JP2011117917A5

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Publication number: JP2011117917A5
Application number: JP2009280911A
Authority: JP
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2011-12-15
Anticipated expiration: 2029-12-10

Description

上記目的を達成するための本発明は、スペックルの定位方法を提供することで上記課題を快適に解決する。該定位方法は、ａ）非平滑な表面を有する基板にあるポイントを選択し基準点とするステップと、ｂ）該表面を複数の単位ブロックに区画し二次元のブロックマトリックスを形成し、該基準点に基づき該単位ブロックの位置データを設定するステップと、ｃ）コヒーレントな平行光を入射角θで該表面に入射させ散乱光を生成させ、該表面の法線に対するサンプリング角ψを設定し、それぞれの単位ブロックにて該サンプリング角ψに対する散乱光による第１スペックル映像をキャプチャするステップと、ｄ）それぞれの単位ブロックに対応する該第１スペックル映像及び該位置データを用いてテーブルを作成するステップと、ｅ）測量点にて該サンプリング角ψに対する第２スペックル映像をキャプチャするステップと、ｆ）該測量点が所在する単位ブロックを識別するステップと、ｇ）該測量点が所在する単位ブロックの第１スペックル映像と該第２スペックル映像とを対比し、該測量点と該所在単位ブロックとの相対位置を獲得し、該相対位置及び該所在単位ブロックの位置データに基づき、該基準点に対する該測量点の位置データを獲得するステップと、を備えてなることを特徴とする。

上記目的を達成するための本発明はさらに、スペックルの定位装置を提供することで上記課題を快適に解決する。該定位装置は、非平滑な表面を有する基板と、コヒーレントな平行光を入射角θで該表面に入射させ散乱光を生成させる発光モジュールと、該表面の法線に対するサンプリング角ψを形成し、該コヒーレントな平行光を入射角θで該表面に入射させ生成した該散乱光による第１スペックル映像、及び測量点に放射し生成した散乱光による第２スペックル映像をキャプチャするスペックルキャプチャモジュールと、該第１スペックル映像と該第２スペックル映像を貯蔵する感知モジュールと、該第１スペックル映像と該第２スペックル映像とを対比し、該測量点の位置データを獲得する識別定位ユニットと、を備え、該基板にあるポイントを選択し基準点とし、該表面を複数の単位ブロックに区画し二次元のブロックマトリックスを形成し、該基準点に基づき該単位ブロックの位置データを設定し、該スペックルキャプチャモジュールに、それぞれの単位ブロックにて該サンプリング角ψに対する散乱光による該第１スペックル映像をキャプチャさせ、該測量点が所在する単位ブロックを識別し、該識別定位ユニットに、該測量点が所在する単位ブロックの第１スペックル映像と該第２スペックル映像とを対比し、該測量点と該所在単位ブロックとの相対位置を獲得し、該相対位置及び該所在単位ブロックの位置データに基づき、該基準点に対する該測量点の位置データを獲得させることを特徴とする。

前記識別定位ユニットによって求められた該測量点の位置、及び目的座標を対比し、定位物を該目的座標に移動させる定位駆動装置とをさらに含むことを特徴とする。

前記スペックルキャプチャモジュールは、スペックルを該感知モジュールに結像させる結像レンズと、該結像レンズと該基板との間に設置され、雑光を濾過する前段絞りと、該前段絞りに対し該結像レンズの反対側に位置し、スペックルの平均半径を制御する後段絞りと、を備えてなり、且つ該結像レンズ、該前段絞り及び該後段絞りは直線になって配列されることを特徴とする。

発光モジュール２０４は高コヒーレントな平行光を物体表面に入射させるものであり、長波長面発光レーザ(ＶＣＳＥＬ)、端面発光レーザ(ＥＥＬ)、高コヒーレントな気体レーザ、高コヒーレントな固体レーザなどを含む。さらに、発光モジュール２０４は狭い周波数帯域の光線を発射するとともに高コヒーレントな発光ダイオード及びフィルターの組み合わせをも含む。定位母板２０２の法線と入射角θを挟むように（以下に各実施例に関する図におけるθは同じに定義される）レーザ光を定位母板２０２の表面に調整し照射させる。入射光は均一に定位母板２０２の表面に照射する。起伏に富んだ定位母板２０２の表面にある文理により、入射光は各方向へ散乱される。定位母板２０２の法線とサンプリング角ψを挟むように（以下に各実施例に関する図におけるψは同じに定義される）レーザ光を集める。その中、サンプリング角ψは０＜ψ≦θ−１０°又はθ＋１０°≦ψ＜９０
°の範囲に落ちる。この実施例において、θは定位母板２０２の法線と６０°を挟み、ψは該法線と５０°を挟む。本発明の精神に基づき、ψは０＜ψ≦５０°又は７０°≦ψ＜９０°の範囲に落ちても良い。この方向の散乱光が干渉になるので、不変形スペックルキャプチャモジュール２０６を用いて、この方向の散乱光が生じたスペックル映像をキャプチャする。この方向にスペックル映像をキャプチャしようとする目的は、物面特徴点の情報を含まない鏡面反射レーザを獲得することを避ける。

散乱光が結像レンズ２０６４を通る効率を向上させるために、結像レンズ２０６４を散乱光の光軸と垂直にならせることをしなければならない。二次元行列の感知モジュール２０８は一般に電荷結合素子(ＣＣＤ)センサー又は相補性金属酸化膜半導体(ＣＭＯＳ)センサーを含む。感知モジュール２０８の二次元映像の寸法と物面の寸方との間に固定の比例をならせ、投影効果（垂直入射平面の拡大率と平行入射平面の拡大率とが異なると、投影効果が発生する。前記入射平面は法線と入射光とが構成した平面である。）を除去するために、二次元行列の感知モジュール２０８の感知面を物面と平行にならせることをしなければならない。二次元行列の感知モジュール２０８によりレーザスペックル映像を記録し、記録した映像を即時にスペックル識別定位ユニット２１０へ伝送する。該スペックル識別定位ユニット２１０はスペックル映像データを系統ファイルデータ（即ちテーブル、図に示せず）と対比し、現在のコヒーレントな光源が定位母板に照射する座標を確認する。この座標及び目的座標により、サーバ定位駆動装置212が所要する移動距離及び方位を計算することができる。

図８に示したように、機構２０は二次元精密な定位方法を下記のように行う。定位母板２０２にあるポイントを選択し基準点とする（ステップＳ２０１）。その表面を複数の単位ブロックに区画し二次元のブロックマトリックスを形成し、該基準点に基づき該単位ブロックの位置データを設定する（ステップＳ２０２）。発光モジュール２０４が発出した高コヒーレントな平行光を入射角θで該表面に入射させ散乱光を生成させ、該表面の法線に対するサンプリング角ψを設定し、それぞれの単位ブロックにて該サンプリング角ψに対する散乱光による第１スペックル映像をキャプチャする（ステップＳ２０３）。それぞれの単位ブロックに対応する該第１スペックル映像、及び該基準点に対応する位置データ（座標データで表す）を用いテーブルを作成し、二次元行列の感知モジュール２０８で記録する（ステップＳ２０４）。不変形スペックルキャプチャモジュール２０６で測量点にて該サンプリング角ψに対する第２スペックル映像をキャプチャする（ステップＳ２０５）。スペックル識別定位ユニット２１０で、該測量点が所在する単位ブロックの第１スペックル映像と該第２スペックル映像とを対比し、該測量点と該所在単位ブロックとの相対位置を獲得し、該相対位置及び該所在単位ブロックの位置データを基づき、該基準点に対する該測量点の位置データ（座標データ）を獲得する（ステップＳ２０６）。最後、サーバ定位駆動装置２１２で、測量物が所要する移動距離及び方位を計算する。そのように、スペックルによって定位を行うという目的に達することができる。

（実施例四）
図９において、二次元行列スペックル定位ブロック３０２２の定位母板３０２には、コヒーレントな光を反射できる二次元行列スペックル定位ブロック３０２２があるほか、他の区域がスペックル暗区３０２４であるのでスペックル映像を獲得することができない。全区域に対し定位する際に、その他の区域には参考用スペックル映像を取れない区域がある場合もある。エネルギー感知器が強弱変化のスペックル信号を測量でき、第１階段の定位機能を達し、全区域に第２階段のスペックル映像精密な定位機能を行うために、図９の行列定位ブロック構成を図１５の精密型行列ブロックスペックル暗区定位母板４０２のように変更する必要がある。

Claims

ａ）非平滑な表面を有する基板にあるポイントを選択し基準点とするステップと、
ｂ）該表面を複数の単位ブロックに区画し二次元のブロックマトリックスを形成し、該基準点に基づき該単位ブロックの位置データを設定するステップと、
ｃ）コヒーレントな平行光を入射角θで該表面に入射させ散乱光を生成させ、該表面の法線に対するサンプリング角ψを設定し、それぞれの単位ブロックにて該サンプリング角ψに対する散乱光による第１スペックル映像をキャプチャするステップと、
ｄ）それぞれの単位ブロックに対応する該第１スペックル映像及び該位置データを用いてテーブルを作成するステップと、
ｅ）測量点にて該サンプリング角ψに対する第２スペックル映像をキャプチャするステップと、
ｆ）該測量点が所在する単位ブロックを識別するステップと、
ｇ）該測量点が所在する単位ブロックの第１スペックル映像と該第２スペックル映像とを対比し、該測量点と該所在単位ブロックとの相対位置を獲得し、該相対位置及び該所在単位ブロックの位置データに基づき、該基準点に対する該測量点の位置データを獲得するステップと、
を備えてなることを特徴とするスペックルの定位方法。
前記サンプリング角ψは０＜ψ≦θ−１０°又はθ＋１０°≦ψ＜９０°の範囲に落ちることを特徴とする請求項１記載のスペックルの定位方法。
前記ステップｆ）はさらに、
ｆ１）スペックル暗区を隣接する単位ブロックの間に差し込み、周期的なスペックルエネルギー変化を形成するステップと、
ｆ２）該測量点と該基準点との間のスペックルエネルギーの波峰数量或いは波谷数量を計算し、該測量点が所在する単位ブロックを獲得するステップと、を備えてなり、
該スペックル暗区は、光線によって完全に貫かれる・吸収される・反射されることにより、散乱光を生成させ第１スペックル映像と該第２スペックル映像を生成させることができなくなる、
ことを特徴とする請求項１記載のスペックルの定位方法。
前記スペックル暗区にて隣接する両単位ブロックの間の間隔は該単位ブロックの長さ及び幅より小さい又は等しいことを特徴とする請求項３記載のスペックルの定位方法。
前記ステップｆ）はさらに、
ｆ１）該単位ブロックのスペックルエネルギーより低いスペックルエネルギーを有する参考ブロックを隣接する単位ブロックの間に差し込み、周期的なスペックルエネルギー変化を形成するステップと、
ｆ２）該測量点と該基準点との間のスペックルエネルギーの波峰数量或いは波谷数量を計算し、該測量点が所在する単位ブロックを獲得するステップと、を含むことを特徴とする請求項１記載のスペックルの定位方法。
四つの隣接する単位ブロックの間に、該測量点が所在する位置を補助し判断すべき補助定位ブロックがあり、
該補助定位ブロックはスペックル映像を生成させることができる、
ことを特徴とする請求項３又は５記載のスペックルの定位方法。
非平滑な表面を有する基板と、
コヒーレントな平行光を入射角θで該表面に入射させ散乱光を生成させる発光モジュールと、
該表面の法線に対するサンプリング角ψを形成し、該コヒーレントな平行光を入射角θで該表面に入射させ生成した該散乱光による第１スペックル映像、及び測量点に放射し生成した散乱光による第２スペックル映像をキャプチャするスペックルキャプチャモジュールと、
該第１スペックル映像と該第２スペックル映像を貯蔵する感知モジュールと、
該第１スペックル映像と該第２スペックル映像とを対比し、該測量点の位置データを獲得する識別定位ユニットと、を備え、
該基板にあるポイントを選択し基準点とし、該表面を複数の単位ブロックに区画し二次元のブロックマトリックスを形成し、該基準点に基づき該単位ブロックの位置データを設定し、
該スペックルキャプチャモジュールに、それぞれの単位ブロックにて該サンプリング角ψに対する散乱光による該第１スペックル映像をキャプチャさせ、
該測量点が所在する単位ブロックを識別し、
該識別定位ユニットに、該測量点が所在する単位ブロックの第１スペックル映像と該第２スペックル映像とを対比し、該測量点と該所在単位ブロックとの相対位置を獲得し、該相対位置及び該所在単位ブロックの位置データに基づき、該基準点に対する該測量点の位置データを獲得させること、
を特徴とするスペックルの定位システム。
前記識別定位ユニットによって求められた該測量点の位置、及び目的座標を対比し、定位物を該目的座標に移動させる定位駆動装置とをさらに含むことを特徴とする請求項７記載のスペックルの定位システム。
前記サンプリング角ψは０＜ψ≦θ−１０°又はθ＋１０°≦ψ＜９０°の範囲に落ちることを特徴とする請求項７記載のスペックルの定位システム。
前記発光モジュールは、長波長面発光レーザ(VCSEL)、端面発光レーザ(EEL)、気体レーザ、固体レーザ、或いは狭い周波数帯域の光線を発射する発光ダイオード及びフィルターの組み合わせを含むことを特徴とする請求項７記載のスペックルの定位システム。
前記感知モジュールは電荷結合素子(CCD)センサー又は相補性金属酸化膜半導体(CMOS)センサーを含むことを特徴とする請求項７記載のスペックルの定位システム。
前記スペックルキャプチャモジュールは、
スペックルを該感知モジュールに結像させる結像レンズと、
該結像レンズと該基板との間に設置され、雑光を濾過する前段絞りと、
該前段絞りに対し該結像レンズの反対側に位置し、スペックルの平均半径を制御する後段絞りと、を備えてなり、
且つ該結像レンズ、該前段絞り及び該後段絞りは直線になって配列されることを特徴とする請求項７記載のスペックルの定位システム。
前記スペックルキャプチャモジュールは、
該サンプリング角ψの散乱光による光路に位置し、スペックルのエネルギーをエネルギー感知器に集める集光レンズを含む、
ことを特徴とする請求項７記載のスペックルの定位システム。
前記スペックルキャプチャモジュールは、
該結像レンズと該後段絞りとの間に位置し、部分的にスペックルのエネルギーをエネルギー感知器に反射する部分反射レンズを含む、
ことを特徴とする請求項７記載のスペックルの定位システム。
前記スペックルキャプチャモジュールは、
反射光による光路に位置し、スペックルのエネルギーをエネルギー感知器に集める集光レンズを含む、
ことを特徴とする請求項７記載のスペックルの定位システム。