JP2966060B2 - スペックル速度検出装置 - Google Patents
スペックル速度検出装置Info
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- JP2966060B2 JP2966060B2 JP20098090A JP20098090A JP2966060B2 JP 2966060 B2 JP2966060 B2 JP 2966060B2 JP 20098090 A JP20098090 A JP 20098090A JP 20098090 A JP20098090 A JP 20098090A JP 2966060 B2 JP2966060 B2 JP 2966060B2
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- Japan
- Prior art keywords
- light receiving
- speckle
- light
- pass filter
- fsp
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ウェブなどの移動速度を測定するためのス
ペックル速度検出方法に関する。
ペックル速度検出方法に関する。
レーザスペックル速度検出法は、たとえば「レーザー
研究」、第８巻、第２号、379頁以降記載の報文により
公知であり、その基本的発想は、被検出対象物にはなん
らかの凹凸があり、その検出対象凹凸部が移動するのを
所定距離離間した位置において検出することで、被検出
物の移動速度を測定するものである。
研究」、第８巻、第２号、379頁以降記載の報文により
公知であり、その基本的発想は、被検出対象物にはなん
らかの凹凸があり、その検出対象凹凸部が移動するのを
所定距離離間した位置において検出することで、被検出
物の移動速度を測定するものである。
これを、第１図によって概説すると、いまウェブ１な
どの被検出対象物が右方に移動しているとき、その表面
にHe−Neなどのレーザ光源２からレーザ光を投光レンズ
３を介して照射する。そしてこのウェブ１におけるレー
ザ光の透過光または反射光を、スペックルの並進方向に
並設した受光センサー4A、4Bにより検出し、検出した光
信号の時間的ずれ量を、相互相関処理器５により相互相
関処理してウェブ１の速度を検出するものである。
どの被検出対象物が右方に移動しているとき、その表面
にHe−Neなどのレーザ光源２からレーザ光を投光レンズ
３を介して照射する。そしてこのウェブ１におけるレー
ザ光の透過光または反射光を、スペックルの並進方向に
並設した受光センサー4A、4Bにより検出し、検出した光
信号の時間的ずれ量を、相互相関処理器５により相互相
関処理してウェブ１の速度を検出するものである。
いま、ウェブ１の移動速度をＶ、並進倍率をσ、受光
センサー面上でのスペックルの移動速度をｖ、受光セン
サー4A、4Bの離間距離をＸ、投光レンズ３とウェブ１と
の間のビームウェスト６とウェブ１との離間距離をZ,ウ
ェブ１と受光センサー4A、4Bとの離間距離をＲとしたと
き、受光センサー4A、4Bで検出した信号の時間的ずれ量
τｄは、（３）式で与えられる。
センサー面上でのスペックルの移動速度をｖ、受光セン
サー4A、4Bの離間距離をＸ、投光レンズ３とウェブ１と
の間のビームウェスト６とウェブ１との離間距離をZ,ウ
ェブ１と受光センサー4A、4Bとの離間距離をＲとしたと
き、受光センサー4A、4Bで検出した信号の時間的ずれ量
τｄは、（３）式で与えられる。
ｖ＝τＶ ……（１） σ＝１＋R/Z ……（２） τｄ＝X/v＝X/σＶ ……（３） ここで、Ｘおよびσは既知である。
また、第２図のように、受光センサー4Aでの受光信号
波形に対して、受光センサー4Bで時間的ずれ量τｄをも
って同様な受光信号波形を示すから、その時間的ずれ量
τｄを測定すれば、（３）式によって、目的のウェブ１
の移動速度Ｖを知ることができる。
波形に対して、受光センサー4Bで時間的ずれ量τｄをも
って同様な受光信号波形を示すから、その時間的ずれ量
τｄを測定すれば、（３）式によって、目的のウェブ１
の移動速度Ｖを知ることができる。
かかるレーザスペックル速度検出方式は、高速で移動
する透明ウェブに対して非接触で検出できる点で有効に
適用できる。
する透明ウェブに対して非接触で検出できる点で有効に
適用できる。
しかるに、PET（ポリエチレンテレフタレート）やTAC
（トリアセテート）などの平滑性が高い透明フィルム
は、特に無塗布状態では、拡散性が小さい。したがっ
て、速度検出精度を高くすることが困難であった。
（トリアセテート）などの平滑性が高い透明フィルム
は、特に無塗布状態では、拡散性が小さい。したがっ
て、速度検出精度を高くすることが困難であった。
そこで、本発明の課題は、透明フィルムなどの光の拡
散性が小さい被検査物に対しても、充分高い速度検出精
度を得ることにある。
散性が小さい被検査物に対しても、充分高い速度検出精
度を得ることにある。
上記課題は、レーザ光を被検出物に照射してその反射
または透過のスペックルパターンの並行移動の光量変動
を、スペックルの移動方向に間隔を置いた少なくとも２
つの受光センサーで受光し、これら受光センサーからの
信号の時間的ずれ量を相互相関処理により求め、被検出
物の移動速度を検出する方法において、 前記各受光センサーと相互相関処理器との間にハイパ
スフィルターを設け、 かつ前記受光信号の周波数帯域fspに対する前記ハイ
パスフィルターの遮断周波数fcを次記の関係とする、 fc＝fsp×（1/2〜1/3） fsp＝σV/d ここに：σは並進倍率、Ｖは被検出物の移動速度、ｄは
並進方向の受光幅である、ことで解決できる。
または透過のスペックルパターンの並行移動の光量変動
を、スペックルの移動方向に間隔を置いた少なくとも２
つの受光センサーで受光し、これら受光センサーからの
信号の時間的ずれ量を相互相関処理により求め、被検出
物の移動速度を検出する方法において、 前記各受光センサーと相互相関処理器との間にハイパ
スフィルターを設け、 かつ前記受光信号の周波数帯域fspに対する前記ハイ
パスフィルターの遮断周波数fcを次記の関係とする、 fc＝fsp×（1/2〜1/3） fsp＝σV/d ここに：σは並進倍率、Ｖは被検出物の移動速度、ｄは
並進方向の受光幅である、ことで解決できる。
本発明者らは、無塗布のPETやTACの移動速度の検出に
当たり、これらはレーザ光の拡散性が小さいので、スペ
ックルサイズが大きくなり、そのため全信号中の高周波
成分の占める割合が低いことにより、検出精度が悪いこ
とを知見した。
当たり、これらはレーザ光の拡散性が小さいので、スペ
ックルサイズが大きくなり、そのため全信号中の高周波
成分の占める割合が低いことにより、検出精度が悪いこ
とを知見した。
しかるに、本発明にしたがって、各受光センサーと相
互相関処理器との間にハイパスフィルターを設けると、
低周波を除去でき、もって高周波成分のみについて相互
相関処理演算を行うことができるので、したがってその
演算処理するデータ領域に入る波の数が多くなるので、
検出精度が高まる。
互相関処理器との間にハイパスフィルターを設けると、
低周波を除去でき、もって高周波成分のみについて相互
相関処理演算を行うことができるので、したがってその
演算処理するデータ領域に入る波の数が多くなるので、
検出精度が高まる。
しかも、ウェブにおける干渉に起因する低周波ノイズ
成分をカットするので、この面からも精度向上を達成で
きる。
成分をカットするので、この面からも精度向上を達成で
きる。
以下本発明をさらに具体的に説明する。
第３図は本発明装置例を示したもので、受光センサー
4A、4Bからの受光信号を、一旦IV変換器（電流電圧変換
器）により電圧に変換した後、ハイパスフィルター8A、
8Bを通し、低周波成分を除去し、高周波成分のみを相互
相関処理器５に入力させるようになっている。
4A、4Bからの受光信号を、一旦IV変換器（電流電圧変換
器）により電圧に変換した後、ハイパスフィルター8A、
8Bを通し、低周波成分を除去し、高周波成分のみを相互
相関処理器５に入力させるようになっている。
一方、本実施例では、ウェブ１の透過光は、シリンド
リカルレンズ11、スリット板10およびプリズム12を経
て、各受光センサー4A、4Bに導かれる。スリット板10に
は、第４図も参照すると判るように、スペックル並進方
向に狭いスリット10A、10Bが形成されている。このスリ
ット10A、10Bの存在により、第５図のように、これを設
けない場合の受光センサー4A、4Bの受光域が4A※および
4B※であるとすれば、同図から容易に推測できるよう
に、スペックル並進方向に関して並進速度に対する光量
変化を鋭く検出できるようになる。
リカルレンズ11、スリット板10およびプリズム12を経
て、各受光センサー4A、4Bに導かれる。スリット板10に
は、第４図も参照すると判るように、スペックル並進方
向に狭いスリット10A、10Bが形成されている。このスリ
ット10A、10Bの存在により、第５図のように、これを設
けない場合の受光センサー4A、4Bの受光域が4A※および
4B※であるとすれば、同図から容易に推測できるよう
に、スペックル並進方向に関して並進速度に対する光量
変化を鋭く検出できるようになる。
また、スリット板10の前方にはシリンドリカルレンズ
11が配設され、スペックル並進方向と直交する方向のレ
ーザ光を集光するようにしてある。さらに、スリット板
10の後方には、プリズム12が配置され、スリット10A、1
0Bを透過したレーザ光を分別してそれぞれ対応する受光
センサー4A、4Bに案内する構成としてある。
11が配設され、スペックル並進方向と直交する方向のレ
ーザ光を集光するようにしてある。さらに、スリット板
10の後方には、プリズム12が配置され、スリット10A、1
0Bを透過したレーザ光を分別してそれぞれ対応する受光
センサー4A、4Bに案内する構成としてある。
受光センサー4A、４からの各受光信号は従来例と同様
に相関処理器５により相互相関処理され、ウェブ１の速
度が検出される。
に相関処理器５により相互相関処理され、ウェブ１の速
度が検出される。
一方、前記例のように、受光センサー4A、4Bに取り込
まれる光信号のスペックル成分に対して、スペックルの
並進移動方向を狭くするスリット10A、10Bなどの狭化手
段を設けると、受光センサー4A、4Bが、並進方向に狭い
領域のみの光を検出するので、急峻な光量変化を検出で
き、もって速度分解能が高まる。その結果、検出精度が
高まる。
まれる光信号のスペックル成分に対して、スペックルの
並進移動方向を狭くするスリット10A、10Bなどの狭化手
段を設けると、受光センサー4A、4Bが、並進方向に狭い
領域のみの光を検出するので、急峻な光量変化を検出で
き、もって速度分解能が高まる。その結果、検出精度が
高まる。
他方、スペックル並進方向と直交する方向について
は、拡くするシリンドリカルレンズ11などの拡大手段を
設けると、ノイズに対する目的の信号を精度よく検出で
き、すなわちS/N比を高めることができる。
は、拡くするシリンドリカルレンズ11などの拡大手段を
設けると、ノイズに対する目的の信号を精度よく検出で
き、すなわちS/N比を高めることができる。
また、この拡大手段を用いると、受光センサーそのも
のの受光面積によって規定される受光面積よりも広範囲
な受光が可能となるので、受光センサーのスペックル並
進方向と直交する方向のセッティング位置決めが容易に
なる。
のの受光面積によって規定される受光面積よりも広範囲
な受光が可能となるので、受光センサーのスペックル並
進方向と直交する方向のセッティング位置決めが容易に
なる。
本発明に用いるハイパスフィルターの遮断周波数fcの
最適範囲を実験的に導出した。その結果、受光信号の周
波数帯域をfsp＝σV/d（σ：並進倍率,V:試料速度,d:並
進方向の受光幅、実施の形態ではスリット巾）と定義す
ると、ｆの値をfspの値の（1/2〜1/3）にすると、最も
高い検出精度が得られることがわかった。
最適範囲を実験的に導出した。その結果、受光信号の周
波数帯域をfsp＝σV/d（σ：並進倍率,V:試料速度,d:並
進方向の受光幅、実施の形態ではスリット巾）と定義す
ると、ｆの値をfspの値の（1/2〜1/3）にすると、最も
高い検出精度が得られることがわかった。
本発明における受光センサーとしては、適宜のものを
用いることができるが、たとえばホトダイオードPD、ア
バランシェホトダイオードAPD、ホトダイオードアレイP
DA、固体撮像素子CCDなどを挙げることができる。ま
た、前記実施例における拡大手段と狭化手段との配設順
序はどちらでもよい。
用いることができるが、たとえばホトダイオードPD、ア
バランシェホトダイオードAPD、ホトダイオードアレイP
DA、固体撮像素子CCDなどを挙げることができる。ま
た、前記実施例における拡大手段と狭化手段との配設順
序はどちらでもよい。
次に実施例により、本発明の効果を明らかにする。
第３図に示した装置を用い、下記測定条件により、ス
ペックル速度検出を実施した。
ペックル速度検出を実施した。
ビームウェスト・被検出物間の距離;50mm 被検出物・スリット間距離;55mm 被検出物表面上の照射ビーム径;3.6mm スリット長;7mm スリット巾;40μｍ スリット間隔;800μｍ 被検出物速度;70m/mm ハイパスフィルター定数;10kHZ また、被検出対象とした試料としては、塗布済ベース
材料、ペット（PET）ベースの厚み180μｍおよび100μ
ｍのもの、タック（TAC）ベースの厚み120μｍのものを
用いた。
材料、ペット（PET）ベースの厚み180μｍおよび100μ
ｍのもの、タック（TAC）ベースの厚み120μｍのものを
用いた。
結果を第６図および第７図に示す。
第６図の（Ｐ）欄は、ハイパスフィルターを用いない
場合の各受光センサーからの生の波形図、（Ｑ）欄はそ
の周波数成分解析図、（Ｒ）は本発明にしたがってハイ
パスフィルターを用いた場合の各受光センサーからの生
の波形図、（Ｓ）欄はその周波数成分解析図である。
場合の各受光センサーからの生の波形図、（Ｑ）欄はそ
の周波数成分解析図、（Ｒ）は本発明にしたがってハイ
パスフィルターを用いた場合の各受光センサーからの生
の波形図、（Ｓ）欄はその周波数成分解析図である。
この第６図によれば、ハイパスフィルターを用いるこ
とにより、相互相関処理に与える信号中には高周波成分
が支配的であることが判る。
とにより、相互相関処理に与える信号中には高周波成分
が支配的であることが判る。
第７図の（Ｍ）欄はハイパスフィルターを用いない場
合の同一ウェブについて相互相関処理後の時間的ずれ量
のばらつきを示し、（Ｎ）欄は本発明にしたがってハイ
パスフィルターを用いた場合の同一ウェブについて相互
相関処理後の時間的ずれ量のばらつきを示したものであ
る。
合の同一ウェブについて相互相関処理後の時間的ずれ量
のばらつきを示し、（Ｎ）欄は本発明にしたがってハイ
パスフィルターを用いた場合の同一ウェブについて相互
相関処理後の時間的ずれ量のばらつきを示したものであ
る。
第７図から明らかなように、本発明によれば、従来例
においては、時間的ずれ量のばらつきが特に透明フィル
ムベースにおいて大きいのに対して、時間的ずれ量のば
らつきを全ての場合に低域でき、特に透明フィルムベー
スに適用したときに、その低減率が顕著である。
においては、時間的ずれ量のばらつきが特に透明フィル
ムベースにおいて大きいのに対して、時間的ずれ量のば
らつきを全ての場合に低域でき、特に透明フィルムベー
スに適用したときに、その低減率が顕著である。
第８図、第９図に光学系を用いてハイパスフィルター
の遮断周波数fcを変えた時の速度検出精度を示す。
の遮断周波数fcを変えた時の速度検出精度を示す。
試料は、PETベース（18μｍ）を用いた。
第８図は試科速度33〜38m/min、第９図は試料速度65
〜70m/minの例である。
〜70m/minの例である。
各々の場合の受光信号周波数fspと最も高い速度検出
精度を得るハイパスフィルター遮断周波数fcを求める
と、第１表の通りとなった。
精度を得るハイパスフィルター遮断周波数fcを求める
と、第１表の通りとなった。
〔発明の効果〕 以上の通り、本発明によれば、測定精度が高まり、特
に透明フィルムベースにおける速度検出に有効に適用で
きる。
に透明フィルムベースにおける速度検出に有効に適用で
きる。
第１図は本発明にかかるスペックル速度検出原理説明
図、第２図は受光センサーでの波形および相関信号波形
図、第３図は本発明装置の基本的構成図、第４図はその
要部を90度視点を変えた断面図、第５図はスリットの説
明図、第６図は受光センサーからの信号波形図および周
波数成分解析図、第７図は従来例と本発明例との時間的
ずれ量のばらつきに関する比較図、第８図および第９図
はハイパスフィルターの遮断定数と速度検出精度との相
関図である。 １……ウェブ（被検査物）、２……レーザ光源、4A、4B
……受光センサー、５……相関処理器、8A、8B……ハイ
パスフィルター。
図、第２図は受光センサーでの波形および相関信号波形
図、第３図は本発明装置の基本的構成図、第４図はその
要部を90度視点を変えた断面図、第５図はスリットの説
明図、第６図は受光センサーからの信号波形図および周
波数成分解析図、第７図は従来例と本発明例との時間的
ずれ量のばらつきに関する比較図、第８図および第９図
はハイパスフィルターの遮断定数と速度検出精度との相
関図である。 １……ウェブ（被検査物）、２……レーザ光源、4A、4B
……受光センサー、５……相関処理器、8A、8B……ハイ
パスフィルター。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−82365（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−156563（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−247903（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】レーザ光を被検出物に照射してその反射ま
たは透過のスペックルパターンの並行移動の光量変動
を、スペックルの移動方向に間隔を置いた少なくとも２
つの受光センサーで受光し、これら受光センサーからの
信号の時間的ずれ量を相互相関処理により求め、被検出
物の移動速度を検出する方法において、 前記各受光センサーと相互相関処理器との間にハイパス
フィルターを設け、 かつ前記受光信号の周波数帯域fspに対する前記ハイパ
スフィルターの遮断周波数fcを次記の関係する、 fc＝fsp×（1/2〜1/3） fsp＝σV/d ここに：σは並進倍率、Ｖは被検出物の移動速度、ｄは
並進方向の受光幅である、 ことを特徴とするスペックル速度検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20098090A JP2966060B2 (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | スペックル速度検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20098090A JP2966060B2 (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | スペックル速度検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0486562A JPH0486562A (ja) | 1992-03-19 |
| JP2966060B2 true JP2966060B2 (ja) | 1999-10-25 |
Family
ID=16433515
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20098090A Expired - Lifetime JP2966060B2 (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | スペックル速度検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2966060B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07294537A (ja) * | 1994-04-21 | 1995-11-10 | Konica Corp | 速度及び距離の検出装置 |
| JP2008089420A (ja) * | 2006-10-02 | 2008-04-17 | Yamatake Corp | 移動速度検出装置 |
| SE531863C2 (sv) * | 2007-07-06 | 2009-08-25 | Skogsind Tekn Foskningsinst | Anordning och metod för mätning av hastigheten hos en rörlig pappersbana |
| JP2011013083A (ja) | 2009-07-01 | 2011-01-20 | Canon Inc | 測定装置及びそれを用いた機器 |
-
1990
- 1990-07-27 JP JP20098090A patent/JP2966060B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0486562A (ja) | 1992-03-19 |
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