JP2583363Y2 - スペックル測長計 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、レーザ光を物体表面に
照射し、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、物体の移動量を出力する出
力装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、図８に示す如く半導体レーザ(１)
から出射されたレーザビームを物体(３)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、相互相関関数を求め、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ー２３５００８）。

【０００３】又、映像処理の技術分野で従来の撮像管に
替るＣＣＤ等の分解能を発揮するイメージセンサが実用
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。スペック
ルパターンを利用した測長原理は、被測定物に非接触
で、しかも測長距離に制約がなく、長い距離を高精度で
測定できる利点がある。

【０００４】

【解決するべき課題】しかしながらスペックル測長計
は、物体の移動量を表示する桁数は予め設定されてお
り、演算部の電子回路は表示桁数に合わせて製作されて
いる。従って表示可能範囲を越える出力は飽和し、物体
の相対的な移動が更に続いても、表示部は設定桁をオー
バーフローし、出力部からは出力信号が得られないとい
う問題がある。

【０００５】本考案は移動量が微小な単位長さから、略
無限な長い距離まで、制約を受けずに移動量信号を出力
できる装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本考案は、スペックル測
長計に於て、相互相関処理による出力信号を、物体の移
動量及び該移動量が増加方向又は減少方向であることを
表すため、所定の出力方式に基づいて１または複数のパ
ルスに変換して出力する出力部(12)を配備したものであ
る。

【０００７】

【作用】スペックル測長計は、物体の移動量及び移動方
向を、出力部からの１または複数のパルス出力によって
表現している。パルス出力の方式に合わせて、表示部(1
3)を出力部(12)へ接続することによって、換算された移
動量の数値又は移動量に対応するパルス数をカウントし
て、表示される。

【０００８】移動量が表示部(13)の表示桁数を越えて
も、出力部(12)はカウントを続けるから、移動量の計数
は無限に続けることができる。又表示桁数が一層大きな
表示部と交換することによって、表示桁を増すことがで
き、移動量の測定と出力は、表示部(13)の制約を受けな
い。

【０００９】

【実施例】図１に示すスペックル測長計は、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
(１)、該半導体レーザからのレーザ光を平行レーザビー
ムに成形するコリメーターレンズ(２)、レーザビームが
測定物(３)の表面にて拡散反射して生じたスペックルパ
ターンを光電変換するための１次元イメージセンサ(４)
を配置して構成されている。

【００１０】スペックル測長計に配備されたイメージセ
ンサ(４)は、リセット信号及び読み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しており、該イメ
ージセンサ(４)の出力信号は２値化回路(５)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
(６)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、その結果がマイクロコンピュ
ータ(７)へ送られる。マイクロコンピュータ(７)に内蔵
する演算部(８)は、相互相関処理回路(６)から送られて
くる相互相関関数のピーク位置に基づいた物体の移動距
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
下する時点を検出し、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制御信号を
発し、これに応じて相互相関処理回路(６)に於ける基準
データの切り替えが行なわれる。基準データの切り替え
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、表示部に表示するものである。

【００１１】マイクロコンピュータ(７)に於ける演算部
(８)は、相互相関処理回路(６)からの基準データの切り
替えに伴う基準値の移動を距離信号に変換して出力し、
これをパルス出力変換演算部(11)に於いて移動量及び移
動方向を表す２つの信号に変換する。

【００１２】パルス出力変換演算部(11)には、出力方式
選択スイッチ(９)が接続されており、後述する通り個別
出力方式、指令出力方式、位相差出力方式等に切り替え
て出力することが出来る。更にパルス出力変換演算部(1
1)には、１パルスの出力が代表する移動量を１０μm、
１００μm、１mm、１０mmに切り替えるパルス幅選択ス
イッチ(10)が接続されている。

【００１３】パルス出力変換演算部(11)にはパルス出力
部(12)が接続され、選択スイッチ(９)によって指定され
た所定の出力方式によって、物体の移動量及び移動方向
を表すべき２つの出力信号（出力１）及び（出力２）を
出力する。該出力部(12)の２つの出力端子に対し、外部
カウンタによって構成された表示部(13)が着脱可能に接
続される。該表示部(13)は出力部(12)の２つの出力端子
に接触して導通する２つの入力端子を有しており、出力
部(12)の２出力の方式に合わせて出力信号をカウント
し、移動量に変換するものである。表示部(13)は入力パ
ルスを移動量に換算し、表示窓に表示することも出来る
が、カウント数に応じて、基準位置からの変位量に変換
した出力を発することが出来るのは勿論である。

【００１４】出力方式選択スイッチ(９)によって切り替
えられる方式は何れも公知のものであるが、夫々を図２
乃至図７に基づいて簡単に説明する。

【００１５】（個別出力方式） 相互相関処理回路(６)から出力される移動量に対応した
信号を、演算部(８)に入力する。 フローチャートに於て記号Ａ、Ｂ、Ｃは夫々次の内容を
有する。 Ａ：イメージセンサに於ける１走査当りの物体移動の変
化量信号 Ｂ：演算用の変数 Ｃ：パルス幅選択スイッチ(10)が指定した１パルス当り
の単位の移動量信号

【００１６】パルス出力変換演算部(11)は、イメージセ
ンサーの１走査毎に変化量Ａを算出し(21)、これを図３
のｂ図の如く、Ｂに加えたものを新たなＢとし(22)、こ
のＢとＣの大小を比較する(23)。Ｂ≧Ｃの時、Ｂ−Ｃを
新たなＢとし、出力１から１パルスの信号を出力し、物
体は正方向へ１パルス分移動したことを示し、上記操作
を繰り返す。比較(23)の結果、Ｂ＜Ｃであれば、次にＢ
の正負を判定する(24)。そしてＢ＞０であればＢ≧Ｃと
なるまで上記操作を繰り返す。

【００１７】Ｂ≦０であれば、移動量は減少方向に向っ
ているから、Ｂ＋Ｃを新らたなＢとし、出力２から１パ
ルスを発し、物体は負の方向に１パルス分移動したこと
を示す。図３のａ図は物体が正の方向に３Ｃの距離を越
えて移動した後、負方向へ３Ｃ戻った変位状況を表して
いる。この時のマイクロコンピュータ(７)に於ける演算
用の変数Ｂの値は、図３のｂ図の如く、Ｃの高さの右上
がり鋸歯状波を形成した後、Ｃよりも低い三角波を１個
作り、その後右下がりの鋸歯状波を形成する。

【００１８】出力１は正方向へ単位の移動量Ｃ毎に１パ
ルスを出力し、出力２は負方向へ移動距離Ｃだけ移動す
る毎に１パルスを出力する。表示部(13)に於て、アップ
ダウンカウンタを使用した場合、出力１をアップカウン
ト、出力２をダウンカウントに接続することにより、出
力１−出力２を演算して、物体の基準位置からの移動量
を表示出来るのである。

【００１９】（指令出力方式） 図４、図５に於いて、物体は図５のａ図の如く移動した
場合、出力部(12)の出力１は移動方向に拘わらず単位の
移動量Ｃ毎にパルスを発する。出力２は、物体が正方向
移動の時は出力は“１”であり、負方向移動の時は出力
は“０”である。従って出力部(12)に接続した表示部(1
3)に対し、出力１からのパルスを計数すると共に、出力
２によってアップカウント及びダウンカウントの切り替
えを行なわせ、これによって、基準位置からの物体の移
動量を表示出来るのである。

【００２０】図４に於いて、１走査毎の変化量Ａの正負
を判定し(30)、Ａが正であれば出力２を“オン”(31)、
Ａが負であれば出力２を“オフ”する(32)。ＢとＣの大
小を比較し(33)、Ｂ≧Ｃの時、Ｂ−Ｃを新らたなＢと
し、出力１から１パルス出力し(34)、この操作を繰り返
す。Ｂ＜Ｃの時、Ｂ≦０であれば、物体は負方向に移動
しているから、Ｂ＋Ｃを新らたなＢとし、出力１から１
パルスを発する(34)。Ｂ＞０の時は上記操作を繰り返
す。

【００２１】（位相差出力方式） 図６、図７は位相差出力方式のフローチャート及び出力
波形である。図６に於いてＢとＣの大小を比較し(40)、
Ｂ≧Ｃの時、Ｂ−Ｃを新たなＢとし、Ｂ＜Ｃの時はＢの
正負を判別し(41)、Ｂ≦０であれば移動量は減少方向に
向っているからＢ＋Ｃを新らたなＢとする。Ｂ＞０であ
ればそのままで次にＢと１/２Ｃの大小を比較する(4
2)。Ｂが１/２Ｃより小の時は、出力１をオン(43)、Ｂ
が１/２Ｃより大の時は、出力１をオフ(44)する。更に
Ｂと１/４Ｃの大小を比較し、Ｂ＜（１/４）Ｃ又はＢ＞
（３/４）Ｃであれば、出力２を“オフ”し(46)、Ｂが
（１/４〜３/４）Ｃの時は、出力２を“オン”する(4
7)。例えば、表示部（13）のカウンタは出力１がＯＮの
とき、出力２の立上りと重なるとアップカウント、立下
りに重なるとダウンカウントし、物体の移動量を表示す
ることができる。

【００２２】上記実施例の説明は、本考案を説明するた
めのものであって、実用新案登録請求の範囲に記載の考
案を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではな
い。又、本考案の各部構成は上記実施例に限らず、実用
新案登録請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形
が可能であることは勿論である。例えば、１種類又は３
種類の出力パルスによって、物体の移動量及び移動の方
向を表示できる方式については、出力部（12）からは単
一種類のパルス、又は３以上の複数種類のパルスを出力
し、表示部（13）に対応させることも出来る。

【００２３】

【考案の効果】本考案は出力部の出力１及び出力２に対
し、外部カウンタ等の適当な表示部を任意に接続するこ
とによって、物体の移動を表す２つの出力信号をに基づ
いて、移動量を表示出来る。物体の移動が表示部の表示
範囲を越えて移動した場合でも、出力部は移動量信号の
パルスを続けるから、本考案は表示部の有効桁数及び容
量に拘束されることなく、無限の移動長さを出力出来る
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る装置の概略を示すブロック図であ
る。

【図２】個別出力方式のフローチャートである。

【図３】同上の各部波形図である。

【図４】指令出力方式のフローチャートである。

【図５】同上の信号波形図である。

【図６】位相差出力方式のフローチャートである。

【図７】同上の信号波形図である。

【図８】従来のスペックル測長計の説明図である。

【符号の説明】

(１) レーザ装置 (３) 物体 (４) イメージセンサー (７) マイクロコンピュータ (８) 演算部 (11) パルス出力変換演算部 (12) 出力部 (13) 表示部

───────────────────────────────────────────────────── 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４−131706（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−50706（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−103904（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−175508（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対的に移動する物体(３)の表面にレー
   ザビームを照射して、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イメージセンサ(４)によ
   って光電変換し、イメージセンサ(４)から出力されるイ
   メージ信号に基づき物体の基準位置に於けるスペックル
   パターンを表す基準データと、その後の移動位置に於け
   るスペックルパターンを表す現データとの相互相関処理
   を行ない、物体の移動に応じた信号を出力するスペック
   ル測長計に於いて、相互相関処理による出力信号を、物
   体の移動量及び該移動量が増加方向又は減少方向である
   ことを表すため、所定の出力方式に基づいて１または複
   数のパルスに変換して出力する出力部(12)を配備したス
   ペックル測長計。