JP6041855B2 - サブピクセル絶対位置決め方法 - Google Patents
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Description
D≧2△、ε≧1/2D、△+ε=D
式においてD:粗い精度のスペックル座標パターンの撮像範囲、△:2枚の隣接する粗い精度のスペックル座標パターンの移動距離、ε:隣接する2枚の粗い精度のスペックル座標パターンのオーバーラップされた撮像範囲。
図7を参照すると、本発明のアジレント社製5530レーザ干渉計で細かい精度のスペックル座標パターンを測定したデータと本発明のサブピクセル絶対位置決め方法の実験結果図である。本発明は焦点距離f=13.5mの不変形スペックル読取ヘッドを使用し、SONY XCL−5005 CCD(画素サイズ3.45um)、結像レンズの光学拡大倍率M=1を組み合せて、1umの細かい位置決め精度のスペックルパターンのサブピクセルマッチングによる位置決めの実験を行う。まず細かい精度のスペックル座標パターンを構築し、1um移動させるたびに1枚のスペックルパターンを取得し、128×128アレイの画像を採用し、計500枚のスペックルパターンを取得し、アジレント社製5530レーザ干渉計により各細かい精度のスペックル座標パターンの位置読取値を同期記録し、細かい精度のスペックル座標パターンデータベース位置座標を構築する。そして毎回1um距離を移動し、連続して50個の位置のリアルタイムなスペックルパターンを取得し、計50枚のリアルタイムなスペックルパターンを取得し、この50枚のスペックルパターンの5530レーザ干渉計のリアルタイム位置読取値を同期記録し、NCCマッチング方法によりテンプレートが32×32アレイの画像とマッチングし、50枚のリアルタイムなスペックルパターンとデータベース500枚の細かい精度のスペックル座標パターンをマッチングし、50枚のリアルタイムなスペックルパターンの座標位置を決める。図7に示すように10点の連続マッチングで、座標の横軸はスペックルデータベースパターンの位置読取値で、座標の縦軸がリアルタイムなスペックルパターンとデータベースパターンのNCCによるマッチング値である。また、この10点のリアルタイムなスペックルパターンの5530レーザ干渉計の位置読取値を添付し、図7に示すように70〜79umの10個の位置のリアルタイムなスペックルパターンは、データベース座標のスペックルパターンマッチング結果と5530レーザ干渉計の位置読取値と全く一致し、全過程の50個のリアルタイムなスペックルパターンの位置決め点の位置決め結果は5530レーザ干渉計の位置決め結果と全く一致するため、本発明で開示するスペックルサブピクセル位置決め方法が実際に実現できることを示している。
1個の長さ1mのスペックルスケールは、絶対位置決め精度を1umまで獲得しようとする場合、異なる位置決め方法の位置決め精度及び位置決め速度で比較を行うことができる。二次元画像検出器の画素サイズは5um(η=5um)で、不変形スペックルパターン読取ヘッドの結像レンズ22の光学拡大倍率が1(M=1)及びスペックルパターンのマッチングによる位置決めの繰り返し率が10kHzとする。
22 結像レンズ
23 リアアパーチャー
D 粗い精度のスペックル座標パターンの撮像範囲
Δ 隣接する2枚の粗い精度のスペックル座標パターンの移動距離
Δ’ 細かい精度の移動距離
ε 隣接する2枚の粗い精度のスペックル座標パターンのオーバーラップされた撮像範囲
Claims (14)
- 対象物表面のリアルタイムなスペックルパターンを取り込むステップ(A)と、
座標値を含む一組の粗い精度のスペックル座標パターン及び座標値を含む複数組の細かい精度のスペックル座標パターンを提供するステップ(B)と、
アルゴリズムを利用してまず前記リアルタイムなスペックルパターンと前記粗い精度のスペックル座標パターンをマッチングしてから前記細かい精度のスペックル座標パターンとマッチングして座標値を得るステップ(C)とを含むサブピクセル絶対位置決め方法において、
各前記粗い精度のスペックル座標パターンは、一組の細かい精度のスペックル座標パターンに対応し、前記細かい精度のスペックル座標パターンが更に前記粗い精度のスペックル座標パターンを取り込んだ後、一定の細かい精度の移動距離で繰り返して撮像して獲得し、
前記細かい精度の移動距離と前記サブピクセルとの関係は、下式により表されることを特徴とするサブピクセル絶対位置決め方法。
[数1]
δ=M×Δ’、P=η/δ、Δ’=η/MP
上記式において、δは像平面に対する移動距離であり、Mは不変形スペックル撮像装置の結像レンズの拡大倍率であり、Δ’は物体平面において細かい精度の移動距離であり、ηは検出器の画素サイズであり、Pは分割の数である。 - 前記アルゴリズムは、SAD(Sum of Absolute Difference)、SSD(Sum of Square Difference)及びNCC(Normalized Cross Correlation)群のいずれかから選ばれることを特徴とする請求項1に記載のサブピクセル絶対位置決め方法。
- 前記座標値は、線形座標値とすることを特徴とする請求項1に記載のサブピクセル絶対位置決め方法。
- 前記粗い精度のスペックル座標パターンが、粗い精度のスペックル座標パターンデータベース内に設けられることを特徴とする請求項3に記載のサブピクセル絶対位置決め方法。
- 前記粗い精度のスペックル座標パターンデータベースは、次のステップによって構築でき、つまり(D)前記対象物表面において測定起点を定め、不変形スペックル撮像装置を利用して1枚目の粗い精度のスペックル座標パターンを取得し、またレーザ干渉計で前記粗い精度のスペックル座標パターンの座標を標定してから(E)サーボモーターで前記対象物を粗い精度のスペックル座標パターンの移動距離まで移動し、更に前記不変形スペックル撮像装置により2枚目の粗い精度のスペックル座標パターンを取得し、同時に前記レーザ干渉計の移動距離を記録して前記2枚目の粗い精度のスペックル座標パターンの座標を標定し、(F)上記ステップ(E)を繰り返すと、他の粗い精度のスペックル座標パターンを連続して取得でき、レーザ干渉計で座標を標定できることを特徴とする請求項4に記載のサブピクセル絶対位置決め方法。
- 前記粗い精度のスペックル座標パターンデータベースは、下式により位置決め用の前記粗い精度のスペックル座標パターンを取り込んで構築することを特徴とする請求項5に記載のサブピクセル絶対位置決め方法。
[数2]
D≧2△、ε≧1/2D、△+ε=D
式においてD:粗い精度のスペックル座標パターンの撮像範囲、△:2枚の隣接する粗い精度のスペックル座標パターンの移動距離、ε:隣接する2枚の粗い精度のスペックル座標パターンのオーバーラップされた撮像範囲。 - 前記細かい精度のスペックル座標パターンが、細かい精度のスペックル座標パターンデータベース内に設けられることを特徴とする請求項6に記載のサブピクセル絶対位置決め方法。
- 前記細かい精度のスペックル座標パターンデータベースは、次のステップによって構築でき、
つまりステップ(G):1枚目の粗い精度のスペックル座標パターンの撮像後に、直ちに前記サーボモーターで対象物を細かい精度の移動距離まで移動してから前記不変形スペックル撮像装置により1枚目の細かい精度のスペックル座標パターンを取得し、同時にレーザ干渉計の移動距離を記録して前記1枚目の細かい精度のスペックル座標パターンの座標を標定し、更に上記ステップを繰り返してその他の細かい精度のスペックル座標パターンを連続取得し、合わせてP−1枚の細かい精度のスペックル座標パターンを取得し、また干渉計の位置決め座標に合わせ、1枚目の粗い精度のスペックル座標パターンに対応する第1組の細かい精度のスペックル座標パターンを完成し、
ステップ(H):ステップ(G)を繰り返して他組の細かい精度のスペックル座標パターンを連続取得することを特徴とする請求項7に記載のサブピクセル絶対位置決め方法。 - 前記座標値は、角度座標値とすることを特徴とする請求項1に記載のサブピクセル絶対位置決め方法。
- 前記粗い精度のスペックル座標パターンが、粗い精度のスペックル座標パターンデータベース内に設けられることを特徴とする請求項9に記載のサブピクセル絶対位置決め方法。
- 前記粗い精度のスペックル座標パターンデータベースは、次のステップによって構築でき、つまり(I)前記対象物表面において測定起点を定め、不変形スペックル撮像装置を利用して1枚目の粗い精度のスペックル座標パターンを取得し、また角度位置決め装置で前記スペックル座標パターンの座標を標定してから(J)サーボモーターで対象物を粗い精度のスペックル座標パターンの移動角度に回転し、更に前記不変形スペックル撮像装置により2枚目の粗い精度のスペックル座標パターンを取得し、同時に角度位置決め装置の移動角度を記録して前記2枚目の粗い精度のスペックル座標パターンの座標を標定し、(K)上記(J)を繰り返すと、他の粗い精度のスペックル座標パターンを連続して取得でき、角度位置決め装置で座標を標定できることを特徴とする請求項10に記載のサブピクセル絶対位置決め方法。
- 前記角度位置決め装置は、レーザ干渉計、レーザジャイロスコープ或いはファイバジャイロスコープのいずれかから選ばれることを特徴とする請求項11に記載のサブピクセル絶対位置決め方法。
- 前記細かい精度のスペックル座標パターンが、細かい精度のスペックル座標パターンデータベース内に設けられることを特徴とする請求項12に記載のサブピクセル絶対位置決め方法。
- 前記細かい精度のスペックル座標パターンデータベースは、次のステップによって構築でき、
つまりステップ(L):1枚目の粗い精度のスペックル座標パターンの撮像後に、直ちに前記サーボモーターで対象物を細かい精度の移動角度に回転してから前記不変形スペックル撮像装置により1枚目の細かい精度のスペックル座標パターンを取得し、同時に角度位置決め装置の移動角度を記録して前記1枚目の細かい精度のスペックル座標パターンの座標を標定し、更に上記ステップを繰り返してその他の細かい精度のスペックル座標パターンを連続取得し、合わせてP−1枚の細かい精度のスペックル座標パターンを取得し、また角度位置決め装置の位置決め座標に合わせ、1枚目の粗い精度のスペックル座標パターンに対応する第1組の細かい精度のスペックル座標パターンを完成し、
ステップ(M):ステップ(L)を繰り返して他組の細かい精度のスペックル座標パターンを連続取得することを特徴とする請求項13に記載のサブピクセル絶対位置決め方法。
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JP2014261054A JP6041855B2 (ja) | 2014-12-24 | 2014-12-24 | サブピクセル絶対位置決め方法 |
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Family Cites Families (2)
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