JP2958779B2 - Speckle pattern movement detection method and position specification device using the same - Google Patents

Speckle pattern movement detection method and position specification device using the same

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JP2958779B2
JP2958779B2 JP1248057A JP24805789A JP2958779B2 JP 2958779 B2 JP2958779 B2 JP 2958779B2 JP 1248057 A JP1248057 A JP 1248057A JP 24805789 A JP24805789 A JP 24805789A JP 2958779 B2 JP2958779 B2 JP 2958779B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、コヒーレントな電磁波の物体粗面に対す
る散乱によって生ずるスペックルパターンの移動情報を
検出するスペックルパターンの移動検出方法及びこれを
用いた位置指定装置(計算機端末、ワークステーション
あるいはパーソナルコンピュータ等において表示画面上
で位置指定を行ったり、各種制御対象に対する位置指定
を行う際に有用な位置指定装置)の改良に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a speckle pattern movement detecting method for detecting speckle pattern movement information generated by scattering of a coherent electromagnetic wave on a rough surface of an object, and a method of using the method. The present invention relates to an improvement of a position designation device (a position designation device useful when a position is designated on a display screen in a computer terminal, a workstation, a personal computer, or the like, or when a position is designated for various control objects).

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来における位置指定装置として計算機入力用のもの
を例に挙げると、安価、操作性に優れる、位置指定精度
が高いという観点から、所謂マウスと称されるものが広
く使用されている。
As a conventional position specifying device for computer input, a so-called mouse is widely used from the viewpoint of low cost, excellent operability, and high position specifying accuracy.

そして、今のところ主流になっている機械式マウスは
あらゆる方向に回転可能なボールをハウジングの一部か
ら突出配置したもので、このボールの回転方向及び回転
量によって移動方向及び移動量を検出し、もって、指定
すべき位置を特定するものである。
At present, the mainstream mechanical mouse has a ball that can be rotated in any direction protruding from a part of the housing, and detects the direction and amount of movement based on the direction and amount of rotation of the ball. Thus, the position to be designated is specified.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、このような従来の機械式マウスにあっ
ては、機械的なボールの接触回転を利用するため、耐久
性の点で難があり、また、位置精度の向上にも限度があ
る。
However, such a conventional mechanical mouse utilizes mechanical contact rotation of a ball, which is difficult in terms of durability and has a limit in improving the positional accuracy.

このような機械式マウスの欠点を解消するものとして
は、非接触で移動情報を光学的に検出する光学式マウス
が既に提供されている。
As a solution to such a drawback of the mechanical mouse, an optical mouse that optically detects movement information without contact has already been provided.

この種の光学式マウスは、例えば特開昭57−107929
号、同57−207930号公報に示されるように、光源とフォ
トディテクタとが格納された本体部を備え、規則正しい
格子パターンが刻印された専用下敷きの上で上記本体部
を移動させ、移動の際に横切る専用下敷き上の格子の数
をカウントすることにより移動の情報を検出するように
なっている。
An optical mouse of this type is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-107929.
No. 57-207930, as disclosed in JP-A-57-207930, a main body in which a light source and a photodetector are stored, and the main body is moved on a dedicated underlay on which a regular lattice pattern is engraved. The movement information is detected by counting the number of grids on the special underlay that traverses.

ところが、この種の光学式マウスにあっては、専用下
敷きが必須であるため、使用上の自由度が制限されてし
まうばかりか、専用下敷きが汚れたり、損傷すると使用
できなくなるため、耐久性の点でも充分ではなく、更
に、移動情報検出の分解能は専用下敷きに刻印された格
子の細かさで決まるため、コストをかけずに移動情報の
分解能を上げることは容易ではない。
However, in this type of optical mouse, a dedicated underlay is indispensable, which not only limits the degree of freedom of use, but also makes the dedicated underlay dirty or damaged, making it unusable. The point is not enough, and the resolution of the movement information detection is determined by the fineness of the grid engraved on the dedicated underlay. Therefore, it is not easy to increase the resolution of the movement information without increasing the cost.

このような課題を解決するために、本発明者は、所謂
スペックルパターンの移動情報を検出することにより、
装置自体の低廉化、操作性及び耐久性の向上を図りなが
ら、専用下敷きを用いることなく、移動情報検出の分解
能を容易に上げることができる位置指定装置を既に提供
している(特願昭63−116878号参照)。
In order to solve such a problem, the present inventor detects movement information of a so-called speckle pattern,
We have already provided a position designation device that can easily increase the resolution of moving information detection without using a special underlay, while reducing the cost of the device itself, improving operability and durability (Japanese Patent Application No. Sho 63). -116878).

そして、上記した先行技術中には、上述した位置指定
装置の操作性をより向上させるという観点から、用途に
応じて細かい位置指定を行ったり、ラフな位置指定を行
うことを可能にするために、例えばスペックルの平均サ
イズを可変にすることにより、位置指定装置の可動体の
移動量と指定対象物の移動量との比(位置指定移動率)
をダイナミックに変化させるという技術が既に開示され
ている。
And, in the above-mentioned prior art, from the viewpoint of further improving the operability of the above-described position specifying device, in order to enable fine position specification or rough position specification according to the application, For example, by making the average size of speckles variable, the ratio of the movement amount of the movable body of the position designation device to the movement amount of the designated object (position designation movement rate)
Has already been disclosed.

ところが、本発明者が上記位置指定移動率のダイナミ
ック変化技術を更に研究していたところ、スペックルの
平均サイズの大きさによっては、上記位置指定移動率を
ダイナミックに変化させることができない場合が起こり
得ることが判明したが、上記位置指定移動率の変化動作
を確実に行わせる上で、スペックルの平均サイズをどの
ように設定すべきかについては未だ充分には解決されて
いない。
However, the present inventor has further studied the dynamic technology for changing the position designation movement rate. As a result, depending on the average size of speckles, the position designation movement rate may not be dynamically changed. However, it has not been sufficiently solved how to set the average size of the speckles in order to surely perform the operation of changing the position designation movement rate.

尚、このような課題は、上述したマウスばかりでな
く、ロボット等の位置指定装置を始め、スペックルパタ
ーンの移動情報の検出を利用した各種装置(移動検出装
置,速度検出装置等)にて、検出移動率の変化動作を確
実に行わせるという要請下においては同様に生じ得るも
のである。
In addition, such a problem is caused not only by the above-mentioned mouse but also by various devices (movement detecting device, speed detecting device, etc.) utilizing the detection of the movement information of the speckle pattern, including a position specifying device such as a robot. The same can occur under the demand that the operation of changing the detection movement rate be performed reliably.

この発明は、以上の観点に立ってなされたものであっ
て、スペックルパターンの検出移動率の変化動作を確実
に行わせることが可能なスペックルパターンの移動検出
方法及びこれを用いて位置指定移動率の変化動作を確実
に行うことが可能な位置指定装置を提供するものであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above viewpoints, and has a speckle pattern movement detection method capable of reliably performing a change operation of a speckle pattern detection movement rate, and position designation using the same. An object of the present invention is to provide a position specifying device capable of surely performing a change operation of a movement rate.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

◎課題解決のための実験的解析 本発明者は、上記課題を解決する上で、スペックルの
平均サイズと検出移動率あるいは位置指定移動率との関
係を調べるために、以下のような実験を行った。
◎ Experimental analysis to solve the problem In order to solve the above problems, the present inventors conducted the following experiment in order to investigate the relationship between the average size of speckle and the detection movement rate or the position designation movement rate. went.

(1)実験内容 所定サイズのスペックルを所定の条件にて移動させた
際に、このスペックルパターンの移動情報を適宜処理系
にて処理し、この処理データに基づいて例えばハーソナ
ルコンピュータの表示画面上のカーソルを移動させる実
験系(第2図)を構成し、位置指定移動率に相当するカ
ーソル移動率K(移動スペックルパターンを生成するた
めの粗面移動量に対する実際のカーソルの移動量の比)
とスペックルの平均サイズとの関係を調べた。
(1) Content of experiment When speckles of a predetermined size are moved under predetermined conditions, the movement information of the speckle pattern is appropriately processed by a processing system, and based on the processed data, for example, a display of a personal computer is displayed. An experimental system (FIG. 2) for moving the cursor on the screen is constructed, and the cursor movement rate K (the actual cursor movement amount with respect to the rough surface movement amount for generating the movement speckle pattern) corresponding to the position designation movement rate Ratio)
And the average size of speckles were investigated.

(2)実験系 第2図において、符号10はHe−Neレーザ、11はレーザ
10からのビームBmを集光する集光レンズ、12は集光レン
ズ11にて集光されたレーザビームBmが照射されると共に
所定速度vdで所定方向(この例ではx方向とする)に所
定量xdだけ移動する粗面状移動板、13は粗面状移動板12
にて散乱し、移動速度vsでxsだけ移動するスペックルパ
ターンSPを検出するためにx方向に沿って並設される一
対のフォトダイオート13a,13bからなるディテクタ、14
(具体的には14a,14b)はディテクタ13の出力(fds:周
波数fds,M:振動の数〔信号の山の数])を増幅するアン
プ、15(具体的には15a,15b)は各アンプ14からの出力
を適当な閾値で二値化する二値化回路である。
(2) Experimental system In FIG. 2, reference numeral 10 is a He-Ne laser, and 11 is a laser.
A condenser lens for condensing the beam Bm from 10, 12 in a predetermined direction at a predetermined velocity v d with laser beams Bm, which is condensed by the condenser lens 11 is irradiated (the x direction in this example) A rough moving plate 13 that moves by a predetermined amount xd , 13 is a rough moving plate 12
Scattered, a pair of photo die auto 13a which is arranged along the x direction in order to detect the speckle pattern SP moves by x s at a moving speed v s, detector consisting 13b at, 14
(Specifically, 14a, 14b) is an amplifier for amplifying the output ( fds : frequency fds , M: number of vibrations [number of signal peaks]) of the detector 13, and 15 (specifically, 15a, 15b) Is a binarizing circuit for binarizing the output from each amplifier 14 with an appropriate threshold.

また、16はパーソナルコンピュータであり、表示画面
17上のカーソル18をどのように移動させるかを演算処理
する演算処理部19を具備している。この演算処理部19
は、各二値化回路15からの出力を入力し、両者の位相差
τの正負からカーソル18の移動の向きを判別し、二値化
信号のパルス数を移動の向きに応じてカウントアップま
たはカウントダウンするアップダウンカウンタを備え、
このカウンタ出力に応じた位置にNだけカーソル17を移
動させるようにしたものである。
Reference numeral 16 denotes a personal computer, and a display screen
An arithmetic processing unit 19 is provided for performing arithmetic processing on how to move the cursor 18 on 17. This arithmetic processing unit 19
Receives the output from each binarization circuit 15, determines the direction of movement of the cursor 18 from the sign of the phase difference τ between them, and counts up or counts the number of pulses of the binarized signal according to the direction of movement. Equipped with an up-down counter that counts down,
The cursor 17 is moved by N to a position corresponding to the counter output.

(3)実験条件 第2図及び第3図において、 レーザビームの波長λ:632.8nm フォトダイオード間隔:0.3mm フォトダイオード開口寸法:0.295mm ビームウエストBwの半径ω0:9.7μm スペックル剛性率η:10 但し、スペックルトランスレーション距離をLT、スペ
ックル平均サイズをDとすると、 η=LT/D …(1) である。
(3) Experimental conditions In FIGS. 2 and 3, laser beam wavelength λ: 632.8 nm Photodiode interval: 0.3 mm Photodiode aperture size: 0.295 mm Radius ω 0 of beam waist Bw: 9.7 μm Speckle rigidity η : 10 However, the speckle translation distance L T, the speckle average size when as D, is η = L T / D ... ( 1).

ここで、上記スペックルトランスレーション距離LT
は、第4図に示すように、移動前と移動後の各々のスペ
ックルパターンSPにおける空間的相互相関関数 は空間的ずらし量)のピークの高さ(スペックルの移動
量x〔0<x1<x2<x3<x4<x5]によって変化)が静止
スペックルの相互相関関数のピークの高さγP0の1/e
(e:自然対数の底)になるときのスペックルの移動量を
意味し(N.Takai,T.Iwai & T.Asakura,Applied Optics
Vol22 No.1(1983)第170〜177頁‘Correlation dista
nce of dynamic speckles'参照)、スペックルが変形な
しに移動するときLT=∞であり、スペックルが変形のみ
して移動しないときにはLT=0である。よって、スペッ
クルトランスレーション距離LTをスペックル平均サイズ
Dで規格化して得られるスペックル剛性率ηはスペック
ルの変形し難さを示す指標になるものである。
Here, the speckle translation distance L T, as shown in FIG. 4, the spatial cross-correlation function at each of the speckle pattern SP before and after the movement Peak height of the spatial displacement amount) (amount of movement x [0 speckle <x 1 <x 2 <x 3 < changed by x 4 <x 5]) of the peak of the cross correlation function of the stationary speckle 1 / e of height γ P0
(E: base of natural logarithm) means the amount of speckle movement (N.Takai, T.Iwai & T.Asakura, Applied Optics)
Vol22 No.1 (1983) pages 170-177 'Correlation dista
nce of dynamic speckles'), L T = ∞ when the speckle moves without deformation, and L T = 0 when the speckle only moves without deformation. Therefore, the speckle modulus η obtained by normalizing the speckle translation distance L T speckle average size D is made to the index indicating the deformation resistance in the speckle.

そして、上記文献によれば、所謂ガウスビームが波長
より充分に深い凹凸に散乱されたときに生ずる所謂ガウ
ス的スペックルの場合に、回折界(結像系を介さない自
由空間における散乱)のスペックルのスペックルトラン
スレーション距離LTは、 LT=(1+R/ρ)ω …(2) 但し、Rは粗面状移動板12からスペックルパターンSP
の検出面位置までの距離、ρは粗面状移動板12における
レーザビームBmの波面の曲率半径、ωは粗面状移動板12
におけるレーザビームBmのスポット半径である。
According to the above-mentioned document, in the case of a so-called Gaussian speckle which is generated when a so-called Gaussian beam is scattered into irregularities sufficiently deeper than the wavelength, the specification of the diffraction field (scattering in free space not via an imaging system) The speckle translation distance L T is given by: L T = (1 + R / ρ) ω (2) where R is the speckle pattern SP from the rough moving plate 12.
Is the radius of curvature of the wavefront of the laser beam Bm on the rough moving plate 12, and ω is the distance to the detection surface position of the rough moving plate 12.
Is the spot radius of the laser beam Bm.

また、スペックル平均サイズDは平均のスペックル半
径に対応しており、 D=λR/πω …(3) にて表される。
The average speckle size D corresponds to the average speckle radius, and is represented by D = λR / πω (3).

よって、(2)(3)式を(1)式へ代入すると、 η=(1+R/ρ)ω/(λR/πω) =(πω2/λ)(1/R+1/ρ) …(4) ここで、|1/R|《|1/ρ|、 すなわち、|R|》|ρ| …(5) と仮定すれば、上記(4)式は、 η≒πω2/(λρ) …(4′) になる。Therefore, when the equations (2) and (3) are substituted into the equation (1), η = (1 + R / ρ) ω / (λR / πω) = (πω 2 / λ) (1 / R + 1 / ρ) (4) Here, assuming that | 1 / R | << | 1 / ρ |, that is, | R | >> | ρ | (5), the above equation (4) can be expressed as η ≒ πω 2 / (λρ) (( 4 ').

また、集光レンズ11で絞り込まれたビームウエストBw
から粗面状移動板12までの距離をz,a=πω0 2/λとす
れば、 であり、 (6)(7)式を上記(4′)式に代入すると、 ここで、上記zが充分大きいと仮定すると、(a/z)2
≪1であり、上記(7)式を考慮すれば、上記(5)式
が成立するのは、通常、 |ρ|≒|z|,|R|》|z| …(9) となるときである。
Also, the beam waist Bw narrowed down by the condenser lens 11
If the distance from to the rough moving plate 12 is z, a = πω 0 2 / λ, Substituting equations (6) and (7) into the above equation (4 '), Here, assuming that the z is sufficiently large, (a / z) 2
≪1, and considering the above equation (7), the above equation (5) usually holds when | ρ | ≒ | z |, | R | >> | z | (9) It is.

以上まとめると、粗面がビームウエストBwから遠く、
かつ、ビームウエストBw〜粗面間距離zに比べて、粗面
〜検出面間距離Rが充分長いときには、スペックル剛性
率ηは上記zに比例すると言える。
In summary, the rough surface is far from the beam waist Bw,
In addition, when the distance R between the rough surface and the detection surface is sufficiently longer than the beam waist Bw to the distance z between the rough surfaces, it can be said that the speckle rigidity η is proportional to the above z.

また、この実験において、上記スペックル平均サイズ
Dは上記(3)式にて表示される。
In this experiment, the average speckle size D is expressed by the above equation (3).

ここで、上記zが充分大きいと仮定すると、 1《(λz/πω0 22 …(10) となる。Here, assuming that the z is sufficiently large, 1 << (λz / πω 0 2 ) 2 (10)

ゆえに、(6)、(10)式より、 ω≒ω0・(λz/πω0 2) =λz/πω0 …(11) が成立する。Therefore, from equations (6) and (10), ω ≒ ω 0 · (λz / πω 0 2 ) = λz / πω 0 (11) holds.

よって、この(11)式を上記(3)式に代入すると、 D≒(λR/π)・(πω0/λz) =Rω0/z …(12) で近似される。Therefore, when this equation (11) is substituted into the above equation (3), it can be approximated as D ≒ (λR / π) · (πω 0 / λz) = Rω 0 / z (12)

以上まとめると、粗面がビームウエストBwから遠いと
き、スペックル平均サイズDは、波長λと無関係に、粗
面〜検出面間距離Rに比例し、ビームウエストBw〜粗面
間距離zに反比例すると言える。
In summary, when the rough surface is far from the beam waist Bw, the average speckle size D is proportional to the distance R between the rough surface and the detection surface regardless of the wavelength λ, and is inversely proportional to the distance z between the beam waist Bw and the rough surface. I can say that.

尚、この実験においては、上記(3)(4)式に基づ
いてR,zを適宜調整することにより、スペックル剛性率
ηを一義的に設定し、スペックル平均サイズDの数値を
可変設定した。
In this experiment, by appropriately adjusting R and z based on the above equations (3) and (4), the speckle rigidity η was uniquely set and the numerical value of the average speckle size D was variably set. did.

(4)実験結果 スペックル平均サイズDとカーソル移動率Kとの関係
を第5図に示す。
(4) Experimental Results FIG. 5 shows the relationship between the average speckle size D and the cursor movement rate K.

同図によれば、スペックル平均サイズDが0〜600μ
m程度まではカーソル移動率Kは比例的に増加する傾向
にあり、スペックル平均サイズDが600μmを越えた辺
りからカーソル移動率Kは略一定に保たれることが理解
される。
According to the figure, the average speckle size D is 0 to 600μ.
It is understood that the cursor movement rate K tends to increase proportionally up to about m, and the cursor movement rate K is kept substantially constant from around the point where the average speckle size D exceeds 600 μm.

このことは、スペックル平均サイズDを0〜600μm
の領域E内で適宜可変設定すれば、カーソル移動率Kが
そのスペックルの平均サイズDの大きさに応じて略比例
的に変化することを意味する。
This means that the average speckle size D is 0-600 μm
Variably set in the area E, it means that the cursor movement rate K changes substantially proportionally according to the average size D of the speckles.

◎課題解決のための理論的解析 (1)基本モデル系 第6図は第2図の実験系をモデル化したものである。◎ Theoretical analysis to solve the problem (1) Basic model system FIG. 6 is a model of the experimental system in FIG.

尚、以後の解析に当たっては、スペックルパターンSP
の移動の向きを考えず、移動量のみを問題にするときは
ディテクタとして一つのフォトダイオードのみを使用す
る場合と本質的な違いがないので、ディテクタとして一
つのフォトダイオードのみを使用する場合を考え、ま
た、スペックルの変形は無視できるものとみなす。
In the following analysis, the speckle pattern SP
When considering only the amount of movement without considering the direction of movement, there is essentially no difference from using only one photodiode as a detector, so consider using only one photodiode as a detector. , And speckle deformation is considered negligible.

こうすることにより、モデル系を理論解析する上で、
変形しない画像の移動情報を空間フィルタによって検出
するものと等価にすることが可能になる。そして、空間
フィルタによる速度測定の手法を適用するために、解析
においては、カーソル移動量,スペックル移動量,粗面
移動量の代わりに各々カーソル速度,スペックル速度,
粗面速度で考え、また、移動量が必要な場合には、速度
を時間積分するようにする。
By doing so, in the theoretical analysis of the model system,
This makes it possible to make the movement information of an image that is not deformed equivalent to that detected by a spatial filter. In order to apply the velocity measurement method using the spatial filter, in the analysis, instead of the cursor movement amount, the speckle movement amount, and the rough surface movement amount, the cursor speed, the speckle speed, and the
Consider the rough surface speed, and if a moving amount is necessary, integrate the speed over time.

同図において、カーソル速度pは、 p=K・vd …(13) 但し、K=K1・K2・K3 …(14) となる。In the figure, the cursor speed p is: p = K ・ v d (13) where K = K 1 · K 2 · K 3 (14)

ここで、 K:カーロス移動率 K1:スペックル速度/粗面速度の比(スペックル移動率
と称する) K2:ディテクタ信号の平均周波数/スペックル速度の比 K3:カーソル速度/ディテクタ信号の平均周波数の比 を表す。
Here, K: car loss transfer rate K 1 : ratio of speckle speed / rough surface speed (referred to as speckle transfer rate) K 2 : ratio of average frequency of detector signal / speckle speed K 3 : cursor speed / detector signal Represents the ratio of the average frequency of

また、上記(13)式を積分すれば、以下のカーソル移
動量Nの式が求まる。
By integrating the above equation (13), the following equation of the cursor movement amount N is obtained.

N=K・xd …(15) 但し、xdは粗面移動量である。N = K · x d (15) where x d is the amount of movement of the rough surface.

(2)カーソル移動率の各係数 (2−a)K1,K3について スペックル移動率K1は動的スペックルの特性により、
ガウス的スペックルの場合には通常次式で与えられる。
(2) speckle mobile ratio K 1 for each coefficient of the cursor movement ratio (2-a) K 1, K 3 is the characteristic of dynamic speckles,
In the case of Gaussian speckle, it is usually given by the following equation.

K1=1+R/ρ …(16) ここで、 上記(9)式|ρ|≒|z|,|R|》|z|を考慮すると、上
記(16)式は、 K1≒1+R/z ≒R/z …(17) に近似される。
K 1 = 1 + R / ρ (16) Here, considering the above equation (9), | ρ | ≒ | z |, | R | >> | z |, the above equation (16) becomes K 1 ≒ 1 + R / z ≒ R / z… (17)

すなわち、上記近似の下では、スペックル移動率K
1は、波長に影響されることなく、粗面〜検出面距離R
に比例し、ビームウエストBw〜粗面距離zに反比例する
ことになる。
That is, under the above approximation, the speckle movement rate K
1 is the distance R from the rough surface to the detection surface without being affected by the wavelength.
, And is inversely proportional to the beam waist Bw to the rough surface distance z.

また、K3はコンピュータのインタフェース等で決まる
定数である。
Also, K 3 is a constant determined by the interface of a computer.

(2−b)K2について K2はディテクタの空間フィルタとしての特性を表すも
のである。
K 2 for (2-b) K 2 is representative of the characteristic of the spatial filter of the detector.

今、スペックルの変形を考慮しないとすれば、速度vs
で動くスペックルの中に置いたディテクタの出力は、空
間フィルタによる速度検出の理論により、 Ψ(fds)=Φ(fds/vs)・Ω(fds/vs) …(18) で表される。
Now, if not to take into account the deformation of the speckle, speed v s
The output of the detector placed in the speckle that moves with is based on the theory of velocity detection by a spatial filter, Ψ (f ds ) = Φ (f ds / v s ) · Ω (f ds / v s )… (18) It is represented by

ここで、Ψ(fds)はディテクタの出力信号の時間周
波数パワースペクトル、Φ(ξ)はスペックルの空間周
波数パワースペクトル、Ω(ξ)はディテクタの空間周
波数パワースペクトルであり、fdsは時間周波数、ξは
空間周波数を夫々示す。
Where Ψ (f ds ) is the time-frequency power spectrum of the output signal of the detector, Φ (ξ) is the spatial frequency power spectrum of speckle, Ω (ξ) is the spatial frequency power spectrum of the detector, and f ds is the time. Frequency and ξ indicate spatial frequencies, respectively.

そして、(18)式によれば、スペックルの時間周波数
パワースペクトルとディテクタの時間周波数パワースペ
クトルの重なりがディテクタの出力信号として得られる
ことになる。
Then, according to equation (18), the overlap of the time frequency power spectrum of the speckle and the time frequency power spectrum of the detector is obtained as the output signal of the detector.

従って、第7図に示すように、上記スペックルSの大
きさがディテクタ13の開口dに比べて充分小さい場合、
言い換えれば、第8図に示すように、スペックルの空間
周波数パワースペクトルΦ(ξ)の広がりがディテクタ
の空間周波数パワースペクトルΩ(ξ)の広がりに比べ
て充分大きい場合には、上記ディテクタ13の出力信号は
スペックルの速度vsとディテクタの空間周波数パワース
ペクトルΩ(ξ)とによって決まり、スペックルの空間
周波数パワースペクトルΦ(ξ)にはよらない。
Therefore, as shown in FIG. 7, when the size of the speckle S is sufficiently smaller than the opening d of the detector 13,
In other words, as shown in FIG. 8, if the spread of the spatial frequency power spectrum Φ (ξ) of the speckle is sufficiently larger than the spread of the spatial frequency power spectrum Ω (ξ) of the detector, the output signal is determined by the spatial frequency power spectrum of the velocity v s and the detector speckle Ω (ξ), it does not depend on the spatial frequency power spectrum of the speckle Φ (ξ).

一方、上記ディテクタの開口を1次元矩形開口とみな
せば、 Φ(ξ)=a1sinc2(d・ξ) …(19) となる。但し、a1は定数である。
On the other hand, assuming that the aperture of the detector is a one-dimensional rectangular aperture, Φ (ξ) = a 1 sinc 2 (d · ξ) (19) Here, a 1 is a constant.

よって、ディテクタの空間周波数パワースペクトルの
広がりは1/dに比例し、結局、ディテクタの出力信号の
出力信号の時間周波数パワースペクトルの広がりは、vs
/dに比例することになる。
Therefore, the spread of the spatial frequency power spectrum of the detector is proportional to 1 / d, and eventually, the spread of the time frequency power spectrum of the output signal of the output signal of the detector is v s
It will be proportional to / d.

従って、K2は、 となる。但し、▲▼はfdsの時間平均である。Therefore, K 2 is Becomes Here, ▲ ▼ is the time average of f ds .

(3)結論 上記(2)で詳述したカーソル移動率Kの各係数に基
づいてカーソル移動率Kを算出すると、以下のようにな
る。
(3) Conclusion When the cursor movement rate K is calculated based on each coefficient of the cursor movement rate K described in detail in the above (2), the following is obtained.

すなわち、(14),(17),(20)式より、 K=K1・K2・K3 ∝(R/z)・(1/d)・K3 =(K3/d)・(R/z) …(21) になる。That is, from equations (14), (17), and (20), K = K 1 · K 2 · K 3 ∝ (R / z) · (1 / d) · K 3 = (K 3 / d) · ( R / z) ... (21)

ここで、K3,dはいずれも定数であることから、 上記カーソル移動率Kは、 K∝R/z …(22) の関係を満足する。Here, since both K 3 and d are constants, the cursor movement rate K satisfies the relationship K∝R / z (22).

更に、上記(12)式から、スペックルの平均サイズD
は、D=Rω0/zであることから、 上記(22)式は、 K∝R/z∝Rω0/z=D …(23) となる。
Further, from the above equation (12), the average speckle size D
Is because it is D = Rω 0 / z, the equation (22) becomes KαR / zαRω 0 / z = D ... (23).

以上まとめると、スペックルの平均サイズDがディテ
クタ13の開口寸法dより充分小さい場合、上記カーソル
移動率Kはスペックルの平均サイズDに比例することが
理論的に裏付けられた。
In summary, it has been theoretically supported that when the average size D of the speckles is sufficiently smaller than the opening size d of the detector 13, the cursor movement rate K is proportional to the average size D of the speckles.

◎発明の概要 本発明者は、以上の実験的解析及び理論的解析を経て
本発明を案出するに至ったのである。
The present inventors have devised the present invention through the above-described experimental analysis and theoretical analysis.

すなわち、この発明に係るスペクルパターンの移動検
出方法は、第1図(a)に示すように、コヒーレントな
電磁波Bmの物体粗面1に対する散乱によって生ずるスペ
ツクルパターンSPの移動情報Mを光検出器2にて検出す
るに際し、上記光検出器2の受光面上のスペックルパタ
ーンSPにおけるスペックルの平均サイズDと、光検出器
2の物体粗面1に対する相対移動情報と光検出器2の出
力移動情報との比を示す検出移動率Jとの関係におい
て、上記検出移動率Jがスペックルの平均サイズDに対
して略比例的に変化する領域Eで上記スペックルの平均
サイズDを可変設定するようにしたことを特徴とするも
のである。
That is, in the method for detecting the movement of a speckle pattern according to the present invention, as shown in FIG. 1 (a), the movement information M of a speckle pattern SP generated by scattering of a coherent electromagnetic wave Bm on an object rough surface 1 is detected by light. Upon detection by the detector 2, the average size D of the speckle in the speckle pattern SP on the light receiving surface of the photodetector 2, the relative movement information of the photodetector 2 with respect to the object rough surface 1, and the information of the photodetector 2 The average size D of the speckles is varied in an area E in which the detected mobility J changes almost proportionally to the average size D of the speckles in relation to the detected mobility J indicating the ratio to the output movement information. It is characterized in that it is set.

このような方法発明において、上記スペックルパター
ンSPの移動情報Mとしては、移動量のみに限られるもの
ではなく、移動速度、移動加速度等広く包含される。こ
のため、この方法発明を適用できる対象としては、後述
する位置指定装置のほかに、自走台車等の位置制御を行
う上で必要になる移動量検出装置、速度センサ等の速度
検出装置等が挙げられる。
In such a method invention, the movement information M of the speckle pattern SP is not limited to only the movement amount, but widely includes movement speed, movement acceleration, and the like. For this reason, as an object to which the method invention can be applied, in addition to a position specifying device described later, a moving amount detecting device necessary for performing position control of a self-propelled bogie or the like, a speed detecting device such as a speed sensor, or the like is used. No.

また、スペックルパターンSPとしては、第1図(a)
に示すように、物体粗面1の散乱によって生ずる結像系
なしの所謂回折界のスペックルによるもののみが対象と
なり、物体粗面1の散乱光を結像レンズにて所定部位に
結像させる所謂像界のスペックルによるものは、スペッ
クル速度/粗面速度(理論式のK1に相当)が上述したも
のと異なったものになるため、対象にならない。
FIG. 1 (a) shows a speckle pattern SP.
As shown in (1), only a speckle of a so-called diffraction field without an imaging system caused by scattering of the object rough surface 1 is targeted, and the scattered light of the object rough surface 1 is imaged on a predetermined portion by an imaging lens. by the so-called object-field speckle, since the speckle velocity / rough surface speed (corresponding to K 1 theoretical formula) is that different from those described above, not subject.

更に、上記光検出器2としては、上記スペックルパタ
ーンSPの移動情報を検出し得るものであれば適宜選択し
て差し支えなく、また、光検出器2からの信号処理系に
ついても対象となる装置に応じて適宜設計変更して差し
支えない。
Further, the photodetector 2 may be appropriately selected as long as it can detect the movement information of the speckle pattern SP, and a signal processing system from the photodetector 2 is also a target device. The design may be changed appropriately according to the requirements.

ここで、上記光検出器2については、リアルタイム処
理が容易で、しかも、スペックルパターンSPの移動方向
の正負を含めた移動情報Mを正確に判別するという観点
からすれば、第1図(b)に示すように、移動情報Mを
検出する上で必要な方向成分1次元当たり少なくとも一
組の光検出素子2a,2bを並設し、第1図(c)に示すよ
うに、一組の光検出素子2a,2bからの出力信号の位相差
τを検出するように構成することが好ましい。
Here, as for the photodetector 2, from the viewpoint of easy real-time processing and accurate determination of the movement information M including the positive and negative of the moving direction of the speckle pattern SP, FIG. As shown in FIG. 1), at least one set of photodetectors 2a and 2b is arranged side by side for one dimensional component necessary for detecting the movement information M, and as shown in FIG. It is preferable to detect the phase difference τ of the output signals from the photodetectors 2a and 2b.

この場合において、1次元的な移動情報を検出する際
には、一つの方向成分に対して一組の光検出素子2a,2b
を並設すればよいが、例えば組をなす光検出素子2a,2b
相互を結ぶ直線が互いに直交するように二組若しくは三
組の光検出素子2a,2bを用いるようにすれば、二次元的
若しくは三次元的な移動情報を検出することが可能にな
る。
In this case, when detecting one-dimensional movement information, one set of the light detection elements 2a and 2b is used for one direction component.
May be arranged side by side, for example, a pair of photodetectors 2a, 2b
If two or three sets of photodetectors 2a and 2b are used such that straight lines connecting each other are orthogonal to each other, two-dimensional or three-dimensional movement information can be detected.

そして更に、上記一組の光検出素子2a,2bからなる光
検出器2からの出力信号を処理する処理系としては適宜
選定して差し支えないが、求められた位相差τにスペッ
クルパターンSPの不規則さに起因する誤差の影響をより
少なくするという観点からすれば、1次元当たり複数組
の光検出素子2a,2bを用いて各組の光検出素子2a,2bから
得られる各位相差τの平均をとったり、一組の光検出素
子2a,2bから得られる位相差τの時間平均をとったり、
両者を併用するような構成を採用することが好ましい。
Further, a processing system for processing an output signal from the photodetector 2 including the pair of photodetectors 2a and 2b may be appropriately selected, but the obtained phase difference τ may correspond to the speckle pattern SP. From the viewpoint of reducing the influence of errors caused by irregularities, the phase difference τ obtained from each set of photodetectors 2a and 2b by using a plurality of sets of photodetectors 2a and 2b per dimension. Taking an average, taking a time average of the phase difference τ obtained from the pair of photodetectors 2a, 2b,
It is preferable to adopt a configuration that uses both of them.

また、上記スペックルパターンの移動検出方法を用い
た位置指定装置発明は、第1図(d)に示すように、物
体粗面1に対して移動可能な可動体3と、この可動体3
に組み込まれて可動体3の所定部位から物体粗面1にコ
ヒーレントな電磁波Bmを照射する電磁波源4と、上記可
動体3に組み込まれると共に電磁波Bmの照射に伴って物
体粗面1から生ずるスペックルパターンSPの可動体3に
対する相対移動情報を検出する光検出器2と、この光検
出器2の受光面上のスペックルパターンSPにおけるスペ
ックルの平均サイズDと、光検出器2の物体粗面1に対
する相対移動情報と光検出器2の出力移動情報との比を
示す検出移動率Jとの関係において、上記検出移動率J
がスペックルの平均サイズDに対して略比例的に変化す
る領域Eで上記スペックルの平均サイズDを可変設定す
るスペックルサイズ可変手段5とを備え、上記光検出器
2で検出された相対移動情報に基づいて指定すべき位置
を特定するようにしたことを特徴とするものである。
In addition, as shown in FIG. 1 (d), the position specifying device using the speckle pattern movement detection method according to the present invention includes a movable body 3 movable with respect to an object rough surface 1,
And an electromagnetic wave source 4 for irradiating a coherent electromagnetic wave Bm to the object rough surface 1 from a predetermined portion of the movable body 3 and a spec generated from the object rough surface 1 accompanying the irradiation of the electromagnetic wave Bm to the movable body 3 Detector 2 for detecting relative movement information of the light pattern SP with respect to the movable body 3, an average size D of speckles in a speckle pattern SP on a light receiving surface of the light detector 2, and an object roughness of the light detector 2. In relation to the detected movement rate J indicating the ratio of the relative movement information to the surface 1 and the output movement information of the photodetector 2, the detected movement rate J
And a speckle size changing means 5 for variably setting the average size D of the speckles in a region E in which the average size D of the speckles changes substantially proportionally. A position to be designated is specified based on the movement information.

このような装置発明において、上記光検出器2として
は、上述した方法発明にて述べたものと同様に適宜選択
して差し支えなく、また、この光検出器2にて検出され
た出力信号の信号処理系の配設個所については、外部機
器、可動体3あるいは外部機器への接続機器等適宜選択
して差し支えないが、各種外部機器に対する共用化を図
るという観点からすれば、可動体3内に信号処理系を配
設することが好ましい。
In such a device invention, the photodetector 2 may be appropriately selected in the same manner as described in the method invention described above, and the signal of the output signal detected by the photodetector 2 may be selected. The location of the processing system may be selected as appropriate, such as an external device, the movable body 3 or a device connected to the external device. However, from the viewpoint of sharing with various external devices, the inside of the movable body 3 may be selected. It is preferable to provide a signal processing system.

また、上記スペックルサイズ可変手段5としては、ス
ペックルの平均サイズDを位置指定操作中にて任意に設
定し得るものであれば、上記電磁波源4から物体粗面1
へ向かう距離を適宜可変設定できるようにしたり、物体
粗面1と光検出器2との距離を適宜可変設定できるよう
にする等適宜設計変更して差し支えない。
As the speckle size changing means 5, if the average size D of the speckles can be arbitrarily set during the position specifying operation, the electromagnetic wave source 4 can be used to set the rough surface 1 of the object.
The design may be changed as appropriate, for example, the distance to the object may be variably set, or the distance between the rough object surface 1 and the photodetector 2 may be variably set.

〔作用〕[Action]

上述したような技術的手段において、第1図(a)に
示す方法発明によれば、光検出器2の受光面上のスペッ
クルの平均サイズDが所定領域E内にて可変設定される
ので、光検出器2による検出移動率Jはスペックルの平
均サイズDに応じて略比例的に変化する。
In the technical means as described above, according to the method invention shown in FIG. 1A, the average size D of speckles on the light receiving surface of the photodetector 2 is variably set within the predetermined area E. The moving rate J detected by the photodetector 2 changes substantially proportionally according to the average size D of the speckles.

特に、第1図(b)に示すような一組の光検出素子2
a,2b(両者の中心間の間隔をgとする)からなる光検出
器2を用いれば、今、スペックルパターンSP(変形は極
めて小さいものとする)が一定速度vで矢印方向に移動
しているとすると、その移動方向前段に位置する一方の
光検出素子2aで検出される信号強度はある時間τだけ以
前にスペックルパターンの移動方向後段に位置する光検
出素子2bと略同じになる。
In particular, a set of photodetectors 2 as shown in FIG.
If the photodetector 2 composed of a and 2b (the distance between the centers thereof is g) is used, the speckle pattern SP (the deformation is assumed to be extremely small) moves at a constant speed v in the direction of the arrow. In this case, the signal intensity detected by one of the light detection elements 2a located at the preceding stage in the movement direction is substantially the same as the light detection element 2b located at the latter stage in the movement direction of the speckle pattern by a certain time τ earlier. .

この場合、第1図(c)に示すように、上記一組の光
検出素子2a,2bの出力信号の時間変動曲線は、互いに相
似で位相差τだけずれたものになり、位相差τはτ=g/
vで決まる。
In this case, as shown in FIG. 1 (c), the time variation curves of the output signals of the pair of photodetectors 2a and 2b are similar to each other and shifted by a phase difference τ. τ = g /
Determined by v.

従って、上記位相差τの情報からスペックルパターン
SPの各移動情報、例えばτの符号からスペックパターン
SPの移動方向の正負を判別でき、また、その絶対値から
移動速度vの大きさを判別することができ、更に、上記
出力信号の立ち上がり、立ち下がりを計数することによ
り、上記スペックルパターンSPの移動量を求めることが
できる。
Therefore, from the information of the phase difference τ, the speckle pattern
From SP movement information, for example, τ sign to spec pattern
The sign of the moving direction of the SP can be determined, the magnitude of the moving speed v can be determined from its absolute value, and the speckle pattern SP can be determined by counting the rise and fall of the output signal. Can be obtained.

また、第1図(d)に示す位置指定装置発明によれ
ば、レーザ等の電磁波源4から物体粗面1に電磁波Bmが
照射され、可動体3が物体粗面1に対して速度vdでud
け移動したとすると、物体粗面1が可動体3に対して速
度vdでudだけ相対的に移動することになる。
According to the position designation device invention shown in FIG. 1 (d), the electromagnetic wave source 4 such as a laser irradiates the object rough surface 1 with the electromagnetic wave Bm, and the movable body 3 moves with respect to the object rough surface 1 with the velocity v d in If you moved by u d, so that the object rough surface 1 is relatively moved by u d at a speed v d relative to the movable body 3.

このとき、上記物体粗面1にて散乱されたスペックル
パターンSPは上記物体粗面1の相対移動に伴って光検出
器2の受光面上で速度vsでusだけ比例的に移動する。
At this time, the speckle pattern SP scattered by the object rough surface 1 is moved proportionally u s at a speed v s on the light receiving surface of the photodetector 2 with the relative movement of the object rough surface 1 .

よって、上記光検出器2は、上記スペックルパターン
SPの移動情報を所定の検出移動率Jにて検出することに
より、間接的に物体粗面1の相対移動量を検出すること
になるのであり、この検出情報に基づいて指定対象物の
位置が特定されるのである。
Therefore, the photodetector 2 has the speckle pattern
By detecting the SP movement information at a predetermined detection movement rate J, the relative movement amount of the object rough surface 1 is indirectly detected, and the position of the designated object is determined based on this detection information. It is specified.

このとき、上記スペックルサイズ可変手段5が光検出
器2の受光面上のスペックルの平均サイズを所定領域E
内にて可変設定すると、光検出器2による記検出移動率
Jはスペックルの平均サイズに応じて変化し、これに追
従して位置指定移動率が変化する。
At this time, the speckle size changing means 5 determines the average size of speckles on the light receiving surface of the photodetector 2 by a predetermined area E.
, The movement rate J detected by the photodetector 2 changes in accordance with the average size of the speckles, and the movement rate of position designation changes accordingly.

〔実施例〕〔Example〕

以下、添付図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳
細に説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.

第9図及び第10図は計算機入力用のマウスにこの発明
を適用したものである。
FIGS. 9 and 10 show the case where the present invention is applied to a computer input mouse.

同図において、符号30は物体粗面、31は底部に摺動用
の押当てパッド32を有する可動ハウジング、33は可動ハ
ウジング31内に格納されてレーザビームBmを照射する電
磁波源としての半導体レーザ、34は半導体レーザ33から
のビームBmを物体粗面30の照射部位Qに所定のスポット
半径ωで導くプラスチックレンズ、フレネルレンズ等か
らなる集光レンズ、35は検出光学系の光路長を確保する
ために物体粗面30からの反射ビームを適宜反射させる反
射ミラー、36は検出光学系の光路終端位置に配設され、
物体粗面30からの反射ビーム中に生ずるスペックルパタ
ーンSPの移動情報を検出するディテクタ、37はこのディ
テクタ36からの出力信号に基づいて計算機入力用の移動
制御信号に変換する信号処理系、38は位置指定操作を行
う際の入力スイッチ、39は外部機器(図示せず)への接
続ハーネスである。
In the figure, reference numeral 30 denotes a rough surface of an object, 31 denotes a movable housing having a pressing pad 32 for sliding at a bottom portion, 33 denotes a semiconductor laser as an electromagnetic wave source stored in the movable housing 31 and irradiating a laser beam Bm; Reference numeral 34 denotes a condensing lens made of a plastic lens, a Fresnel lens, or the like for guiding the beam Bm from the semiconductor laser 33 to the irradiation portion Q of the rough object surface 30 with a predetermined spot radius ω, and 35 denotes an optical path length of the detection optical system. A reflecting mirror for appropriately reflecting the reflected beam from the object rough surface 30, is disposed at the optical path end position of the detection optical system,
A detector 37 for detecting movement information of the speckle pattern SP generated in the reflected beam from the object rough surface 30; a signal processing system 37 for converting the output signal from the detector 36 into a movement control signal for computer input; Is an input switch for performing a position designation operation, and 39 is a harness for connection to an external device (not shown).

また、符号40は反射ミラー35の位置を上下させ、もっ
て、物体粗面30のビーム照射部位から反射ミラー35を介
してディテクタ36に至る光路長Rを変化させ、後述する
カーソル53の移動率を変化させる移動レート可変ボタン
であり、上記反射ミラー35が取り付けられると共に可動
ハウジング31の頂部挿通孔31a個所にて上下動可能に配
設されるボタン本体40aと、ボタン本体40aと、反射ミラ
ー35位置を所定の位置に復帰させるべくボタン本体40a
を付勢するリターンスプリング40bとからなる。
Reference numeral 40 also moves the position of the reflection mirror 35 up and down, thereby changing the optical path length R from the beam irradiation part of the object rough surface 30 to the detector 36 via the reflection mirror 35, and changes the movement rate of the cursor 53 described later. A button body 40a to which the reflection mirror 35 is attached and which is vertically movably disposed at the top insertion hole 31a of the movable housing 31, a button body 40a, and a position of the reflection mirror 35. Button body 40a to return the
And a return spring 40b for biasing the return spring.

この実施例において、上記ディテクタ36は、特に第11
図に示すように、移動基準方向であるx方向、y方向に
沿って所定間隔離間してフォトダイオードからなる受光
セル36aないし36dを並設したものである。
In this embodiment, the detector 36 is, in particular, an eleventh embodiment.
As shown in the figure, light receiving cells 36a to 36d made of photodiodes are arranged side by side at predetermined intervals along the x direction and the y direction, which are movement reference directions.

この場合において、上記集光レンズ34は、適当なビー
ムウエストBwの半径ω0を得るためのものであり、ビー
ムウエスト半径ω0,ビームウエストBw〜物体粗面30間
距離z及び物体粗面30〜ディテクタ36間距離Rは、反射
ミラー35の位置が可動範囲内のいずれの個所にあって
も、ディテクタ36上のスペックルの平均サイズ(ここで
はスペックルの半径寸法を意味する)がディテクタ36の
各受光セル36aないし36dの開口以下になるように設定さ
れている。
In this case, the condenser lens 34 is for obtaining an appropriate radius ω 0 of the beam waist Bw, the beam waist radius ω 0 , the distance z between the beam waist Bw and the object rough surface 30, and the object rough surface 30. Regarding the distance R between the detectors 36, the average size of speckles on the detectors 36 (meaning the radius of the speckles in this case) is the detector 36 regardless of the position of the reflection mirror 35 in any position within the movable range. Are set to be equal to or smaller than the openings of the respective light receiving cells 36a to 36d.

また、上記信号処理系37は、特に第12図に示すよう
に、x方向に並設された受光セル36a,36bからの信号を
処理するx成分信号処理系37xと、y方向に並設された
受光セル36a,36cからの信号を処理するy成分信号処理
系37yとで構成されている。
In addition, as shown in FIG. 12, the signal processing system 37 is arranged in the y direction with an x component signal processing system 37x for processing signals from the light receiving cells 36a and 36b arranged in the x direction. And a y-component signal processing system 37y for processing signals from the light receiving cells 36a and 36c.

この実施例において、信号処理系37は、対応する一組
の受光セル36a,36b若しくは36a,36cの出力を増幅するア
ンプ41と、このアンプ41の出力の直流成分及びノイズや
高周波数成分を除去するカットフィルタ42と、このカッ
トフィルタ42の出力を閾値0で二値化する二値化回路43
とからなる。
In this embodiment, the signal processing system 37 includes an amplifier 41 that amplifies the output of a corresponding set of light receiving cells 36a, 36b or 36a, 36c, and removes a DC component, a noise, and a high frequency component of the output of the amplifier 41. And a binarization circuit 43 for binarizing the output of the cut filter 42 with a threshold value of 0
Consists of

更に、この実施例においては、信号処理系37からの信
号が計算機50内の演算処理部51に入力され、この演算処
理部51は、二値化回路43からの出力のx成分、y成分の
位相差τx,τyの符号から移動の向きを判別し、二値化
信号のパルス数を移動の向きに応じてアップカウントま
たはダウンカウントし、このカウント値に基づいて上記
スペックルパターンSPの物体粗面30に対する相対移動情
報を判別し、この移動情報に対応して表示画面52のカー
ソル53の位置を特定している。
Further, in this embodiment, the signal from the signal processing system 37 is input to the arithmetic processing unit 51 in the computer 50, and the arithmetic processing unit 51 outputs the x component and the y component of the output from the binarization circuit 43. The direction of movement is determined from the signs of the phase differences τ x and τ y, the number of pulses of the binary signal is counted up or down according to the direction of movement, and the speckle pattern SP The relative movement information with respect to the object rough surface 30 is determined, and the position of the cursor 53 on the display screen 52 is specified in accordance with the movement information.

次に、この実施例に係る位置指定装置の作動について
説明する。
Next, the operation of the position specifying device according to this embodiment will be described.

今、半導体レーザ33から照射されたレーザビームBmが
物体粗面30で反射した後上記ディテクタ36上に到達し、
このディテクタ36上にはスペックルパターンSPが生じて
いる。
Now, the laser beam Bm emitted from the semiconductor laser 33 is reflected on the rough surface 30 of the object and then reaches the detector 36,
On this detector 36, a speckle pattern SP is generated.

この状態において、上記可動ハウジング31を物体粗面
30上で移動させると、これに対応してディテクタ36の各
受光セル36aないし36d上のスペックルパターンSPが移動
する。このスペックルパターンSPの移動のx方向成分は
x方向に沿って並設されている一組の36a,36bにより、
また、スペックルパターンSPの移動のy方向成分はy方
向に沿って並設される一組の受光セル36a,36cによって
検出されるのである。
In this state, the movable housing 31 is
When moved on 30, the speckle pattern SP on each of the light receiving cells 36a to 36d of the detector 36 moves correspondingly. The x-direction component of the movement of the speckle pattern SP is represented by a pair of 36a and 36b arranged side by side along the x-direction.
Further, the y-direction component of the movement of the speckle pattern SP is detected by a pair of light receiving cells 36a and 36c arranged in parallel along the y-direction.

ここで、スペックルパターンSPの各移動成分の検出動
作は実質的に同等であるため、以後x方向成分の移動検
出動作について説明する。
Here, since the operation of detecting each movement component of the speckle pattern SP is substantially the same, the operation of detecting the movement of the x-direction component will be described below.

すなわち、第12図において、上記スペックルパターン
SPが受光セル36aから同36bの方へ移動すると、受光セル
36aの出力信号はスペックルパターンSPの移動に応じて
変動する。
That is, in FIG. 12, the above speckle pattern
When the SP moves from the light receiving cell 36a to the light receiving cell 36b, the light receiving cell
The output signal of 36a fluctuates according to the movement of the speckle pattern SP.

このとき、スペックルパターンSPの変形が無視できる
ならば、隣の受光セル36bには、第13図(a)に示すよ
うに、受光セル36aの出力信号と略同じ形で、時間τx
け遅れた信号が得られる。
At this time, if the deformation of the speckle pattern SP is negligible, the adjacent light receiving cell 36b has the same form as the output signal of the light receiving cell 36a for a time τ x as shown in FIG. 13 (a). A delayed signal is obtained.

この出力信号は、x成分信号処理系37xに入力され、
アンプ41で増幅された後、第13図(b)に示すように、
カットフィルタ42で0ラインを横切るm,n二系統の信号
に変換され、しかる後、第13図(c)に示すように、二
値化回路43で0ラインを基準としてm,n二系統の二値化
信号に変換される。そして、二値化された信号は演算処
理部51に入力される。
This output signal is input to the x-component signal processing system 37x,
After being amplified by the amplifier 41, as shown in FIG.
The cut filter 42 converts the signals into m and n two-system signals crossing the zero line. Thereafter, as shown in FIG. 13 (c), the binarization circuit 43 uses the m and n two-system signals based on the zero line. It is converted to a binary signal. Then, the binarized signal is input to the arithmetic processing unit 51.

この場合において、上記時間遅れτxは、受光セル36a
と同36bとの間の距離とスペックルパターンSPの移動速
度によって決まり、τxの正負でスペックルパターンSP
の移動方向の正負を判別することができ、また、各受光
セル36a,36bの出力信号の山の数は、各受光セル36a,36b
の上を通過するスペックルの粒の数に対応するため、上
記山の数をカウントすることにより、スペックルパター
ンSPの移動の大きさを検出することができ、これらによ
って、移動情報を得ることができる。上述した演算処理
部51は、前述した原理に基づいてスペックルパターンSP
の移動方向及び移動量を判別し、これにより、カーソル
53の移動方向及び移動量を設定する。
In this case, the time delay τ x is equal to the light receiving cell 36a.
And determined by the moving speed of the distance and speckle pattern SP between the 36b, tau x sign in speckle pattern SP for
The positive / negative of the moving direction of the light receiving cells 36a, 36b can be determined.
In order to correspond to the number of speckle grains passing over the surface, by counting the number of the peaks, it is possible to detect the magnitude of the movement of the speckle pattern SP, thereby obtaining movement information. Can be. The above-described arithmetic processing unit 51 performs the speckle pattern SP based on the above-described principle.
The moving direction and the moving amount of the
Set the movement direction and movement amount of 53.

この演算処理部51は、従来の機械式マウスや光学式マ
ウスと全く同様であり、通常この種の演算処理部51は計
算機50のインタフェースに組み込まれているため、本実
施例の場合の二値化信号をそのまま従来のマウス用のイ
ンタフェースに入力することができる。
The arithmetic processing unit 51 is exactly the same as a conventional mechanical mouse or optical mouse. Normally, since this type of arithmetic processing unit 51 is incorporated in the interface of the computer 50, the binary processing in the case of the present embodiment is performed. The conversion signal can be directly input to a conventional mouse interface.

また、この実施例に係るマウスにおいては、上記移動
レート可変ボタン40を所定量ずつ押し下げ、カーソル53
の移動率変化を調べたところ、移動レート可変ボタン40
の押し下げ量に応じてカーソル53の移動率が略比例的に
減少することが確認された。
In the mouse according to this embodiment, the moving rate variable button 40 is depressed by a predetermined amount, and the cursor 53 is pressed.
After examining the change in the movement rate of the
It has been confirmed that the moving rate of the cursor 53 decreases substantially proportionally according to the amount of depression of.

このため、この実施例に係るマウスを使用するに当た
って、カーソル53を細かく移動させたい場合には、上記
移動レート可変ボタン40を適宜押し下げ、逆に、カーソ
ル53をラフに移動させたい場合には、押し下げ量0の初
期位置に設定した状態でマウスを操作すればよい。
For this reason, when using the mouse according to this embodiment, if it is desired to move the cursor 53 finely, the movement rate variable button 40 is appropriately depressed, and if it is desired to move the cursor 53 roughly, The mouse may be operated in a state where the mouse is set at the initial position where the depression amount is 0.

更に、この実施例において、上記ディテクタ36とし
て、x方向及びy方向に複数組の受光セル(図示せず)
を配列し、信号処理部37として、各組からの出力に基づ
く位相差情報を平均化し得るようにすれば、スペックル
パターンSPの不規則さに基づく位相差情報のばらつきを
少なくすることが可能である。
Further, in this embodiment, a plurality of sets of light receiving cells (not shown) are used as the detector 36 in the x direction and the y direction.
Can be arranged and the signal processing unit 37 can average the phase difference information based on the output from each set, so that the dispersion of the phase difference information based on the irregularity of the speckle pattern SP can be reduced. It is.

また、この実施例に係る移動レート可変ボタン40につ
いては物体粗面30〜ディテクタ36間距離Rを変化させる
ようにしているが、これに限られるものではなく、例え
ばビームウエストBw〜物体粗面30間距離zを変化させる
ようにしてもよい。
Further, the movement rate variable button 40 according to this embodiment is configured to change the distance R between the object rough surface 30 and the detector 36, but is not limited to this. For example, the beam waist Bw to the object rough surface 30 The distance z may be changed.

この場合、スペックルの平均サイズはzに反比例する
(課題を解決するための手段の欄(12)式参照)ことに
なるため、zを小さくするようにすれば、スペックルの
平均サイズを大きく設定できる分、カーソル53をラフに
移動させることが可能になり、また、zを大きくするよ
うにすれば、スペックルの平均サイズを小さく設定でき
る分、カーソル53を細かく移動させることが可能にな
る。
In this case, the average size of the speckle is inversely proportional to z (see the formula (12) in the section of the means for solving the problem), so if z is reduced, the average size of the speckle increases. The cursor 53 can be roughly moved by the amount that can be set, and if z is increased, the cursor 53 can be finely moved by the amount that the average speckle size can be set small. .

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明してきたように、請求項1記載のスペックル
パターンの移動検出方法によれば、光検出器の受光面上
のスペックルの平均サイズを所定領域内にて変化させ、
スペックルの平均サイズに応じて光検出器による検出移
動率を略比例的に変化させるようにしたので、光検出器
による検出移動率の変化動作を確実に実現することがで
き、各種移動情報の検出分解能の調整をダイナミックに
行うことができる。
As described above, according to the speckle pattern movement detection method according to claim 1, the average size of speckles on the light receiving surface of the photodetector is changed within a predetermined area,
Since the detection movement rate by the photodetector is changed substantially proportionally according to the average size of the speckles, the operation of changing the detection movement rate by the photodetector can be reliably realized, and various movement information can be obtained. The detection resolution can be adjusted dynamically.

特に、請求項2記載のスペックルパターンの移動検出
方法によれば、移動するスペックルパターン中に並設さ
れた少なくとも一組の光検出素子にてスペックルパター
ンの時間変動を検出し、両者間の位相差を求める等の簡
単な処理でスペックルパターンの移動情報を検出し得る
ので、リアルタイム処理が容易で、しかも、スペックル
パターンの移動方向を含む各種移動情報を簡便に得るこ
とができる。
In particular, according to the method for detecting movement of a speckle pattern according to claim 2, a time variation of the speckle pattern is detected by at least one set of photodetectors arranged side by side in the moving speckle pattern. Since the movement information of the speckle pattern can be detected by simple processing such as finding the phase difference of the speckle pattern, real-time processing is easy, and various movement information including the moving direction of the speckle pattern can be easily obtained.

また、請求項3記載の位置指定装置によれば、物体粗
面から生ずるスペックルパターンの物体粗面に対する相
対移動情報を検出し、指定すべき位置を特定するように
したので、専用下敷きを用いる必要がなくなり、その
分、操作性をより簡便にすることができるほか、従来の
機械式マウスのような機械的可動部に伴う耐久性の低下
や専用下敷きの汚れ、損傷に伴う使用の制限がなくな
り、装置自体の耐久性をより向上させることができ、更
に、専用下敷きの格子密度に影響されることなく、電磁
波源と光検出器との間の光学系ハラメータを適宜設定す
ることにより移動情報検出の分解能を上げることが可能
になり、位置指定精度を向上させることができる。
According to the position specifying device of the third aspect, the relative movement information of the speckle pattern generated from the rough surface of the object with respect to the rough surface of the object is detected and the position to be specified is specified. This eliminates the necessity, which makes the operability more convenient, and reduces the durability associated with mechanically movable parts such as conventional mechanical mice, and limits the use of dirt and damage to the dedicated underlay. And the durability of the device itself can be further improved, and the movement information can be set by appropriately setting the optical system harameter between the electromagnetic wave source and the photodetector without being affected by the grid density of the dedicated underlay. The resolution of detection can be increased, and the position designation accuracy can be improved.

そしてまた、請求項3記載の位置指定装置によれば、
スペックルサイズ可変手段にてスペックルの平均サイズ
を所定領域にて可変設定することにより、スペックルの
平均サイズに応じて光検出器による検出移動率を略比例
的な関係で確実に変化させるようにしたので、光検出器
の検出信号に応じて移動する指定対象物の移動率を略比
例的な関係で確実に変化させることが可能になる。
Further, according to the position specifying device of the third aspect,
The speckle size changing means variably sets the average size of the speckles in a predetermined region, so that the detection movement rate by the photodetector is surely changed in a substantially proportional relationship according to the average size of the speckles. Therefore, it is possible to surely change the movement rate of the designated object that moves according to the detection signal of the photodetector in a substantially proportional relationship.

このため、細かい位置指定精度が要求される場合やラ
フな位置指定精度が要求される場合においても、位置指
定物の移動量を要求に応じて細かく、あるいはラフなも
のに確実に設定することができ、位置指定装置の操作性
をより向上させることが可能である。
For this reason, even when fine position specification accuracy is required or rough position specification accuracy is required, it is possible to reliably set the movement amount of the position specification object to a fine or rough position according to the request. It is possible to further improve the operability of the position specifying device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図(a)はこの発明に係るスペックルパターンの移
動検出方法の原理を示す説明図、第1図(b)(c)は
光検出器の一態様を示す説明図及びその検出動作説明
図、第1図(d)はこの発明に係る一指定装置の概略構
成を示す説明図、第2図はこの発明を案出する上で行っ
た実験系を示す説明図、第3図は第2図中III部詳細
図、第4図はスペックルトランスレーション距離の概念
を示す説明図、第5図は第2図の実験系にて求めたスペ
ックル平均サイズとカーソル移動率との関係を示すグラ
フ図、第6図は第2図の実験系をモデル化した説明図、
第7図はこの発明に係るスペックルとディテクタとの関
係を示す模式説明図、第8図はこの発明に係るスペック
ルの空間周波数パワースペクトルとディテクタの空間周
波数パワースペクトルとの関係を示すグラフ図、第9図
はこの発明を適用したマウスの一実施例を示す説明図、
第10図はその一部破断底面図、第11図は実施例に係るデ
ィテクタの構成を示す説明図、第12図は実施例に係るデ
ィテクタの信号処理系を示すブロック図、第13図はその
信号処理系の動作タイミングを示タイミングチャートで
ある。 〔符号の説明〕 SP……スペックルパターン Bm……電磁波 M……移動情報 1……物体粗面 2……光検出器 2a,2b……光検出素子 3……可動体 4……電磁波源 5……スペックルサイズ可変手段
FIG. 1A is an explanatory view showing the principle of a method for detecting movement of a speckle pattern according to the present invention, and FIGS. 1B and 1C are explanatory views showing an embodiment of a photodetector and an explanation of its detection operation. FIG. 1 (d) is an explanatory view showing a schematic configuration of one designation device according to the present invention, FIG. 2 is an explanatory view showing an experimental system performed in devising the present invention, and FIG. FIG. 2 is a detailed view of part III, FIG. 4 is an explanatory view showing the concept of the speckle translation distance, and FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the average speckle size and the cursor movement rate obtained by the experimental system of FIG. FIG. 6 is an explanatory diagram modeling the experimental system of FIG. 2,
FIG. 7 is a schematic explanatory view showing a relationship between speckles and detectors according to the present invention, and FIG. 8 is a graph showing a relationship between spatial frequency power spectra of speckles and detectors according to the present invention. FIG. 9 is an explanatory view showing one embodiment of a mouse to which the present invention is applied;
FIG. 10 is a partially cutaway bottom view, FIG. 11 is an explanatory view showing a configuration of a detector according to the embodiment, FIG. 12 is a block diagram showing a signal processing system of the detector according to the embodiment, and FIG. 6 is a timing chart showing operation timing of a signal processing system. [Explanation of Signs] SP: Speckle pattern Bm: Electromagnetic wave M: Movement information 1: Rough surface of object 2: Photodetector 2a, 2b: Photodetector 3: Movable body 4: Electromagnetic wave source 5 ... Speckle size variable means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G06F 3/033 G01P 3/36 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G06F 3/033 G01P 3/36

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】コヒーレントな電磁波(Bm)の物体粗面
(1)に対する散乱によって生ずるスペックルパターン
(SP)の移動情報(M)を光検出器(2)にて検出する
に際し、 上記光検出器(2)の受光面上のスペックルパターン
(SP)におけるスペックルの平均サイズ(D)と、光検
出器(2)の物体粗面(1)に対する相対移動情報と光
検出器(2)の出力移動情報との比を示す検出移動率
(J)との関係において、上記検出移動率(J)がスペ
ックルの平均サイズ(D)に対して略比例的に変化する
領域(E)で上記スペックルの平均サイズ(D)を可変
設定するようにしたことを特徴とするスペックルパター
ンの移動検出方法。
1. A photodetector (2) for detecting movement information (M) of a speckle pattern (SP) generated by scattering of a coherent electromagnetic wave (Bm) on a rough surface (1) of an object. Average size (D) of speckles in the speckle pattern (SP) on the light receiving surface of the detector (2), relative movement information of the photodetector (2) with respect to the rough object surface (1), and the photodetector (2) In the area (E) where the above-mentioned detected movement rate (J) changes almost proportionally to the average speckle size (D) in relation to the detected movement rate (J) indicating the ratio to the output movement information. A speckle pattern movement detecting method, wherein the average size (D) of the speckle is variably set.
【請求項2】請求項1記載のものにおいて、 光検出器(2)は、一次元当たり少なくとも一組の光検
出素子(2a,2b)を並設し、一組の光検出素子(2a,2b)
からの出力信号の位相差(τ)を検出するようにしたこ
とを特徴とするスペックルパターンの移動検出方法。
2. The photodetector (2) according to claim 1, wherein the photodetector (2) includes at least one set of photodetectors (2a, 2b) arranged in one dimension, and one set of photodetectors (2a, 2b). 2b)
And detecting a phase difference (τ) of an output signal from the speckle pattern.
【請求項3】物体粗面(1)に対して移動可能な可動体
(3)と、 この可動体(3)に組み込まれて可動体(3)の所定部
位から物体粗面(1)にコヒーレントな電磁波(Bm)を
照射する電磁波源(4)と、 上記可動体(3)に組み込まれると共に電磁波(Bm)の
照射に伴って物体粗面(1)から生ずるスペックルパタ
ーン(SP)の可動体(3)に対する相対移動情報を検出
する光検出器(2)と、 この光検出器(2)の受光面上のスペックルパターン
(SP)におけるスペックルの平均サイズ(D)と、光検
出器(2)の物体粗面(1)に対する相対移動情報と光
検出器の出力移動情報との比を示す検出移動率(J)と
の関係において、上記検出移動率(J)がスペックルの
平均サイズ(D)に対して略比例的に変化する領域
(E)で上記スペックルの平均サイズ(D)を可変設定
するスペックルサイズ可変手段(5)とを備え、 上記光検出器(2)で検出された相対移動情報に基づい
て指定すべき位置を特定するようにしたことを特徴とす
る位置指定装置。
A movable body (3) movable with respect to the object rough surface (1); and a movable part (3) incorporated into the movable body (3) to move a predetermined portion of the movable body (3) to the object rough surface (1). An electromagnetic wave source (4) for irradiating a coherent electromagnetic wave (Bm); and a speckle pattern (SP) which is incorporated in the movable body (3) and is generated from the rough surface (1) of the object due to the irradiation of the electromagnetic wave (Bm). A light detector (2) for detecting relative movement information with respect to the movable body (3); an average size (D) of speckles in a speckle pattern (SP) on a light receiving surface of the light detector (2); In the relationship between the detection movement rate (J) indicating the ratio of the relative movement information of the detector (2) to the object rough surface (1) and the output movement information of the photodetector, the detection movement rate (J) is speckle. In the area (E) that changes approximately proportionally to the average size (D) of the A speckle size varying means (5) for variably setting the average size (D) of the knuckle, wherein a position to be designated is specified based on the relative movement information detected by the photodetector (2). A position specifying device characterized by the above-mentioned.
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