JPH07151516A - Speckle displacement gauge - Google Patents

Speckle displacement gauge

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Publication number
JPH07151516A
JPH07151516A JP30023293A JP30023293A JPH07151516A JP H07151516 A JPH07151516 A JP H07151516A JP 30023293 A JP30023293 A JP 30023293A JP 30023293 A JP30023293 A JP 30023293A JP H07151516 A JPH07151516 A JP H07151516A
Authority
JP
Japan
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image sensor
dimensional image
data
channels
sample
Prior art date
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Pending
Application number
JP30023293A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Kamegawa
正之 亀川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Shimadzu Corp filed Critical Shimadzu Corp
Priority to JP30023293A priority Critical patent/JPH07151516A/en
Publication of JPH07151516A publication Critical patent/JPH07151516A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide a speckle displacement gauge, by which high speed phenomenon can be caught without increasing the processing speed of a circuit for calculating the cross correlation of signal processing, without wasting optical information which enters each channel of a one-dimensional image sensor, and without lowering the average signal intensity. CONSTITUTION:In a device which is adapted to receive reflected light obtained by applying laser light to a sample W by a one-dimensional image sensor 2, guide the photoelectric transfer output to an arithmetic circuit 3 to obtain the travel of a speckle pattern, and obtain the displacement of the sample W, the scanning period of the one-dimensional image sensor 2 is made shorter than the scanning period of one frame determined by the number of channels and the transfer clock frequency.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は被測定試料からの反射光
のスペックルパターンの移動量から、その試料の変位
や、あるいは歪み等を非接触で計測することのできる、
いわゆるスペックル変位計に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention is capable of non-contact measurement of displacement, strain, etc. of a sample from the amount of movement of a speckle pattern of reflected light from the sample to be measured.
The present invention relates to a so-called speckle displacement meter.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザ光等の干渉性のよい光を物体の表
面に照射したときに得られるスペックルパターンを利用
することにより、物体の微小な変位や変形量等を測定で
きることは古くから知られている。
2. Description of the Related Art It has long been known that minute displacements or deformations of an object can be measured by using a speckle pattern obtained when a surface of an object is irradiated with light having good coherence such as laser light. Has been.

【0003】このようなスペックルパターンを利用し
て、物体の所望方向への歪み量ないしは移動量を、非接
触でしかもほぼリアルタイムで測定する方法が既に提案
されている(例えば特公昭59−52963号、特公昭
61−27681号等)。
A method for measuring the amount of distortion or movement of an object in a desired direction by using such a speckle pattern in a non-contact manner and in almost real time has already been proposed (for example, Japanese Patent Publication No. 59-52963). No. 61-27681).

【0004】このらの提案方法では、基本的には、物体
の被測定部位にレーザビームを照射して得られる反射光
を1次元のイメージセンサによって光電変換してスペッ
クルパターンに応じた電気信号を得るようにするととも
に、物体の変形前後、換言すれば所定の微小時間ごとの
信号の相互相関関数を求めることにより、スペックルパ
ターンの刻々の移動量を求め、これをもって物体の被測
定部位の変位量としている。また、物体の同一点に対し
て表面法線を挟んで互いに対称な角度で2本のレーザビ
ームを照射し、それぞれのビームが作るスペックルパタ
ーンの移動量の差を求め、あるいは、被測定部位に対し
て1本のレーザビームを照射してその反射光を2方向で
観察し、各観察点で同様にして得られたスペックルパタ
ーンの移動量の差を求めることにより、物体の歪み量な
いしは変形量を求めることができる。
In these proposed methods, basically, a reflected light obtained by irradiating a measured portion of an object with a laser beam is photoelectrically converted by a one-dimensional image sensor and an electric signal corresponding to a speckle pattern is obtained. Is obtained, before and after the deformation of the object, in other words, by obtaining the cross-correlation function of the signal for each predetermined minute time, the momentary movement amount of the speckle pattern is obtained, and with this, the measured portion of the object is measured. The amount of displacement is used. Further, two laser beams are irradiated to the same point of the object at an angle symmetrical to each other with the surface normal therebetween, and the difference in the movement amount of the speckle pattern formed by each beam is obtained, or By irradiating a single laser beam on the above and observing the reflected light in two directions, and obtaining the difference in the movement amount of the speckle pattern obtained in the same manner at each observation point, the distortion amount of the object or The amount of deformation can be calculated.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の計
測において、より高速の現象を捕らえようとすると、1
次元イメージセンサのスキャンレートを上げる、つまり
走査周期を短くすることが必要となる。一方、この種の
計測ではリアルタイムでの計測が不可欠であるため、イ
メージセンサからの出力信号は直ちに相関の計算処理に
用いられる必要があり、高速の現象の把握のためには信
号の相関を計算する回路、例えばA−D変換器を含むコ
ンピュータシステム等の処理速度をも上げる必要があ
る。
By the way, in a measurement of this kind, if an attempt is made to capture a higher speed phenomenon,
It is necessary to increase the scan rate of the three-dimensional image sensor, that is, to shorten the scanning cycle. On the other hand, in this type of measurement, real-time measurement is indispensable, so the output signal from the image sensor must be used immediately for correlation calculation processing, and in order to grasp high-speed phenomena, the signal correlation must be calculated. It is also necessary to increase the processing speed of the circuit to be processed, for example, a computer system including an AD converter.

【0006】従って、高速の現象を捕らえるべくイメー
ジセンサのスキャンレートを上げても、その信号の相関
を計算する回路に限界があって、その限界を越えてイメ
ージセンサのスキャンレートを上げる場合、処理に用い
るイメージセンサのチャンネル数を減らす必要が生じて
くる。この場合、全チャンネルをスキャンしてからその
一部のデータのみを利用するのでは他のチャンネルに入
った情報を捨てることになるばかりでなく、露出時間も
短くなることから平均信号強度も低下してしまうという
問題がある。
Therefore, even if the scan rate of the image sensor is increased to catch a high-speed phenomenon, there is a limit in the circuit for calculating the correlation of the signal, and when the scan rate of the image sensor is increased beyond the limit, processing is performed. It becomes necessary to reduce the number of channels of the image sensor used for. In this case, scanning all channels and using only part of the data not only discards the information that has entered other channels, but also shortens the exposure time and thus reduces the average signal strength. There is a problem that it will end up.

【0007】すなわち、1次元イメージセンサにおいて
は、そのチャンネル数をnとするとn個の画素とその画
素数に対応する転送部であるnビットのアナログシフト
レジスタを持ち、スタートパルスによって各画素からの
光電変換信号をそれぞれに対応するレジスタ内に一旦格
納した後、転送クロックによってnビットシフトレジス
タ内の情報をシリアルに取り出すが、スタートパルスの
発生周期、つまり走査周期の間に、通常はn回の転送ク
ロックを発生させ、全チャンネル分の光電変換信号、つ
まり1フレーム分のデータを外部に取り出す。つまり、
nチャンネルの1次元イメージセンサでは、その全チャ
ンネルのデータを取り出すためには、転送クロック周期
をt(従って転送クロック周波数が1/t)としたと
き、走査周期Tはn×tとなる。
That is, the one-dimensional image sensor has n pixels and an n-bit analog shift register which is a transfer unit corresponding to the number of pixels, where n is the number of channels, and a start pulse causes a pixel to shift from each pixel. After the photoelectric conversion signals are temporarily stored in the corresponding registers, the information in the n-bit shift register is taken out serially by the transfer clock. Normally, n times are generated during the generation period of the start pulse, that is, the scanning period. A transfer clock is generated, and photoelectric conversion signals for all channels, that is, data for one frame are taken out. That is,
In the n-channel one-dimensional image sensor, in order to extract the data of all the channels, when the transfer clock cycle is t (the transfer clock frequency is 1 / t), the scanning cycle T is n × t.

【0008】今、例えば図4(A)に示すように、20
00チャンネルの1次元イメージセンサを用い、転送ク
ロックの周期が1μsec としたとき、スタートパルスの
周期Tは2msec となり、フレームレートは500Hz
となる。この状態で相関を計算する回路の処理速度が限
界であったとするとき、より高速の現象を捕らえること
を目的として、図4(B)に示すように転送クロックの
周期tを0.5μsecとしてフレームレートを1kHz
と2倍にしたとき、相関計算のための回路の処理速度の
限界から、イメージセンサから得られる2000ポイン
トのデータのうち、1000ポイント分のデータしか処
理できず、残った1000ポイント分のデータは捨てる
必要があるとともに、イメージセンサの各画素の露光時
間は半分となることから、信号の平均強度は1/2とな
る。更に高速の現象を捕らえるべくフレームレートを2
kHzとする場合、図4(C)に示すように同様にして
転送クロックの周期tが0.25μsec でスタートパル
スの周期Tが500μsecとなり、この場合には処理に
供されるデータは500ポイント分のみで1500ポイ
ントのデータは捨てられ、信号の平均強度は1/4に低
下してしまうことになる。
Now, for example, as shown in FIG.
Using a 00-channel one-dimensional image sensor, and assuming that the transfer clock cycle is 1 μsec, the start pulse cycle T is 2 msec and the frame rate is 500 Hz.
Becomes If the processing speed of the circuit for calculating the correlation is the limit in this state, the frame of the transfer clock cycle t is set to 0.5 μsec as shown in FIG. 4B for the purpose of catching a higher speed phenomenon. Rate 1 kHz
When doubled, due to the limitation of the processing speed of the circuit for correlation calculation, only 1000 points of data can be processed out of 2000 points of data obtained from the image sensor, and the remaining 1000 points of data can be processed. Since it is necessary to discard it, and the exposure time of each pixel of the image sensor is halved, the average intensity of the signal is halved. Set the frame rate to 2 to catch even higher speed phenomena.
When the frequency is set to kHz, the cycle t of the transfer clock is 0.25 μsec and the cycle T of the start pulse is 500 μsec, as shown in FIG. 4C. With this alone, the data of 1500 points is discarded, and the average intensity of the signal is reduced to 1/4.

【0009】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
ので、信号の相互相関を計算する回路の処理速度を上げ
ることなく、また、1次元イメージセンサの各チャンネ
ルに入った光情報を無駄にすることなく、しかも平均信
号強度を低下させることなく、より高速の現象を捕らえ
ることのできるスペックル変位計の提供を目的としてい
る。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and does not increase the processing speed of the circuit for calculating the cross-correlation of signals, and wastes optical information in each channel of the one-dimensional image sensor. It is an object of the present invention to provide a speckle displacement gage capable of catching a higher speed phenomenon without reducing the average signal intensity.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のスペックル変位計は、被測定試料Wにレー
ザ光を照射する照射光学系1と、その光の被測定試料W
による反射光を刻々と受光する所定チャンネル数の1次
元イメージセンサ2と、そのイメージセンサ2の出力を
用いてスペックルパターンの移動量を求める演算回路3
を備え、スペックルパターンの移動量から被測定試料の
変位量を得る変位計において、1次元イメージセンサ2
が、この1次元イメージセンサ2のチャンネル数nと転
送クロック周波数1/tで定まる1フレームの走査周期
Tよりも短い周期τで走査されるよう構成されているこ
とによって特徴づけられる。
In order to achieve the above-mentioned object, a speckle displacement meter of the present invention comprises an irradiation optical system 1 for irradiating a sample W to be measured with laser light, and a sample W to be measured of the light.
The one-dimensional image sensor 2 having a predetermined number of channels for receiving the reflected light by the moment, and the arithmetic circuit 3 for obtaining the movement amount of the speckle pattern using the output of the image sensor 2.
A one-dimensional image sensor 2 in a displacement meter that is provided with: and obtains the amount of displacement of the sample to be measured from the amount of movement of the speckle pattern.
Is characterized in that the scanning is performed with a period τ shorter than the scanning period T of one frame determined by the number of channels n of the one-dimensional image sensor 2 and the transfer clock frequency 1 / t.

【0011】[0011]

【作用】前記したように、nチャンネルの1次元イメー
ジセンサ2の全チャンネル分のデータすなわち1フレー
ム分のデータを取り出すためには、t×n=Tの走査周
期が必要であるが、本発明では、図2に示すように1次
元イメージセンサ2の走査周期τを例えばT/2とす
る。この場合、1次元イメージセンサ2のシフトレジス
タに蓄積されたnチャンネル分のデータの半分が転送し
きれないうちに、次のフレームデータがシフトレジスタ
に蓄積され、先の走査時における後半のデータ(C4
1 )と次の走査時における前半のデータ(C8
5 )が加算されることになる。
As described above, the scanning cycle of t × n = T is required to retrieve the data for all channels of the n-channel one-dimensional image sensor 2, that is, the data for one frame. Then, as shown in FIG. 2, the scanning period τ of the one-dimensional image sensor 2 is, for example, T / 2. In this case, the next frame data is accumulated in the shift register before half of the data for n channels accumulated in the shift register of the one-dimensional image sensor 2 has been transferred, and the latter half of the data in the previous scanning ( C 4 ~
C 1 ) and the first half data (C 8 ~
C 5 ) will be added.

【0012】イメージセンサを物体の形状等を知るため
に用いる場合は、このような使い方では像がオーバーラ
ップしてしまうために十分な機能を発揮し得ない。しか
し、スペックルパターンの移動量を求めるために1次元
イメージセンサ2を用いる場合、スペックルパターンは
ランダムなパターンであるため、上記した加算後のデー
タ(例えばC4 +C8 )はランダム+ランダムであっ
て、被測定試料Wの移動に伴いスペックルパターンが平
行移動する性質はそのまま保存され、このようなデータ
の相互相関を計算することによってスペックルパターン
の移動量の算出は十分に可能である。
When the image sensor is used for knowing the shape of an object or the like, the images cannot overlap in such a way because the images overlap each other. However, when the one-dimensional image sensor 2 is used to obtain the movement amount of the speckle pattern, the speckle pattern is a random pattern, and thus the data after addition (for example, C 4 + C 8 ) is random + random. Therefore, the property that the speckle pattern moves in parallel with the movement of the sample W to be measured is preserved as it is, and the amount of movement of the speckle pattern can be sufficiently calculated by calculating the cross-correlation of such data. .

【0013】そしてこの場合、相関を計算する演算回路
3の処理速度の限界がn個のデータ処理にTの時間を要
するとしたとき、各チャンネルに入射したn個の光情報
は、τ間に例えばC4 +C8 としてn/2個のデータと
して取り出されるため、T/2の間に全チャンネルのデ
ータを用いた計算処理が可能となり、捨てさられるデー
タはない。
In this case, if it is assumed that the processing speed of the arithmetic circuit 3 for calculating the correlation has a limit of T to process the data of n pieces, the n pieces of optical information incident on each channel are between τ. For example, as C 4 + C 8 is taken out as n / 2 pieces of data, it is possible to perform calculation processing using the data of all channels during T / 2, and no data is discarded.

【0014】また、τをT/2とすることにより、各チ
ャンネルの画素の露光時間は1/2となるが、データは
2回分の露光の加算値として取り出されるから、信号の
平均強度も低下することがない。
Further, by setting τ to T / 2, the exposure time of the pixel of each channel is halved, but since the data is taken out as the added value of the exposures of two times, the average intensity of the signal also decreases. There is nothing to do.

【0015】[0015]

【実施例】図1は本発明実施例の全体構成を示す模式図
である。被測定試料Wの被測定部位に、レーザ光源1a
とレンズ1bとからなる照射光学系1からのレーザ光が
照射される。このレーザ光の被測定試料Wからの反射光
は、nチャンネルの1次元イメージセンサ2に観察され
る。1次元イメージセンサ2の出力は、A−D変換器を
含み、かつ、コンピュータを主体とする演算回路3に採
り込まれ、公知の演算によって各時点の信号間の相互相
関が計算され、スペックルパターンの移動量、つまり被
測定試料Wの被測定部位における変位量が求められる。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall construction of an embodiment of the present invention. The laser light source 1a is placed on the measured portion of the measured sample W.
The laser light from the irradiation optical system 1 including the lens 1b is irradiated. The reflected light of the laser light from the measured sample W is observed by the n-channel one-dimensional image sensor 2. The output of the one-dimensional image sensor 2 is included in an arithmetic circuit 3 including an A / D converter and mainly composed of a computer, and the cross-correlation between signals at respective time points is calculated by a known arithmetic operation. The amount of movement of the pattern, that is, the amount of displacement of the measured sample W at the measured portion is obtained.

【0016】1次元イメージセンサ2は、ドライバ4か
らそのスタートパルスおよび転送クロックパルスが供給
される。この例においてスタートパルスの周期τは、転
送クロックの周波数1/tとチャンネル数nによって定
まる通常の1フレーム分の走査周期T=t×nの1/2
である。これにより、1次元イメージセンサ2からの出
力は、周期τの間に、以下にしめすように2つのチャン
ネル分の出力が加算されたものがn/2個だけ取り出さ
れ、演算回路3に供給されることになる。
The start pulse and the transfer clock pulse are supplied from the driver 4 to the one-dimensional image sensor 2. In this example, the period τ of the start pulse is ½ of the normal one-frame scanning period T = t × n, which is determined by the frequency 1 / t of the transfer clock and the number of channels n.
Is. As a result, as for the output from the one-dimensional image sensor 2, only n / 2 of the outputs obtained by adding the outputs of the two channels are taken out during the period τ as shown below and supplied to the arithmetic circuit 3. Will be.

【0017】図2は1次元イメージセンサ2の動作説明
図である。1次元イメージセンサ2のチャンネル数nは
実際には例えば2000程度であるが、この図において
は説明の簡単化のためにn=8としている。従ってこの
説明では、転送クロックパルスの周波数を1/t(周期
t)としたとき、走査周期すなわちスタートパルスの発
生周期τは4tである。
FIG. 2 is an explanatory diagram of the operation of the one-dimensional image sensor 2. The number n of channels of the one-dimensional image sensor 2 is actually about 2000, for example, but in this figure, n = 8 for simplification of description. Therefore, in this description, when the frequency of the transfer clock pulse is 1 / t (period t), the scanning period, that is, the generation period τ of the start pulse is 4t.

【0018】(A)に示すように、最初のスタートパル
スが供給されと、光電変換部であるS1 〜S8 で示され
る8個の画素からの光電変換信号は、転送部であるCC
Dアナログシフトレジスタ2aの各対応領域に転送され
る。各画素S1 〜S8 からの光電変換信号(電荷量)を
1 〜C8 で表すと、最初のスタートパルス発生によっ
てシフトレジスタ2aの各領域には(A)に示すような
電荷が蓄えられることになる。
As shown in (A), when the first start pulse is supplied, the photoelectric conversion signals from the eight pixels S 1 to S 8 which are photoelectric conversion units are transferred to the CC which is a transfer unit.
The data is transferred to each corresponding area of the D analog shift register 2a. When the photoelectric conversion signals (charge amounts) from the pixels S 1 to S 8 are represented by C 1 to C 8 , the electric charge as shown in (A) is stored in each area of the shift register 2a by the first start pulse generation. Will be done.

【0019】転送クロックパルスは周期tで発生し、こ
の転送クロックパルスが供給されるごとにシフトレジス
タ2a内のデータC1 〜C8 がシフトされることになる
が、最初のスタートパルスの発生後、時間4tが経過し
て4個の転送クロックパルスが供給された時点では、
(B)に示すように、C5 〜C8 は外部にはきだされ、
1 〜C4 がシフトレジスタ2a内に残った状態とな
る。
The transfer clock pulse is generated at the cycle t, and the data C 1 to C 8 in the shift register 2a are shifted every time the transfer clock pulse is supplied, but after the first start pulse is generated. , At the time when four transfer clock pulses are supplied after the time 4t has passed,
As shown in (B), C 5 to C 8 are exposed to the outside,
C 1 -C 4 is remaining state in the shift register 2a.

【0020】そしてこの4tが経過した時点で、次のス
タートパルスが供給される。この2つ目のスタートパル
スの供給により、シフトレジスタ2aには、(C)に示
すように、先のスタートパルスによってシフトレジスタ
2aに転送されたデータC1〜C4 が残っている領域に
次のデータC5 〜C8 が転送されることになり、これら
の領域では、それぞれ2つのスタートパルスの発生時点
に転送された互いに異なる画素のデータの和、つまりC
1 +C5 ,C2 +C6 ・・・・が格納された状態となる。
At the time when this 4t has passed, the next start pulse is supplied. By the supply of this second start pulse, the shift register 2a is moved to the area where the data C 1 to C 4 transferred to the shift register 2a by the previous start pulse are left, as shown in (C). Data C 5 to C 8 of each pixel are transferred, and in these areas, the sum of data of pixels different from each other transferred at the time of generation of two start pulses, that is, C
1 + C 5 , C 2 + C 6, ... Are stored.

【0021】2つ目のスタートパルスの発生後に転送ク
ロックパルスが供給されるごとに、(D)に示すよう
に、シフトレジスタ2aからはC4 +C8 、C3 +C7
・・・・の順でデータが外部に取り出されて演算回路3に採
り込まれていくことになる。
Each time a transfer clock pulse is supplied after the second start pulse is generated, as shown in (D), the shift register 2a outputs C 4 + C 8 and C 3 + C 7
The data is taken out in the order of ... And incorporated into the arithmetic circuit 3.

【0022】そして2つ目のスタートパルスの発生後、
時間4tが経過して3つ目のスタートパルスが発生する
までの間に、以上のような2つのデータの和からなるn
/2個のデータが演算回路3に採り込まれ、3つ目のス
タートパルスの発生時点ではシフトレジスタ2aには再
び(B)に示すようにその半分の領域に2つ目のスター
トパルスで転送されたデータC1 〜C4 が残った状態と
なり、3つ目のスタートパルスの発生によって、2つ目
の場合と同様に(C)に示すように先の走査によりシフ
トレジスタ2aに転送されたデータC1 〜C4 が残って
いる領域に次のデータC5 〜C8 が転送されることにな
る。
After the second start pulse is generated,
During the period from the time 4t to the generation of the third start pulse, n consisting of the sum of the above two data
/ 2 pieces of data are taken into the arithmetic circuit 3, and when the third start pulse is generated, the data is transferred to the shift register 2a again by the second start pulse to the half area as shown in (B). The generated data C 1 to C 4 remain and are transferred to the shift register 2a by the previous scan as shown in (C) as in the case of the second case by the generation of the third start pulse. data C 1 -C 4 follows the space remaining data C 5 -C 8 is to be transferred.

【0023】以上の動作を繰り返すことにより、2つ目
のスタートパルスが供給された後には、シフトレジスタ
2aからは常に前回と今回のスタートパルスによりシフ
トレジスタ2aに転送された、それぞれ互いに異なる画
素S1 とS5 、S2 とS6 、S3 とS7 およびS4 とS
8 からのデータの和、つまりC1 +C5 、C2 +C6・・・
・が取り出されることになる。
By repeating the above-mentioned operation, after the second start pulse is supplied, the different pixels S which are always transferred from the shift register 2a to the shift register 2a by the previous and present start pulses. 1 and S 5 , S 2 and S 6 , S 3 and S 7, and S 4 and S
Sum of data from 8 , namely C 1 + C 5 , C 2 + C 6 ...
・ Will be taken out.

【0024】以上のような1次元イメージセンサ2の動
作によれば、走査周期τの間にチャンネル数nの1/2
のデータが出力され、また、これらの個々のデータは2
つのスタートパルスにより得られた2つの画素からのデ
ータの和であって、言わばnチャンネルのn個のデータ
がn/2個に凝集したものとなり、データ数はn/2で
あるもののその内容は全チャンネルn個のデータが揃っ
たものとなる。
According to the operation of the one-dimensional image sensor 2 as described above, 1/2 of the number of channels n is obtained during the scanning period τ.
Data is output, and these individual data are 2
It is the sum of the data from the two pixels obtained by one start pulse, so to speak, n pieces of data of n channels are aggregated into n / 2 pieces, and the number of data is n / 2, but the content is The data for all n channels are collected.

【0025】演算回路3は、従って、通常の1フレーム
分のデータを処理する場合に比して処理すべきデータ数
が1/2となることから、1次元イメージセンサ2の走
査周期τを、通常のTから1/2、つまりスキャンレー
トを2倍にしても、もとの処理速度のもとに相関を計算
することができる。しかも、その処理にはn個の画素に
入射した光情報の全てが用いられることになる。また、
データの平均強度についても、走査周期を1/2にして
いるために個々の画素からの信号(C1 、C2・・・・)の
平均強度は1/2になるものの、2つの信号の和の形で
取り出されるため、演算回路3にはもとの強度と同じ平
均強度の信号が供給されることになる。
Therefore, since the number of data to be processed by the arithmetic circuit 3 is 1/2 as compared with the case of processing one frame of normal data, the scanning cycle τ of the one-dimensional image sensor 2 is Even if the scan rate is doubled from the normal T, that is, the correlation can be calculated based on the original processing speed even if the scan rate is doubled. Moreover, all of the optical information incident on the n pixels is used for the processing. Also,
Regarding the average intensity of the data, the average intensity of the signals (C 1 , C 2 ...) From the individual pixels is halved because the scanning period is halved. Since the signals are extracted in the form of sum, the arithmetic circuit 3 is supplied with a signal having the same average intensity as the original intensity.

【0026】ここで、演算回路3には常に2つの画素か
らの光情報信号の和の形のデータが採り込まれ、2つの
画素に入射した光信号が重複した画像信号となってしま
うが、これらのデータは撮像に供されるのではなく、ラ
ンダムパターンであるスペックルパターンの移動量を算
出するために用いられるものであり、ランダム+ランダ
ム=ランダムであることから、数画素分のデータを加算
したものを用いてもその用途には全く問題はない。
Here, the arithmetic circuit 3 always takes in the data in the form of the sum of the optical information signals from the two pixels, and the optical signals incident on the two pixels become an overlapping image signal. These data are not used for imaging, but used for calculating the movement amount of the speckle pattern that is a random pattern. Since random + random = random, data for several pixels are stored. Even if the sum is used, there is no problem in its use.

【0027】以上の本発明実施例の適用により、例えば
図3に示すように、1次元イメージセンサ2のチャンネ
ル数nが2000で転送クロックパルスの周期tが1μ
secである場合、1フレーム分のデータを個々に用いる
従来の動作方式では(A)に示すように走査周期Tが2
msec であったものを、上記した本発明実施例では
(B)に示すようにスタートパルスの周期τのみをT/
2として、(A)の場合と同じ平均強度の信号を得ると
ともに、全チャンネルのデータが無駄なく用いられるこ
とになる。
By applying the embodiment of the present invention described above, for example, as shown in FIG. 3, the number of channels n of the one-dimensional image sensor 2 is 2000 and the period t of the transfer clock pulse is 1 μ.
In the case of sec, in the conventional operation method in which the data for one frame is individually used, the scanning cycle T is 2 as shown in (A).
However, in the above-described embodiment of the present invention, only the period τ of the start pulse is T / msec.
2, the signal of the same average intensity as in the case of (A) is obtained, and the data of all channels are used without waste.

【0028】なお、以上の実施例ではスタートパルスの
周期τをn×t/2としたが、本発明はこれに限定され
ることなく、τはn×t=Tよりも短い任意の周期、好
ましくはn×tの任意の整数分の1の周期とすることが
できる。例えばτ=n×t/4とすることにより、更に
高速の現象を捕らえることが可能となる。この場合、シ
フトレジスタ2aからは4個の画素からの信号の和の形
でデータが取り出されることになり、この場合でも図3
(C)に示すように信号の平均強度は(A)と同等のも
のとなり、しかも実質的に全チャンネルのデータが演算
回路3による処理に供されることになる。ただし、τが
Tに比して大幅に小さい場合、例えば数十個の画素から
の信号の和の形でデータが取り出される場合には、全て
のデータの差が少なくなり好ましくはない。
Although the period τ of the start pulse is n × t / 2 in the above embodiments, the present invention is not limited to this, and τ is any period shorter than n × t = T, Preferably, it may be a cycle of an arbitrary integer fraction of n × t. For example, by setting τ = n × t / 4, it becomes possible to catch a phenomenon at a higher speed. In this case, the data is taken out from the shift register 2a in the form of the sum of the signals from the four pixels.
As shown in (C), the average intensity of the signal becomes equivalent to that in (A), and moreover, the data of substantially all channels are provided to the processing by the arithmetic circuit 3. However, when τ is significantly smaller than T, for example, when data is extracted in the form of the sum of signals from several tens of pixels, the difference between all data is small, which is not preferable.

【0029】また、以上の実施例では一つのスペックル
パターンの移動量を算出することによってレーザ光の照
射部位の変位を求めたが、レーザ光の照射により得られ
る反射光を2つの位置で観察してそれぞれのスペックル
パターンの移動量を求め、これらの差を求めることによ
って、被測定試料の変形ないしは歪み量を求める場合に
も、個々のスペックルパターンの移動量の算出に際して
本発明を全く同様に適用し得ることは勿論である。
Further, in the above embodiment, the displacement of the laser light irradiation portion was obtained by calculating the movement amount of one speckle pattern, but the reflected light obtained by the laser light irradiation is observed at two positions. Then, the amount of movement of each speckle pattern is obtained, and even if the amount of deformation or distortion of the sample to be measured is obtained by obtaining the difference between them, the present invention is not necessary when calculating the amount of movement of each speckle pattern. Of course, the same can be applied.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被測定試料にレーザ光を照射して得られる反射光を所定
チャンネル数の1次元イメージセンサによって受光し、
そのイメージセンサの出力を用いてスペックルパターン
の移動量を求め、その移動量から被測定試料の変位量を
得る変位計において、1次元イメージセンサの走査周期
を、その1次元イメージセンサのチャンネル数と転送ク
ロック周波数で定まる1フレームの走査周期よりも短い
周期で走査するように構成したから、イメージセンサか
らの出力をデジタル化するA−D変換器を含めて、イメ
ージセンサの出力の相互相関を計算する演算回路の処理
速度が一定であっても、全チャンネルに入射した光情報
を用いて、かつ、その光電変換信号の平均強度を低下さ
せるたとなく、より高速の現象を捕らえることが可能と
なる。
As described above, according to the present invention,
Reflected light obtained by irradiating the sample to be measured with laser light is received by a one-dimensional image sensor with a predetermined number of channels,
In a displacement meter that obtains the amount of movement of the speckle pattern using the output of the image sensor and obtains the amount of displacement of the sample to be measured from the amount of movement, the scanning period of the one-dimensional image sensor is the number of channels of the one-dimensional image sensor. Since it is configured to scan at a cycle shorter than the scanning cycle of one frame determined by the transfer clock frequency, the cross-correlation of the output of the image sensor including the AD converter that digitizes the output from the image sensor is included. Even if the processing speed of the arithmetic circuit for calculation is constant, it is possible to capture a higher-speed phenomenon by using the optical information incident on all channels and without lowering the average intensity of the photoelectric conversion signal. Become.

【0031】また、相関計算処理回路は変位計としての
スピードの限界を決めないが、イメージセンサの方がそ
の限界を決めてしまうような場合において、イメージセ
ンサの最大許容転送クロック周波数で決まるフレームレ
ートを越えて信号を採りたい場合にも、本発明は有効で
ある。
Further, the correlation calculation processing circuit does not determine the limit of the speed of the displacement meter, but in the case where the image sensor determines the limit, the frame rate determined by the maximum allowable transfer clock frequency of the image sensor. The present invention is also effective when it is desired to collect a signal beyond the range.

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

【図1】本発明実施例の構成を示す模式図FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】その1次元イメージセンサ2の動作説明図FIG. 2 is an operation explanatory diagram of the one-dimensional image sensor 2.

【図3】本発明実施例の作用説明図FIG. 3 is an explanatory view of the operation of the embodiment of the present invention.

【図4】従来のスペックル変位計でより高速の現象を捕
らえようとするための対策とその問題点の説明図
FIG. 4 is an explanatory diagram of measures for trying to catch a higher-speed phenomenon with a conventional speckle displacement meter and its problems.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 照射光学系 1a レーザ光源 1b レンズ 2 1次元イメージセンサ 2a CCDアナログシフトレジスタ 3 演算回路 4 ドライバ 1 Irradiation optical system 1a Laser light source 1b Lens 2 One-dimensional image sensor 2a CCD analog shift register 3 Arithmetic circuit 4 Driver

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被測定試料にレーザ光を照射する照射光
学系と、その光の被測定試料による反射光を刻々と受光
する所定チャンネル数の1次元イメージセンサと、その
イメージセンサの出力を用いてスペックルパターンの移
動量を求める演算回路を備え、そのスペックルパターン
の移動量から被測定試料の変位量を得る変位計におい
て、上記1次元イメージセンサが、当該1次元イメージ
センサのチャンネル数と転送クロック周波数で定まる1
フレームの走査周期よりも短い周期で走査されるよう構
成されていることを特徴とするスペックル変位計。
1. An irradiation optical system for irradiating a sample to be measured with laser light, a one-dimensional image sensor having a predetermined number of channels for receiving the reflected light of the light from the sample to be measured, and the output of the image sensor are used. In a displacement meter that includes an arithmetic circuit that obtains the movement amount of the speckle pattern and obtains the displacement amount of the sample to be measured from the movement amount of the speckle pattern, the one-dimensional image sensor has the number of channels of the one-dimensional image sensor. Determined by transfer clock frequency 1
A speckle displacement meter characterized by being configured to scan at a cycle shorter than a frame scan cycle.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6642506B1 (en) 2000-06-01 2003-11-04 Mitutoyo Corporation Speckle-image-based optical position transducer having improved mounting and directional sensitivities
US6873422B2 (en) 2000-12-08 2005-03-29 Mitutoyo Corporation Systems and methods for high-accuracy displacement determination in a correlation based position transducer
CN103090811A (en) * 2013-01-08 2013-05-08 清华大学 Micro speckle epoxy film preparation and transferring method

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