JP2023059422A - Measurement device, measurement method, and program - Google Patents

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志織 杉本
Shiori Sugimoto
陽光 曽我部
Akimitsu Sogabe
隆行 黒住
Takayuki Kurozumi
英明 木全
Hideaki Kimata
尋之 久保
Hiroyuki Kubo
寛太 木渕
Kanta Kibuchi
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Tokai University
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Abstract

To provide a measurement device capable of estimating, a change of an object whose change is not constant, on the basis of a speckle pattern, in a condition in which, a time interval of measurement is restricted.SOLUTION: A measurement device comprises: a radiation part for generating coherent light; a measurement part for receiving by a plurality of pixels, light of a speckle pattern which is generated by interference of diffuse light which is generated by reception of the coherent light on a scatterer, then detecting a pixel whose luminance change amount indicating a change of a luminance value detected by receiving the light of the speckle pattern by each pixel, is a predetermined detection object luminance change amount, then, generating event data including; a position of the detected pixel; a code value indicating a change direction of the luminance change amount of the pixel; and a detection time indicating a time when detection is performed; and a calculation processing part for calculating a physical amount indicating a change of the scatterer, on the basis of the event data.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、例えば、スペックルパターンの変化を計測する計測装置、計測方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to, for example, a measuring device, a measuring method, and a program for measuring changes in speckle patterns.

反射面に微細な凹凸のある物体や内部散乱を起こす物体に対してレーザ光などのコヒーレント光を照射すると、コヒーレント光を受けて物体から散乱光が生じ、生じた散乱光の干渉に由来するパターンを観察することができる。このパターンはスペックルパターンと呼ばれており、スペックルパターンの各点では複数の散乱光の重ね合わせによる強め合い弱め合いのために明暗が生じる。 When coherent light such as laser light is irradiated onto an object with fine unevenness on the reflecting surface or an object that causes internal scattering, the object receives the coherent light and scatters light, resulting in a pattern derived from the interference of the scattered light. can be observed. This pattern is called a speckle pattern, and light and dark occur at each point of the speckle pattern due to strengthening and weakening due to superimposition of a plurality of scattered lights.

物体の変形や移動に伴って散乱光の位相差が変化すると、スペックルパターンも変化する。そのため、スペックルパターンの時間的な変化を計測することにより、物体における微細な形状の時間的な変化や、移動量の時間的な変化などを推定することができる。スペックルパターンを利用した計測法は、材料計測の他、血流計などの医療センサ、機械制御用の速度計など様々な用途で利用される。例えば、レーザドップラ血流計では、肌の上からレーザ光を照射し、血管内を移動する赤血球で散乱した光と、静止した生体組織で散乱した光との干渉によって生じるスペックルパターンの光から受光強度信号を受光素子によって検出する。検出した受光強度信号の周波数から血管中を通過する赤血球の速度を算出し、算出した赤血球の速度から血流量や脈拍を推定する。 When the phase difference of the scattered light changes with the deformation or movement of the object, the speckle pattern also changes. Therefore, by measuring the temporal change in the speckle pattern, it is possible to estimate the temporal change in the fine shape of the object, the temporal change in the amount of movement, and the like. Measurement methods using speckle patterns are used in various applications such as medical sensors such as blood flowmeters and speedometers for machine control, in addition to material measurement. For example, in a laser Doppler blood flowmeter, a laser beam is irradiated from above the skin, and a speckle pattern of light generated by interference between the light scattered by red blood cells moving in blood vessels and the light scattered by stationary living tissue is used. A light-receiving intensity signal is detected by a light-receiving element. The velocity of red blood cells passing through the blood vessel is calculated from the frequency of the detected received light intensity signal, and the blood flow rate and pulse rate are estimated from the calculated velocity of red blood cells.

CCD(Charge Coupled Device)等の画像センサで撮影することにより、スペックルパターンを二次元で観察することができる。ただし、上記した血流のスペックルパターンのように受光強度信号の周波数が非常に高くなる散乱体を撮影する場合、その周波数の高さに応じた高いフレームレートの画像センサが必要になる。一般的に、画像センサは、フレームレートが高くなれば高くなるほど、解像度が高くなれば高くなるほど価格が高くなるという問題がある。高いフレームレートの画像センサや高解像の画像センサは、光量不足によりノイズの影響を強く受けるようになるという問題がある。 A speckle pattern can be two-dimensionally observed by photographing with an image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device). However, in the case of imaging a scatterer in which the frequency of the received light intensity signal is extremely high, such as the above speckle pattern of blood flow, an image sensor with a high frame rate corresponding to the height of the frequency is required. In general, image sensors have the problem that the higher the frame rate and the higher the resolution, the higher the price. A high frame rate image sensor and a high resolution image sensor have a problem that they are strongly affected by noise due to insufficient amount of light.

例えば、非特許文献1に開示される技術、すなわち、レーザースペックル血流画像化法を用いた血流計では、一般的なフレームレートの画像センサを使用したスペックルパターンの計測法を用いることにより、上記のような画像センサの価格やノイズに関する問題を解決している。レーザースペックル血流画像化法を用いた血流計において、画像センサによって得られる画像データは、画素毎に露光時間内で受光強度信号を積分した結果を示すことになる。血流の速度が速いほど実時間での受光強度信号の周波数が高くなるので、積分値のバラツキが小さくなるという傾向がある。レーザースペックル血流画像化法を用いた血流計では、この傾向を利用し、画像データを複数回取得して比較し、比較結果に基づいて、画像データの間の変動の多寡により血流量を求めることを可能にしている。 For example, the technique disclosed in Non-Patent Document 1, that is, the blood flow meter using the laser speckle blood flow imaging method, uses a speckle pattern measurement method using a general frame rate image sensor. solves the above-mentioned problems related to image sensor price and noise. In a blood flowmeter using a laser speckle blood flow imaging method, image data obtained by an image sensor indicates the result of integrating the received light intensity signal within the exposure time for each pixel. The faster the blood flow, the higher the frequency of the received light intensity signal in real time. A blood flow meter using laser speckle blood flow imaging utilizes this tendency, acquires image data multiple times and compares them. It makes it possible to ask for

OMEGAWAVE, INC.、“2次元レーザー血流画像装置、OMEGAZONE 2D Laser Blood Flow Imager、測定原理”、[online]、[令和3年8月18日検索]、インターネット<http://www.omegawave.co.jp/products/oz/principle.shtml>OMEGAWAVE, INC., “2D laser blood flow imaging device, OMEGAZONE 2D Laser Blood Flow Imager, measurement principle”, [online], [searched on August 18, 2021], Internet <http://www.omegawave .co.jp/products/oz/principle.shtml>

しかしながら、上記の非特許文献1に開示される技術のように、一般的なフレームレートの画像センサを用いてスペックルパターンを計測する際、上記した血流のように受光強度信号の周波数が高くなる物体を計測対象とする場合、複数回の継続的な計測が必要である。そのため、いわゆるリアルタイム計測などの計測の時間間隔に制約がある条件下での計測を行うことが難しいという問題がある。一般的なフレームレートの画像センサを用いる場合、複数回の継続的な計測が必要であることから、計測対象の物体に生じる変化の比率が一定の比率でない場合には、正確な計測を行うことが難しいという問題がある。 However, as in the technique disclosed in Non-Patent Document 1 above, when measuring a speckle pattern using an image sensor with a general frame rate, the frequency of the received light intensity signal is high like the blood flow described above. In the case of measuring an object that is different in size, continuous measurement is required a plurality of times. Therefore, there is a problem that it is difficult to perform measurements such as so-called real-time measurements under conditions where the time interval of measurements is restricted. When using an image sensor with a general frame rate, multiple continuous measurements are required. Therefore, accurate measurement is required if the rate of change occurring in the object to be measured is not a constant rate. is difficult.

上記事情に鑑み、本発明は、計測の時間間隔に制約がある条件下で、変化が一定でない物体の変化をスペックルパターンに基づいて推定することができる技術の提供を目的としている。 In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a technology capable of estimating the change of an object whose change is not constant, based on the speckle pattern, under the condition that the measurement time interval is restricted.

本発明の一態様は、コヒーレント光を生成する照射部と、散乱体が前記コヒーレント光を受けることにより生じる散乱光の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素により受光し、前記画素の各々が前記スペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が、予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素を検出し、検出した前記画素の位置と、前記画素の前記輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成する計測部と、前記イベントデータに基づいて、前記散乱体の変化を示す物理量を算出する算出処理部と、を備える計測装置である。 In one aspect of the present invention, a speckle pattern light generated by interference between an irradiation unit that generates coherent light and scattered light generated by a scatterer receiving the coherent light is received by a plurality of pixels, and the pixels detects a pixel having a luminance change amount indicating a change in the luminance value detected by receiving light of the speckle pattern, and having a predetermined detection target luminance change amount, and the position of the detected pixel; a measurement unit for generating event data including a code value indicating the direction of change of the luminance change amount of the pixel and a detection time indicating the detection time; and a physical quantity indicating a change in the scatterer based on the event data. and a calculation processing unit that calculates .

本発明の一態様は、コヒーレント光を生成し、散乱体が前記コヒーレント光を受けることにより生じる散乱光の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素により受光し、前記画素の各々が前記スペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が、予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素を検出し、検出した前記画素の位置と、前記画素の前記輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成し、生成された前記イベントデータに基づいて、前記散乱体の変化を示す物理量を算出する、計測方法である。 In one aspect of the present invention, coherent light is generated, speckle pattern light generated by interference of the scattered light generated by a scatterer receiving the coherent light is received by a plurality of pixels, and each of the pixels is A pixel having a luminance change amount indicating a change in luminance value detected by receiving the light of the speckle pattern has a predetermined detection target luminance change amount, and a position of the detected pixel and a position of the pixel are detected. generating event data including a code value indicating a change direction of the luminance change amount and a detection time indicating a detection time, and calculating a physical quantity indicating a change in the scatterer based on the generated event data; , is the measurement method.

本発明の一態様は、散乱体がコヒーレント光を受けることにより生じる散乱光の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素により受光し、前記画素の各々が前記スペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が、予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素を検出し、検出した前記画素の位置と、前記画素の前記輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成する計測ステップと、前記イベントデータに基づいて、前記散乱体の変化を示す物理量を算出する算出処理ステップと、をコンピュータに実行させるためのプログラムである。 In one aspect of the present invention, a plurality of pixels receive speckle pattern light generated by interference of scattered light generated by a scatterer receiving coherent light, and each of the pixels receives the speckle pattern light. A pixel having a predetermined amount of luminance change to be detected is detected, and the position of the detected pixel and the direction of change of the amount of luminance change of the pixel are detected. and a detection time indicating the detection time, and a calculation processing step of calculating a physical quantity indicating the change of the scatterer based on the event data It is a program for executing

本発明により、計測の時間間隔に制約がある条件下で、変化が一定でない物体の変化をスペックルパターンに基づいて推定することが可能になる。 According to the present invention, it becomes possible to estimate the change of an object whose change is not constant based on the speckle pattern under the condition that the time interval of measurement is restricted.

第1の実施形態の計測装置の内部構成と散乱体とを示すブロック図である。2 is a block diagram showing the internal configuration and scatterers of the measuring device of the first embodiment; FIG. 第1の実施形態の算出処理部が行う第1の手法の処理の流れを示すフローチャートである。9 is a flow chart showing the flow of processing of the first method performed by the calculation processing unit of the first embodiment; 第1の実施形態の算出処理部が行う第2の手法の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the process of the 2nd method which the calculation process part of 1st Embodiment performs. 第1の実施形態の算出処理部が行う第2の手法において算出処理部が算出する積算値の変化の一例を示すグラフである。9 is a graph showing an example of changes in the integrated value calculated by the calculation processing unit in the second method performed by the calculation processing unit of the first embodiment; 第1の実施形態の算出処理部が行う第3の手法においてイベント検出部に設定する検出閾値の大きさとイベント検出部が検出するピークの位置との関係を説明するためのグラフである。10 is a graph for explaining the relationship between the magnitude of the detection threshold set in the event detection unit and the position of the peak detected by the event detection unit in the third method performed by the calculation processing unit of the first embodiment; 第1の実施形態の算出処理部が行う第3の手法の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flow chart which shows a flow of processing of the 3rd method which a calculation processing part of a 1st embodiment performs. 第1の実施形態の算出処理部が行う第4の手法の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flow chart which shows a flow of processing of the 4th method which a calculation processing part of a 1st embodiment performs. 第2の実施形態の計測装置の内部構成と散乱体とを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the internal structure and scatterer of the measuring device of 2nd Embodiment. 第2の実施形態の光分岐部及び光集束部に適用される光学系の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the optical system applied to the light branching part of 2nd Embodiment, and a light converging part. 第2の実施形態の算出処理部による処理の流れを示すフローチャートである。9 is a flow chart showing the flow of processing by a calculation processing unit according to the second embodiment;

(第1の実施形態)
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、第1の実施形態における計測装置1と、計測装置1の計測対象である散乱体30とを示すブロック図である。散乱体30は、一部に移動する移動散乱体31を含んでおり、コヒーレント光を受けて散乱光を生じさせる物体であればどのような物体であってもよい。例えば、散乱体30は、人体であり、移動散乱体31は、人体の血管を流れる血液である。
(First embodiment)
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a measuring device 1 and a scatterer 30 to be measured by the measuring device 1 according to the first embodiment. The scatterer 30 partially includes a moving scatterer 31 and may be any object that receives coherent light and generates scattered light. For example, the scatterer 30 is a human body, and the moving scatterer 31 is blood flowing through blood vessels of the human body.

計測装置1は、照射部11、計測部12及び算出処理部13を備える。照射部11は、コヒーレント光であるレーザ光を生成する光源を備えており、光源によりレーザ光を一定の光強度で生成する。照射部11は、生成したレーザ光を内部に備える光学素子により面状に拡散し、拡散したレーザ光40を散乱体30に対して照射する。ここで、照射部11が内部に備える光学素子とは、レーザ光を拡散させる光学素子であればどのようなものであってもよく、例えば、光源が生成したレーザ光を拡散する位置に配置された凸レンズである。 The measurement device 1 includes an irradiation unit 11 , a measurement unit 12 and a calculation processing unit 13 . The irradiation unit 11 includes a light source that generates laser light, which is coherent light, and the light source generates the laser light with a constant light intensity. The irradiating unit 11 diffuses the generated laser light in a plane by an internal optical element, and irradiates the scatterer 30 with the diffused laser light 40 . Here, the optical element provided inside the irradiation unit 11 may be any optical element as long as it diffuses the laser light. It is a convex lens.

図1において、散乱光50が、散乱体30において移動散乱体31を除く部分、すなわち静止している部分がレーザ光40を受けることにより生じる散乱光を示しており、散乱光51が、移動散乱体31がレーザ光40を受けることにより生じる散乱光を示している。移動散乱体31が移動していない場合、散乱光51は、散乱光50に含まれることになり、この場合、散乱光50の干渉によりスペックルパターンが生じることになる。これに対して、移動散乱体31が移動している場合、散乱光51が生じ、散乱光50と散乱光51との干渉によりスペックルパターンに変化が生じることになる。 In FIG. 1, the scattered light 50 indicates the scattered light generated by the portion of the scatterer 30 excluding the moving scatterer 31, that is, the stationary portion receiving the laser beam 40. The scattered light 51 is the moving scattered light. Scattered light caused by body 31 receiving laser light 40 is shown. If the moving scatterer 31 is not moving, the scattered light 51 will be included in the scattered light 50, and in this case, interference of the scattered light 50 will produce a speckle pattern. On the other hand, when the moving scatterer 31 is moving, scattered light 51 is generated, and interference between the scattered light 50 and the scattered light 51 causes a change in the speckle pattern.

計測部12は、例えば、イベントベースビジョンセンサを備えたイベントカメラであり、受光部21と、イベント検出部23とを備える。受光部21は、散乱光50,51の干渉によって生じるスペックルパターンの光を受光することができる位置に配置される。受光部21は、例えば、矩形形状になるように並べられて、受光部21の受光面を形成する複数の画素22-1~22-nを備える。ここで、nは、2以上の整数であれば任意の値であってよく、一般的なイベントカメラであれば、nは、数万から数十万といった値になる。なお、図1では、一例として、n=54の例、すなわち、受光部21が、6行×9列の54個の画素22-1~22-54を備える例を示しており、その中の最初と最後の画素のそれぞれに符号「22-1」と「22-n」とを付して示している。画素22-1~22-nの各々は、散乱光50,51の干渉によって生じるスペックルパターンの光を受光すると、各々の位置において計測されるスペックルパターンの光の強度を示す輝度値を出力する。以下、画素22-1~22-nの任意の1つの画素を示す場合、符号の枝番号を示さずに画素22という。 The measurement unit 12 is, for example, an event camera equipped with an event-based vision sensor, and includes a light receiving unit 21 and an event detection unit 23 . The light receiving unit 21 is arranged at a position where it can receive the speckle pattern light generated by the interference of the scattered lights 50 and 51 . The light receiving section 21 includes, for example, a plurality of pixels 22-1 to 22-n arranged in a rectangular shape to form a light receiving surface of the light receiving section 21. As shown in FIG. Here, n may be an arbitrary value as long as it is an integer of 2 or more, and in the case of a general event camera, n is a value of tens of thousands to hundreds of thousands. Note that FIG. 1 shows an example of n=54, that is, an example in which the light receiving unit 21 includes 54 pixels 22-1 to 22-54 arranged in 6 rows×9 columns. The first and last pixels are indicated with reference numerals "22-1" and "22-n", respectively. When each of the pixels 22-1 to 22-n receives the light of the speckle pattern generated by the interference of the scattered lights 50 and 51, it outputs a luminance value indicating the intensity of the light of the speckle pattern measured at each position. do. Hereinafter, when any one of the pixels 22-1 to 22-n is indicated, it will be referred to as the pixel 22 without indicating the branch number of the code.

イベント検出部23は、画素22-1~22-nの各々が出力する輝度値の変化を示す輝度変化量を非同期で検出する。イベント検出部23は、更に、検出した輝度変化量が、予め定められる検出対象の輝度変化量を有している画素22を検出すると、検出した画素22の位置と、輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成する。ここで、画素22の位置は、例えば、画素22-1の位置を原点、すなわち(0,0)とする行と列の位置によって表される座標データによって示される位置であり、画素22-1の同一列の1行下の画素の位置は座標データ(1,0)として示され、画素22-1の同一行の1列右の画素の位置は、座標データ(0,1)として示されることになる。輝度変化量の変化方向を示す符号値とは、例えば、輝度値が小さい値から大きい値に変化している場合「+1」となり、輝度値が大きい値から小さい値に変化している場合「-1」となる値である。 The event detection unit 23 asynchronously detects a luminance change amount indicating a change in luminance value output from each of the pixels 22-1 to 22-n. Further, when the event detecting unit 23 detects a pixel 22 having a predetermined detection target luminance change amount, the event detection unit 23 detects the position of the detected pixel 22 and the change direction of the luminance change amount. Event data is generated that includes a code value indicating the event and a detection time indicating the time of detection. Here, the position of the pixel 22 is, for example, the position indicated by the coordinate data represented by the position of the row and column with the position of the pixel 22-1 as the origin, that is, (0, 0). is shown as coordinate data (1, 0), and the position of the pixel one row right in the same row of pixel 22-1 is shown as coordinate data (0, 1). It will be. The code value indicating the change direction of the luminance change amount is, for example, "+1" when the luminance value changes from a small value to a large value, and "-" when the luminance value changes from a large value to a small value. 1”.

ここで、イベント検出部23が検出する輝度変化量と、スペックルパターンの変化を生じさせる受光強度信号との関係について説明する。受光強度信号とは、ある位置において計測されるスペックルパターンの光の光強度値を時系列に並べた信号である。スペックルパターンの変化が大きくなると、受光強度信号の周波数も高くなるという関係がある。画素22-1~22-nの各々が検出する輝度値は、各々の位置において計測されるスペックルパターンの光の強度を示しており、各々が検出する輝度値を時系列に並べることにより、画素22-1~22-nの各々の位置において計測されるスペックルパターンの受光強度信号が得られることになる。ここで、ある1つの画素22において計測される受光強度信号をI(t)とする(ただし、I(t)において、tは、時刻であり、I(t)は、時刻tにおいて画素22が検出する輝度値である)。例えば、画素22が時刻tにおいて検出した輝度値が、I(t)であり、画素22が時刻tの直後の検出時刻である時刻tにおいて検出した輝度値が、I(t)である場合、イベント検出部23は、時刻tにおいて、輝度値の対数値の差で表される輝度変化量log(I(t2))-log(I(t1))を検出することになる。ここで、log(・)の底は、「e」であり、以下、「対数」という場合は、底が「e」の自然対数であるものとする。イベント検出部23は、log(I(t))-log(I(t1))の演算の結果の符号を、符号値の符号として検出する。以下、輝度変化量log(I(t2))-log(I(t1))の式を一般化して、時刻tにおける輝度変化量を式によって示す場合、Δ(log(I(t))という式により示すものとする。 Here, the relationship between the luminance change amount detected by the event detection unit 23 and the received light intensity signal that causes the speckle pattern to change will be described. The received light intensity signal is a signal obtained by arranging light intensity values of speckle pattern light measured at a certain position in time series. There is a relationship that the frequency of the received light intensity signal increases as the change in the speckle pattern increases. The luminance value detected by each of the pixels 22-1 to 22-n indicates the light intensity of the speckle pattern measured at each position. By arranging the luminance values detected by each in time series, A received light intensity signal of the speckle pattern measured at each position of the pixels 22-1 to 22-n is obtained. Here, let the received light intensity signal measured at one pixel 22 be I(t) (in I(t), t is time, and I(t) is the pixel 22 at time t). is the luminance value to be detected). For example, the luminance value detected by the pixel 22 at time t1 is I( t1 ), and the luminance value detected by the pixel 22 at time t2 , which is the detection time immediately after time t1 , is I( t2 ), the event detection unit 23 detects the luminance change amount log(I(t 2 ))−log(I(t 1 )) represented by the difference between the logarithms of the luminance values at time t 2 It will be. Here, the base of log(·) is “e”, and hereinafter, “logarithm” is assumed to be the natural logarithm with the base “e”. The event detection unit 23 detects the sign of the result of the calculation of log(I(t 2 ))−log(I(t 1 )) as the sign of the code value. Hereinafter, when generalizing the formula of the amount of change in brightness log(I(t 2 ))−log(I(t 1 )) and expressing the amount of change in brightness at time t by the formula, Δ(log(I(t)) It shall be shown by the formula

算出処理部13は、イベント検出部23が出力するイベントデータに基づいて、散乱体30の変化を示す物理量を算出する。以下、散乱体30の変化を示す物理量として散乱体30に含まれる移動散乱体31の移動速度を算出する4通りの手法について説明する。 The calculation processing unit 13 calculates physical quantities indicating changes in the scatterers 30 based on the event data output by the event detection unit 23 . Four methods for calculating the moving speed of the moving scatterer 31 included in the scatterer 30 as a physical quantity indicating the change of the scatterer 30 will be described below.

(第1の実施形態の計測装置による第1の手法)
図2を参照しつつ、第1の実施形態における計測装置1による第1の手法について説明する。図2は、算出処理部13による第1の手法の流れを示すフローチャートである。図2のフローチャートの処理が開始される前提として、以下に示すことが行われているものとする。照射部11は、固定された位置及び方向に設置されており、レーザ光40を計測領域に対して照射する。ここで、計測領域とは、例えば、移動散乱体31が存在する散乱体30の領域である。計測部12の受光部21は、散乱光50,51の干渉によって生じるスペックルパターンの光を画素22-1~22-nにより受光する。
(First method by the measuring device of the first embodiment)
A first method by the measuring device 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIG. 2 . FIG. 2 is a flow chart showing the flow of the first method by the calculation processing unit 13. As shown in FIG. As a premise for starting the processing of the flow chart of FIG. 2, it is assumed that the following has been performed. The irradiation unit 11 is installed at a fixed position and direction, and irradiates the measurement area with the laser light 40 . Here, the measurement region is, for example, the region of the scatterer 30 where the moving scatterer 31 exists. The light receiving unit 21 of the measuring unit 12 receives speckle pattern light generated by interference of the scattered lights 50 and 51 by the pixels 22-1 to 22-n.

イベント検出部23は、画素22-1~22-nの各々が出力する輝度値の変化を示す輝度変化量を非同期で検出する。イベント検出部23は、予め定められる検出閾値を内部の記憶領域に予め記憶させており、輝度変化量を検出すると、内部の記憶領域を参照し、検出した輝度変化量が、検出閾値以上の輝度変化量であるか否かを判定する。イベント検出部23は、検出した輝度変化量が予め定められる検出閾値以上の輝度変化量であると判定した場合、当該輝度変化量に対応する画素22を予め定められる検出対象の輝度変化量を有している画素として検出する。イベント検出部23は、検出した画素22に対するイベントデータ、すなわち画素22の位置と、輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出時刻とを含むイベントデータを生成し、生成したイベントデータを算出処理部13に出力する。 The event detection unit 23 asynchronously detects a luminance change amount indicating a change in luminance value output from each of the pixels 22-1 to 22-n. The event detection unit 23 stores a predetermined detection threshold value in an internal storage area in advance, and upon detecting a luminance change amount, refers to the internal storage area, and determines whether the detected luminance change amount is equal to or greater than the detection threshold value. It is determined whether or not it is the amount of change. When the event detection unit 23 determines that the detected amount of luminance change is equal to or greater than a predetermined detection threshold, the event detection unit 23 has a predetermined amount of luminance change to be detected for the pixel 22 corresponding to the amount of luminance change. detected as a pixel with The event detection unit 23 generates event data for the detected pixel 22, that is, event data including the position of the pixel 22, a code value indicating the change direction of the luminance change amount, and the detection time, and calculates the generated event data. Output to the processing unit 13 .

上記したように、散乱体30に含まれる移動散乱体31が移動していない場合、散乱体30の全てが静止している状態になる。この場合、散乱光51は、散乱光50に含まれることになるので、散乱光50のみが生じることになる。照射部11は、上記したように一定の方向に対して、一定の光強度でレーザ光40を照射する。すなわち、照射部11が照射するレーザ光40は、時間が経過しても変化しないことになる。したがって、散乱光50の干渉によって生じるスペックルパターンも、時間が経過しても変化しないことになる。この場合、画素22-1~22-nの各々がスペックルパターンの光を受光して出力する輝度値は変化しないため、イベント検出部23は、いずれの画素22-1~22-nからも「0」の輝度変化量を検出することになる。ただし、実際には、ノイズなどが存在するため、イベント検出部23が検出する輝度変化量は、「0」にならない場合もあるが、検出閾値以上になることはない。したがって、この場合、イベント検出部23は、イベントデータを出力することもない。 As described above, when the moving scatterer 31 included in the scatterer 30 is not moving, the scatterer 30 is all stationary. In this case, the scattered light 51 is included in the scattered light 50, so only the scattered light 50 is generated. As described above, the irradiation unit 11 irradiates the laser beam 40 in a certain direction with a certain light intensity. That is, the laser beam 40 emitted by the irradiation unit 11 does not change over time. Therefore, the speckle pattern caused by the interference of the scattered light 50 also does not change over time. In this case, since the luminance value output by each of the pixels 22-1 to 22-n upon receiving the light of the speckle pattern does not change, the event detection unit 23 detects the light from any of the pixels 22-1 to 22-n A luminance change amount of "0" is detected. However, in reality, noise or the like exists, so the amount of change in brightness detected by the event detection unit 23 may not be "0", but it never exceeds the detection threshold. Therefore, in this case, the event detector 23 does not output any event data.

これに対して、散乱体30に含まれる移動散乱体31が移動している場合、散乱体30の移動散乱体31以外の静止部分がレーザ光40を受けることにより生じる散乱光50と、移動散乱体31がレーザ光40を受けることにより生じる散乱光51との干渉によりスペックルパターンが変化することになる。スペックルパターンが変化すると、スペックルパターンの変化が生じている位置に対応する画素22-1~22-nが検出する輝度値は変化することになる。イベント検出部23は、画素22-1~22-nが出力する輝度値から輝度変化量を検出した場合に、検出した輝度変化量が予め定められる検出閾値以上の輝度変化量であると判定したとき、当該輝度変化量に対応する画素22に関するイベントデータを生成して出力することになる。 On the other hand, when the moving scatterer 31 included in the scatterer 30 is moving, the scattered light 50 generated by the stationary portion of the scatterer 30 other than the moving scatterer 31 receiving the laser beam 40 and the moving scattering Interference with the scattered light 51 generated when the body 31 receives the laser light 40 changes the speckle pattern. When the speckle pattern changes, the luminance values detected by the pixels 22-1 to 22-n corresponding to the positions where the speckle pattern changes are changed. When the event detection unit 23 detects the amount of luminance change from the luminance values output by the pixels 22-1 to 22-n, it determines that the detected amount of luminance change is equal to or greater than a predetermined detection threshold. Then, event data relating to the pixel 22 corresponding to the luminance change amount is generated and output.

以下、図2のフローチャートにしたがって処理の流れを説明する。算出処理部13は、イベント検出部23が非同期に出力するイベントデータを取り込む(ステップSa1)。算出処理部13は、イベントデータの各々に含まれる画素22の位置と、検出時刻とに基づいて、画素22-1~22-nの各々の単位時間当たりのイベントデータの数をカウントする(ステップSa2)。 The flow of processing will be described below according to the flowchart of FIG. The calculation processing unit 13 takes in the event data asynchronously output by the event detection unit 23 (step Sa1). The calculation processing unit 13 counts the number of event data per unit time for each of the pixels 22-1 to 22-n based on the position of the pixel 22 included in each event data and the detection time (step Sa2).

移動散乱体31の移動速度が増加すると、スペックルパターンの変化は大きくなる。スペックルパターンの変化が大きくなると、受光強度信号の周波数が高くなる。受光強度信号の周波数が高くなると、単位時間当たりのイベントデータの数も増加する。したがって、単位時間当たりのイベントデータの数が多いということは、移動散乱体31の移動速度が速いことを示すことになり、イベントデータの数の多寡により、移動散乱体31の相対的な移動速度の大小を示すことができる。 As the moving speed of the moving scatterer 31 increases, the speckle pattern changes more. As the speckle pattern changes more, the frequency of the received light intensity signal increases. As the frequency of the received light intensity signal increases, the number of event data per unit time also increases. Therefore, a large number of event data per unit time means that the moving speed of the moving scatterer 31 is high, and the amount of event data changes the relative moving speed of the moving scatterer 31. can indicate the size of

画素22-1~22-nの各々の位置は、散乱体30のいずれかの位置に関連付けることができる。算出処理部13は、画素22-1~22-nの各々の単位時間当たりのイベントデータの数を、画素22-1~22-nの各々に対応する散乱体30の位置における移動散乱体31の相対的な移動速度を示す値として出力する(ステップSa3)。 The position of each of pixels 22-1 through 22-n can be associated with any position of scatterer 30. FIG. The calculation processing unit 13 calculates the number of event data per unit time for each of the pixels 22-1 to 22-n by calculating the moving scatterer 31 at the position of the scatterer 30 corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n. (step Sa3).

(第1の実施形態の計測装置による第2の手法)
図3、図4を参照しつつ、第1の実施形態における計測装置1による第2の手法について説明する。なお、第2の手法が行われる場合、算出処理部13の内部に記憶領域にイベント検出部23の内部の記憶領域に記憶させている検出閾値と同一値の検出閾値が予め記憶される。
(Second method using the measuring device of the first embodiment)
A second method by the measuring device 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. Note that when the second method is performed, a detection threshold having the same value as the detection threshold stored in the storage area inside the event detection section 23 is stored in advance in the storage area inside the calculation processing section 13 .

図3は、算出処理部13による第2の手法の流れを示すフローチャートである。なお、図3のフローチャートの処理が開始される前提は、上記した第1の手法の前提と同一の前提である。算出処理部13は、イベント検出部23が非同期に出力するイベントデータを取り込む(ステップSb1)。算出処理部13は、取り込んだイベントデータに含まれる符号値に、内部の記憶領域に記憶させている検出閾値を乗算してイベントデータごとの乗算値を算出する(ステップSb2)。算出処理部13は、画素22-1~22-nの各々について、検出時刻ごとに、当該検出時刻以前の検出時刻に対応する乗算値を積算し、検出時刻ごとの積算値を算出する(ステップSb3)。 FIG. 3 is a flow chart showing the flow of the second method by the calculation processing unit 13. As shown in FIG. Note that the premise for starting the processing of the flowchart of FIG. 3 is the same as the premise for the first method described above. The calculation processing unit 13 takes in the event data asynchronously output by the event detection unit 23 (step Sb1). The calculation processing unit 13 multiplies the code value included in the captured event data by the detection threshold value stored in the internal storage area to calculate the multiplied value for each event data (step Sb2). For each of the pixels 22-1 to 22-n, the calculation processing unit 13 integrates the multiplied values corresponding to the detection times before the detection time, and calculates the integrated value for each detection time (step Sb3).

例えば、以下のようにして算出処理部13は、画素22-1~22-nの各々の検出時刻ごとの積算値を算出する。算出処理部13において、予め積算開始時刻が定められる。算出処理部13は、ある1つの画素22のイベントデータであって検出時刻が積算開始時刻以後のイベントデータを順次取り込む。ここで、算出処理部13が順次取り込む画素22の複数のイベントデータに含まれる検出時刻が、時刻の早いものから順にt,t,…であるとする。ただし、t,t,…は、積算開始時刻以後の時刻である。 For example, the calculation processing unit 13 calculates the integrated value for each detection time of each of the pixels 22-1 to 22-n as follows. In the calculation processing section 13, the integration start time is determined in advance. The calculation processing unit 13 sequentially acquires event data of one pixel 22 whose detection time is after the integration start time. Here, it is assumed that the detection times included in the plurality of event data of the pixels 22 sequentially captured by the calculation processing unit 13 are t 1 , t 2 , . However, t 1 , t 2 , . . . are times after the integration start time.

算出処理部13は、画素22の検出時刻tのイベントデータを取り込むと、ステップSb2の処理により検出時刻tに対応する乗算値を算出する。算出処理部13は、検出時刻tより前の検出時刻であって積算開始時刻以後の検出時刻に対応する乗算値が存在しないため、算出した検出時刻tに対応する乗算値を、画素22の検出時刻tの積算値とする。算出処理部13は、次に、画素22の検出時刻tのイベントデータを取り込むと、ステップSb2の処理により検出時刻tに対応する乗算値を算出する。算出処理部13は、画素22の検出時刻tの積算値に、算出した検出時刻tに対応する乗算値を加算し、加算した加算値を、画素22の検出時刻tの積算値とする。このようにして、算出処理部13は、画素22のイベントデータを取り込むごとに、1つ前の検出時刻の積算値に、取り込んだイベントデータに含まれる検出時刻に対応する乗算値を加算することを繰り返し、画素22の検出時刻ごとの積算値を算出する。算出処理部13は、全ての画素22-1~22-nに対して同様の演算を行い、画素22-1~22-nの各々の検出時刻ごとの積算値を算出する。 When the calculation processing unit 13 takes in the event data of the pixel 22 at the detection time t1 , it calculates the multiplication value corresponding to the detection time t1 by the process of step Sb2. Since there is no multiplied value corresponding to the detection time before the detection time t1 and after the integration start time, the calculation processing unit 13 calculates the multiplied value corresponding to the calculated detection time t1 to the pixel 22. is the integrated value at the detection time t1 . Next, when the calculation processing unit 13 takes in the event data of the pixel 22 at the detection time t2 , it calculates the multiplication value corresponding to the detection time t2 by the process of step Sb2. The calculation processing unit 13 adds the multiplied value corresponding to the calculated detection time t2 to the integrated value of the detection time t1 of the pixel 22, and the added value is the integrated value of the detection time t2 of the pixel 22. do. In this manner, the calculation processing unit 13 adds the multiplication value corresponding to the detection time included in the captured event data to the integrated value of the previous detection time every time the event data of the pixel 22 is captured. is repeated to calculate an integrated value for each detection time of the pixel 22 . The calculation processing unit 13 performs similar calculations for all the pixels 22-1 to 22-n, and calculates integrated values for each detection time of each of the pixels 22-1 to 22-n.

図4は、算出処理部13が算出した、ある1つの画素22の検出時刻ごとの積算値の一例を棒グラフによって示した図である。図4に示す棒グラフは、横軸が検出時刻であり、縦軸が、算出処理部13が算出する積算値である。イベント検出部23が出力するイベントデータは、非同期であるため、棒グラフの検出時間の間隔は、一定の間隔にはならない。積算値は、符号値の「-1」または「+1」に検出閾値を乗算した値を加算しているため、検出閾値の大きさをステップ幅とした量子化値になる。この場合、図4に示す棒グラフの変化は、検出閾値の大きさで量子化されている分の誤差を含んでいるが、画素22における輝度変化量Δ(log(I(t))を時間方向に積算した場合の時間的な変化、すなわち、画素22の位置において計測されるlog(I(t))とみなすことができる。 FIG. 4 is a bar graph showing an example of integrated values for each detection time of one pixel 22 calculated by the calculation processing unit 13 . In the bar graph shown in FIG. 4 , the horizontal axis is the detection time, and the vertical axis is the integrated value calculated by the calculation processing unit 13 . Since the event data output by the event detection unit 23 is asynchronous, the detection time interval of the bar graph is not constant. Since the integrated value is obtained by multiplying the code value "-1" or "+1" by the detection threshold, it becomes a quantized value with a step width equal to the magnitude of the detection threshold. In this case, the change in the bar graph shown in FIG. 4 includes an error quantized by the magnitude of the detection threshold. , i.e. log(I(t)) measured at the pixel 22 position.

算出処理部13は、画素22-1~22-nの各々についてのlog(I(t))から、各々の受光強度信号I(t)を算出する。算出処理部13は、画素22-1~22-nの各々について算出した受光強度信号I(t)の周波数から、例えば、以下の参考文献1に示すレーザドップラ血流計による手法により、画素22-1~22-nの各々に対応する散乱体30の位置における移動散乱体31の移動速度を算出する(ステップSb4)。 The calculation processing unit 13 calculates each received light intensity signal I(t) from log(I(t)) for each of the pixels 22-1 to 22-n. The calculation processing unit 13 calculates the pixel 22 from the frequency of the received light intensity signal I(t) calculated for each of the pixels 22-1 to 22-n, for example, by a method using a laser Doppler blood flowmeter shown in Reference 1 below. The movement speed of the moving scatterer 31 at the position of the scatterer 30 corresponding to each of -1 to 22-n is calculated (step Sb4).

[参考文献1:株式会社光響、Optimedia、“38・7レーザースペックル血流画像化法”、[online]、[令和3年8月18日検索]、インターネット<https://optipedia.info/laser/handbook/laser-handbook-9th-section/38-7/>] [Reference 1: Kokyo Co., Ltd., Optipedia, “38.7 Laser Speckle Blood Flow Imaging Method”, [online], [Searched on August 18, 2021], Internet <https://optipedia. info/laser/handbook/laser-handbook-9th-section/38-7/>]

すなわち、第2の手法の算出処理部13は、イベントデータに含まれる輝度変化量の変化方向を示す符号値に、検出閾値を乗算して乗算値を算出する。算出処理部13は、画素22-1~22-nの各々について、検出時刻ごとに、当該検出時刻以前の検出時刻に対応する乗算値を積算した値を、検出時刻ごとの積算値として算出する。算出処理部13は、算出した画素22-1~22-nの各々の検出時刻ごとの積算値に基づいて、画素22-1~22-nの各々に対応する散乱体30の位置における移動散乱体31の移動速度を算出するという処理を行っていることになる。 That is, the calculation processing unit 13 of the second method calculates a multiplied value by multiplying the code value indicating the change direction of the luminance change amount included in the event data by the detection threshold. For each of the pixels 22-1 to 22-n, the calculation processing unit 13 calculates, for each detection time, a value obtained by integrating multiplied values corresponding to detection times before the detection time as an integration value for each detection time. . The calculation processing unit 13 calculates moving scattering at the positions of the scatterer 30 corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n based on the calculated integrated value for each detection time of each of the pixels 22-1 to 22-n. This means that the process of calculating the moving speed of the body 31 is performed.

上記の第2の手法により算出処理部13が算出する移動速度は、第1の手法と同じく相対的な移動速度である。ただし、第1の手法の場合、ノイズ、レーザ光40の光量に依存する検出遅延、一度に多量のイベントデータが発生した場合における受光部21やイベント検出部23での帯域不足などの外的要因により各検出時刻のイベントデータの発生量にバラツキが存在すると、算出する移動速度にもバラツキが生じることになる。これに対して、第2の手法では、符号値に検出閾値を乗算して得られる乗算値を時間方向に積算した積算値を算出して画素22-1~22-nの各々に対応する受光強度信号I(t)を算出する。そのため、第2の手法では、上記の外的要因による影響を軽減した相対的な移動速度を算出することができる。 The moving speed calculated by the calculation processing unit 13 by the above second method is a relative moving speed as in the first method. However, in the case of the first method, external factors such as noise, detection delay depending on the amount of light of the laser beam 40, and band shortage in the light receiving unit 21 and the event detection unit 23 when a large amount of event data is generated at once. If there is variation in the amount of event data generated at each detection time, the calculated moving speed will also vary. On the other hand, in the second method, the multiplied value obtained by multiplying the code value by the detection threshold value is integrated in the time direction to calculate the integrated value, and the received light corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n is calculated. Calculate the intensity signal I(t). Therefore, in the second method, it is possible to calculate a relative moving speed that is less affected by the above external factors.

なお、算出処理部13は、図4に示す画素22の検出時刻ごとの積算値の棒グラフに対してフィルタリング処理を行うことにより、符号100で示す曲線を生成し、生成した曲線の変化を画素22の位置において計測されるlog(I(t))とみなすようにしてもよい。これにより、量子化による誤差を軽減して、画素22-1~22-nの各々に対応する散乱体30の位置における移動散乱体31の移動速度を算出することが可能になる。 Note that the calculation processing unit 13 generates a curve indicated by reference numeral 100 by performing filtering processing on the bar graph of the integrated value for each detection time of the pixel 22 shown in FIG. may be regarded as log(I(t)) measured at the position of . This makes it possible to reduce errors due to quantization and calculate the moving speed of the moving scatterer 31 at the position of the scatterer 30 corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n.

(第1の実施形態の計測装置による第3の手法)
図5、図6を参照しつつ、第1の実施形態における計測装置1による第3の手法について説明する。なお、第3の手法が行われる場合、イベント検出部23の内部の記憶領域に予め記憶させている検出閾値の値は、以下のような値に予め定められる。イベント検出部23は、受光部21の画素22-1~22-nの各々がスペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の中から最大値と最小値とを予め検出しておく。イベント検出部23は、予め検出した輝度値の最大値と最小値との差の絶対値を算出し、算出した差の絶対値を検出閾値として内部の記憶領域に予め記憶させる。
(Third method by the measuring device of the first embodiment)
A third method by the measurement device 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6. FIG. It should be noted that when the third technique is performed, the value of the detection threshold stored in advance in the storage area inside the event detection unit 23 is predetermined as follows. The event detection unit 23 preliminarily detects the maximum value and the minimum value from luminance values detected by each of the pixels 22-1 to 22-n of the light receiving unit 21 receiving speckle pattern light. The event detection unit 23 calculates the absolute value of the difference between the maximum value and the minimum value of luminance values detected in advance, and stores the calculated absolute value of the difference in advance in an internal storage area as a detection threshold.

図5は、ある1つの画素22がスペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化の一例を示すグラフであり、横軸が時刻であり、縦軸が輝度値である。検出閾値の大きさは、符号110によって示す輝度値の最大値から最小値までの長さである。この場合、イベント検出部23は、輝度値が最大値から最小値に変化する符号121のピークの時刻と、輝度値が最小値から最大値に変化する符号122のピークの時刻とにおいて、画素22から検出する輝度変化量が検出閾値以上となるため、画素22に対するイベントデータを生成することになる。 FIG. 5 is a graph showing an example of change in luminance value detected by one pixel 22 receiving speckle pattern light, where the horizontal axis is time and the vertical axis is luminance value. The magnitude of the detection threshold is the length from the maximum luminance value to the minimum luminance value indicated by reference numeral 110 . In this case, the event detection unit 23 determines whether the pixel 22 Since the amount of change in luminance detected from 1 is greater than or equal to the detection threshold, event data for the pixel 22 is generated.

符号121のピークは、散乱光50,51の干渉が最も弱くなっている状態を示しており、符号122のピークは、散乱光50,51の干渉が最も強くなっている状態を示している。したがって、符号121のピークと、符号122のピークの発生間隔は、画素22の位置において計測される受光強度信号I(t)の周波数を示すことになる。なお、図5のグラフは、輝度値の最大値と最小値の差の絶対値を検出閾値とした場合に、どのようなケースでイベントデータが発生するのかを説明するために示した一例であり、実際のスペックルパターンの光のグラフは、明暗のパターンが周期的に表れるグラフになる。 The peak 121 indicates the weakest interference of the scattered lights 50 and 51 , and the peak 122 indicates the strongest interference of the scattered lights 50 and 51 . Therefore, the interval between the peaks 121 and 122 indicates the frequency of the received light intensity signal I(t) measured at the position of the pixel 22 . Note that the graph of FIG. 5 is an example shown to explain in what cases event data is generated when the absolute value of the difference between the maximum and minimum luminance values is used as the detection threshold. , the light graph of the actual speckle pattern becomes a graph in which light and dark patterns appear periodically.

図6は、算出処理部13による第3の手法の流れを示すフローチャートである。なお、図6のフローチャートの処理が開始される前提は、上記した第1の手法の前提と同一の前提である。算出処理部13は、イベント検出部23が非同期に出力するイベントデータを取り込む(ステップSc1)。算出処理部13は、取り込んだイベントデータの検出時刻から画素22-1~22-nごとのイベントデータの発生間隔を計測する(ステップSc2)。算出処理部13は、計測した画素22-1~22-nごとのイベントデータの発生間隔に基づいて、画素22-1~22-nの各々に対応する受光強度信号I(t)の周波数を算出する(ステップSc3)。算出処理部13は、画素22-1~22-nの各々に対応する受光強度信号I(t)の周波数から、例えば、上記した参考文献1に示すレーザドップラ血流計による手法により、画素22-1~22-nの各々に対応する散乱体30の位置における移動散乱体31の移動速度を算出して出力する(ステップSc4)。 FIG. 6 is a flow chart showing the flow of the third method by the calculation processing unit 13. As shown in FIG. Note that the premise for starting the processing of the flowchart of FIG. 6 is the same as the premise for the first method described above. The calculation processing unit 13 takes in the event data asynchronously output by the event detection unit 23 (step Sc1). The calculation processing unit 13 measures the generation interval of the event data for each of the pixels 22-1 to 22-n from the detection time of the captured event data (step Sc2). The calculation processing unit 13 calculates the frequency of the received light intensity signal I(t) corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n based on the measured occurrence intervals of the event data for each of the pixels 22-1 to 22-n. Calculate (step Sc3). The calculation processing unit 13 calculates the pixel 22 from the frequency of the received light intensity signal I(t) corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n, for example, by the method using a laser Doppler blood flowmeter shown in Reference 1 above. The moving speed of the moving scatterer 31 at the position of the scatterer 30 corresponding to each of -1 to 22-n is calculated and output (step Sc4).

すなわち、第3の手法の算出処理部13は、イベントデータに含まれる検出時刻に基づいて、画素22-1~22-nごとのイベントデータの発生間隔を算出する。算出処理部13は、算出した画素22-1~22-nごとのイベントデータの発生間隔に基づいて、画素22-1~22-nの各々に対応する散乱体30の位置における移動散乱体31の移動速度を算出していることになる。 That is, the calculation processing unit 13 of the third method calculates the occurrence intervals of the event data for each of the pixels 22-1 to 22-n based on the detection times included in the event data. The calculation processing unit 13 calculates the moving scatterer 31 at the position of the scatterer 30 corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n based on the calculated occurrence interval of the event data for each of the pixels 22-1 to 22-n. is calculated.

第3の手法では、上記したように受光強度信号I(t)がピークになる時刻においてのみイベントデータが発生することになる。そのため、イベントデータの発生間隔から受光強度信号I(t)の周波数を直接的に算出することができる。そのため、第1の手法のようにイベントデータの数をカウントしたり、第2の手法のように積算値を求めたりする必要がなく、第1及び第2の手法よりも少ない演算量で画素22-1~22-nの各々に対応する散乱体30の位置における移動散乱体31の移動速度を算出することが可能になる。第3の手法では、画素22-1~22-nの各々の位置において計測される受光強度信号I(t)の周波数を算出していることから、第1の手法や第2の手法のように相対的な移動速度を算出するのではなく、画素22-1~22-nの各々に対応する散乱体30の位置における移動散乱体31の絶対的な移動速度を算出することができる。 In the third method, as described above, event data is generated only at the time when the received light intensity signal I(t) peaks. Therefore, the frequency of the received light intensity signal I(t) can be directly calculated from the occurrence interval of the event data. Therefore, it is not necessary to count the number of event data as in the first method or to obtain an integrated value as in the second method. It becomes possible to calculate the moving speed of the moving scatterer 31 at the position of the scatterer 30 corresponding to each of -1 to 22-n. The third method calculates the frequency of the received light intensity signal I(t) measured at each position of the pixels 22-1 to 22-n. Instead of calculating the relative moving speed, the absolute moving speed of the moving scatterer 31 at the position of the scatterer 30 corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n can be calculated.

なお、上記の第3の手法では、画素22-1~22-nの各々が検出する輝度値の最大値及び最小値の各々にバラツキがないことを前提とし、画素22-1~22-nの各々がスペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の中の最大値と最小値との差の絶対値を、全ての画素22-1~22-nに対して共通の検出閾値としている。これに対して、画素22-1~22-nの各々が検出する輝度値の最大値及び最小値の各々にバラツキがある場合、イベント検出部23は、画素22-1~22-nごとに、輝度値の最大値と最小値とを予め検出し、画素22-1~22-nの各々に対応する輝度値の最大値と最小値の差の絶対値を、画素22-1~22-nの各々に対する個別の検出閾値とするようにしてもよい。 It should be noted that the above-described third technique assumes that there is no variation in the maximum and minimum luminance values detected by the pixels 22-1 to 22-n. The absolute value of the difference between the maximum value and the minimum value among the luminance values detected by receiving the light of the speckle pattern is used as a detection threshold common to all the pixels 22-1 to 22-n. there is On the other hand, if there are variations in the maximum and minimum luminance values detected by each of the pixels 22-1 to 22-n, the event detection unit 23 detects , the maximum and minimum luminance values are detected in advance, and the absolute values of the differences between the maximum and minimum luminance values corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n are calculated for the pixels 22-1 to 22-n. There may be separate detection thresholds for each of n.

(第1の実施形態の計測装置による第4の手法)
図7を参照しつつ、第1の実施形態における計測装置1による第4の手法について説明する。第4の手法は、散乱体30に含まれる移動散乱体31の領域が十分に大きい場合に適用されることを想定している。散乱体30に含まれる移動散乱体31の領域が十分に大きい場合、散乱光50,51の干渉によってパターンに変化が生じている部分のスペックルパターンの光を、受光部21の多くの画素22-1~22-nにおいて受光することができることになる。この場合、イベント検出部23が検出するイベントデータから、受光部21の受光面、すなわち画素22-1~22-nの位置において計測されるスペックルパターンの光の強弱の度合いを示す画像を検出時刻ごとに生成し、異なる2つの検出時刻の画像を比較することにより、スペックルパターンの時間的な変化を検出できることになる。
(Fourth method by the measuring device of the first embodiment)
A fourth method by the measurement device 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIG. 7 . The fourth method is assumed to be applied when the area of the moving scatterer 31 included in the scatterer 30 is sufficiently large. If the area of the moving scatterer 31 included in the scatterer 30 is sufficiently large, the light of the speckle pattern in the portion where the pattern is changed due to the interference of the scattered lights 50 and 51 is distributed to many pixels 22 of the light receiving unit 21. -1 to 22-n can receive light. In this case, from the event data detected by the event detection unit 23, an image indicating the degree of light intensity of the speckle pattern measured at the light receiving surface of the light receiving unit 21, that is, at the positions of the pixels 22-1 to 22-n is detected. By generating the images for each time and comparing the images at two different detection times, it is possible to detect temporal changes in the speckle pattern.

図7は、算出処理部13による第4の手法の流れを示すフローチャートである。なお、図7のフローチャートの処理が開始される前提は、上記した第1の手法の前提と同一の前提である。算出処理部13は、イベント検出部23が非同期に出力するイベントデータを取り込む(ステップSd1)。算出処理部13は、画素22-1~22-nの各々について、検出時刻ごとに、当該検出時刻以前の検出時刻に対応する符号値を積算し、検出時刻ごとの積算値を算出する(ステップSd2)。なお、第4の手法において、算出処理部13が符号値を積算していく手順は、積算の対象が乗算値から符号値に代わる他は、第2の手法における乗算値を積算していく手順と同様の手順である。 FIG. 7 is a flow chart showing the flow of the fourth method by the calculation processing unit 13. As shown in FIG. The premise for starting the processing of the flowchart of FIG. 7 is the same as the premise for the first method described above. The calculation processing unit 13 takes in the event data asynchronously output by the event detection unit 23 (step Sd1). For each of the pixels 22-1 to 22-n, the calculation processing unit 13 integrates code values corresponding to detection times before the detection time, and calculates an integrated value for each detection time (step Sd2). In the fourth method, the procedure for the calculation processing unit 13 to integrate the code values is the procedure for integrating the multiplication values in the second method, except that the target of integration is changed from the multiplication value to the code value. It is the same procedure as

算出処理部13は、算出した画素22-1~22-nの各々についての検出時刻ごとの積算値を画素値とし、検出時刻ごとの画像データを生成する(ステップSd3)。第2の手法では、積算値は、符号値に検出閾値を乗算した乗算値を積算した値であり、画素22-1~22-nの各々についての検出時刻ごとの積算値の変化を、画素22-1~22-nの各々におけるΔlog(I(t))を積算したlog(I(t))とみなしていた。これに対して、第4の手法により算出する画素22-1~22-nの各々についての検出時刻ごとの積算値は、スペックルパターンの光の強弱の度合い示していることになる。したがって、ステップSd3において、算出処理部13が生成する検出時刻tの画像データによって表される画像は、検出時刻tにおけるスペックルパターンの光の強弱の度合いを示した画像ということになる。 The calculation processing unit 13 uses the calculated integrated value for each detection time for each of the pixels 22-1 to 22-n as the pixel value, and generates image data for each detection time (step Sd3). In the second method, the integrated value is a value obtained by multiplying the sign value by the detection threshold, and the integrated value changes at each detection time for each of the pixels 22-1 to 22-n. Δlog(I(t)) in each of 22-1 to 22-n was regarded as integrated log(I(t)). On the other hand, the integrated value for each detection time for each of the pixels 22-1 to 22-n calculated by the fourth method indicates the degree of light intensity of the speckle pattern. Therefore, in step Sd3, the image represented by the image data at the detection time t generated by the calculation processing unit 13 is an image showing the intensity of the light of the speckle pattern at the detection time t.

算出処理部13は、任意に選択する異なる2つの検出時刻の画像データの相互相関を算出する(ステップSd4)。算出処理部13が算出した相互相関においてピークが生じている場合、ピークが生じている位置が、異なる2つの検出時刻の間のスペックルパターンの移動量を示すことになる。算出処理部13は、相互相関により得られたピークの位置、すなわち、スペックルパターンの移動量を、異なる2つの検出時刻の時間差で除算して、スペックルパターンの速度、すなわち、移動散乱体31の全体の速度を算出する(ステップSd5)。 The calculation processing unit 13 calculates the cross-correlation between two arbitrarily selected image data at different detection times (step Sd4). When the cross-correlation calculated by the calculation processing unit 13 has a peak, the position of the peak indicates the amount of movement of the speckle pattern between two different detection times. The calculation processing unit 13 divides the position of the peak obtained by cross-correlation, i.e., the amount of movement of the speckle pattern, by the time difference between two different detection times to obtain the speed of the speckle pattern, i.e., the moving scatterer 31 is calculated (step Sd5).

すなわち、第4の手法の算出処理部13は、画素22-1~22-nの各々について、検出時刻ごとに、当該検出時刻以前の検出時刻に対応するイベントデータに含まれる符号値を積算した値を、検出時刻ごとの画素22-1~22-nの画素値として算出する。算出処理部13は、算出した画素値により、検出時刻ごとの画像データを生成し、生成した異なる2つの検出時刻の画像データに基づいて、移動散乱体31の移動速度を算出していることになる。 That is, for each of the pixels 22-1 to 22-n, the calculation processing unit 13 of the fourth method integrates the code values included in the event data corresponding to the detection time before the detection time for each detection time. values are calculated as pixel values of the pixels 22-1 to 22-n at each detection time. The calculation processing unit 13 generates image data for each detection time from the calculated pixel values, and calculates the moving speed of the moving scatterer 31 based on the generated image data at two different detection times. Become.

なお、上記の第4の手法では、異なる2つの検出時刻の画像データの相互相関を算出することにより、スペックルパターンの移動量を算出するようにしているが、相互相関以外の手法、例えば、パターンマッチングなどによりスペックルパターンの移動量を算出するようにしてもよい。 In the above fourth method, the amount of movement of the speckle pattern is calculated by calculating the cross-correlation of the image data at two different detection times. The movement amount of the speckle pattern may be calculated by pattern matching or the like.

上記の第4の手法では、ステップSd2において、算出処理部13が、画素22-1~22-nの各々について、検出時刻ごとに、当該検出時刻以前の検出時刻に対応する符号値を積算し、検出時刻ごとの積算値を算出するようにしている。これに対して、算出処理部13は、検出時刻ごとの画素22-1~22-nの各々に対応するイベントデータの符号値を画素値とする画像データを生成するようにしてもよい。この場合、算出処理部13は、画像データを生成しようとする検出時刻に対応するイベントデータが存在しない画素22-1~22-nの画素値を「0」として画像データを生成する。そのため、算出処理部13が生成する画像データの画素値は、「-1」,「0」,「+1」のいずれかの値になる。 In the above fourth method, in step Sd2, the calculation processing unit 13 integrates the code values corresponding to the detection times before the detection time for each of the pixels 22-1 to 22-n. , an integrated value is calculated for each detection time. On the other hand, the calculation processing unit 13 may generate image data whose pixel values are code values of event data corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n at each detection time. In this case, the calculation processing unit 13 generates image data by setting the pixel values of the pixels 22-1 to 22-n for which event data corresponding to the detection time for which image data is to be generated are "0". Therefore, the pixel value of the image data generated by the calculation processing unit 13 is one of "-1", "0", and "+1".

算出処理部13が生成する画像データによって表される画像は、上記した第4の手法のように積算を行っていないため、第4の手法により生成する画像データほど強弱の違いが鮮明にはなっていないものの、検出時刻においてスペックルパターンの光の強弱の度合いを示した画像になる。したがって、算出処理部13が、異なる2つの検出時刻の画像データを比較することにより、スペックルパターンの移動量を算出することができる。なお、異なる2つの検出時刻の画像データの比較手法は、上記した第4の手法において用いた相互相関であってもよいし、相互相関以外の手法、例えば、パターンマッチングなどであってもよい。算出処理部13は、算出した移動量を、異なる2つの検出時刻の時間差で除算することにより、スペックルパターンの速度、すなわち、移動散乱体31の全体の速度を算出することができることになる。 Since the image represented by the image data generated by the calculation processing unit 13 is not integrated as in the above-described fourth method, the difference in intensity is not as clear as in the image data generated by the fourth method. Although not shown, the image shows the intensity of the light of the speckle pattern at the detection time. Therefore, the calculation processing unit 13 can calculate the movement amount of the speckle pattern by comparing the image data at two different detection times. Note that the method of comparing image data at two different detection times may be the cross-correlation used in the fourth method described above, or a method other than cross-correlation, such as pattern matching. The calculation processing unit 13 can calculate the speed of the speckle pattern, that is, the speed of the entire moving scatterer 31 by dividing the calculated movement amount by the time difference between two different detection times.

上記の第1の実施形態の計測装置1において、照射部11は、コヒーレント光を生成する。計測部12は、散乱体30がコヒーレント光を受けることにより生じる散乱光50,51の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素22-1~22-nにより受光し、画素22-1~22-nの各々がスペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素22-1~22-nを検出し、検出した画素22-1~22-nの位置と、画素22-1~22-nの輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成する。算出処理部13は、計測部12が生成するイベントデータに基づいて、画素22-1~22-nの各々に対応する移動散乱体31の位置の移動の速度、または、移動散乱体31の移動速度を算出する。 In the measurement device 1 of the first embodiment described above, the irradiation unit 11 generates coherent light. The measurement unit 12 receives speckle pattern light generated by interference of the scattered lights 50 and 51 generated when the scatterer 30 receives the coherent light by the plurality of pixels 22-1 to 22-n, and the pixels 22- Detect pixels 22-1 to 22-n having a luminance change amount to be detected, in which a luminance change amount indicating a change in luminance value detected by each of pixels 1 to 22-n receiving speckle pattern light is predetermined. event data including the positions of the detected pixels 22-1 to 22-n, code values indicating the direction of change in luminance variation of the pixels 22-1 to 22-n, and detection time indicating the detection time. Generate. Based on the event data generated by the measurement unit 12, the calculation processing unit 13 calculates the speed of movement of the position of the moving scatterer 31 corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n, or the movement of the moving scatterer 31. Calculate speed.

一般的なイメージセンサを備えるフレームカメラは、各画素に積算された輝度値をフレームごとに出力する。フレームカメラにおいて、積算時間、すなわち露光時間と信号のダイナミックレンジは、全ての画素で同一である。そのため、非常に明るい画素と、非常に暗い画素とが存在している場合、白飛び、黒つぶれ、量子化誤差などが生じることになる。照明の影響などでシーンの明度が激しく変化する場合、露光時間の調整ができずに白飛び、黒つぶれが生じることもある。 A frame camera equipped with a general image sensor outputs a luminance value integrated in each pixel for each frame. In a frame camera, the integration time, that is, the exposure time and the dynamic range of the signal are the same for all pixels. Therefore, if there are very bright pixels and very dark pixels, blown-out highlights, blocked-up shadows, quantization errors, and the like will occur. If the brightness of the scene changes drastically due to lighting effects, etc., the exposure time may not be adjusted, resulting in blown-out highlights and blocked-up shadows.

これに対して、イベントカメラは、上記したように各画素の輝度変化量が検出閾値以上になるごとに非同期でイベントデータを出力する。そのため、白飛び、黒つぶれ、量子化誤差などの問題が生じない。イベントカメラが出力するイベントデータは、非同期で出力されるデータであるため、フレームカメラが出力する画像データに比べて、非常に疎なデータである。そのため、イベントデータを記憶しておくのに要するメモリの容量も少なくて済み、イベントデータを伝送する際に要する伝送容量も少なくて済むことになる。イベントデータが非常に疎なデータであることから、イベントカメラでは、撮影処理やデータ処理に要する演算量や消費電力量などのコストを、フレームカメラと比較して非常に低く抑えることができる。 On the other hand, the event camera asynchronously outputs event data each time the amount of change in brightness of each pixel exceeds the detection threshold as described above. Therefore, problems such as blown-out highlights, blocked-up shadows, and quantization errors do not occur. Since the event data output by the event camera is data output asynchronously, it is very sparse data compared to the image data output by the frame camera. Therefore, the memory capacity required for storing the event data can be reduced, and the transmission capacity required for transmitting the event data can be reduced. Since the event data is very sparse data, the event camera can keep costs such as the amount of calculation and power consumption required for image processing and data processing much lower than those of the frame camera.

例えば、フレームカメラが出力する画像データの時間分解能と同等の時間分解能をイベントデータにおいて達成しようとする場合、フレームカメラが出力する画像データの容量よりも非常に少ない容量のイベントデータで達成することが可能である。言い換えると、フレームカメラが出力する画像データの容量と同等の容量のイベントデータを収集すれば、非常に高い時間分解能が得られることになる。これらの理由から、イベントカメラを用いることで、光量が少ない環境や照明の変化が激しい環境において、安定的に、低コストで、かつ非常に高い時間分解能での計測を行うことができる。 For example, when trying to achieve the same temporal resolution in event data as the temporal resolution of image data output by a frame camera, it is possible to achieve event data with a much smaller volume than the volume of image data output by the frame camera. It is possible. In other words, if event data with a volume equivalent to the volume of image data output by the frame camera is collected, a very high temporal resolution can be obtained. For these reasons, by using an event camera, it is possible to perform measurements stably, at low cost, and with a very high temporal resolution in an environment with a small amount of light or an environment where the illumination changes rapidly.

第1の実施形態の計測装置1では、フレームカメラと比較して、上記のような利点を有するイベントカメラを計測部12に適用している。そのため、フレームカメラのように複数回の継続的な計測を行う必要がなく、計測装置1では、いわゆるリアルタイム計測のように計測の時間間隔に制約がある条件下で、変化が一定でない物体の変化をスペックルパターンに基づいて計測することが可能になる。 In the measurement device 1 of the first embodiment, the measurement unit 12 is an event camera that has the advantages described above compared to a frame camera. Therefore, unlike a frame camera, it is not necessary to continuously measure multiple times. can be measured based on the speckle pattern.

なお、上記の第1の実施形態では、照射部11によりレーザ光を拡散した面状のレーザ光40を散乱体30に照射するようにしている。これに対して、照射部11の内部に備えられている凸レンズなどの光学素子の位置を調整して、照射部11がスポットレーザ光、すなわち拡散していないレーザ光を散乱体30の特定の箇所に照射するようにしてもよい。照射部11の内部に備えられる光学素子として、例えば、シリンドリカルレンズなどを適用して、照射部11がライン状のレーザ光を散乱体30に照射するようにしてもよい。照射部11として、レーザ光を生成する光源を備えるプロジェクタを適用し、任意のパターンのレーザ光を任意のタイミングで照射するようにしてもよい。 In the above-described first embodiment, the scatterer 30 is irradiated with the planar laser beam 40 obtained by diffusing the laser beam from the irradiation unit 11 . On the other hand, by adjusting the position of an optical element such as a convex lens provided inside the irradiation unit 11, the irradiation unit 11 emits a spot laser beam, that is, a non-diffused laser beam to a specific portion of the scatterer 30. You may make it irradiate to. For example, a cylindrical lens or the like may be used as an optical element provided inside the irradiation unit 11 so that the irradiation unit 11 irradiates the scatterer 30 with linear laser light. A projector having a light source that generates laser light may be used as the irradiation unit 11 to irradiate the laser light of an arbitrary pattern at an arbitrary timing.

計測部12に適用するイベントカメラの性能によっては、一度に多量の画素22-1~22-nにおいて輝度値の変化が生じると、受光部21やイベント検出部23における帯域が不足して、全てのイベントデータを算出処理部13に出力できない場合がある。このような場合に、照射部11が照射するレーザ光40を、上記のようなスポットレーザ光、ライン状のレーザ光、または、任意のパターンのレーザ光とし、レーザ光40を照射する範囲を絞ったり、異なるタイミングで散乱体30の別の箇所にレーザ光40を照射したりすることにより、受光部21やイベント検出部23における帯域不足を解消することができる。 Depending on the performance of the event camera applied to the measurement unit 12, if a large number of pixels 22-1 to 22-n change in luminance value at once, the bands in the light receiving unit 21 and the event detection unit 23 become insufficient, and all event data cannot be output to the calculation processing unit 13 in some cases. In such a case, the laser light 40 emitted by the irradiation unit 11 is the spot laser light, the linear laser light, or the laser light having an arbitrary pattern as described above, and the irradiation range of the laser light 40 is narrowed down. Alternatively, by irradiating the laser beam 40 on different parts of the scatterer 30 at different timings, it is possible to eliminate the band shortage in the light receiving unit 21 and the event detection unit 23 .

照射部11が照射するレーザ光40をスポットレーザ光とし、散乱体30の微小範囲、例えば、1つの画素22の受光面の広さの範囲にのみ照射し、1つの画素22によってのみスペックルパターンの光が計測されるように調節する。この場合、照射部11の照射位置と、画素22の位置とに基づいて三角測量を行うことにより、散乱体30においてレーザ光40が照射されている三次元空間内の位置を算出することができる。したがって、レーザ光40の照射位置をずらしながら計測することにより、画素22-1~22-nの各々に対応する散乱体30の三次元空間内の位置と、移動散乱体31が等速で移動している場合における移動散乱体31の移動速度とを算出することが可能になる。 The laser beam 40 irradiated by the irradiation unit 11 is used as a spot laser beam, and is irradiated only to a small range of the scatterer 30, for example, a range of the width of the light receiving surface of one pixel 22, and a speckle pattern is formed by only one pixel 22. of light is measured. In this case, by performing triangulation based on the irradiation position of the irradiation unit 11 and the position of the pixel 22, the position in the three-dimensional space where the laser beam 40 is irradiated in the scatterer 30 can be calculated. . Therefore, by measuring while shifting the irradiation position of the laser beam 40, the position in the three-dimensional space of the scatterer 30 corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n and the moving scatterer 31 move at a constant speed. It becomes possible to calculate the moving speed of the moving scatterer 31 in the case where

照射部11として、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)レーザプロジェクタなどのラスタスキャン式のレーザを照射する装置を適用するようにしてもよい。この場合、照射部11は、散乱体30の一点にレーザ光40を照射し、散乱体30をレーザ光40によりラスタ走査するように、レーザ光40の照射先を一点ずつ変えていく。計測部12のイベント検出部23が、散乱光50、51の干渉により強め合いが生じた場合のみイベントデータを生成するようにしておく。具体的には、イベント検出部23において、輝度値の最小値と最大値との差の絶対値を検出閾値とし、輝度値が最小値から最大値に変化する場合であって、検出閾値以上の輝度変化量を検出した場合のみイベントデータを生成するようにしておく。これにより、算出処理部13は、画素22-1~22-nの各々におけるイベントデータの発生間隔から、干渉による強め合いが発生している間隔を検出することができる。算出処理部13は、検出した間隔から画素22-1~22-nの各々の位置において計測される受光強度信号の周波数を算出することができ、画素22-1~22-nの各々に対応する散乱体30の位置における移動散乱体31の移動速度を算出することが可能になる。この場合、散乱体30に対して一度に一点しかレーザ光40を照射しないため、輝度値の変化が生じる画素22-1~22-nの範囲も限定され、一度に多量のイベントデータが発生することもなく、広い範囲に一度にレーザ光40を照射する場合に起こりうる大量のイベントデータの発生による処理落ちを回避することも可能になる。また、広い範囲に一度にレーザ光40を照射する場合に比べて、低パワーのレーザで大面積を計測することも可能になる。
また、スキャン速度を任意に制御できるラスタスキャン式のレーザ照射装置を使用して、ある照射位置から次の照射位置に移るタイミングを任意に制御することで、イベントセンサの休眠のタイミングと照射位置の移動タイミングを合わせ、照射位置移動により発生するイベントを検出せずにスペックルの変化によるイベントのみを検出することも可能になる。一般的なイベントセンサでは各画素においてイベントを検出した後一定の休眠期間を経て次のイベント検出を行うため、休眠期間に生じた輝度変化に基づくイベントは検出されない。休眠期間と照射位置移動タイミングは予め設定するものとしてもよいし、同期装置を用いて動的に制御してもよい。あるいは、同様のレーザ照射装置について、算出処理部13において照射位置変更に基づくイベントとスペックルの変化によるイベントを分類する処理を行ってもよい。例えばT秒ごとに照射位置を変更する場合、周期Tで発生するイベントは照射位置変更によるものとすることができる。あるいは画素ごとに照射期間中に発生する一連のイベント群について、始めと終わりの一定期間分のイベントを照射位置変更によるものとすることができる。
As the irradiation unit 11, a raster scan type laser irradiation device such as a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) laser projector may be applied. In this case, the irradiation unit 11 irradiates the laser light 40 at one point on the scatterer 30 and changes the irradiation destination of the laser light 40 point by point so that the laser light 40 raster scans the scatterer 30 . The event detection unit 23 of the measurement unit 12 generates event data only when constructive interaction occurs due to the interference of the scattered lights 50 and 51 . Specifically, in the event detection unit 23, the absolute value of the difference between the minimum value and the maximum value of the luminance value is set as the detection threshold, and when the luminance value changes from the minimum value to the maximum value, Event data is generated only when a luminance change amount is detected. Accordingly, the calculation processing unit 13 can detect the interval at which constructive interaction due to interference occurs from the interval at which event data is generated in each of the pixels 22-1 to 22-n. The calculation processing unit 13 can calculate the frequency of the received light intensity signal measured at each position of the pixels 22-1 to 22-n from the detected intervals. It becomes possible to calculate the moving speed of the moving scatterer 31 at the position of the scatterer 30 where the scatterer 30 is located. In this case, since only one point of the laser beam 40 is irradiated onto the scatterer 30 at a time, the range of the pixels 22-1 to 22-n in which the brightness value changes is also limited, and a large amount of event data is generated at once. In addition, it is possible to avoid processing failures due to generation of a large amount of event data that may occur when a wide range is irradiated with the laser beam 40 at once. In addition, it is possible to measure a large area with a low-power laser, as compared with the case of irradiating a wide range with the laser beam 40 at once.
In addition, by using a raster scan type laser irradiation device that can arbitrarily control the scanning speed and arbitrarily controlling the timing of moving from one irradiation position to the next irradiation position, the dormancy timing of the event sensor and the irradiation position can be adjusted. It is also possible to match the movement timing and detect only the event due to the speckle change without detecting the event caused by the irradiation position movement. Since a general event sensor detects an event in each pixel and then detects the next event after a certain sleep period, an event based on a luminance change occurring during the sleep period is not detected. The sleep period and the irradiation position movement timing may be set in advance, or may be dynamically controlled using a synchronizer. Alternatively, for a similar laser irradiation device, the calculation processing unit 13 may perform a process of classifying an event based on a change in irradiation position and an event due to a change in speckle. For example, when the irradiation position is changed every T seconds, an event that occurs at the period T can be caused by the irradiation position change. Alternatively, for a series of events that occur during the irradiation period for each pixel, events for a certain period at the beginning and end can be caused by changing the irradiation position.

(第2の実施形態)
図8は、第2の実施形態における計測装置1aと、計測装置1aの計測対象である散乱体32とを示すブロック図である。第2の実施形態において、第1の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付し、以下、異なる構成について説明する。第2の実施形態における散乱体32は、例えば、時間が経過するとともに形状が変形し、コヒーレント光を受けて散乱光を生じさせる物体であれば、どのような物体であってもよい。
(Second embodiment)
FIG. 8 is a block diagram showing a measuring device 1a and a scatterer 32 to be measured by the measuring device 1a according to the second embodiment. In the second embodiment, the same reference numerals are assigned to the same configurations as in the first embodiment, and the different configurations will be described below. The scatterer 32 in the second embodiment may be any object, for example, as long as it changes its shape over time and receives coherent light to generate scattered light.

計測装置1aは、照射部11a、計測部12、算出処理部13a、光分岐部14及び光集束部15を備える。照射部11aは、第1の実施形態の照射部11において内部に備える光学素子の位置を、レーザ光を拡散させる位置からレーザ光を直進させる位置に調節したものであり、直進するレーザ光41をコヒーレント光として一定の光強度で生成して照射する。光分岐部14は、照射部11aのレーザ光41の照射点から計測部12の受光部21の受光面に至る光路を光路差が生じるように2つの光路に分岐する。図8では、一例として、光分岐部14が、照射部11aが照射するレーザ光41を光路差が生じるように分岐して2つのレーザ光42,43を散乱体32に対して照射する構成を示している。 The measurement device 1 a includes an irradiation section 11 a , a measurement section 12 , a calculation processing section 13 a , a light branching section 14 and a light converging section 15 . The irradiating section 11a is obtained by adjusting the position of the optical element provided inside in the irradiating section 11 of the first embodiment from a position that diffuses the laser light to a position that allows the laser light to travel straight. It is generated as coherent light with a constant light intensity and irradiated. The light branching unit 14 branches the optical path from the irradiation point of the laser beam 41 of the irradiation unit 11a to the light receiving surface of the light receiving unit 21 of the measurement unit 12 into two optical paths so that an optical path difference occurs. In FIG. 8, as an example, the light branching unit 14 splits the laser light 41 emitted by the irradiation unit 11a so as to cause an optical path difference, and irradiates the scatterer 32 with two laser beams 42 and 43. showing.

散乱体32がレーザ光42を受けることにより散乱光52が受光部21の受光面の方向に照射され、散乱体32がレーザ光43を受けることにより散乱光53が受光部21の受光面の方向に照射される。光集束部15は、光分岐部14が分岐した2つの光路を集束、すなわち、散乱光52と、散乱光53とを集束し、集束した散乱光52,53の干渉によって生じるスペックルパターンを受光部21の受光面に結像させる。光集束部15として、例えば、凸レンズなどが適用されるが、スペックルパターンを受光部21の受光面に結像させることができるのであれば、凸レンズ以外の光学素子であってもよい。 When the scatterer 32 receives the laser light 42, the scattered light 52 is irradiated in the direction of the light receiving surface of the light receiving unit 21. When the scatterer 32 receives the laser light 43, the scattered light 53 is directed in the direction of the light receiving surface of the light receiving unit 21. is irradiated to The light converging section 15 converges the two optical paths branched by the light branching section 14, that is, converges the scattered light 52 and the scattered light 53, and receives the speckle pattern generated by the interference of the converged scattered lights 52 and 53. An image is formed on the light receiving surface of the portion 21 . For example, a convex lens or the like is applied as the light converging section 15 , but an optical element other than the convex lens may be used as long as the speckle pattern can be imaged on the light receiving surface of the light receiving section 21 .

図9は、光分岐部14及び光集束部15に適用される光学系の例として、4通りの光学系の構成を示す図であり、以下に示す参考文献2の図31・34に示されている4つの光学系の線図の部分を引用し、光学系の構成の説明を行うために符号を付した図である。なお、説明の都合上、参考文献2の図31・34とは図の順番を入れ替えて示している。 FIGS. 9A and 9B are diagrams showing configurations of four optical systems as examples of the optical system applied to the light branching section 14 and the light converging section 15, which are shown in FIGS. FIG. 2 is a diagram citing parts of diagrams of four optical systems shown in FIG. 31 and 34 of Reference 2 are shown in a different order for convenience of explanation.

[参考文献2:株式会社光響、Optimedia、“31・3 スペックル”、[online]、[令和3年8月18日検索]、インターネット<https://optipedia.info/laser/handbook/laser-handbook-7th-section/31-3/>] [Reference 2: Kokyo Co., Ltd., Optipedia, “31.3 Speckle”, [online], [searched on August 18, 2021], Internet <https://optipedia.info/laser/handbook/ laser-handbook-7th-section/31-3/>]

(2光束法を適用した光分岐部の構成)
図9(a)は、図8に示した1つのレーザ光41を2つのレーザ光42,43に分岐する光分岐部14の一例であり、2光束法と呼ばれる光学系である。図9(a)において、ハーフミラー61、ミラー62,64、凸レンズ63,65が、光分岐部14に含まれる光学素子である。図9(a)では、光集束部15の一例として、凸レンズ15aを備える例を示しており、図9(b)~(d)においても同様の例を示している。図9(a)では、形状が変形する前の散乱体32を、散乱体32-1として示し、形状が変形した後の散乱体32を、散乱体32-2として示している。
(Structure of optical splitter applying two-beam method)
FIG. 9A shows an example of the optical splitter 14 that splits the single laser beam 41 shown in FIG. 8 into two laser beams 42 and 43, which is an optical system called a two-beam method. In FIG. 9A, a half mirror 61, mirrors 62 and 64, and convex lenses 63 and 65 are optical elements included in the light branching section 14. In FIG. FIG. 9A shows an example including a convex lens 15a as an example of the light converging portion 15, and FIGS. 9B to 9D show similar examples. In FIG. 9A, the scatterer 32 before shape deformation is indicated as scatterer 32-1, and the scatterer 32 after shape deformation is indicated as scatterer 32-2.

凸レンズ63,65,15aと、ミラー62,64が配置される位置関係は、以下の通りである。凸レンズ15aの光軸66と、ミラー62によってレーザ光が反射される方向であって凸レンズ63の光軸である光軸67とが成す角度と、光軸66と、ミラー64によってレーザ光が反射される方向であって凸レンズ65の光軸である光軸68とが成す角度が一致し、光軸66と、光軸67と、光軸68とが変形前の散乱体32-1の表面において交差するように配置される。光軸67と光軸68とが成す角度は、凸レンズ15aの開口角よりも大きな角度になるように定められる。凸レンズ15aは、その光軸が計測部12の受光部21の受光面と垂直になり、散乱体32-1,32-2と受光部21との間の位置であって、受光部21の受光面においてスペックルパターンが結像する位置に配置される。 The positional relationship between the convex lenses 63, 65, 15a and the mirrors 62, 64 is as follows. The angle between the optical axis 66 of the convex lens 15a and the optical axis 67 of the convex lens 63 which is the direction in which the laser beam is reflected by the mirror 62 and the optical axis 66 and the mirror 64 reflect the laser beam. and the angle formed by the optical axis 68, which is the optical axis of the convex lens 65, coincides, and the optical axis 66, the optical axis 67, and the optical axis 68 intersect on the surface of the scatterer 32-1 before deformation. are arranged to The angle formed by the optical axis 67 and the optical axis 68 is determined to be larger than the aperture angle of the convex lens 15a. The convex lens 15a has its optical axis perpendicular to the light-receiving surface of the light-receiving unit 21 of the measuring unit 12, and is positioned between the scatterers 32-1 and 32-2 and the light-receiving unit 21, and receives light from the light-receiving unit 21. It is arranged at a position where the speckle pattern is imaged on the surface.

ハーフミラー61及びミラー62,64は、照射部11aが照射するレーザ光41がハーフミラー61により反射されてミラー62に到達し、レーザ光41がハーフミラー61を透過してミラー64に到達するように配置される。ハーフミラー61及びミラー62,64は、照射部11aの照射点から受光部21の受光面に至る光路に光路差が生じるように配置される。 The half mirror 61 and the mirrors 62 and 64 are arranged so that the laser beam 41 emitted by the irradiation unit 11 a is reflected by the half mirror 61 and reaches the mirror 62 , and the laser beam 41 passes through the half mirror 61 and reaches the mirror 64 . placed in The half mirror 61 and the mirrors 62 and 64 are arranged so that an optical path difference is generated in the optical path from the irradiation point of the irradiation section 11 a to the light receiving surface of the light receiving section 21 .

上記のように配置することにより、照射部11aが照射するレーザ光41は、ハーフミラー61によって反射されてミラー62に到達するレーザ光と、ハーフミラー61を透過してミラー64に到達するレーザ光とに分岐する。ミラー62は、受光したレーザ光を光軸67の方向に反射し、反射されたレーザ光は、凸レンズ63により拡散されて散乱体32-1,32-2に照射される。ミラー64は、受光したレーザ光を光軸68の方向に反射し、反射されたレーザ光は、凸レンズ65により拡散されて散乱体32-1,32-2に照射される。例えば、図8の光分岐部14が照射するレーザ光42が、凸レンズ63によって拡散されたレーザ光に対応し、レーザ光43が、凸レンズ65によって拡散されたレーザ光に対応する。以下、凸レンズ63によって拡散されたレーザ光を、レーザ光42といい、凸レンズ65によって拡散されたレーザ光を、レーザ光43という。 By arranging as described above, the laser light 41 emitted by the irradiation unit 11a is divided into laser light that is reflected by the half mirror 61 and reaches the mirror 62, and laser light that is transmitted through the half mirror 61 and reaches the mirror 64. and branch off. The mirror 62 reflects the received laser light in the direction of the optical axis 67, and the reflected laser light is diffused by the convex lens 63 and irradiated onto the scatterers 32-1 and 32-2. The mirror 64 reflects the received laser light in the direction of the optical axis 68, and the reflected laser light is diffused by the convex lens 65 and applied to the scatterers 32-1 and 32-2. For example, the laser light 42 irradiated by the light branching unit 14 in FIG. 8 corresponds to the laser light diffused by the convex lens 63 , and the laser light 43 corresponds to the laser light diffused by the convex lens 65 . The laser light diffused by the convex lens 63 is hereinafter referred to as laser light 42 , and the laser light diffused by the convex lens 65 is hereinafter referred to as laser light 43 .

変形前の散乱体32-1が、レーザ光42を受けることにより生じる散乱光を散乱光52-1とし、変形後の散乱体32-2が、レーザ光42を受けることにより生じる散乱光を散乱光52-2とする。同様に、変形前の散乱体32-1が、レーザ光43を受けることにより生じる散乱光を散乱光53-1とし、変形後の散乱体32-2が、レーザ光43を受けることにより生じる散乱光を散乱光53-2とする。散乱光52-1,52-2,53-1,53-2は、凸レンズ15aにより集光されて受光部21の受光面に到達する。 Scattered light 52-1 is the scattered light generated when the scatterer 32-1 before deformation receives the laser light 42, and scattered light generated when the scatterer 32-2 after the deformation receives the laser light 42 is scattered. Let it be light 52-2. Similarly, the scattered light generated by the scatterer 32-1 before deformation caused by receiving the laser light 43 is the scattered light 53-1, and the scattered light generated by the scatterer 32-2 after deformation by receiving the laser light 43 Let the light be scattered light 53-2. The scattered lights 52-1, 52-2, 53-1 and 53-2 are condensed by the convex lens 15a and reach the light receiving surface of the light receiving section 21. FIG.

変形前の散乱体32-1から生じる散乱光52-1,53-1は、光路差がある2つの方向から照射されたレーザ光によって生じた光であり、散乱光52-1,53-1が干渉することにより光路差によって生じた位相差が反映されたスペックルパターンが受光部21の受光面に結像されることになる。ここで、散乱体32-1の計測対象の面、すなわちレーザ光42,43が照射されている面が、符号39aの矢印で示す方向に動くような変形が生じて散乱体32-2になったとする。以下、このような変形による変位を、計測対象の面に平行な変位である面内変位という。変形後の散乱体32-2の散乱光52-2,53-2も、光路差がある2つの方向から照射されたレーザ光によって生じた光であり、散乱光52-2,53-2が干渉することにより光路差及び散乱体32-1から散乱体32-2に変形した際の変位量によって生じた位相差が反映されたスペックルパターンが受光部21の受光面に結像されることになる。 Scattered lights 52-1 and 53-1 generated from the scatterer 32-1 before deformation are light generated by laser light irradiated from two directions with an optical path difference, and the scattered lights 52-1 and 53-1 A speckle pattern reflecting the phase difference caused by the optical path difference is imaged on the light receiving surface of the light receiving unit 21 by the interference of the . Here, the surface of the scatterer 32-1 to be measured, that is, the surface irradiated with the laser beams 42 and 43 is deformed to move in the direction indicated by the arrow 39a and becomes the scatterer 32-2. Suppose Hereinafter, displacement due to such deformation is referred to as in-plane displacement, which is displacement parallel to the surface to be measured. Scattered lights 52-2 and 53-2 of the scatterer 32-2 after deformation are also lights generated by laser lights irradiated from two directions with an optical path difference, and the scattered lights 52-2 and 53-2 are A speckle pattern reflecting the optical path difference and the phase difference caused by the displacement amount when the scatterer 32-1 transforms into the scatterer 32-2 due to interference is imaged on the light receiving surface of the light receiving unit 21. become.

(参照光法を適用した光分岐部の構成)
図9(b)に示す光学系は、参照光法と呼ばれる光学系である。なお、図9(b)においても、形状が変形する前の散乱体32を、散乱体32-1として示し、形状が変形した後の散乱体32を、散乱体32-2として示している。参照光法においても、散乱体32-1がレーザ光を受けることにより生じる散乱光を散乱光52-1とし、散乱体32-2がレーザ光を受けることにより生じる散乱光を散乱光52-2とする。参照光法では、上記した2光束法のように、2つのレーザ光を散乱体32-1,32-2に照射するのではなく、レーザ光の一方を散乱体32-1,32-2に照射し、レーザ光の他方を参照光として受光部21の受光面に照射する構成になる。
(Configuration of optical splitter applying reference light method)
The optical system shown in FIG. 9B is an optical system called a reference light method. Also in FIG. 9B, the scatterer 32 before shape deformation is indicated as scatterer 32-1, and the scatterer 32 after shape deformation is indicated as scatterer 32-2. In the reference light method, the scattered light generated by the scatterer 32-1 receiving the laser beam is referred to as the scattered light 52-1, and the scattered light generated by the scatterer 32-2 receiving the laser light is referred to as the scattered light 52-2. and In the reference beam method, unlike the two beam method described above, two laser beams are applied to the scatterers 32-1 and 32-2, but one of the laser beams is directed to the scatterers 32-1 and 32-2. The light receiving surface of the light receiving unit 21 is irradiated with the other laser light as the reference light.

図9(b)において凸レンズ71、ハーフミラー72、ミラー73が光分岐部14に含まれる光学素子である。ミラー73は、ミラー73の反射面が、照射部11aが照射するレーザ光41が直進する方向に対して垂直になるように配置される。ハーフミラー72は、照射部11aが照射するレーザ光41が直進する方向に対して45度傾いた位置に配置される。凸レンズ71は、その光軸が、レーザ光41が直進する方向に一致するように配置される。光集束部15の一例である凸レンズ15aは、その光軸が、計測部12の受光部21の受光面と垂直になるように配置される。凸レンズ15aは、ハーフミラー72を透過して到達する散乱光52-1,52-2を集光して受光部21の受光面においてスペックルパターンが結像する位置に配置される。 In FIG. 9B, a convex lens 71, a half mirror 72, and a mirror 73 are optical elements included in the light branching section . The mirror 73 is arranged so that the reflecting surface of the mirror 73 is perpendicular to the direction in which the laser beam 41 emitted by the irradiation unit 11a travels straight. The half mirror 72 is arranged at a position inclined by 45 degrees with respect to the direction in which the laser beam 41 emitted by the irradiation unit 11a travels straight. The convex lens 71 is arranged such that its optical axis coincides with the direction in which the laser light 41 travels straight. A convex lens 15 a , which is an example of the light converging section 15 , is arranged such that its optical axis is perpendicular to the light receiving surface of the light receiving section 21 of the measuring section 12 . The convex lens 15a is arranged at a position where the speckle pattern is formed on the light receiving surface of the light receiving section 21 by condensing the scattered lights 52-1 and 52-2 arriving after passing through the half mirror 72. FIG.

上記のように配置することにより、照射部11aが照射するレーザ光41は、凸レンズ71によって拡散され、拡散されたレーザ光41は、ハーフミラー72により反射されて散乱体32-1,32-2の方向に進むレーザ光と、ハーフミラー72を透過してミラー73に到達するレーザ光とに分岐する。以下、ハーフミラー72を透過してミラー73に到達するレーザ光を参照光という。散乱体32-1,32-2がレーザ光を受けることにより生じる散乱光52-1,52-2は、ハーフミラー72の方向に進み、ハーフミラー72を透過し、凸レンズ15aにより集光されて受光部21の受光面に到達する。これに対して、参照光は、ミラー73によりハーフミラー72の方向に反射され、更に、ハーフミラー72により反射されて凸レンズ15aの方向に進み、凸レンズ15aにより集光されて受光部21の受光面に到達する。 By arranging as described above, the laser beam 41 emitted by the irradiation unit 11a is diffused by the convex lens 71, and the diffused laser beam 41 is reflected by the half mirror 72 to form the scatterers 32-1 and 32-2. and a laser beam that passes through the half mirror 72 and reaches the mirror 73 . Hereinafter, the laser light that passes through the half mirror 72 and reaches the mirror 73 will be referred to as reference light. Scattered lights 52-1 and 52-2 generated by the scatterers 32-1 and 32-2 receiving the laser light travel in the direction of the half mirror 72, pass through the half mirror 72, and are condensed by the convex lens 15a. It reaches the light receiving surface of the light receiving section 21 . On the other hand, the reference light is reflected by the mirror 73 in the direction of the half mirror 72, further reflected by the half mirror 72, proceeds in the direction of the convex lens 15a, and is condensed by the convex lens 15a to form the light receiving surface of the light receiving unit 21. to reach

受光部21の受光面に散乱光52-1と、参照光とが到達すると、散乱光52-1と、参照光とが干渉することにより、散乱光52-1と参照光の光路差により生じた位相差が反映されたスペックルパターンが受光部21の受光面に結像されることになる。ここで、散乱体32-1が、符号39bの矢印で示す方向に動くような変形が生じて散乱体32-2になったとする。以下、このような変形による変位を、散乱体32-1の計測対象の面、すなわちハーフミラー72により反射されたレーザ光が照射される面に平行でない変位である面外変位という。散乱体32-1から散乱体32-2への変形の後に、受光部21の受光面に散乱光52-2と、参照光とが到達すると、散乱光52-2と、参照光とが干渉することにより、散乱光52-2と参照光の光路差及び散乱体32-1から散乱体32-2に変形した際の変位量により生じた位相差が反映されたスペックルパターンが受光部21の受光面に結像されることになる。 When the scattered light 52-1 and the reference light reach the light receiving surface of the light receiving unit 21, the scattered light 52-1 interferes with the reference light, resulting in an optical path difference between the scattered light 52-1 and the reference light. A speckle pattern reflecting the phase difference is imaged on the light receiving surface of the light receiving unit 21 . Here, assume that the scatterer 32-1 is deformed to move in the direction indicated by the arrow 39b and becomes the scatterer 32-2. Hereinafter, displacement due to such deformation is referred to as out-of-plane displacement, which is displacement that is not parallel to the surface of the scatterer 32-1 to be measured, that is, the surface irradiated with the laser beam reflected by the half mirror 72. FIG. After the scatterer 32-1 transforms into the scatterer 32-2, when the scattered light 52-2 and the reference light reach the light receiving surface of the light receiving unit 21, the scattered light 52-2 interferes with the reference light. As a result, a speckle pattern reflecting the optical path difference between the scattered light 52-2 and the reference light and the phase difference caused by the displacement amount when the scatterer 32-1 transforms into the scatterer 32-2 is formed on the light receiving unit 21. image is formed on the light-receiving surface of .

(2開口法を適用した光分岐部の構成)
図9(c)に示す光学系は、2開口法と呼ばれる光学系である。なお、図9(c)においても、形状が変形する前の散乱体32を、散乱体32-1として示し、形状が変形した後の散乱体32を、散乱体32-2として示している。2開口法においても、散乱体32-1がレーザ光を受けることにより生じる散乱光を散乱光52-1とし、散乱体32-2がレーザ光を受けることにより生じる散乱光を散乱光52-2とする。2開口法では、照射部11aのレーザ光41の照射点から計測部12の受光部21の受光面に至る光路の途中に、2か所にスリットを有する複開口板82を配置することにより、光路差がある2つの光路を生成する。
(Structure of optical branching section to which two-aperture method is applied)
The optical system shown in FIG. 9C is an optical system called a two-aperture method. Also in FIG. 9C, the scatterer 32 before its shape is deformed is shown as a scatterer 32-1, and the scatterer 32 after its shape is deformed is shown as a scatterer 32-2. In the two-aperture method as well, the scattered light generated when the scatterer 32-1 receives the laser light is called the scattered light 52-1, and the scattered light generated when the scatterer 32-2 receives the laser light is called the scattered light 52-2. and In the two-aperture method, a double-aperture plate 82 having two slits is placed in the middle of the optical path from the irradiation point of the laser beam 41 of the irradiation unit 11a to the light-receiving surface of the light-receiving unit 21 of the measurement unit 12. Generate two optical paths with an optical path difference.

凸レンズ81、複開口板82が光分岐部14に含まれる光学素子である。凸レンズ81は、その光軸が、照射部11aが照射するレーザ光41が直進する方向に一致するように配置される。光集束部15の一例である凸レンズ15aは、その光軸83が計測部12の受光部21の受光面及び複開口板82の平面部分の面と垂直になるように配置される。凸レンズ15aは、複開口板82を通過して到達する散乱光52-1,52-2を集光して受光部21の受光面においてスペックルパターンが結像する位置に配置される。複開口板82は、平面の部分の面が受光部21の受光面と平行になるように配置され、更に、光軸83と交差する位置から、2つのスリットの各々までの距離が均等になるように配置される。 A convex lens 81 and a double aperture plate 82 are optical elements included in the light branching section 14 . The convex lens 81 is arranged such that its optical axis coincides with the direction in which the laser light 41 emitted by the irradiation unit 11a travels straight. The convex lens 15 a , which is an example of the light converging section 15 , is arranged so that its optical axis 83 is perpendicular to the light receiving surface of the light receiving section 21 of the measuring section 12 and the planar surface of the double aperture plate 82 . The convex lens 15a is arranged at a position where the speckle pattern is formed on the light receiving surface of the light receiving unit 21 by condensing the scattered lights 52-1 and 52-2 that have passed through the double aperture plate . The double aperture plate 82 is arranged so that the surface of the flat portion is parallel to the light receiving surface of the light receiving section 21, and furthermore, the distance from the position intersecting the optical axis 83 to each of the two slits is uniform. are arranged as follows.

上記のように配置することにより、照射部11aが照射するレーザ光41は、凸レンズ81によって拡散され、拡散されたレーザ光41は、散乱体32-1,32-2に照射される。散乱体32-1,32-2が拡散されたレーザ光41を受けることにより生じる散乱光52-1,52-2は、複開口板82の2か所のスリットを通過する際に回折によって光路差が生じることになる。複開口板82の2か所のスリットを通過した散乱光52-1,52-2は、凸レンズ15aにより集光されて受光部21の受光面に到達する。 By arranging as described above, the laser light 41 emitted by the irradiation section 11a is diffused by the convex lens 81, and the diffused laser light 41 is irradiated to the scatterers 32-1 and 32-2. Scattered lights 52-1 and 52-2 generated by receiving the diffused laser light 41 by the scatterers 32-1 and 32-2 are diffracted when passing through the two slits of the double aperture plate 82. there will be a difference. The scattered lights 52-1 and 52-2 that have passed through the two slits of the double aperture plate 82 are condensed by the convex lens 15a and reach the light receiving surface of the light receiving section 21. FIG.

複開口板82により光路差が生じた2つの光路を通じて、散乱光52-1が、受光部21の受光面に到達すると、光路差により生じた位相差が反映されたスペックルパターンが受光部21の受光面に結像されることになる。ここで、散乱体32-1の計測対象の面、すなわち凸レンズ81により拡散されたレーザ光が照射されている面が、符号39cの矢印で示す方向に動くような変形が生じて散乱体32-2になったとする。すなわち、散乱体32-1において、図9(a)に示した2光束法と同様の面内変位が生じたとする。この場合、複開口板82により光路差が生じた2つの光路を通じて、散乱光52-2が、受光部21の受光面に到達すると、光路差及び散乱体32-1から散乱体32-2に変形した際の変位量により生じた位相差が反映されたスペックルパターンが受光部21の受光面に結像されることになる。 When the scattered light 52-1 reaches the light receiving surface of the light receiving section 21 through the two optical paths with the optical path difference caused by the double aperture plate 82, a speckle pattern reflecting the phase difference caused by the optical path difference is formed on the light receiving section 21. image is formed on the light-receiving surface of . Here, the surface of the scatterer 32-1 to be measured, that is, the surface irradiated with the laser beam diffused by the convex lens 81 is deformed to move in the direction indicated by the arrow 39c. Suppose it becomes 2. That is, in the scatterer 32-1, it is assumed that the same in-plane displacement as in the two-beam method shown in FIG. 9(a) occurs. In this case, when the scattered light 52-2 reaches the light-receiving surface of the light-receiving unit 21 through two optical paths with an optical path difference caused by the double aperture plate 82, the optical path difference and the scatterer 32-1 to the scatterer 32-2 A speckle pattern reflecting the phase difference caused by the amount of displacement when deformed is imaged on the light-receiving surface of the light-receiving unit 21 .

(横ずらし法を適用した光分岐部の構成)
図9(d)に示す光学系は、横ずらし法と呼ばれる光学系である。横ずらし法では、照射部11aのレーザ光41の照射点から計測部12の受光部21の受光面に至る光路の途中に、バイプリズム92を配置することにより、光路差がある2つの光路を生成する。凸レンズ91、バイプリズム92が光分岐部14に含まれる光学素子である。凸レンズ91は、その光軸93が、照射部11aが照射するレーザ光41が直進する方向に一致するように配置される。バイプリズム92は、いわゆる複プリズムであり、断面が180度に近い頂角を有する二等辺三角形になっている三角柱形状のプリズムである。バイプリズム92は、二等辺三角形の形状の底辺を含む面が、受光部21の受光面と平行になるように配置される。光集束部15の一例である凸レンズ15aは、その光軸が、計測部12の受光部21の受光面及びバイプリズム92の二等辺三角形の形状の底辺を含む面と垂直になり、当該二等辺三角形の形状の頂角を含む辺と交差するように配置される。凸レンズ15aは、バイプリズム92を透過して到達する散乱光52-1,52-2を集光して受光部21の受光面においてスペックルパターンが結像する位置に配置される。
(Structure of optical branching section to which lateral shift method is applied)
The optical system shown in FIG. 9D is an optical system called a lateral shift method. In the lateral shift method, a biprism 92 is arranged in the middle of the optical path from the irradiation point of the laser beam 41 of the irradiation unit 11a to the light receiving surface of the light receiving unit 21 of the measurement unit 12, thereby separating two optical paths having an optical path difference. Generate. A convex lens 91 and a biprism 92 are optical elements included in the light branching section 14 . The convex lens 91 is arranged such that its optical axis 93 coincides with the direction in which the laser beam 41 emitted by the irradiation unit 11a travels straight. The biprism 92 is a so-called biprism, and is a triangular prism whose cross section is an isosceles triangle having an apex angle close to 180 degrees. The biprism 92 is arranged such that the plane including the base of the isosceles triangle is parallel to the light receiving surface of the light receiving section 21 . The convex lens 15a, which is an example of the light converging unit 15, has its optical axis perpendicular to the light receiving surface of the light receiving unit 21 of the measuring unit 12 and the plane including the base of the isosceles triangle shape of the biprism 92. It is arranged so as to intersect the side including the apex angle of the triangular shape. The convex lens 15a is arranged at a position where the speckle pattern is formed on the light receiving surface of the light receiving section 21 by condensing the scattered lights 52-1 and 52-2 that have passed through the biprism 92 and arrived.

上記のように配置することにより、照射部11aが照射するレーザ光41は、凸レンズ91によって拡散され、拡散されたレーザ光は、散乱体32に照射される。散乱体32がレーザ光を受けることにより生じる散乱光52は、バイプリズム92を透過する。散乱光52がバイプリズム92を透過する際に、バイプリズム92の光学的作用により、図9(d)に示すように、散乱体32のレーザ光が照射される計測対象の面上において、少しずれた位置に、散乱体32の複像32Dが形成される。ここで、複像32Dを形成する光であってバイプリズム92によって生成された光を複像光52Dとする。散乱光52と、複像光52Dとには、バイプリズム92の光学的作用による光路差が生じることになる。バイプリズム92を透過した散乱光52と、バイプリズム92により生成された複像光52Dとは、凸レンズ15aにより集光されて受光部21の受光面に到達する。 By arranging as described above, the laser light 41 emitted by the irradiation unit 11 a is diffused by the convex lens 91 , and the diffused laser light is applied to the scatterer 32 . Scattered light 52 generated by the scatterer 32 receiving the laser light is transmitted through the biprism 92 . When the scattered light 52 is transmitted through the biprism 92, due to the optical action of the biprism 92, as shown in FIG. A double image 32D of the scatterer 32 is formed at the shifted position. Here, the light that forms the double image 32D and is generated by the biprism 92 is referred to as double image light 52D. The optical action of the biprism 92 causes an optical path difference between the scattered light 52 and the double image light 52D. The scattered light 52 transmitted through the biprism 92 and the double image light 52D generated by the biprism 92 are condensed by the convex lens 15a and reach the light receiving surface of the light receiving section 21 .

散乱光52と、複像光52Dとが、受光部21の受光面に到達すると、光路差により生じた位相差が反映されたスペックルパターンが受光部21の受光面に結像されることになる。ここで、散乱体32において、図9(b)の参照光法のケースにおいて示した面外変位の変形、すなわち、散乱体32が計測対象の面と平行でない変位が生じたとする。この場合、散乱光52と、複像光52Dとが、受光部21の受光面に到達すると、光路差及び散乱体32の変形による変位量により生じた位相差が反映されたスペックルパターンが受光部21の受光面に結像されることになる。 When the scattered light 52 and the double image light 52D reach the light receiving surface of the light receiving unit 21, a speckle pattern reflecting the phase difference caused by the optical path difference is imaged on the light receiving surface of the light receiving unit 21. Become. Here, it is assumed that the scatterer 32 undergoes deformation of the out-of-plane displacement shown in the case of the reference light method in FIG. In this case, when the scattered light 52 and the double image light 52D reach the light receiving surface of the light receiving unit 21, a speckle pattern reflecting the phase difference caused by the displacement amount due to the optical path difference and the deformation of the scatterer 32 is received. An image is formed on the light receiving surface of the portion 21 .

図9(a)~(d)に示したいずれかの光学系を適用した光分岐部14を用いることにより、変形前の散乱体32-1によって生じたスペックルパターンと、変形後の散乱体32-2によって生じたスペックルパターンとが得られることになる。変形前後の2つのスペックルパターンの差の二乗を算出すると干渉縞が得られることになる。得られた干渉縞の明暗は、散乱体32が変形した際の変位量に依存し、変位量がレーザ光41の波長の整数倍であるときに最も暗くなり、変位量がレーザ光41の波長の半整数倍であるときに最も明るくなる。1本の干渉縞は、同一の変位量を示しており、散乱体32の表面が連続している場合、干渉縞は、高度を変位量に替えた等高線とみなすことができる。したがって、干渉縞の間隔が細かい領域では変位量の変化が大きく散乱体32の形状が急激に変化していることを示しており、干渉縞の間隔が粗い領域では変位量の変化が小さく散乱体32の形状が緩やかに変化していることを示すことになる。このように、計測領域に対応するスペックルパターンを計測部12の受光部21の画素22-1~22-nにより受光して、散乱体32の形状の変形の前後で比較することにより、散乱体32の形状の変形に伴って生じた画素22-1~22-nの各々に対応する散乱体32の位置の変位量を推定することができる。 By using the optical splitter 14 to which any one of the optical systems shown in FIGS. 9A to 9D is applied, the speckle pattern generated by the scatterer 32-1 before deformation and A speckle pattern produced by 32-2 will be obtained. Interference fringes can be obtained by calculating the square of the difference between the two speckle patterns before and after deformation. The brightness of the obtained interference fringes depends on the amount of displacement when the scatterer 32 is deformed. It is brightest when it is a half-integer multiple of . One interference fringe indicates the same amount of displacement, and if the surface of the scatterer 32 is continuous, the interference fringe can be regarded as a contour line in which the altitude is replaced by the amount of displacement. Therefore, in the region where the interference fringe interval is small, the change in the displacement amount is large, indicating that the shape of the scatterer 32 is rapidly changing. 32 shows that the shape is gradually changing. In this way, the speckle patterns corresponding to the measurement area are received by the pixels 22-1 to 22-n of the light receiving unit 21 of the measuring unit 12, and the shape of the scatterer 32 is compared before and after the deformation, whereby scattering It is possible to estimate the displacement amount of the position of the scatterer 32 corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n caused by the deformation of the shape of the scatterer 32. FIG.

(第2の実施形態の計測装置による処理)
図10を参照しつつ、第2の実施形態における計測装置1aによる処理について説明する。図10は、算出処理部13aによる処理の流れを示すフローチャートである。なお、ここでは、光分岐部14として、図9(a)に示した2光束法の光学系が適用されており、光集束部15として凸レンズ15aが適用されているものとして、計測装置1aによる処理について説明する。
(Processing by the measuring device of the second embodiment)
Processing by the measuring device 1a in the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a flow chart showing the flow of processing by the calculation processing unit 13a. 9A is applied as the light branching unit 14, and the convex lens 15a is applied as the light converging unit 15. Processing will be explained.

図10のフローチャートの処理が開始される前提として、以下に示すことが行われているものとする。照射部11aは、レーザ光41を生成して光分岐部14に出力する。光分岐部14において、ハーフミラー61は、照射部11aが照射するレーザ光41を、ミラー62に到達するレーザ光と、ミラー64に到達するレーザ光とに分岐する。ミラー62は、受光したレーザ光を光軸67の方向に反射し、反射されたレーザ光は、凸レンズ63により拡散されてレーザ光42になる。ミラー64は、受光したレーザ光を光軸68の方向に反射し、反射されたレーザ光は、凸レンズ65により拡散されてレーザ光43になる。レーザ光42と、レーザ光43とが、散乱体32に照射される。散乱体32が、レーザ光42を受けることにより生じる散乱光52と、散乱体32がレーザ光43を受けることにより生じる散乱光53とが、凸レンズ15aにより集光される。凸レンズ15aにより集光された散乱光52と、散乱光53とが干渉することにより、受光部21の受光面の画素22-1~22-nにおいてスペックルパターンが生じることになる。 As a prerequisite for starting the processing of the flowchart of FIG. 10, it is assumed that the following has been performed. The irradiation unit 11 a generates a laser beam 41 and outputs it to the light branching unit 14 . In the light splitting section 14 , the half mirror 61 splits the laser light 41 emitted by the irradiation section 11 a into laser light reaching the mirror 62 and laser light reaching the mirror 64 . The mirror 62 reflects the received laser light in the direction of the optical axis 67 , and the reflected laser light is diffused by the convex lens 63 to become the laser light 42 . The mirror 64 reflects the received laser light in the direction of the optical axis 68 , and the reflected laser light is diffused by the convex lens 65 to become the laser light 43 . The scattering medium 32 is irradiated with the laser light 42 and the laser light 43 . Scattered light 52 generated by the scatterer 32 receiving the laser light 42 and scattered light 53 generated by the scatterer 32 receiving the laser light 43 are collected by the convex lens 15a. Interference between the scattered light 52 and the scattered light 53 condensed by the convex lens 15a produces a speckle pattern in the pixels 22-1 to 22-n on the light receiving surface of the light receiving section 21. FIG.

散乱体32の形状が変形していない場合、散乱光52と、散乱光53とに変化が生じないため、受光部21の受光面の画素22-1~22-nにおいて生じるスペックルパターンも変化しない。この場合、画素22-1~22-nの各々がスペックルパターンの光を受光して出力する輝度値は変化しないため、イベント検出部23は、いずれの画素22-1~22-nからも「0」の輝度変化量を検出することになる。ただし、実際には、ノイズなどが存在するため、イベント検出部23が検出する輝度変化量は、「0」にならない場合もあるが、検出閾値以上になることはない。したがって、この場合、イベント検出部23は、イベントデータを出力することもない。 When the shape of the scatterer 32 is not deformed, the scattered light 52 and the scattered light 53 do not change, so the speckle pattern generated in the pixels 22-1 to 22-n on the light receiving surface of the light receiving unit 21 also changes. do not. In this case, since the luminance value output by each of the pixels 22-1 to 22-n upon receiving the light of the speckle pattern does not change, the event detection unit 23 detects the light from any of the pixels 22-1 to 22-n A luminance change amount of "0" is detected. However, in reality, noise or the like exists, so the amount of change in brightness detected by the event detection unit 23 may not be "0", but it never exceeds the detection threshold. Therefore, in this case, the event detector 23 does not output any event data.

これに対して、散乱体32の形状が変形した場合、散乱光52と、散乱光53とに、散乱体32の形状が変形した際の変位量に応じた変化が生じることになる。そのため、散乱光52と、散乱光53の変化に応じてスペックルパターンが変化することになる。スペックルパターンが変化すると、スペックルパターンの変化が生じている位置に対応する画素22-1~22-nが検出する輝度値は変化することになる。イベント検出部23は、画素22-1~22-nが出力する輝度値から輝度変化量を検出した場合に、検出した輝度変化量が予め定められる検出閾値以上の輝度変化量であると判定したとき、当該輝度変化量に対応する画素22に対するイベントデータを生成して出力することになる。 On the other hand, when the shape of the scatterer 32 is deformed, the scattered light 52 and the scattered light 53 change according to the amount of displacement when the shape of the scatterer 32 is deformed. Therefore, the speckle pattern changes according to changes in the scattered light 52 and the scattered light 53 . When the speckle pattern changes, the luminance values detected by the pixels 22-1 to 22-n corresponding to the positions where the speckle pattern changes are changed. When the event detection unit 23 detects the amount of luminance change from the luminance values output by the pixels 22-1 to 22-n, it determines that the detected amount of luminance change is equal to or greater than a predetermined detection threshold. Then, event data for the pixel 22 corresponding to the luminance change amount is generated and output.

以下、図10のフローチャートにしたがって処理の流れを説明する。算出処理部13aは、イベント検出部23が非同期に出力するイベントデータを取り込む(ステップSe1)。算出処理部13aは、イベントデータの各々に含まれる画素22の位置と、検出時刻とに基づいて、予め定められた時間内の画素22-1~22-nの各々のイベントデータの数をカウントする(ステップSe2)。 The flow of processing will be described below according to the flowchart of FIG. The calculation processing unit 13a takes in the event data asynchronously output by the event detection unit 23 (step Se1). The calculation processing unit 13a counts the number of event data for each of the pixels 22-1 to 22-n within a predetermined time based on the position of the pixel 22 included in each event data and the detection time. (step Se2).

算出処理部13aは、画素22-1~22-nの各々のイベントデータの数を画素値とする画像データを生成する(ステップSe3)。上記したように、変形前後の2つのスペックルパターンの差の二乗を算出して得られる干渉縞の明暗は散乱体32の形状が変形した際の変位量に依存している。干渉縞の明るい部分は、散乱体32の変形前後の輝度変化量が大きいため、イベントデータが多くなる。これに対して、干渉縞の暗い部分では、散乱体32の変形前後の輝度変化量が小さいため、イベントデータが少なくなるか、または、イベントデータが存在しないことになる。したがって、算出処理部13aが生成する画像データによって表される画像は、干渉縞の変化を示した画像になる。 The calculation processing unit 13a generates image data having the number of event data of each of the pixels 22-1 to 22-n as a pixel value (step Se3). As described above, the brightness of the interference fringes obtained by calculating the square of the difference between the two speckle patterns before and after deformation depends on the amount of displacement when the shape of the scatterer 32 is deformed. A bright portion of the interference fringes has a large amount of change in luminance before and after the scatterer 32 is deformed, so there is a large amount of event data. On the other hand, in the dark portion of the interference fringes, the luminance change amount before and after the scatterer 32 is deformed is small, so the event data is small or does not exist. Therefore, the image represented by the image data generated by the calculation processing unit 13a is an image showing changes in the interference fringes.

上記したように、干渉縞の間隔が細かい領域では変位量が大きく散乱体32が急激に変化していることを示しており、干渉縞の間隔が粗い領域では変位量が小さく散乱体32が緩やかに変化していることを示している。算出処理部13aは、生成した画像データを周波数解析して、画素22-1~22-nの各々の位置における干渉縞の間隔の細かさを算出する。算出処理部13aは、算出した画素22-1~22-nの各々の位置における干渉縞の間隔の細かさから、画素22-1~22-nの各々に対応する散乱体32の位置における変位量を算出する(ステップSe4)。 As described above, in the region where the interference fringe interval is small, the amount of displacement is large, indicating that the scatterer 32 changes rapidly. It shows that it changes to The calculation processing unit 13a performs frequency analysis on the generated image data to calculate the fineness of the interval between interference fringes at each position of the pixels 22-1 to 22-n. The calculation processing unit 13a calculates the displacement at the position of the scatterer 32 corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n from the fineness of the interval of the interference fringes at each position of the pixels 22-1 to 22-n. The amount is calculated (step Se4).

図9(a),(c)の場合、すなわち2光束法と2開口法の各々を適用した場合、算出処理部13aは、図9(a),(c)の符号39a,39cの方向、すなわち散乱体32の計測対象の面と平行な方向における散乱体32の変位量を算出することになる。図9(b)の場合、すなわち参照光法を適用した場合、算出処理部13aは、図9(b)の符号39bの方向、すなわち散乱体32の計測対象の面と平行でない方向における散乱体32の変位量を算出することになる。図9(d)の場合、すなわち横ずらし法の場合、算出処理部13aは、散乱体32の面外変位による変形によって生じる散乱体32と複像32Dのズレの方向に対する傾きを散乱体32の変位量として算出する。したがって、散乱体32と複像32Dのズレ量が十分に小さい場合、算出処理部13aが算出する変位量は、散乱体32の面外変位の微分値を示すことになる。図9(a)~(d)のいずれの光学系を光分岐部14に適用するかは、散乱体32におけるいずれの方向の変位量を検出するかによって適宜定められることになる。 In the case of FIGS. 9A and 9C, that is, when the two-beam method and the two-aperture method are applied, the calculation processing unit 13a performs the That is, the amount of displacement of the scatterer 32 in the direction parallel to the surface of the scatterer 32 to be measured is calculated. In the case of FIG. 9B, that is, when the reference light method is applied, the calculation processing unit 13a calculates the scatterer in the direction of reference numeral 39b in FIG. 32 displacement amounts are calculated. In the case of FIG. 9D, that is, in the case of the lateral displacement method, the calculation processing unit 13a calculates the inclination of the scatterer 32 with respect to the direction of displacement between the scatterer 32 and the double image 32D caused by the deformation due to the out-of-plane displacement of the scatterer 32. Calculated as displacement. Therefore, when the displacement amount between the scatterer 32 and the double image 32D is sufficiently small, the displacement amount calculated by the calculation processing unit 13a indicates the differential value of the out-of-plane displacement of the scatterer 32. FIG. Which optical system of FIGS. 9A to 9D is applied to the light branching unit 14 is appropriately determined depending on which direction of the displacement amount of the scatterer 32 is to be detected.

上記の第2の実施形態の計測装置1aにおいて、照射部11aは、形状が変形する散乱体32に照射するコヒーレント光を生成する。光分岐部14は、照射部11aから計測部12の複数の画素22-1~22-nに至る光路を光路差が生じるように2つの光路に分岐する。光集束部15は、光分岐部14が分岐した2つの光路を集束して計測部12が備える複数の画素22-1~22-nにスペックルパターンを結像させる。計測部12は、散乱体32がコヒーレント光を受けることにより生じる散乱光52,53の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素22-1~22-nにより受光し、画素22-1~22-nの各々がスペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素22-1~22-nを検出し、検出した画素22-1~22-nの位置と、画素22-1~22-nの輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを出力する。算出処理部13aは、予め定められた時間内における画素22-1~22-nごとのイベントデータの数を画素値とする画像データを生成し、生成した画像データに基づいて、散乱体32の変形に伴って生じた変位量を算出する。 In the measuring apparatus 1a of the second embodiment described above, the irradiation unit 11a generates coherent light with which the scatterer 32 whose shape is deformed is irradiated. The optical splitter 14 splits the optical path from the irradiation unit 11a to the plurality of pixels 22-1 to 22-n of the measurement unit 12 into two optical paths so that an optical path difference occurs. The light converging section 15 converges the two optical paths branched by the light branching section 14 to image a speckle pattern on a plurality of pixels 22-1 to 22-n provided in the measuring section 12. FIG. The measurement unit 12 receives speckle pattern light generated by interference of the scattered lights 52 and 53 generated by the scatterer 32 receiving the coherent light by the plurality of pixels 22-1 to 22-n, and the pixels 22- Detect pixels 22-1 to 22-n having a luminance change amount to be detected, in which a luminance change amount indicating a change in luminance value detected by each of pixels 1 to 22-n receiving speckle pattern light is predetermined. event data including the positions of the detected pixels 22-1 to 22-n, code values indicating the direction of change in luminance variation of the pixels 22-1 to 22-n, and detection time indicating the detection time. Output. The calculation processing unit 13a generates image data whose pixel value is the number of event data for each of the pixels 22-1 to 22-n within a predetermined period of time, and based on the generated image data, calculates the number of scatterers 32. Calculate the amount of displacement caused by the deformation.

上記の構成により、散乱体32の形状が変形することにより、光分岐部14が分岐した2つの光路において、散乱体32の形状が変形する際の変位量に応じた光路差が加わることになり、加わった光路差分の位相差が生じることになる。そのため、光集束部15が複数の画素22-1~22-nに結像させるスペックルパターンに、生じた位相差に応じた変化が現れることになる。したがって、画素22-1~22-nの各々に対応するイベントデータの数を画素値とする画像データを生成することにより、生成した画像データの画像は、干渉縞の間隔の細かさによって、散乱体32の形状の変形の前後のスペックルパターンの変化が示された画像になる。算出処理部13aは、生成した画像データを周波数解析することにより、干渉縞の間隔の細かさから散乱体32の形状が変形する際の変位量を算出することが可能になる。算出処理部13aによるイベントデータに基づく画像データの生成において、フレームカメラのように複数回の継続的な画像データの取得を行う必要がないことから、計測装置1aは、いわゆるリアルタイム計測のように計測の時間間隔に制約がある条件下で、変化が一定でない物体の変化をスペックルパターンに基づいて推定することが可能になる。 With the above configuration, when the shape of the scatterer 32 is deformed, an optical path difference corresponding to the amount of displacement when the shape of the scatterer 32 is deformed is added to the two optical paths branched by the light branching unit 14 . , the phase difference of the added optical path difference will occur. Therefore, the speckle pattern imaged by the light converging unit 15 on the plurality of pixels 22-1 to 22-n changes according to the phase difference. Therefore, by generating image data whose pixel value is the number of event data corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n, the image of the generated image data is scattered due to the fineness of the intervals of the interference fringes. The result is an image showing the change in speckle pattern before and after deformation of the body 32 shape. By frequency-analyzing the generated image data, the calculation processing unit 13a can calculate the amount of displacement when the shape of the scatterer 32 is deformed from the fineness of the interval of the interference fringes. In the generation of image data based on event data by the calculation processing unit 13a, unlike a frame camera, it is not necessary to acquire image data continuously a plurality of times. It becomes possible to estimate the change of an object whose change is not constant based on the speckle pattern under the condition that the time interval of is restricted.

なお、上記の第2の実施形態では、図9(b)の凸レンズ71、図9(c)の凸レンズ81及び図9(d)の凸レンズ91は、光分岐部14に含まれるとしている。これに対して、光分岐部14が、凸レンズ71,81,91を含まず、照射部11aの内部に備えられている光学素子の位置を調節して、照射部11aが拡散したレーザ光を照射するようにしてもよい。 In the above-described second embodiment, the convex lens 71 in FIG. 9B, the convex lens 81 in FIG. 9C, and the convex lens 91 in FIG. On the other hand, the light branching unit 14 does not include the convex lenses 71, 81, and 91, and adjusts the position of the optical element provided inside the irradiation unit 11a so that the irradiation unit 11a irradiates diffused laser light. You may make it

上記の第2の実施形態では、光分岐部14は、図9(a)~図9(d)の光学系のいずれが適用される場合であっても、照射部11aから計測部12の複数の画素22-1~22-nに至る光路を光路差が生じるように2つに分岐している。これに対して、光分岐部14は、照射部11aから計測部12の複数の画素22-1~22-nに至る光路を光路差が生じるように3つ以上の複数の光路に分岐するようにしてもよい。この場合、光集束部15は、光分岐部14が分岐した3つ以上の複数の光路を集束して計測部12が備える画素22-1~22-nにスペックルパターンを結像させることになる。 In the above-described second embodiment, the light branching unit 14 has a plurality of beams from the irradiation unit 11a to the measurement unit 12, regardless of which of the optical systems shown in FIGS. 9A to 9D is applied. The optical path leading to the pixels 22-1 to 22-n is branched into two so that an optical path difference occurs. On the other hand, the optical branching unit 14 branches the optical path from the irradiation unit 11a to the plurality of pixels 22-1 to 22-n of the measurement unit 12 into three or more optical paths so that optical path differences occur. can be In this case, the light converging unit 15 converges three or more optical paths branched by the light branching unit 14 to form speckle patterns on the pixels 22-1 to 22-n included in the measuring unit 12. Become.

上記の第1及び第2の実施形態では、イベント検出部23は、ある画素22の輝度変化量が、予め定められる検出閾値以上の輝度変化量であると判定した場合、当該輝度変化量に対応する画素22を予め定められる検出対象の輝度変化量を有している画素22として検出するようにしている。これに対して、イベント検出部23は、ある画素22の輝度変化量が、予め定められる検出閾値を超える輝度変化量であると判定した場合、当該輝度変化量に対応する画素22を予め定められる検出対象の輝度変化量を有している画素22として検出するようにしてもよい。ただし、この場合、第1の実施形態に示した画素22-1~22-nの輝度値の最大値と最小値との差の絶対値を検出閾値とする構成において、正しい判定が行われるようにするため、輝度値の最大値と最小値との差の絶対値をそのまま検出閾値にするのではなく、輝度値の最大値と最小値との差の絶対値からイベント検出部23の判定精度に応じた微小値を減算した値を検出閾値とする必要がある。 In the first and second embodiments described above, when the event detection unit 23 determines that the luminance change amount of a certain pixel 22 is equal to or greater than a predetermined detection threshold value, the event detection unit 23 corresponds to the luminance change amount. A pixel 22 having a predetermined amount of change in luminance to be detected is detected as a pixel 22 having a luminance change amount to be detected. On the other hand, when the event detection unit 23 determines that the luminance change amount of a certain pixel 22 exceeds a predetermined detection threshold value, the event detection unit 23 determines in advance the pixel 22 corresponding to the luminance change amount. The pixel 22 having the luminance change amount to be detected may be detected. However, in this case, in the configuration in which the absolute value of the difference between the maximum value and the minimum value of the luminance values of the pixels 22-1 to 22-n shown in the first embodiment is used as the detection threshold, correct determination is performed. Therefore, instead of using the absolute value of the difference between the maximum and minimum luminance values as the detection threshold value, the absolute value of the difference between the maximum and minimum luminance values is used to determine the accuracy of the determination of the event detection unit 23. It is necessary to set a value obtained by subtracting a minute value corresponding to , as a detection threshold.

上記した第1の実施形態の計測装置1は、散乱体30が、例えば、人体であり、移動散乱体31が、例えば、血液である場合、血流を測定する測定装置ということもでき、血流を観測する観測装置ということもできる。第2の実施形態の計測装置1aは、散乱体32が、例えば、人体である場合、人体の形状の変化を測定する測定装置ということもでき、人体の形状の変化を観察する観察装置ということもできる。 The measuring device 1 of the first embodiment described above can be said to be a measuring device for measuring blood flow when the scatterer 30 is, for example, a human body, and the moving scatterer 31 is, for example, blood. It can also be called an observation device that observes the flow. If the scatterer 32 is, for example, a human body, the measuring device 1a of the second embodiment can also be called a measuring device for measuring changes in the shape of the human body, and can be called an observation device for observing changes in the shape of the human body. can also

上述した第1及び第2の実施形態における算出処理部13,13aをコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、FPGA(Field Programmable Gate Array)等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。 The calculation processing units 13 and 13a in the first and second embodiments described above may be realized by a computer. In that case, a program for realizing this function may be recorded in a computer-readable recording medium, and the program recorded in this recording medium may be read into a computer system and executed. It should be noted that the "computer system" referred to here includes hardware such as an OS and peripheral devices. The term "computer-readable recording medium" refers to portable media such as flexible discs, magneto-optical discs, ROMs and CD-ROMs, and storage devices such as hard discs incorporated in computer systems. Furthermore, "computer-readable recording medium" means a medium that dynamically retains a program for a short period of time, like a communication line when transmitting a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. It may also include something that holds the program for a certain period of time, such as a volatile memory inside a computer system that serves as a server or client in that case. Further, the program may be for realizing a part of the functions described above, or may be capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in the computer system. It may be implemented using a programmable logic device such as an FPGA (Field Programmable Gate Array).

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 Although the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and design and the like are included within the scope of the gist of the present invention.

1…計測装置、11…照射部、12…計測部、13…算出処理部、21…受光部、22-1~22-n…画素、23…イベント検出部、30…散乱体、31…移動散乱体 Reference Signs List 1 measuring device, 11 irradiation unit, 12 measurement unit, 13 calculation processing unit, 21 light receiving unit, 22-1 to 22-n pixels, 23 event detection unit, 30 scatterer, 31 movement scatterer

Claims (8)

コヒーレント光を生成する照射部と、
散乱体が前記コヒーレント光を受けることにより生じる散乱光の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素により受光し、前記画素の各々が前記スペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が、予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素を検出し、検出した前記画素の位置と、前記画素の前記輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成する計測部と、
前記イベントデータに基づいて、前記散乱体の変化を示す物理量を算出する算出処理部と、
を備える計測装置。
an illumination unit that generates coherent light;
Light of a speckle pattern generated by interference of scattered light generated by a scatterer receiving the coherent light is received by a plurality of pixels, and luminance detected by each of the pixels receiving the light of the speckle pattern. detecting a pixel having a predetermined amount of luminance change to be detected, the position of the detected pixel and a code value indicating the direction of change of the amount of luminance change of the pixel; a measurement unit that generates event data including a detection time indicating the time of detection;
a calculation processing unit that calculates a physical quantity indicating a change in the scatterer based on the event data;
A measuring device comprising
前記散乱体は、移動する移動散乱体を含んでおり、
前記算出処理部は、
予め定められる単位時間当たりの前記画素ごとの前記イベントデータの数に基づいて、前記画素の各々に対応する前記散乱体の位置における前記移動散乱体の移動速度を前記散乱体の変化を示す物理量として算出する、
請求項1に記載の計測装置。
the scatterer comprises a moving mobile scatterer;
The calculation processing unit is
moving speed of the moving scatterer at the position of the scatterer corresponding to each of the pixels based on the number of the event data for each pixel per predetermined unit time as a physical quantity indicating the change of the scatterer calculate,
The measuring device according to claim 1.
前記散乱体は、移動する移動散乱体を含んでおり、
前記計測部は、
前記画素の各々に対応する前記輝度変化量と、予め定められる検出閾値とに基づいて、前記画素の各々が、前記検出対象の輝度変化量を有する画素であるか否かを判定し、
前記算出処理部は、
前記イベントデータに含まれる前記輝度変化量の変化方向を示す符号値に、前記検出閾値を乗算することで乗算値を算出し、前記画素の各々について、前記検出時刻ごとに、当該検出時刻以前の検出時刻に対応する前記乗算値を積算した値を、前記検出時刻ごとの積算値として算出し、算出した前記画素の各々の前記検出時刻ごとの前記積算値に基づいて、前記画素の各々に対応する前記散乱体の位置における前記移動散乱体の移動速度を前記散乱体の変化を示す物理量として算出する、
請求項1に記載の計測装置。
the scatterer comprises a moving mobile scatterer;
The measuring unit
Determining whether each of the pixels is a pixel having the luminance change amount to be detected based on the luminance change amount corresponding to each of the pixels and a predetermined detection threshold;
The calculation processing unit is
A code value indicating the change direction of the luminance change amount included in the event data is multiplied by the detection threshold to calculate a multiplied value, and for each of the pixels, for each detection time, A value obtained by integrating the multiplied values corresponding to the detection times is calculated as an integrated value for each of the detection times, and corresponding to each of the pixels based on the integrated value for each of the detection times calculated for each of the pixels. calculating the moving speed of the moving scatterer at the position of the scatterer as a physical quantity indicating the change of the scatterer;
The measuring device according to claim 1.
前記散乱体は、移動する移動散乱体を含んでおり、
前記計測部は、
前記画素の各々に対応する前記輝度変化量と、予め定められる検出閾値であって前記スペックルパターンの光から前記画素が検出する輝度値の最大値と最小値の差の絶対値に基づいて定められる検出閾値とにより、前記画素の各々が、前記検出対象の輝度変化量を有する画素であるか否かを判定し、
前記算出処理部は、
前記イベントデータに含まれる前記検出時刻に基づいて、前記画素ごとの前記イベントデータの発生間隔を算出し、算出した前記画素ごとの前記イベントデータの発生間隔に基づいて、前記画素の各々に対応する前記散乱体の位置における前記移動散乱体の移動速度を前記散乱体の変化を示す物理量として算出する、
請求項1に記載の計測装置。
the scatterer comprises a moving mobile scatterer;
The measuring unit
determined based on the amount of change in brightness corresponding to each of the pixels, and a predetermined detection threshold, which is an absolute value of a difference between the maximum value and the minimum value of the brightness values detected by the pixel from the light of the speckle pattern; Determining whether each of the pixels is a pixel having the luminance change amount to be detected,
The calculation processing unit is
calculating an occurrence interval of the event data for each pixel based on the detection time included in the event data; calculating a moving speed of the moving scatterer at the position of the scatterer as a physical quantity indicating a change of the scatterer;
The measuring device according to claim 1.
前記散乱体は、移動する移動散乱体を含んでおり、
前記算出処理部は、
前記イベントデータに含まれる前記符号値に基づいて、前記検出時刻ごとの画像データを生成し、生成した異なる2つの前記検出時刻の前記画像データに基づいて、前記移動散乱体の移動速度を前記散乱体の変化を示す物理量として算出する、
請求項1に記載の計測装置。
the scatterer comprises a moving mobile scatterer;
The calculation processing unit is
image data for each detection time is generated based on the code value included in the event data, and the moving speed of the moving scatterer is calculated based on the generated image data at two different detection times; Calculated as a physical quantity that indicates changes in the body,
The measuring device according to claim 1.
前記照射部から前記計測部の複数の前記画素に至る光路を光路差が生じるように複数の光路に分岐する光分岐部と、
前記光分岐部が分岐した複数の前記光路を集束して前記計測部が備える複数の前記画素に前記スペックルパターンを結像させる光集束部と、を備え、
前記散乱体は、形状が変形する散乱体であり、
前記算出処理部は、
予め定められた時間内における前記画素ごとの前記イベントデータの数を画素値とする画像データを生成し、生成した前記画像データに基づいて、前記散乱体の変形によって生じた変位量を前記散乱体の変化を示す物理量として算出する、
請求項1に記載の計測装置。
an optical branching unit that branches an optical path from the irradiation unit to the plurality of pixels of the measurement unit into a plurality of optical paths so that an optical path difference occurs;
a light converging unit that converges the plurality of optical paths branched by the light branching unit and forms an image of the speckle pattern on the plurality of pixels included in the measurement unit;
The scatterer is a scatterer whose shape is deformable,
The calculation processing unit is
generating image data whose pixel value is the number of event data for each pixel within a predetermined time period; Calculated as a physical quantity that indicates the change in
The measuring device according to claim 1.
コヒーレント光を生成し、
散乱体が前記コヒーレント光を受けることにより生じる散乱光の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素により受光し、
前記画素の各々が前記スペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が、予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素を検出し、
検出した前記画素の位置と、前記画素の前記輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成し、
生成された前記イベントデータに基づいて、前記散乱体の変化を示す物理量を算出する、
計測方法。
produce coherent light,
A speckle pattern of light generated by interference of scattered light generated by a scatterer receiving the coherent light is received by a plurality of pixels,
Detecting a pixel having a predetermined amount of luminance change to be detected, wherein the amount of luminance change indicating a change in luminance value detected by each of the pixels receiving the light of the speckle pattern is determined in advance;
generating event data including the position of the detected pixel, a code value indicating the change direction of the luminance change amount of the pixel, and a detection time indicating the detection time;
calculating a physical quantity indicating a change in the scatterer based on the generated event data;
measurement method.
散乱体がコヒーレント光を受けることにより生じる散乱光の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素により受光し、前記画素の各々が前記スペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が、予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素を検出し、検出した前記画素の位置と、前記画素の前記輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成する計測ステップと、
前記イベントデータに基づいて、前記散乱体の変化を示す物理量を算出する算出処理ステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
A speckle pattern of light generated by interference of scattered light generated by a scatterer receiving coherent light is received by a plurality of pixels, and each pixel receives and detects a luminance value of the speckle pattern of light. detecting a pixel having a predetermined amount of luminance change to be detected, the position of the detected pixel, a code value indicating the direction of change of the amount of luminance change of the pixel, a measurement step of generating event data including a detection time indicating the time when the
a calculation processing step of calculating a physical quantity indicating a change in the scatterer based on the event data;
A program that causes a computer to run
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