリックスが示されている。瞬間ｔ_１では、被測定対象がすべての画素に画像化される。瞬間ｔ_２では、被測定対象がすべての画素に画像化される。瞬間ｔ_３では、被測定対象が、６画素に画像化される。瞬間ｔ_４では、被測定対象が５画素に画像化され、瞬間ｔ_５では、被測定対象が、更に、５画素に画像化される。瞬間ｔ_６では、被測定対象が４画素に画像化され、被測定対象の前縁が測定列の中央に位置している。瞬間ｔ_７では、被測定対象が３画素に画像化される。瞬間ｔ_８では、被測定対象が３画素に画像化される。瞬間ｔ_９では、被測定対象が２画素に画像化される。

前縁の場合のように、マトリックス画素には垂直の線を見ることができるが、これらの画素には被測定対象１１６が所定の瞬間に画像化されてはおらず、信号処理ユニット１０８は、該垂直線を完全に不動のものとして検出する。運動を意味する対角線が、被測定対象１１６の表面１０４を画像化する画素に存在はしても、マトリックス区域が平均値として提供する値は、被測定対象の実際速度より遥に遅い速度値となろう。したがって、被測定対象１１６の縁部７００を観察し、検出できるのは、被測定対象１１６の運動に突然の変化が認められた場合である。更に、被測定対象１１６の運動を測定できるのは、被測定対象１１６が、全検出区域１０６内で、したがって全画素列内で検出された後、つまり図７Ｂの例によれば、瞬間ｔ_６から出発した後のことである。
前縁と後縁とが被測定対象１１６の運動として、同じ測定装置で検出されるので、被測定対象の両縁部の検出に別々のセンサは不要であり、これにより、測定装置が簡単化される。

図９Ａには、測定装置を測定用に焦点整合させる基準パターンの一例が示されている。基準パターン９００は、金属、プラスチック、紙のいずれかにパターン付けできる。基準パターン９００は、また被測定対象１１６の表面１０４に直接に設けてもよい。基準パターンは、例えば所望の対象の表面に印刷又はプレスしてもよく、基準パターン９００の寸法は、目的に応じて変更できる。基準パターンは、被測定対象１１６の表面１０４上に所望の測定方向で設けられる。この方向と位置とは、目標精度で検出し、測定できる。１つ以上の基準パターン９００が被測定対象１１６上に設けられる場合には、検出器１００は、基準パターン９００を通じて被測定対象１１６に焦点整合される。

基準パターン９００は、検出の横断方向で幅が変化するパターンを含んでいる。パターンは、幅の代わりに、又は幅に加えて、例えば明度（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）又は色が変化するパターンでもよい。画像は、等辺形、二等辺三角形、直角三角形、その他のパターンのいずれかにすることができる。基準パターン９００の両端には、頂点が基準パターン９００の中心軸線上に位置する三角形を配置してもよい。端部の三角形の高さｈは、基準パターン９００の中心軸線のところでの他の三角形の幅ｌと等しくすることができる。三角形は、光学式測定により、異なるグレー・スケール又はカラーによって互いに区別することができる。

図９Ｂには、検出器１００の列検出器９０２が基準パターン９００に対し旋回した状態で、検出器１００が検出した基準パターン９００の編集（ｃｏｍｐｉｌｅｄ）画像９５２が示されている。編集画像は、応答マトリックスとも呼ばれる。基準パターン９００は変化するパターンを含んでいるので、編集画像内でのパターンの幅は、検出区域が各パターンと何処で交差するかに依存している。したがって、図９Ｂから、容易に見て取れることは、列検出器１０２が基準パターン９００と平行でないということである。偏差角度も、また推測できるので、検出器１００を、列検出器１０２が基準パターン９００と平行になる位置へ容易に旋回させることができる。

図９Ｃには、検出器１００が、基準パターン９００と平行に移動した状況で検出した基準パターン９００の編集画像９５４が示されている。この場合は、幾つかのパターン（白いパターン）が他のパターン（斜線のパターン）より幅広である。端部のパターンは、各端部パターンによって作り出された編集画像が、基準パターンの中心軸線上に最大幅を有するようにされている。同じように、基準パターン９００の画像９５４の端部パターンは、他のパターンより幅が狭い。この状態は、検出器１００を平行移動させることで修正できる。修正が成功した後、検出器１００は、図９Ｄによる編集画像９５６を検出でき、この場合には、すべてのパターンが等しい幅を有し、編集画像の全長は、その最大長さであり、両端部によって作られる編集パターンは、その最大幅を有している。基準パターンでは、端部パターンがパターンの頂点と見なされるようになっている。したがって、被測定表面の主運動方向に従って基準パターンを容易に配置できる。

基準パターン９００は、また、例えば３つの、より小さい円形のパターン９６０−９６４を含んでいる。検出器列１０２で作られる画像では、円９６０−９６４の幅が整合偏差の相違に従って変化するので、これらのパターンによって、検出器１００は、基準パターン９００に凡そにではあるが、迅速に焦点整合することができる。
測定装置は、また基準パターン９００なしで測定用に焦点整合されることもできる。この点を以下では１検出器について説明するが、該説明は、２つの検出器の場合にも適用できる。一様に移動する表面を用いて、光軸を中心とする検出器の回転により応答マトリックスで検出された１つ以上の曲線の角度係数について、最大値を求めることができる。その後で、検出器列の始端で検出された単数又は複数の曲線の角度係数が等しくなるように、検出器を被測定表面の主運動方向に傾斜させることができる。ゼロ速度と運動する表面の双方の場合に、整合は計算を援用して目視で行われるか、又は完全自動式に行われる。

図１０Ａに示された状態の場合、検出器１００の作業速度より速い現象によって生じた直線１５００が、応答マトリックス６００内で観察される。この理由で、直線１５００は、（極めて）急な角度αを有している。角度αが、例えば７０°を超える場合、被測定対象の速度を精密に測定することは難しい。直線１５００の角度αは、列の移動によって減少させることができる。列の移動により、例えば４５°減少させることができ、これを示したのが直線１５０２である。列の移動は、直線１５０２と交差する画素が、各列でマトリックスの左縁へ移動するようにすることで可能になる。同時に列内の他の画素も相応に移動させる。

図１０Ｂには、列移動を行った応答マトリックスが示されている。直線１５００の上昇角度が減少し、それによって被測定対象の測定が容易になり、測定に焦点が合わされる。０軸からの相応の離間により、検出器の作業速度に比較して遅い現象によって生じる直線が応答マトリックスに観察される状態で、信号処理が容易になり、それに焦点が合わされる。
幾つかの連続的な列移動を行うことにより、また各移動と関連して被測定対象の運動を検出することによって、例えば３つの移動は、被測定対象の運動について恐らく異なる３つの成績をもたらすだろう。これらの成績は平均化でき、各々の成績には互いに無関係な無作為の誤差が含まれるので、被測定対象の運動については、平均値から個別の成績のどれからより精密な成績が得られる。実際、その成績は、測定成績の平方根に比例して改善される。例えば、３つの列移動によって、測定の不正確度は係数１／√３だけ改善できる。

図１１は、本発明による方法の流れ図である。この方法の場合、表面１０４の運動は、少なくとも１主運動方向を有している。段階１１００では、検出器列の方向が表面主運動方向と等しくされ、表面が少なくとも１検出器の検出器列によって反復的に検出されると同時に、表面と検出器間の距離が検出され、拡大データと応答列とが作り出される。段階１１０２では、連続的な応答列が応答マトリックスに編集される。段階１１０４では、各応答マトリックス内の少なくとも１曲線の方向が検出される。段階１１０６では、表面の並進運動が、拡大データに基づいて少なくとも１つの曲線又は曲線部分の単数又は複数の方向によって形成された応答マトリックスで検出される。
図１１に示した方法は、論理回路に基づく解決策として、又はコンピュータ・プログラムとして実現できる。コンピュータ・プログラムは、その分散用のコンピュータ・プログラム分散媒体で得ることができる。コンピュータ・プログラム分散媒体は、データ処理装置で読取り可能であり、表面の並進運動を測定するためのコンピュータ・プログラムのコマンドを符号化する。

分散媒体は、コンピュータ・プログラム、例えば、データ処理装置により読取り可能な媒体、プログラム記憶媒体、データ処理装置により読取り可能なメモリ、データ処理装置により読取り可能なプログラム分散パッケージ、データ処理装置により読取り可能な信号、データ処理装置により読取り可能な電気通信信号、データ処理装置により読取り可能な圧縮ソフトウェア・パッケージを分散させるための先行技術による解決策である。
上記のことに加えて、本発明による解決策は、また車両の運動の状態及び位置の認識に適用することもできる。その場合には、車両のスタビライザー・システムの一部として機能できる。車両とは、例えば、運転員なしで自動式に運動可能な、又は運転員によって制御可能な工業的な動力用具である。
本発明を、以上、添付図面に示した実施例によって説明したが、本発明は、それらの実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された枠内で種々の変更が可能であることは言うまでもない。

測定装置のシステム図。 測定装置のブロック図。 測定装置に２検出器を使用した場合の図。 ２検出器の使用に関連する処置を示す図。 表面が検出器に接近する場合の画像マトリックスを示す図。 検出器へ向う表面の運動を示す図。 表面が検出器から離間する場合の画像マトリックスを示す図。 検出器からの表面の離間運動を示す図。 表面と検出器が互いに向って傾斜する場合の画像マトリックスを示す図。 角度αで傾斜する表面の図。 表面に移動する凹部がある場合の画像マトリックスを示す図。 凹部の移動を示す図。 横方向に僅かに移動する表面の画像マトリックスを示す図。 被測定対象の前縁が検出器列を通過する動きを示す図。 被測定対象の前縁が検出器列を通過するさいのマトリックスを示す図。 被測定対象の後縁が検出器列を通過する動きを示す図。 被測定対象の後縁が検出器列を通過するさいのマトリックスを示す図。 基準パターンの図。 基準パターンに対し検出器を回転させた後の、基準パターンの編集画像を示す図。 検出器ピストンと平行に検出器を移動させた後の、基準パターンの編集画像を示す図。 基準パターンの目標編集画像の図。 急勾配の直線を含む応答マトリックスの図。 列移動が行われた応答マトリックスの図。 本発明による方法の流れ図。

符号の説明

１００ 検出器
１０２ 検出素子から成るマトリックス又は列、検出器列
１０４ 被測定対象の表面、被測定表面
１０６ 検出区域
１０８ 信号処理ユニット
１１０ 画像区域の終端
１１２ 画像区域の始端
１１４ 放射線源
１１６ 被測定対象
１２４ 表面上の目標
１００，１２０，１２２ 検出器
２００−２０４ 曲線
３００−３０４ 曲線
４００−４０４ 曲線
５００−５０６ 曲線
５０８ 凹部によって生じる曲線の歪み
５１０ 並進運動
６０２ 曲線
７００ 対象の前縁
９００ 基準パターン
１０２０ 画素

Claims (22)

1. 表面の並進運動を測定する方法であって、該方法が、少なくとも１主運動方向を有する被測定対象（１１６）の表面（１０４）の運動を測定すること含む形式のものにおいて、
   検出器列の方向を表面の主運動方向と等しくして、少なくとも１検出器（１００，１２０，１２２）を有する検出器列（１０２）により表面（１０４）を反復的に検出する段階（１１００）と、同時に、拡大データと応答列（１−６）の作成のため表面（１０４）と検出器（１００，１２０，１２２）間の距離を検出する段階と、
   連続的応答列（１−６）を応答マトリックス（１０，６００）に構成する段階（１１０２）と、
   各応答マトリックス（１０，６００）の少なくとも１曲線（２００−２０４，３００−３０４，４００−４０４，５００−５０６，６０２）の方向を検出（１１０４）する段階（１１０４）と、
   拡大データに基づいて少なくとも１曲線（２００−２０４，３００−３０４，４００−４０４，５００−５０６，６０２）の単数又は複数の方向によって形成された応答マトリックス（１０，６００）で表面の並進運動を検出する段階（１１０６）とを特徴とする、表面の並進運動を測定する方法。
2. 表面（１０４）の並進運動を、少なくとも１曲線（２００−２０４，３００−３０４，４００−４０４，５００−５０６，６０２）の方向を少なくとも２つの異なる瞬間に比較することで検出することを特徴とする、請求項１に記載された方法。
3. 並進運動を、異なる曲線（２００−２０４，３００−３０４，４００−４０４，５００−５０６，６０２）の方向を比較することで検出することを特徴とする、請求項１に記載された方法。
4. 表面（１０４）の並進運動が、テレセントリック光学素子により形成された応答マトリックス（１０，６００）の少なくとも１曲線（２００−２０４，３００−３０４，４００−４０４，５００−５０６，６０２）の方向を、非テレセントリック光学素子により形成された応答マトリックス（１０，６００）の少なくとも１曲線（２００−２０４，３００−３０４，４００−４０４，５００−５０６，６０２）の方向と比較することによって検出されることを特徴とする、請求項１に記載された方法。
5. 表面（１０４）と検出器列（１０２）間の距離の変化、又は運動を、拡大により測定することを特徴とする、請求項１に記載された方法。
6. 表面（１０４）と検出器列（１０２）間の傾斜を表面（１０４）の並進運動によって測定することを特徴とする請求項１に記載された方法。
7. 表面（１０４）の輪郭を表面（１０４）の並進運動によって測定することを特徴とする、請求項１に記載された方法。
8. 応答マトリックスの曲線（２００−２０４，３００−３０４，４００−４０４，５００−５０６，６０２）の予め定めた閾値を超える偏差を用いて、表面（１０４）平面での並進運動を測定することにより、表面（１０４）の並進運動をゼロ速度として測定することを特徴とする、請求項１に記載された方法。
9. 更に、表面（１０４）の速度を、少なくとも２つの検出素子（１０２０）の応答信号間の相関測定によって検出することを特徴とする、請求項１に記載された方法。
10. 被測定表面（１０４）上の目標（１２４）の画像（１２６，１２８）寸法を、少なくとも２検出器（１２０，１２２）によって測定し、その画像寸法から被測定表面（１０４）の距離及び／又は距離変化を検出することを特徴とする、請求項１に記載された方法。
11. 被測定対象（１１６）の速度を、少なくとも１曲線の方向によって検出し、かつ被測定対象（１１６）の縁部（７００，８００）を速度変化によって検出することを特徴とする、請求項１に記載された方法。
12. 表面の並進運動を測定するための測定装置において、該測定装置が、
    検出器列（１０２）を含む少なくとも１検出器（１００，１２０，１２２）と、
    拡大データ検出のために、表面（１０４）と検出器（１００，１２０，１２２）間の距離を測定する検出器（１００，１２０，１２２）と、
    信号処理ユニット（１０８）とを含み、
    応答列（１−６）を形成するために、各検出器列（１０２）が、被測定対象（１１６）の表面（１０４）を反復的に検出するように構成され、該表面が少なくとも１つの主運動方向を有し、各検出器列（１０２）の方向は、表面（１０４）の主運動方向と等しく設定されており、
    前記信号処理ユニット（１０８）が距離情報を受信するように構成され、各検出器列（１０２）によって形成された応答列（１−６）が、連続的な応答列（１−６）から各検出器列（１０２）に関係する応答マトリックスを形成し、かつ各応答マトリックス（１０，６００）の少なくとも１曲線（２００−２０４，３００−３０４，４００−４０４，５００−５０６，６０２）の方向を検出し、
    前記信号処理ユニット（１０８）が、拡大データに基づいて、少なくとも１つの曲線（２００−２０４，３００−３０４，４００−４０４，５００−５０６，６０２）又は曲線部分の単数又は複数の方向により形成される応答マトリックス（１０，６００）内で表面（１０４）並進運動を検出するように構成されていることを特徴とする、表面の並進運動を測定するための測定装置。
13. 前記信号処理ユニット（１０８）が、少なくとも２つの異なる瞬間に１曲線（２００−２０４，３００−３０４，４００−４０４，５００−５０６，６０２）の方向を比較することで、表面（１０４）の並進運動を検出するように構成されていることを特徴とする、請求項１２に記載された測定装置。
14. 前記信号処理ユニットが、異なる曲線（２００−２０４，３００−３０４，４００−４０４，５００−５０６，６０２）の複数方向を比較することで、並進運動を検出するように構成されていることを特徴とする、請求項１２に記載された測定装置。
15. 前記検出器（１００，１２０，１２２）が、少なくとも２つの応答マトリックス（１０，６００）を形成するように構成され、該応答マトリックスのうちの少なくとも１つがテレセントリック光学素子により形成され、少なくとも１つが非テレセントリック光学素子により形成されており、前記信号処理ユニット（１０８）が、表面（１０４）の並進運動を、テレセントリック光学素子により形成された応答マトリックス（１０，６００）内の少なくとも１曲線（２００−２０４，３００−３０４，４００−４０４，５００−５０６，６０２）の方向を、非テレセントリック光学素子により形成された応答マトリックス（１０，６００）内の少なくとも１曲線（２００−２０４，３００−３０４，４００−４０４，５００−５０６，６０２）の方向と比較することにより検出するように構成されていることを特徴とする、請求項１２に記載された測定装置。
16. 前記信号処理ユニット（１０８）が、表面（１０４）と検出器列（１０２）間の距離又は運動の変化を拡大によって測定するように構成されていることを特徴とする、請求項１２に記載された測定装置。
17. 前記信号処理ユニット（１０８）が、表面（１０４）の並進運動による表面（１０４）と検出器列（１０２）間の傾斜を測定するように構成されていることを特徴とする、請求項１２に記載された測定装置。
18. 前記信号処理ユニット（１０８）が、表面（１０４）の並進運動により表面の輪郭を測定するように構成されていることを特徴とする、請求項１２に記載された測定装置。
19. 前記信号処理ユニット（１０８）が、応答マトリックス内の曲線（２００−２０４，３００−３０４，４００−４０４，５００−５０６，６０２）の予め定めた閾値を超える偏差を用いて表面（１０４）平面での並進運動を測定することにより、表面（１０４）の並進運動をゼロ速度として測定するように構成されていることを特徴とする、請求項１２に記載された測定装置。
20. 前記信号処理ユニット（１０８）が、表面（１０４）の速度を、少なくとも２検出素子（１０２０）の応答信号間の相関測定により測定するように構成されていることを特徴とする、請求項１２に記載された測定装置。
21. 前記信号処理ユニット（１０８）が、被測定表面（１０４）上の対象（１２４）の画像寸法を少なくとも２検出器（１２０，１２２）により測定し、その画像寸法から被測定表面（１０４）の距離及び／又は距離変化を検出するように構成されていることを特徴とする、請求項１２に記載された測定装置。
22. 前記信号処理ユニット（１０８）が、被測定対象（１１６）の速度を、少なくとも１曲線の方向により検出するように構成され、かつ被測定対象（１１６）の縁部（７００，８００）を速度変化により検出することを特徴とする、請求項１２に記載された測定装置。
    

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