JP2568879Y2 - スペックル測長計に於けるモニター装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、レーザ光を照射した物
体表面からの反射拡散光に基づいて生じるスペックルパ
ターンを利用して、物体の移動量を測定するスペックル
測長計に於いて、固体撮像素子の受光バランスを表示す
るモニター装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、図６に示す如く半導体レーザ(16)
から出射されたレーザビームを被測定物(18)に照射し、
該物体表面からの反射拡散光によって生じるスペックル
パターンを観察し、物体の移動、変形等に伴うスペック
ルパターンの変化に基づいて、物体の移動量、変形量等
を測定する方法が知られている（例えば朝倉書店発行
「光学的測定ハンドブック」第234頁乃至245頁及び特開
平３−２３５００８）。

【０００３】又、映像処理の技術分野で従来の撮像管に
変るイメージセンサーとして、高い分解能を発揮するＣ
ＣＤ等の固体撮像素子が実用化されており、この素子を
スペックルパターン検出センサーとして応用することに
よって、スペックルパターンを正確にイメージ信号に変
換することが可能となっており、この結果、高精度の測
定結果が得られる。

【０００４】

【解決しようとする課題】ところで、スペックルパター
ンは被測定物表面からの拡散反射光に基づいて形成され
るから、物体表面が鏡面の如く極めて平滑である場合
は、原理的にスペックル測長が不可能となる。この様な
場合は、対象物体に粗面を形成する等の対策を講じる必
要がある。又、原理的には測長が可能であったとして
も、物体表面が金属面の如く比較的滑らかな場合、物体
表面の１つのビームスポットから得られるスペックルパ
ターンのイメージ信号の分布は、中央部が高く、両端部
が低い山型の分布となる。従って、分布の裾部の信号レ
ベルが極端に低下して、信号の２値化処理の際、スレッ
ショルドレベルに達せず、信号処理エラーが生じる虞れ
がある。

【０００５】スペックル測長計によって被測定物の相対
的な移動量を精度良く測定するには、固体撮像素子は適
切な光量を受けている必要があり、受光量の過不足があ
ると、ＳＮ比が悪く、測定の精度が低下する。

【０００６】図２に示す固体撮像素子（１）に於いて、
その受光面は２５６個の光電素子によって約２mmの長さ
に形成されており、望ましい受光量の分布は、光量の強
さを１〜８の８段階で表示するならば、中央区域Ｃでは
６〜７、両端区域Ｂ、Ｄでは４〜５である。測定ヘッド
が被測定物に近すぎると光量は過多となり、離れすぎる
と光量は不足する。又、反射拡散光のビーム方向が固体
撮像素子に対して傾いていると、前記光強度分布の山部
が中央から偏る。この様な場合は、レーザビームの光軸
を対象物体表面に対して垂直となる様に調整する必要が
ある。

【０００７】しかしながら、従来のスペックル測長計で
は、実際の測長に先立って、受光量が適切な範囲内であ
るか否かを判断するための情報や、レーザビームの光軸
の向きを正確に調整する際の情報が得られず、スペック
ル測長計の利点を損ねていた。本考案の目的はこれらの
情報が正確に得られるスペックル測長計のモニター装置
を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本考案に係るスペックル
測長計のモニター装置は、固体撮像素子（１）上の特定
区域におけるイメージ信号の強さを示すモニター部
（８）を各特定区域に対応して配備すると共に、特定区
域でのイメージ信号が、予め設定された上限及び下限の
しきい値の範囲内にあるか否かを判定する上限・下限判
定部（７）を具え、該上限・下限判定部（７）は、固体
撮像素子（１）の各特定区域に対応して複数配備し、又
は単一の上限・下限判定部（７）の出力信号を固体撮像
素子（１）の特定区域に対応して複数に分離し、固体撮
像素子（１）の特定区域に対応してイメージ信号Ａ及び
必要に応じて上限・下限判定部（７）の出力を分離する
ために、ゲート及び該ゲートに対し固体撮像素子（１）
の特定区域を指定するタイミング信号発生回路（５）を
配備した。

【０００９】更に本考案は、上限・下限判定部（７）に
は、出力信号が固体撮像素子の各特定区域のいづれにつ
いても上限・下限のしきい値の範囲内にあることを判定
する判定部（９）を接続した。

【００１０】

【作用】スペックル測長計を用いて被測定物の移動を検
査する際、先ず固体撮像素子の受光量が、適切なバラン
スがとれる様に調節する必要がある。固体撮像素子の各
特定区域の受光量は、夫々に対応するモニター部(８)に
表示されるから、表示値が適切な範囲に収まるようにス
ペックル測長計を被測定物に近づけ或いは遠ざけて調節
する。又固体撮像素子が反射拡散ビームの光軸に対し垂
直に設置するには、固体撮像素子の両端区域に対応する
モニター部(８)の値が同じとなるようにスペックル測長
計を傾ければ良い。

【００１１】使用者はモニター部(８)を観察しながら固
体撮像素子の受光量の調節及び設置姿勢を適切に設定出
来る。更に固体撮像素子の各区域に於ける受光量が、上
限・下限判定部(７)によって適切な範囲であることが個
々に判定されると共に、全ての区域が適切な受光量であ
ることを判定部(９)が表示すると、スペックル測長計は
測定可能な状態であることが判断出来、直ちに測定を行
なうことが出来る。

【００１２】

【実施例】図１に示すスペックル測長計の測定ヘッド
は、ビーム発射用及び受光用の窓を有するケーシング内
に半導体レーザー(16)、該半導体レーザーからのレーザ
ー光を平行レーザービームに成形するコリメーターレン
ズ(17)、レーザービームが被測定物(18)にて拡散反射さ
れて生じたスペックルパターンを光電変換するための一
次元イメージセンサー等の固体撮像素子（１）を配置し
て構成されている。

【００１３】スペックル測長計に配備された固体撮像素
子（１）は、周知の如くタイミング発生回路（５）から
ドライバー(15)を経て入力されるリセット信号及び読出
し信号によって、素子配列方向の走査を一定周期で繰り
返す。該素子（１）の出力信号は、初段アンプ(11)を経
てサンプルホールド回路(12)へ接続され、これによって
素子特有のノイズが除去される。

【００１４】サンプルホールド回路(12)の出力信号は、
ゲイン制御アンプ(13)を経て２値化回路(14)へ送られ２
値化される。更に該２値化データは相互相関処理回路
（２）へ送られて、対象物体の基準位置に於けるスペッ
クルパターンと、その後の移動位置に於けるスペックル
パターンとの相互相関関数が前記基準位置を適宜にずら
しながら繰り返し計算され、この計算結果がマイクロコ
ンピュータ（３）へ送られる。

【００１５】マイクロコンピュータ（３）は相互相関処
理回路（２）から送られてくる相互相関関数のピーク位
置に基づいて物体の移動距離を算出する。この際マイク
ロコンピュータ（３）は、前記したスペックルパターン
の相互相関係数が所定値よりも低下する時点を近似し、
該低下時には相互相関関数算出の基礎となる基礎データ
を現データに切り替えるための制御信号を作成して、相
互相関処理回路（２）へ送り出す。これに応じて相互相
関処理回路（２）に於ける基準データの切替えが行なわ
れるのである。基準データの切替に伴う基準値の移動量
を累積して、これを距離又は速度に換算し、表示器
（４）に表示するものである。

【００１６】固体撮像素子（１）の制御側には、ドライ
バー(63)を介してタイミング信号発生回路（５）が接続
されている。

【００１７】タイミング信号発生回路（５）は、固体撮
像素子（１）をリセットするため２０マイクロ秒の周期
で、リセットパルスを出力している。更に固体撮像素子
（１）に内蔵するアナログシフトレジスター（図示せ
ず）からデータを１ピッチずつ送出すため、互いに半波
長ずれた一対の読出パルス及びゲート信号を形成してい
る。

【００１８】図１乃至図４に示す実施例は、固体撮像素
子(１)を中央区域Ｃ、左端区域Ｂ、右端区域Ｄの３区域
に分け、各区域毎に受光量をモニター部(８)に表示する
と共に、各区域の光量が適切であることを示す表示部(7
1)及びスペックル測長計が適切に設置され、測定可能な
状況であることを示す判定表示部(91)を具えたものであ
る。

【００１９】なお、固体撮像素子(１)の受光面を区分し
た特定区域の数及び、それが固体撮像素子に占める長さ
割合は、必要に応じて変更可能なことは勿論である。

【００２０】固体撮像素子(１)及び初段アンプ(11)から
出力されたイメージ信号Ａは、各区域に対応して配備さ
れたゲート６ｂ，６ｃ，６ｄへ分割して入力している。
各ゲートは図４に示すタイミング信号Ｂ，Ｃ，Ｄによっ
て規制されている。該タイミング信号は固体撮像素子
(１)の各区域から出力されるイメージ信号Ａに対応して
おり、中央区域Ｃのタイミング信号Ｃは端区域のタイミ
ング信号Ｂ，Ｄに比べて信号幅は約２倍に設定されてお
り、これらタイミング信号はタイミング信号発生回路
(５)から出力される。

【００２１】イメージ信号Ａは各ゲートに於てタイミン
グ信号に規制されているから、固体撮像素子(１)の各区
域に対応する部分のイメージ信号だけが通過する。各ゲ
ート毎に配備した平均値回路(61)は、ゲートを通過した
イメージ信号の強さに比例した信号を出力する。各平均
値回路(61)の出力側には夫々モニター部(８)及び上限・
下限判定部(７)が接続されており、モニター部(８)は固
体撮像素子(１)の夫々の区域に於ける受光量を表示す
る。なおモニター部(８)は該当区域の受光量を、数値、
棒グラフ、インジケーター等の適当な表示手段によって
行なう。

【００２２】上限・下限判定部(７)は、平均値回路(61)
から出力された各区域の光量が、上限及び下限しきい値
の範囲内にあるか否かを判定するものであって、光量が
測定に適した所定範囲内にあることが判定されたとき
は、ランプ等によって構成された表示部(71)を点灯させ
る。

【００２３】更に各上限・下限判定部(７)の出力は、Ａ
ＮＤ回路によって構成された判定部(９)に夫々接続して
おり、各区域に於ける受光量が、予め設定されている上
限・下限しきい値の強さ範囲にある場合、判定表示部(9
1)を点灯して測定可能であることを表示する。

【００２４】従ってスペックル測長計の設置に際し、全
部のモニター部(８)が点灯するようにスペックル測長計
を被測定物に対し適当に接近させ、傾きを定めることに
よって、判定表示部(91)を点灯させることが出来、測定
可能な状況にあることが感知されるのである。

【００２５】図５は本考案の他の実施例であって、被測
定物(８)の相対的な移動量を表示する表示器(４)に到る
までの経路は図１の実施例と同一である。この実施例に
於いては平均値回路(61)及び上限・下限判定部(７)を単
一設置し、平均値回路(61)の出力は分離して夫々ゲート
(81)を介し、固体撮像素子の各区域に対応して配備した
モニター部(８)に接続される。

【００２６】ゲート(81)はタイミング信号発生回路(５)
に於て形成されたタイミング信号Ｂ，Ｃ，Ｄによって規
制されており、平均値回路(61)の出力信号をゲート(81)
に於て区域毎に分離出来、モニター部(８)に表示するも
のである。

【００２６】更に上限・下限判定部(７)の出力は、区域
毎に設けたゲート(72)を介して表示部(71)に接続してお
り、該ゲート(72)はタイミング信号発生回路(５)に於て
形成された前記タイミング信号Ｂ，Ｃ，Ｄによって夫々
規制されており、固体撮像素子(１)の各区域に於ける上
限・下限判定部(７)からの出力を表示部(71)へ送り、各
区域に於ける受光量が適切か否かを表示するものであ
る。

【００２７】更にゲート(72)の出力側には図１の実施例
と同様な判定部(９)及び判定表示部(91)を接続し、スペ
ックル測長計がバランスのとれた適切な受光状態にある
ことを表示する。

【００２８】

【考案の効果】本考案は固体撮像素子の特定区域毎に受
光量をモニターすると共に、固体撮像素子の各区域に亘
ってバランスのとれた受光状態にあることを判定部(９)
によって判断されるから、スペックル測長計の設置をモ
ニター部(８)を見ながら容易に調節出来ると共に、判定
部(91)の出力を知ってスペックル測長計を用いた測定を
行なうことが出来る。

【００２９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１実施例の構成を示すブロック図で
ある。

【図２】固体撮像素子の各区域を示す説明図である。

【図３】スペックル測長計のモニターパネルの正面図で
ある。

【図４】イメージ信号及びタイミング信号の波形図であ
る。

【図５】本考案の他の実施例のブロック図である。

【図６】従来のスペックル測長計の斜面図である。

【符号の説明】

(１) 固体撮像素子 (18) 被測定物 (２) 相互相関処理回路 (４) 表示器 (５) タイミング信号発生回路 (６) ゲート (61) 平均値回路 (７) 上限・下限判定部 (71) 表示部 (72) ゲート (８) モニター部 (81) ゲート (９) 判定部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 南野 和也 大阪府高槻市明田町２番13号 株式会社 キーエンス内 (56)参考文献 特開 平４−50703（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−235008（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対的に移動する被測定物（１８）の表
   面にレーザービームを照射して、該被測定物表面からの
   反射拡散光によって生じるスペックルパターンを固体撮
   像素子（１）によって光電変換し、該固体撮像素子
   （１）から出力されるイメージ信号Ａに基づき被測定物
   の基準位置に於けるスペックルパターンに応じた基準デ
   ータと、その後の移動位置に於けるスペックルパターン
   に応じた現データとの相互相関処理によって、物体の移
   動量を測定するスペックル測長計に於て、 固体撮像素子（１）上の特定区域におけるイメージ信号
   の強さを示すモニター部（８）を各特定区域に対応して
   配備すると共に、特定区域でのイメージ信号が、予め設
   定された上限及び下限のしきい値の範囲内にあるか否か
   を判定する上限・下限判定部（７）を具え、該上限・下
   限判定部（７）は固体撮像素子（１）の各特定区域に対
   応して複数配備し、又は単一の上限・下限判定部（７）
   の出力信号を固体撮像素子（１）の特定区域に対応して
   複数に分離し、固体撮像素子（１）の特定区域に対応し
   てイメージ信号Ａ及び必要に応じて上限・下限判定部
   （７）の出力を分離するために、ゲート及び該ゲートに
   対し固体撮像素子（１）の特定区域を指定するタイミン
   グ信号発生回路（５）を配備したことを特徴とするスペ
   ックル測長計に於けるモニター装置。
2. 【請求項２】 上限・下限判定部（７）には、その出力
   信号が固体撮像素子の各特定区域のいづれについても上
   限・下限のしきい値の範囲内にあることを判定する判定
   部（９）を接続している請求項１に規定する装置。