JPH07110216A - レーザ光を利用したスペックルパターンによる上下および横移動量の測定方法ならびにその装置 - Google Patents
レーザ光を利用したスペックルパターンによる上下および横移動量の測定方法ならびにその装置Info
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- JPH07110216A JPH07110216A JP27743793A JP27743793A JPH07110216A JP H07110216 A JPH07110216 A JP H07110216A JP 27743793 A JP27743793 A JP 27743793A JP 27743793 A JP27743793 A JP 27743793A JP H07110216 A JPH07110216 A JP H07110216A
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Abstract
(57)【要約】
［目的］ 被測定物にレーザ光を照射し、被照射域の映
像範囲に描かれたスペックルパターンを標識として捕ら
え、これを光学的に検知し、かつ、演算処理し、更にこ
れを測定値として出力表示することを目的とするもので
ある。 ［構成］ 被計測物１にスペックルパターン３を描かせ
るレーザ発振器４と、前記スペックルパターンを標識と
して捕らえるＣＣＤカメラ５と、ＣＣＤカメラ５からの
アナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器
６と、Ａ／Ｄ変換器６からのディジタル信号の測定値を
算出する演算装置７と、演算装置７による測定数値を出
力表示するＣＲＴ８とからなる。
像範囲に描かれたスペックルパターンを標識として捕ら
え、これを光学的に検知し、かつ、演算処理し、更にこ
れを測定値として出力表示することを目的とするもので
ある。 ［構成］ 被計測物１にスペックルパターン３を描かせ
るレーザ発振器４と、前記スペックルパターンを標識と
して捕らえるＣＣＤカメラ５と、ＣＣＤカメラ５からの
アナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器
６と、Ａ／Ｄ変換器６からのディジタル信号の測定値を
算出する演算装置７と、演算装置７による測定数値を出
力表示するＣＲＴ８とからなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、被計測物の様態、即
ち、温度、色彩、材質等による影響を比較的受けずに、
かつ、非接触で上下左右ならびに動的測定を可能とする
方法およびその装置に関するものである。
ち、温度、色彩、材質等による影響を比較的受けずに、
かつ、非接触で上下左右ならびに動的測定を可能とする
方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【技術的背景】この発明は、被計測物にレーザ光を照射
し、被照射域の映像範囲に描かれたスペックルパターン
を標識として捕らえ、これを光学的に検知し、かつ、演
算処理し、更にこれを測定値として出力表示するもので
ある。
し、被照射域の映像範囲に描かれたスペックルパターン
を標識として捕らえ、これを光学的に検知し、かつ、演
算処理し、更にこれを測定値として出力表示するもので
ある。
【０００３】
【従来の技術】従来より非接触による計測方法におい
て、レーザ光をその手段に用いる方法として、レーザ光
をプリズム等を介して分光し、これを反射ならびに結束
光させるドプラー効果による計測技術が、該計測分野に
おける一般的な技術、として知られている。
て、レーザ光をその手段に用いる方法として、レーザ光
をプリズム等を介して分光し、これを反射ならびに結束
光させるドプラー効果による計測技術が、該計測分野に
おける一般的な技術、として知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記した、レーザ光を
その計測手段に用い、かつ、ドプラー効果による方法に
おいては、光学的に高い精度が要求され、特に、機構的
な弱点として振動が挙げられる要素を多分に含み、ま
た、他面においては被計測物の表面上で、２方向からレ
ーザ光を集結させる必須の要件を具備し、これらによっ
て距離的な高精度をも要求される技術であり、これらの
制約から被計測物の、類、物性、状態等にかなりの制限
があった。
その計測手段に用い、かつ、ドプラー効果による方法に
おいては、光学的に高い精度が要求され、特に、機構的
な弱点として振動が挙げられる要素を多分に含み、ま
た、他面においては被計測物の表面上で、２方向からレ
ーザ光を集結させる必須の要件を具備し、これらによっ
て距離的な高精度をも要求される技術であり、これらの
制約から被計測物の、類、物性、状態等にかなりの制限
があった。
【０００５】本発明は、上記した従来技術における、構
成技術、設置技術等における精度面ならびに使用にあた
っては、それら諸条件による制約等、数多の要求事項を
解消し、かつ、これらに対応すべく、計測方法ならびに
その装置における各手段の簡素化、被計測物の類にあっ
ては、その制約範囲の拡大可能な開発を目的とするもの
である。
成技術、設置技術等における精度面ならびに使用にあた
っては、それら諸条件による制約等、数多の要求事項を
解消し、かつ、これらに対応すべく、計測方法ならびに
その装置における各手段の簡素化、被計測物の類にあっ
ては、その制約範囲の拡大可能な開発を目的とするもの
である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成させるための手段として、方法の発明は、非接触
で移動量を測定する方法にあって、被計測物にレーザ光
を照射することにより被照射域の映像範囲に描かれたス
ペックルパターンを標識として光学的に認識し、かつ、
該認識画素を演算処理し、測定数値を表示出力させてな
るものである。
を達成させるための手段として、方法の発明は、非接触
で移動量を測定する方法にあって、被計測物にレーザ光
を照射することにより被照射域の映像範囲に描かれたス
ペックルパターンを標識として光学的に認識し、かつ、
該認識画素を演算処理し、測定数値を表示出力させてな
るものである。
【０００７】また、装置の発明として、非接触で上下お
よび横移動量を測定する装置にあって、被計測物にスペ
ックルパターンを描かせるレーザ発振器と、前記スペッ
クルパターンを標識として捕らえるＣＣＤカメラと、Ｃ
ＣＤカメラからのアナログ信号をディジタル信号に変換
するＡ／Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換器からのディジタル信
号の測定値を算出する演算装置と、演算装置による測定
数値を出力表示する表示手段と、からなるものである。
よび横移動量を測定する装置にあって、被計測物にスペ
ックルパターンを描かせるレーザ発振器と、前記スペッ
クルパターンを標識として捕らえるＣＣＤカメラと、Ｃ
ＣＤカメラからのアナログ信号をディジタル信号に変換
するＡ／Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換器からのディジタル信
号の測定値を算出する演算装置と、演算装置による測定
数値を出力表示する表示手段と、からなるものである。
【０００８】
【作用】この発明は、大別して３つの要素がある。
【０００９】その第１は、被計測物に対してレーザ光を
照射する要素。
照射する要素。
【００１０】その第２は、被計測物においてレーザ光の
被照射域の映像範囲をスペックルパターン化する要素。
被照射域の映像範囲をスペックルパターン化する要素。
【００１１】その第３は、被計測物に映像化されたスペ
ックルパターンを標識として捕らえ、これを光学的に検
知し、かつ、演算処理し、更に、これを測定値として出
力表示する要素、である。
ックルパターンを標識として捕らえ、これを光学的に検
知し、かつ、演算処理し、更に、これを測定値として出
力表示する要素、である。
【００１２】上記した各要素を集約し、かつ、これらを
総合的に要約すると、レーザ光を被計測物に照射し、該
被計測物の粗面表面にスペックルパターンを描かせ、被
計測物の移動に平行して前記スペックルパターンの明暗
をＣＣＤ（電荷結合素子；Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅ
ｄ Ｄｅｖｌｃｅ）（以下ＣＣＤと称す）カメラで撮影
し、撮影によって得られた電気的信号をコンピューター
でＣＣＤ画素単位にリアル．タイム演算処理して移動距
離数値を表示出力するものである。
総合的に要約すると、レーザ光を被計測物に照射し、該
被計測物の粗面表面にスペックルパターンを描かせ、被
計測物の移動に平行して前記スペックルパターンの明暗
をＣＣＤ（電荷結合素子；Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅ
ｄ Ｄｅｖｌｃｅ）（以下ＣＣＤと称す）カメラで撮影
し、撮影によって得られた電気的信号をコンピューター
でＣＣＤ画素単位にリアル．タイム演算処理して移動距
離数値を表示出力するものである。
【００１３】本発明の方式を達成させるために、その検
証機として、半導体レーザ発振器、高解像度ＣＣＤ、Ａ
／Ｄ（Ａｎａｌｇ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器、演算処理
装置ならびにＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂ
ｅ ｄｉｓｐｌａｙ）（モニタ）より構成するものであ
る。
証機として、半導体レーザ発振器、高解像度ＣＣＤ、Ａ
／Ｄ（Ａｎａｌｇ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器、演算処理
装置ならびにＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂ
ｅ ｄｉｓｐｌａｙ）（モニタ）より構成するものであ
る。
【００１４】表面が不均一な被計測物に、非常に干渉性
の高いレーザ光をレーザ発振器から照射すると、被計測
物の粗面各所で散乱したレーザ光が不規則な位相関係で
干渉し合うために粒状模様が生ずる。この粒状模様をス
ペッルパターンと称する。
の高いレーザ光をレーザ発振器から照射すると、被計測
物の粗面各所で散乱したレーザ光が不規則な位相関係で
干渉し合うために粒状模様が生ずる。この粒状模様をス
ペッルパターンと称する。
【００１５】ここで、被計測物が横移動すると、それに
伴いスペックルパターンも横移動する性質がある。
伴いスペックルパターンも横移動する性質がある。
【００１６】このスペックルパターンを標識として、Ｃ
ＣＤカメラで連続して撮り、Ａ／Ｄ変換器によりアナロ
グ信号をディジタル信号に変換して演算装置の入力と
し、そのパターンをＣＲＴに出力してなるものである。
ＣＤカメラで連続して撮り、Ａ／Ｄ変換器によりアナロ
グ信号をディジタル信号に変換して演算装置の入力と
し、そのパターンをＣＲＴに出力してなるものである。
【００１７】
【実施例】次ぎにこの発明の実施例を図とともに説明す
る前段として、本発明の方式を達成するための被計測物
ならびに検証機として各部位について説明する。
る前段として、本発明の方式を達成するための被計測物
ならびに検証機として各部位について説明する。
【００１８】１は被計測物。２はＣＣＤ（電荷結合素
子；Ｃｈａｒｇｅ ＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｌｃｅ）カメ
ラ５の映像範囲。３はレーザ発振器４が被計測物１にレ
ーザ光が照射されて粗面により描くスペックルパター
ン。４はレーザ発振器。５はＣＣＤカメラ。６はＣＣＤ
カメラ５のアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ
／Ｄ（Ａｎａｌｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器。７はスペ
ックルパターン３を標識として上下および横移動量を算
出する演算装置。８はスペックルパターン３を直接目視
するＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ ｄｉ
ｓｐｌａｙ）である。
子；Ｃｈａｒｇｅ ＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｌｃｅ）カメ
ラ５の映像範囲。３はレーザ発振器４が被計測物１にレ
ーザ光が照射されて粗面により描くスペックルパター
ン。４はレーザ発振器。５はＣＣＤカメラ。６はＣＣＤ
カメラ５のアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ
／Ｄ（Ａｎａｌｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器。７はスペ
ックルパターン３を標識として上下および横移動量を算
出する演算装置。８はスペックルパターン３を直接目視
するＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ ｄｉ
ｓｐｌａｙ）である。
【００１９】レーザ発振器４は、被計測物に安定したス
ペックルパターンを描くために高輝度・指向性・可視光
を使用し、レーザ素子、冷却回路、駆動回路およびレン
ズより構成する。
ペックルパターンを描くために高輝度・指向性・可視光
を使用し、レーザ素子、冷却回路、駆動回路およびレン
ズより構成する。
【００２０】ＣＣＤカメラ５は、被計測物に描くスペッ
クルパターンを撮るために使用し、ＮＴＳＣ信号（アナ
ログデータ）に変換する機能を有し、移動距離の測定精
度はＣＣＤ画素の間隔により決定し、スペックルパター
ンの大きさにより、コンピュータが処理しやすい粗密に
拡大または縮小するためにズームレンズを使用すること
もある。
クルパターンを撮るために使用し、ＮＴＳＣ信号（アナ
ログデータ）に変換する機能を有し、移動距離の測定精
度はＣＣＤ画素の間隔により決定し、スペックルパター
ンの大きさにより、コンピュータが処理しやすい粗密に
拡大または縮小するためにズームレンズを使用すること
もある。
【００２１】Ａ／Ｄ変換器６は、アナログ信号をディジ
タル信号に変換する機能を有する。ＮＴＳＣ信号は、ア
ナログ信号である。従って、コンピュータの記憶素子に
スペックルパターンを格納するためにディジタル信号に
変換する必要がある。スペックルパターンは明暗による
班点模様であるために例えば、明点を“１”、暗点を
“０”とする２値化に変換する。
タル信号に変換する機能を有する。ＮＴＳＣ信号は、ア
ナログ信号である。従って、コンピュータの記憶素子に
スペックルパターンを格納するためにディジタル信号に
変換する必要がある。スペックルパターンは明暗による
班点模様であるために例えば、明点を“１”、暗点を
“０”とする２値化に変換する。
【００２２】演算装置７は、被計測物の移動状態（スペ
ックルパターン）を連続的に記憶素子に格納し、任意の
明暗点の移動をＣＣＤ画素間隔（基準長）で演算し、数
値情報として表示出力する。
ックルパターン）を連続的に記憶素子に格納し、任意の
明暗点の移動をＣＣＤ画素間隔（基準長）で演算し、数
値情報として表示出力する。
【００２３】ＣＲＴ８は、検証・実験・試験段階では、
スペックルパターンならびに移動距離をＣＲＴモニタ画
面上に表示し、パターンおよび移動状態を視覚すること
を目的として使用する。ただし、実用機では、セブン・
セグメント表示器により移動距離を数値として表示出力
する。
スペックルパターンならびに移動距離をＣＲＴモニタ画
面上に表示し、パターンおよび移動状態を視覚すること
を目的として使用する。ただし、実用機では、セブン・
セグメント表示器により移動距離を数値として表示出力
する。
【００２４】被計測物１をアルミニューム板とした場合
において、該アルミニューム板にレーザ光を照射し、実
際に描いたスペックルパターンを写真撮影したものが図
２である。
において、該アルミニューム板にレーザ光を照射し、実
際に描いたスペックルパターンを写真撮影したものが図
２である。
【００２５】被計測物１にレーザ光を照射し、スペック
ルパターン３をＣＣＤカメラ５で撮影し、Ａ／Ｄ変換器
６で明暗による中間色を除去し、明と暗の２つの信号に
変換して演算装置７に入力する。
ルパターン３をＣＣＤカメラ５で撮影し、Ａ／Ｄ変換器
６で明暗による中間色を除去し、明と暗の２つの信号に
変換して演算装置７に入力する。
【００２６】ここで、方式の説明を容易にするために、
便宜的に演算装置７が認識するスペックルパターン３を
ＣＣＤ画素単位に明暗を配した状態を図３に示す。
便宜的に演算装置７が認識するスペックルパターン３を
ＣＣＤ画素単位に明暗を配した状態を図３に示す。
【００２７】レーザ光を被計測物１に照射し、演算装置
７が認識したパターンを図３とする。
７が認識したパターンを図３とする。
【００２８】この状態から、図４は被計測物１がＣＣＤ
１画素分だけ左に移動した状態を示し、図５は被計測物
１がＣＣＤ１画素分だけ下方に移動した状態を示す。
１画素分だけ左に移動した状態を示し、図５は被計測物
１がＣＣＤ１画素分だけ下方に移動した状態を示す。
【００２９】図６はさらに被計測物１が１画素分だけ下
方に移動した状態を示すものである。
方に移動した状態を示すものである。
【００３０】結果的に、図３から図６において、被計測
物は左に１画素分、下方に２画素分、移動したことを示
す。
物は左に１画素分、下方に２画素分、移動したことを示
す。
【００３１】なお、ＣＣＤ１画素当たりの間隔を１０μ
ｍとした場合、図３から図６において、被計測物１は左
に１０μｍ、下方に２０μｍ移動したことになり、非接
触で移動量を測定することができる。
ｍとした場合、図３から図６において、被計測物１は左
に１０μｍ、下方に２０μｍ移動したことになり、非接
触で移動量を測定することができる。
【００３２】また、長尺ものについては、標識としたス
ペックルパターン３がＣＣＤカメラ５の視野から外れる
直前に、新たな面に発生するパターンを標識として再認
識し、その繰返しにより移動量を測定する。
ペックルパターン３がＣＣＤカメラ５の視野から外れる
直前に、新たな面に発生するパターンを標識として再認
識し、その繰返しにより移動量を測定する。
【００３３】
【発明の効果】本発明は、レーザ光を直接、被計測物に
照射するために光学系が簡素化でき、外部からの振動や
衝撃に対しても効果がある。
照射するために光学系が簡素化でき、外部からの振動や
衝撃に対しても効果がある。
【００３４】さらにレーザ光は単色光であるため、スペ
ックルパターン自体にぼけが発生しない特徴があり、Ｃ
ＣＤカメラに望遠レンズを付加することにより遠方の被
計測物についても容易に上下および横移動量を測定する
ことができる。
ックルパターン自体にぼけが発生しない特徴があり、Ｃ
ＣＤカメラに望遠レンズを付加することにより遠方の被
計測物についても容易に上下および横移動量を測定する
ことができる。
【００３５】なお、本方式を応用することにより、加速
度、平均速度、震度計などに応用できる効果がある。
度、平均速度、震度計などに応用できる効果がある。
【００３６】
【図１】 この発明による実施例の構成図
【図２】 アルミニューム板に描かれた実際のスペック
ルパターン
ルパターン
【図３】 便宜的に演算装置が認識したＣＣＤ画素単位
ごとのスペックルパターン
ごとのスペックルパターン
【図４】 ＣＣＤ１画素分だけ被計測物が左に移動した
図
図
【図５】 ＣＣＤ１画素分だけ被計測物が下方に移動し
た図
た図
【図６】 さらにＣＣＤ１画素分だけ被計測物が下方に
移動した図
移動した図
【００３７】
【１】 被計測物
【２】 映像範囲
【３】 スペックルパターン
【４】 レーザ発振器
【５】 ＣＣＤカメラ
【６】 Ａ／Ｄ変換器
【７】 演算装置
【８】 ＣＲＴ
Claims (2)
- 【請求項１】 非接触で移動量を測定する方法にあっ
て、被計測物にレーザ光を照射することにより被照射域
の映像範囲に描かれたスペックルパターンを標識として
光学的に認識し、かつ、該認識画素を演算処理し、測定
数値を表示出力させてなることを特徴とするレーザ光を
利用したスペックルパターンによる上下および横移動量
の測定方法。 - 【請求項２】 非接触で上下および横移動量を測定する
装置にあって、被計測物にスペックルパターンを描かせ
るレーザ発振器と、 前記スペックルパターンを標識として捕らえるＣＣＤカ
メラと、 ＣＣＤカメラからのアナログ信号をディジタル信号に変
換するＡ／Ｄ変換器と、 Ａ／Ｄ変換手段からのディジタル信号の測定値を算出す
る演算装置と、 演算装置による測定数値を出力表示する表示手段と、か
らなることを特徴とするレーザ光を利用したスペックル
パターンによる上下および横移動量の測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5277437A JP2681745B2 (ja) | 1993-10-08 | 1993-10-08 | レーザ光を利用したスペックルパターンによる被計測物の上下および横移動量の測定方法。 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5277437A JP2681745B2 (ja) | 1993-10-08 | 1993-10-08 | レーザ光を利用したスペックルパターンによる被計測物の上下および横移動量の測定方法。 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07110216A true JPH07110216A (ja) | 1995-04-25 |
| JP2681745B2 JP2681745B2 (ja) | 1997-11-26 |
Family
ID=17583557
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5277437A Expired - Fee Related JP2681745B2 (ja) | 1993-10-08 | 1993-10-08 | レーザ光を利用したスペックルパターンによる被計測物の上下および横移動量の測定方法。 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2681745B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0949705A (ja) * | 1995-08-08 | 1997-02-18 | Kishimoto Sangyo Kk | レーザ光照射で生じさせたスペックルパターンの画像処理による被計測物の移動量測定方法 |
| WO2001020253A1 (fr) * | 1999-09-12 | 2001-03-22 | Alphatech Co., Ltd. | Procede et appareil de recherche d'objet en lumiere en speckle |
| EP1152210A2 (en) * | 2000-04-26 | 2001-11-07 | Kabushiki Kaisha Toyo Seiki Seisakusho | Method and apparatus to measure amount of movement using granular speck pattern generated by reflecting laser beam |
| JP2006511895A (ja) * | 2002-12-18 | 2006-04-06 | シンボル テクノロジーズ インコーポレイテッド | ターゲットまでの距離を測定するためのシステムを有する画像走査装置 |
| JP2007279523A (ja) * | 2006-04-10 | 2007-10-25 | Canon Inc | 画像形成装置及び画像形成方法 |
| US7487685B2 (en) | 2005-09-01 | 2009-02-10 | Kabushiki Kaisha | Strain measurement method and device |
| JP2015031623A (ja) * | 2013-08-05 | 2015-02-16 | 株式会社リコー | 変位測定装置および変位測定方法および移動体搬送装置および画像形成装置 |
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| JPH0518714A (ja) * | 1991-07-10 | 1993-01-26 | Hamamatsu Photonics Kk | スペツクル画像変位測定装置 |
-
1993
- 1993-10-08 JP JP5277437A patent/JP2681745B2/ja not_active Expired - Fee Related
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