(57)【要約】【課題】簡易な手段により被計測物の変位を粒状斑点模様の変位として拡大し、計測することができるレーザ反射光による被計測物の高精度変位計測方法とその装置を提供するものである。【解決手段】被測定物３の表面にレーザ光を照射するレーザ投光機１と、前記レーザ光の反射光である粒状斑点模様を撮像する受光部２と、被計測物３の変位が拡大して現れる粒状斑点模様の変位を計測する画像処理装置６と、この粒状斑点模様の変位から被計測物３の変位を求める演算装置７とから構成してあり、前記レーザ投光機１は被計測物３の表面とレーザ投光機１との間に焦点９を有するクロス光８ａを被測定物３の表面に照射し、該クロス光８ａは焦点９から被計測物３の表面までの距離Ｌｓと被計測物３の表面から受光部２までの距離Ｌ０の比が０＜Ｌｓ／Ｌ０≦１／３であることを特徴とする。【選択図】図１
2008304190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物表面にレーザ光を照射し、前記レーザ光の反射光である粒状斑点模様を受光部で撮像し、被計測物の変位が拡大して現れる粒状斑点模様の変位を計測し、この粒状斑点模様の変位から被計測物の変位を求めるレーザ反射光による被計測物の変位計測方法であって、前記レーザ光をレーザ投光機と被計測物表面との間に焦点を有するクロス光とし、該クロス光の焦点から被計測物表面までの距離Ｌｓと被計測物表面から受光部までの距離Ｌ０の比が０＜Ｌｓ／Ｌ０≦１／３であることを特徴とするレーザ反射光による被計測物の変位計測方法。
【請求項２】
前記受光部がＣＣＤ素子からなり、該ＣＣＤ素子の前方に外来光を遮断する暗視筒を装着して粒状斑点模様を直接撮像するようにした請求項１に記載のレーザ反射光による被計測物の変位計測方法。
【請求項３】
被測定物表面の法線方向に対して前記レーザ光を角度θＳで照射し、受光部を角度θ０の方向に配置したときに、計測した粒状斑点模様の変位量Ａｘから下記数１式に基づいて被計測物の変位量ａｘを求めるようにした請求項１又は２に記載のレーザ反射光による被計測物の変位計測方法。
【数１】
2008304190.tif 000013
【請求項４】
前記距離Ｌｓと距離Ｌ０の比（Ｌｓ／Ｌ０）を変えて、被計測物の変位に対する粒状斑点模様の変位の拡大率を調整するようにした請求項１乃至３の何れかに記載のレーザ反射光による被計測物の変位計測方法。
【請求項５】
被測定物表面にレーザ光を照射するレーザ投光機と、前記レーザ光の反射光である粒状斑点模様を撮像する受光部と、被計測物の変位が拡大して現れる粒状斑点模様の変位を計測する画像処理装置と、この粒状斑点模様の変位から被計測物の変位を求める演算装置とからなるレーザ反射光による被計測物の変位計測装置であって、前記レーザ投光機は被計測物表面とレーザ投光機との間に焦点を有するクロス光を被測定物表面に照射し、該クロス光は焦点から被計測物表面までの距離Ｌｓと被計測物表面から受光部までの距離Ｌ０の比が０＜Ｌｓ／Ｌ０≦１／３であることを特徴とするレーザ反射光による被計測物の変位計測装置。
【請求項６】
前記受光部がＣＣＤ素子からなり、該ＣＣＤ素子の前方に外来光を遮断する暗視筒を装着して粒状斑点模様を直接撮像するようにした請求項５に記載のレーザ反射光による被計測物の変位計測装置。
【請求項７】
被測定物表面の法線方向に対して前記レーザ光を角度θＳで照射するようにレーザ投光機を配置し、被測定物表面の法線方向に対して角度θ０の方向に受光部を配置し、前記演算装置が計測した粒状斑点模様の変位量Ａｘから下記数２式に基づいて被計測物の変位量ａｘを求めるようにした請求項５又は６に記載のレーザ反射光による被計測物の変位計測装置。
【数２】
2008304190.tif 000014
【請求項８】
前記距離Ｌｓと距離Ｌ０の比（Ｌｓ／Ｌ０）を可変制御して、被計測物の変位に対する粒状斑点模様の変位の拡大率を調整する拡大率調整機構を備えた請求項５乃至７の何れかに記載のレーザ反射光による被計測物の変位計測装置。
【請求項９】
前記拡大率調整機構がレーザ投光機のレンズ位置を調整して前記距離Ｌｓと距離Ｌ０の比（Ｌｓ／Ｌ０）を可変制御するようにした請求項８に記載のレーザ反射光による被計測物の変位計測装置。
【請求項１０】
前記拡大率調整機構が被計測物に対するレーザ投光機の位置を調整して前記距離Ｌｓと距離Ｌ０の比（Ｌｓ／Ｌ０）を可変制御するようにした請求項８に記載のレーザ反射光による被計測物の変位計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ反射光を利用し、非接触により被計測物の変位を計測する被計測物の変位計測方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面がミクロ的不均一な被計測物表面に、非常に干渉性の高いレーザ光を照射すると、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って、被計測物表面の粗面に基づく固有の粒状斑点模様が発生することが知られている。この単位粒状斑点模様が被計測物の変化や同一性などの計測に使用されている。
【０００３】
粒状斑点模様は、被計測物が二次元的な移動現象を生じると、それに伴い粒状斑点模様も二次元的に移動作用する性質があり、この粒状斑点模様の移動量を計測することにより被計測物の移動量を計測することができる。従来、粒状斑点模様を利用した被計測物の変位計測には、被計測物表面に照射するレーザ光の形状として、図４（ｂ）に示すスポット光、図４（ｃ）に示すストレート光、図４（ｄ）に示すビーム光が使用されていた。
【０００４】
また、被計測物にクロス光を照射するレーザ投光機と、レーザ反射光である粒状斑点模様を標識として撮像する撮像機と、撮像した粒状斑点模様を画像処理する画像処理装置とからなるレーザ反射光による被計測物の計測装置が、本願発明者によって提案されている（特許文献１参照）。被計測物に発光波長６７０ｎｍのクロス光８ａを照射して計測した場合は、図９に示すように、被計測物の移動量の計測誤差は１．０３４４μｍ（±０．５１７２μｍ）である。一方、被計測物に発光波長６７０ｎｍのストレート光８ｃを照射して計測した場合は、図１０に示すように、被計測物の移動量の計測誤差は３．４４８μｍ（±１．７２４μｍ）であり、被計測物にクロス光８ａを照射して計測した場合は、従来のストレート光８ｃを使用した場合より計測誤差を１／３以下に減少できることが示されている。
【０００５】
また、移動する被計測物にレーザ光を照射し、粒状斑点模様を利用して被計測物の移動距離等を計測する装置において、レーザ投光機と被計測物との間に配置した第一光学系によってレーザ光を被計測物表面に収束させたスポット光を照射し、第一光学系の倍率Ｋと被計測物から受光部までの距離Ｌの積（Ｋ×Ｌ）で被計測物の移動距離を粒状斑点模様の移動距離に拡大し、粒状斑点模様の変化から被計測物の移動距離を求める方法は知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−５５１７６号公報
【特許文献２】特開平９−１７８４２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
被計測物の移動量の計測精度は受光部のＣＣＤ画素の間隔により決まるが、特許文献１に記載の計測装置は、受光部のＣＣＤ素子を高密度タイプに変えることなく、照射するレーザ光の形状を変えることにより、レーザ光としてストレート光を使用した場合より計測誤差を小さくすることができた。しかし、特許文献１に記載の計測装置は、被計測物に照射するクロス光の焦点位置と被計測物の移動量の計測精度との関係が明確でなかった。本発明は、レーザ反射光による被計測物の計測装置において、被計測物に照射するクロス光の焦点位置と被計測物の移動量の計測精度との関係を明確にすることを目的としている。
【０００８】
また、特許文献２に記載の計測装置は、被計測物の移動量に対する粒状斑点模様の移動量の拡大率が、第一光学系の倍率Ｋと被計測物から受光部までの距離Ｌに依存している。このため、被計測物から受光部までの距離が一定の場合に、被計測物の移動量に対する粒状斑点模様の移動量の拡大率を変えるには、第一光学系を倍率の異なる光学系に変える必要があり、コストが掛かるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、簡易な手段により被計測物の変位を粒状斑点模様の変位として拡大し、計測することができるレーザ反射光による被計測物の高精度変位計測方法とその装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するために、被測定物表面にレーザ光を照射し、前記レーザ光の反射光である粒状斑点模様を受光部で撮像し、被計測物の変位が拡大して現れる粒状斑点模様の変位を計測し、この粒状斑点模様の変位から被計測物の変位を求めるレーザ反射光による被計測物の変位計測方法であって、前記レーザ光をレーザ投光機と被計測物表面との間に焦点を有するクロス光とし、該クロス光の焦点から被計測物表面までの距離Ｌｓと被計測物表面から受光部までの距離Ｌ０の比が０＜Ｌｓ／Ｌ０≦１／３であることを特徴とするレーザ反射光による被計測物の変位計測方法を提供するものである。
【００１１】
また、本発明のレーザ反射光による被計測物の変位計測方法は、前記受光部がＣＣＤ素子からなり、該ＣＣＤ素子の前方に外来光を遮断する暗視筒を装着して粒状斑点模様を直接撮像するようにしたものである。
【００１２】
また、本発明のレーザ反射光による被計測物の変位計測方法は、被測定物表面の法線方向に対して前記レーザ光を角度θＳで照射し、受光部を角度θ０の方向に配置したときに、計測した粒状斑点模様の変位量Ａｘから下記数１式に基づいて被計測物の変位量ａｘを求めるようにしたものである。
【００１３】
【数１】
2008304190.tif 000003
【００１４】
また、本発明のレーザ反射光による被計測物の変位計測方法は、前記距離Ｌｓと距離Ｌ０の比（Ｌｓ／Ｌ０）を変えて、被計測物の変位に対する粒状斑点模様の変位の拡大率を調整するようにしたものである。
【００１５】
また、本発明は、被測定物表面にレーザ光を照射するレーザ投光機と、前記レーザ光の反射光である粒状斑点模様を撮像する受光部と、被計測物の変位が拡大して現れる粒状斑点模様の変位を計測する画像処理装置と、この粒状斑点模様の変位から被計測物の変位を求める演算装置とからなるレーザ反射光による被計測物の変位計測装置であって、前記レーザ投光機は被計測物表面とレーザ投光機との間に焦点を有するクロス光を被測定物表面に照射し、該クロス光は焦点から被計測物表面までの距離Ｌｓと被計測物表面から受光部までの距離Ｌ０の比が０＜Ｌｓ／Ｌ０≦１／３であることを特徴とするレーザ反射光による被計測物の変位計測装置を提供するものである。
【００１６】
また、本発明のレーザ反射光による被計測物の変位計測装置は、前記受光部がＣＣＤ素子からなり、該ＣＣＤ素子の前方に外来光を遮断する暗視筒を装着して粒状斑点模様を直接撮像するようにしたものである。
【００１７】
また、本発明のレーザ反射光による被計測物の変位計測装置は、被測定物表面の法線方向に対して前記レーザ光を角度θＳで照射するようにレーザ投光機を配置し、被測定物表面の法線方向に対して角度θ０の方向に受光部を配置し、前記演算装置が計測した粒状斑点模様の変位量Ａｘから下記数２式に基づいて被計測物の変位量ａｘを求めるようにしたものである。
【００１８】
【数２】
2008304190.tif 000004
【００１９】
また、本発明のレーザ反射光による被計測物の変位計測装置は、前記距離Ｌｓと距離Ｌ０の比（Ｌｓ／Ｌ０）を可変制御して、被計測物の変位に対する粒状斑点模様の変位の拡大率を調整する拡大率調整機構を備えたものである。
【００２０】
また、本発明のレーザ反射光による被計測物の変位計測装置は、前記拡大率調整機構がレーザ投光機のレンズ位置を調整して前記距離Ｌｓと距離Ｌ０の比（Ｌｓ／Ｌ０）を可変制御するようにしたものである。
【００２１】
また、本発明のレーザ反射光による被計測物の変位計測装置は、前記拡大率調整機構が被計測物に対するレーザ投光機の位置を調整して前記距離Ｌｓと距離Ｌ０の比（Ｌｓ／Ｌ０）を可変制御するようにしたものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のレーザ反射光による被計測物の変位計測方法は、被測定物表面にレーザ光を照射し、前記レーザ光の反射光である粒状斑点模様を受光部で撮像し、被計測物の変位が拡大して現れる粒状斑点模様の変位を計測し、この粒状斑点模様の変位から被計測物の変位を求めるレーザ反射光による被計測物の変位計測方法であって、前記レーザ光をレーザ投光機と被計測物表面との間に焦点を有するクロス光とし、該クロス光の焦点から被計測物表面までの距離Ｌｓと被計測物表面から受光部までの距離Ｌ０の比が０＜Ｌｓ／Ｌ０≦１／３である構成を有することにより、被計測物表面から受光部までの距離Ｌ０に対してクロス光の焦点から被計測物表面までの距離Ｌｓを近付けると、被計測物の変位に対して粒状斑点模様の変位が拡大されていくから、距離Ｌｓと距離Ｌ０の比を０＜Ｌｓ／Ｌ０≦１／３にすることによって被計測物の変位を粒状斑点模様の変位として３倍以上に拡大して計測することができ、被計測物の変位を高精度で計測することができる効果がある。
【００２３】
また、本発明のレーザ反射光による被計測物の変位計測方法は、前記受光部がＣＣＤ素子からなり、該ＣＣＤ素子の前方に外来光を遮断する暗視筒を装着して粒状斑点模様を直接撮像するようにしたことにより、ＣＣＤ素子によりレーザ光の反射光である粒状斑点模様を直接撮像することができ、暗視筒により周囲が明るい場所でも粒状斑点模様を撮像することができる効果がある。
【００２４】
また、本発明のレーザ反射光による被計測物の変位計測方法は、被測定物表面の法線方向に対して前記レーザ光を角度θＳで照射し、受光部を角度θ０の方向に配置したときに、計測した粒状斑点模様の変位量Ａｘから上記数１式に基づいて被計測物の変位量ａｘを求めるようにしたことにより、計測した粒状斑点模様の変位量Ａｘから演算によって被計測物の変位量ａｘを迅速に求めることができる効果がある。
【００２５】
また、本発明のレーザ反射光による被計測物の変位計測方法は、前記距離Ｌｓと距離Ｌ０の比（Ｌｓ／Ｌ０）を変えて、被計測物の変位に対する粒状斑点模様の変位の拡大率を調整するようにしたことにより、被計測物表面にクロス光の焦点を近付けるか、被計測物表面から受光部を遠ざけることによって、被計測物の変位に対する粒状斑点模様の変位の拡大率を簡単に調整することができるから、被計測物の変位量や変位速度に応じて適切な計測精度を選択することができる効果がある。
【００２６】
また、本発明のレーザ反射光による被計測物の変位計測装置は、被測定物表面にレーザ光を照射するレーザ投光機と、前記レーザ光の反射光である粒状斑点模様を撮像する受光部と、被計測物の変位が拡大して現れる粒状斑点模様の変位を計測する画像処理装置と、この粒状斑点模様の変位から被計測物の変位を求める演算装置とからなるレーザ反射光による被計測物の変位計測装置であって、前記レーザ投光機は被計測物表面とレーザ投光機との間に焦点を有するクロス光を被測定物表面に照射し、該クロス光は焦点から被計測物表面までの距離Ｌｓと被計測物表面から受光部までの距離Ｌ０の比が０＜Ｌｓ／Ｌ０≦１／３である構成を有することにより、被計測物表面から受光部までの距離Ｌ０に対してクロス光の焦点から被計測物表面までの距離Ｌｓを近付けると、被計測物の変位に対して粒状斑点模様の変位が拡大されていくから、距離Ｌｓと距離Ｌ０の比を０＜Ｌｓ／Ｌ０≦１／３にすることによって被計測物の変位を粒状斑点模様の変位として３倍以上に拡大して計測することができ、被計測物の変位を高精度で計測することができる効果がある。
【００２７】
また、本発明のレーザ反射光による被計測物の変位計測装置は、前記受光部がＣＣＤ素子からなり、該ＣＣＤ素子の前方に外来光を遮断する暗視筒を装着して粒状斑点模様を直接撮像するようにしたことにより、ＣＣＤ素子によりレーザ光の反射光である粒状斑点模様を直接撮像することができ、暗視筒により周囲が明るい場所でも粒状斑点模様を撮像することができる効果がある。
【００２８】
また、本発明のレーザ反射光による被計測物の変位計測装置は、被測定物表面の法線方向に対して前記レーザ光を角度θＳで照射するようにレーザ投光機を配置し、被測定物表面の法線方向に対して角度θ０の方向に受光部を配置し、前記演算装置が計測した粒状斑点模様の変位量Ａｘから上記数２式に基づいて被計測物の変位量ａｘを求めるようにしたことにより、計測した粒状斑点模様の変位量Ａｘから演算によって被計測物の変位量ａｘを迅速に求めることができる効果がある。
【００２９】
また、本発明のレーザ反射光による被計測物の変位計測装置は、前記距離Ｌｓと距離Ｌ０の比（Ｌｓ／Ｌ０）を可変制御して、被計測物の変位に対する粒状斑点模様の変位の拡大率を調整する拡大率調整機構を備えたことにより、被計測物表面にクロス光の焦点を近付けるか、被計測物表面から受光部を遠ざけることによって、被計測物の変位に対する粒状斑点模様の変位の拡大率を簡単に調整することができるから、被計測物の変位量や変位速度に応じて適切な計測精度を選択することができる効果がある。
【００３０】
また、本発明のレーザ反射光による被計測物の変位計測装置は、前記拡大率調整機構がレーザ投光機のレンズ位置を調整して前記距離Ｌｓと距離Ｌ０の比（Ｌｓ／Ｌ０）を可変制御するようにしたことにより、簡単且つ迅速にクロス光の焦点位置を変えて、被計測物の変位に対する粒状斑点模様の変位の拡大率を迅速に調整することができる効果がある。
【００３１】
また、本発明のレーザ反射光による被計測物の変位計測装置は、前記拡大率調整機構が被計測物に対するレーザ投光機の位置を調整して前記距離Ｌｓと距離Ｌ０の比（Ｌｓ／Ｌ０）を可変制御するようにしたことにより、レーザ投光機の移動量から容易に焦点から被計測物表面までの距離Ｌｓを把握することができ、被計測物の変位に対する粒状斑点模様の変位の拡大率を確実に調整することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の実施の形態を図示する実施例に基づいて説明する。
本発明に係るレーザ反射光による被計測物の変位計測装置は、被測定物３の表面にレーザ光を照射するレーザ投光機１と、前記レーザ光の反射光である粒状斑点模様を撮像する受光部２と、被計測物３の変位が拡大して現れる粒状斑点模様の変位を計測する画像処理装置６と、この粒状斑点模様の変位から被計測物３の変位を求める演算装置７とから構成してあり、前記レーザ投光機１は被計測物３の表面とレーザ投光機１との間に焦点９を有するクロス光８ａを被測定物３の表面に照射し、該クロス光８ａは焦点９から被計測物３の表面までの距離Ｌｓと被計測物３の表面から受光部２までの距離Ｌ０の比が０＜Ｌｓ／Ｌ０≦１／３であることを特徴とする。
【実施例１】
【００３３】
図１乃至図３に示す実施例において、レーザ投光機１は、被計測物３に安定した粒状斑点模様を描くために高輝度で指向性を備えた可視光を使用し、レーザ素子、冷却回路、駆動回路、及びレンズより構成してある。レーザ投光機１は、図４（ａ）に示すように、レーザ投光機１と被計測物３の表面との間に焦点９を有するクロス光８ａを被計測物３のレーザ照射位置４に照射することができるようにしてある。図２に示すように、レーザ投光機１は、被計測物３のレーザ照射位置４の法線方向ｚに対してレーザ光を角度θＳで照射することができるように配置してある。
【００３４】
図示の実施例において、受光部２はＣＣＤ素子からなり、被計測物３に描く粒状斑点模様を撮るために使用し、ＮＴＳＣ信号（アナログ信号）で出力する機能を有している。図２に示すように、受光部２は、被計測物３のレーザ照射位置４の法線方向ｚに対して角度θ０の向きで、レーザ照射位置４から距離Ｌ０の位置に配置し、レーザ光の散乱によりレーザ照射位置４に基づく粒状斑点模様を撮ることができるように構成してある。図３に示すように、レーザ光の照射角度θＳは、被計測物３のレーザ照射位置４の法線方向ｚに対して角度θ０にオフセット角５を加えた向きに調整してあることが好ましい。
【００３５】
また、受光部２は、ＣＣＤ素子の前方に外来光を遮断する暗視筒１３を装着してあり、明所においても粒状斑点模様を直接撮像することができるように構成してある。
【００３６】
図１乃至図３に示す実施例において、レーザ投光機１には、クロス光８ａの焦点９から被計測物３のレーザ照射位置４までの距離Ｌｓと該レーザ照射位置４から受光部２までの距離Ｌ０の比（Ｌｓ／Ｌ０）を可変制御して、被計測物３の変位に対する粒状斑点模様の変位の拡大率を調整する拡大率調整機構を設けてある。
【００３７】
図２に示すように、レーザ照射位置４の法線方向ｚに対してクロス光８ａを角度θＳで照射し、反射光である粒状斑点模様を角度θ０で撮像した場合に、観測面である受光部２における粒状斑点模様の変位量Ａｘは数３式で表される。
【００３８】
【数３】
2008304190.tif 000005
【００３９】
本発明では、被計測物３の２次元の変位ａｘのみを扱うので、ａｘ以外の変数を無視すると、観測面における変位量Ａｘは数４式で表すことができる。
【００４０】
【数４】
2008304190.tif 000006
【００４１】
すなわち、被計測物３の２次元の変位量ａｘに対する粒状斑点模様の変位量Ａｘの拡大率Ａｘ／ａｘは、数５式で表される。
【００４２】
【数５】
2008304190.tif 000007
【００４３】
ここで、クロス光８ａの照射角度θＳと、粒状斑点模様を撮像する角度θ０を一定にすると、定数に置き換えることができるから、拡大率Ａｘ／ａｘは数６式で表される。
【００４４】
【数６】
2008304190.tif 000008
【００４５】
従って、被計測物３の変位量ａｘに対する粒状斑点模様の変位量Ａｘの拡大率Ａｘ／ａｘは、焦点９からレーザ照射位置４までの距離Ｌｓと該レーザ照射位置４から受光部２までの距離Ｌ０の比（Ｌｓ／Ｌ０）を変えることにより、調整することができる。この拡大率Ａｘ／ａｘは、焦点９をレーザ照射位置４に近付けるか、受光部２をレーザ照射位置４から遠ざけることにより、大きくすることができる。拡大率Ａｘ／ａｘの変化は、焦点９の位置を調整して距離Ｌｓを変える方が、距離Ｌ０を変えるよりも大きくなるから、拡大率調整機構は焦点９の位置を調整するようにしてあることが好ましい。
【００４６】
また、レーザ光が平行光の場合には、Ｌｓ＝∞になるから、観測面における粒状斑点模様の変位量Ａｘは数７式で表される。
【００４７】
【数７】
2008304190.tif 000009
【００４８】
本発明に係るレーザ反射光による被計測物の変位計測装置を使用して、焦点９の位置を変えて観測面における粒状斑点模様の変位量Ａｘを測定した結果を図７に示す。図中の直線ａは平行光であり、直線ｂ〜ｇは焦点位置が異なるクロス光である。この測定において、レーザ照射位置４から受光部２までの距離Ｌ０は３００ｍｍで一定にし、焦点９からレーザ照射位置４までの距離Ｌｓは、Ｌｓ＝１５０ｍｍの位置からレーザ投光機１を被計測物３へ近付けることによって行った。また、レーザ光の照射角度θＳは２０°であり、受光面の角度θ０は１０°である。
【００４９】
図８は、クロス光８ａの焦点９の位置による拡大率Ａｘ／ａｘの変化を示している。例えば、距離Ｌｓ＝５０ｍｍのときに拡大率Ａｘ／ａｘは約６．４倍になり、距離Ｌｓ＝３０ｍｍのときに拡大率Ａｘ／ａｘは約１０倍になることが分かる。距離Ｌｓと距離Ｌ０の比は、拡大率Ａｘ／ａｘを３倍以上にできるから、０＜Ｌｓ／Ｌ０≦１／３であることが好ましい。また、焦点９を被計測物３の表面に近付けると、拡大率Ａｘ／ａｘは大きくなるが、焦点９を被測定物３の表面に近付けすぎると計測中の距離Ｌｓの微小な変化によって拡大率Ａｘ／ａｘが変化することから、距離Ｌｓと距離Ｌ０の比は、拡大率Ａｘ／ａｘが５倍以上で安定する１／２０≦Ｌｓ／Ｌ０≦１／５であることがより好ましい。
【００５０】
【数８】
2008304190.tif 000010
【００５１】
【数９】
2008304190.tif 000011
【００５２】
図１に示すように、拡大率調整機構は、レーザ投光機１に設けた焦点調節装置１２からなり、レーザ投光機１のレーザ素子に対して焦点位置調節用レンズの位置を調整することにより、クロス光８ａの焦点９から被計測物３の表面までの距離Ｌｓを調整することができるように構成してある。また、拡大率調整機構は、レーザ投光機１をレーザ照射方向に沿って駆動することができる駆動装置１１からなり、被計測物３のレーザ照射位置４に対するレーザ投光機１の位置を調整して距離Ｌｓを調整することができるようにしてある。
【００５３】
図示の実施例において、画像処理装置６は、受光部２で撮像した粒状斑点模様を位相限定相関法により画像処理するように構成してある。元になる粒状斑点模様の登録画像と照合すべき粒状斑点模様の入力画像の相関（類似性）を算出するために、受光部２で撮像した粒状斑点模様の入力画像をディジタル化し、フーリェ変換で数学的に処理して、振幅（濃淡データ）と位相（像の輪郭データ）に分解する。この２つのデータのうち濃淡データは使わずに、位相データのみを用いて登録画像と入力画像の相関を求めるようにしてある。
【００５４】
演算装置７は、受光部２で撮像した粒状斑点模様と、画像処理装置６により画像処理された登録画像と入力画像の位相データの相関値（被計測物３の移動量）を表示出力する表示装置を備えている。
【００５５】
図示の実施例において、被計測物３を上方向に移動させると、図５（ａ）から（ｄ）に示すように、粒状斑点模様の標識１０がそれに伴って上方向に移動する。
また、被計測物３を右方向に移動させると、図６（ａ）から（ｄ）に示すように、粒状斑点模様の標識１０がそれに伴って右方向に移動する。
この標識１０を表示装置の画面上の動きから、映像画面のドットピッチ又はＣＣＤ画素ピッチを左右並びに上下方向に基づく加減算を行うことにより、Ｘ方向、Ｙ方向及びＸＹ合成曲線長の変位量が得られ、粒状斑点模様の変位量Ａｘを導き出すことができる。
【００５６】
また、演算装置７は、表示装置が導き出した粒状斑点模様の変位量Ａｘから下記数１０式に基づいて被計測物３の変位量ａｘを求めることができるように構成してある。
【００５７】
【数１０】
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【００５８】
また、上述のように、被計測物３を上下左右に移動させて被計測物３の移動量を計測する場合に限らず、レーザ投光機１と受光部２の関係を固定しておき、被計測物３とレーザ投光機１及び受光部２との相対変位量を計測することができる。
従って、被計測物３を固定してレーザ投光機１及び受光部２を移動させて被計測物３に描く粒状斑点模様の移動を演算処理することにより、被計測物３に対する相対的な移動量を計測することができる。さらに、被計測物３の動きに伴い粒状斑点模様も移動するが、常に同一の粒状斑点模様を表示出力されているようにレーザ投光機１及び受光部２を追従させて移動させることにより、レーザ投光機１及び受光部２の移動量を計測することによって、被計測物３の移動量を求めることも可能である。
【００５９】
また、本発明に係るレーザ反射光による被計測物の計測方法及びその装置は、図示の実施例のように被計測物３の移動量の計測に限らず、当該計測装置を複数設けることにより、被計測物の膨張、収縮、成長等の変形量及び変形速度を計測することができる。
また、粒状斑点模様を記憶しておくことにより、被計測物の位置合わせ、同一性等の計測に使用することができると共に、粒状斑点模様の変化を計測することにより、被計測物の固化、軟化等の変化及び変化速度を計測することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明レーザ反射光による被計測物の高精度変位計測装置の一実施例を示す構成図。
【図２】その一実施例の要部を示す斜視図。
【図３】その一実施例の要部を示す構成図。
【図４】レーザ光の形状を示す図。
【図５】被計測物の上方向移動時における粒状斑点模様の推移を示す図。
【図６】被計測物の右方向移動時における粒状斑点模様の推移を示す図。
【図７】クロス光の焦点位置による粒状斑点模様の移動量を示す図。
【図８】クロス光の焦点位置による拡大率の変化を示す図。
【図９】クロス光照射による被計測物の移動量の計測値を示す図。
【図１０】ストレート光照射による被計測物の移動量の計測値を示す図。
【符号の説明】
【００６１】
１  レーザ投光機
２  受光部
３  被計測物
４  レーザ照射位置
５  オフセット角
６  画像処理装置
７  演算装置
８ａ  クロス光
８ｂ  スポット光
８ｃ  ストレート光
８ｄ  ビーム光
９  焦点
１０  標識
１１  駆動装置
１２  焦点調節装置
１３  暗視筒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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