(57)【要約】【課題】画像相関変位計の測定範囲を拡大する。【解決手段】コヒーレント光（投光ビーム２４）の照明手段（レーザ２０、コリメートレンズ２２）を備え、コヒーレント光の照明により得られるスペックルパターンの取得画像Ａと基準画像Ｒの相関から、測定対象（ワーク１０）の面内変位を測定する画像相関変位計において、複数の基準画像Ｒを記憶する手段（基準画像記憶部３６）と、該複数の基準画像Ｒの一つを用いて、取得画像Ａとの相関をとる手段（相関処理部３８）とを備える。【選択図】図５
2009288108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光の照明手段を備え、コヒーレント光の照明により得られるスペックルパターンの取得画像と基準画像の相関から、測定対象の面内変位を測定する画像相関変位計において、
複数の基準画像を記憶する手段と、
該複数の基準画像の一つを用いて、取得画像との相関をとる手段と、
を備えたことを特徴とする画像相関変位計。
【請求項２】
予め記憶した複数の基準画像を、測定範囲毎に切り替えて測定を行なうことを特徴とする請求項１に記載の画像相関変位計。
【請求項３】
測定範囲の境界近傍で、取得画像から基準画像を新たに生成することを特徴とする請求項１に記載の画像相関変位計。
【請求項４】
測定範囲が重複するため不要な基準画像を削除することを特徴とする請求項３に記載の画像相関変位計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コヒーレント光の照明手段を備え、コヒーレント光の照明により得られるスペックルパターンの取得画像と基準画像の相関から、測定対象の面内変位を測定する画像相関変位計に係り、特に、測定範囲を拡大することが可能な画像相関変位計に関する。
【背景技術】
【０００２】
スケールを用いることなく、二次元変位を非接触・高分解能で検出できる変位計として、特許文献１〜３や非特許文献１に記載されているように、図１に示す如く、レーザ２０からコリメートレンズ２２によりコリメートされたコヒーレントな光ビーム（投光ビームとも称する）２４を、ワーク１０等の測定対象に投光し、測定対象面１１の起伏により発生したスペックルパターンを、レンズ３０、ピンホール３２を介して、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子３４で受光して、取得画像と基準画像の画像相関によりＸＹ方向（図１の前後左右方向）（面内方向と称する）の変位を測定する画像相関変位計が知られている。図において、３６は基準画像記憶部、３８は相関処理部である。
【０００３】
このような画像相関変位計においては、測定可能な範囲は、図２（Ａ）（模式図）及び図３（Ｂ）（サンプル画像）に示す如く、基準画像Ｒが取得画像Ａ内に存在する必要がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１３９４８５号公報
【特許文献２】特開２００６−１８４０９１号公報
【特許文献３】特開２００８−３９５３５号公報
【非特許文献１】「ミツトヨ  ナノ分解能の二次元画像エンコーダー  構造体の微小変位を非接触で測定」日経先端技術６９号（２００４．９．１３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これに対して、図２（Ｂ）及び図３（Ｃ）に示す如く、取得画像Ａ内に基準画像Ｒが存在しない場合には、相関処理が行なえず、位置不定となる。
【０００６】
本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、画像相関変位計における測定範囲を拡大することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、コヒーレント光の照明手段を備え、コヒーレント光の照明により得られるスペックルパターンの取得画像と基準画像の相関から、測定対象の面内変位を測定する画像相関変位計において、複数の基準画像を記憶する手段と、該複数の基準画像の一つを用いて、取得画像との相関をとる手段とを備えることにより、前記課題を解決したものである。
【０００８】
ここで、予め記憶した複数の基準画像を、測定範囲毎に切り替えて測定を行なうことができる。
【０００９】
あるいは、測定範囲の境界近傍で、取得画像から基準画像を新たに生成することができる。
【００１０】
更に、測定範囲が重複するため不要な基準画像を削除することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、基準画像を特定の条件で複数記憶することにより、測定範囲を拡大することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１３】
本発明の第１実施形態は、図１に示した従来と同様の画像相関変位計において、基準画像記憶部３６を複数枚の基準画像を記憶可能な不揮発性メモリで構成すると共に、該基準画像記憶部３６に、測定開始前に複数の基準画像を記憶しておき、測定範囲毎に基準画像を自動的に切り替えて測定を行なうようにしたものである。
【００１４】
ここで、基準画像Ｒ１を用いる測定範囲１と、基準画像Ｒ２を用いる測定範囲２のオーバーラップ部の範囲は、基準画像取得時の送り機構のばらつきを考慮して設定する。
【００１５】
オーバーラップ部での基準画像の切り替えは、原点に近い方を優先し、自動的に切り替えを行なう。図５では、基準画像Ｒ１を原点にしている。ここで、原点に近い方を優先するのは、遠い方は誤差が累積している可能性があるからである。
【００１６】
又、基準画像の取得を外部から任意で指定することにより、測定対称の特定の基準位置近傍のみ正確な位置が必要な場合等、オーバーラップ部が無い離散的な測定範囲にも対応可能である。
【００１７】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。この第２実施形態は、第１実施形態と同様の構成において、基準画像記憶部３６に記憶されている、図６（Ａ）に例示するような最初の基準画像Ｒ１が、図６（Ｂ）に例示する如く、測定境界に到った時は、相関処理部３８で、そのときの取得画像の一部（図では中央部）から第２の基準画像Ｒ２を生成し、その座標値と共に基準画像記憶部３６に記憶して、図６（Ｃ）に例示する如く、該第２の基準画像Ｒ２を用いて位置を検出することにより、測定範囲を広げるようにしたものである。
【００１８】
具体的には、図７に手順を示す如く、まずステップ１００で画像を取得する。
【００１９】
ステップ１１０で、取得画像Ａ内に基準画像Ｒがあると判断された場合には、ステップ１２０で、図８に示すような境界エリアＢ内であるか否かを判定する。判定結果が正である場合には、ステップ１３０に進み、その時の基準画像Ｒを、そのまま選択して、ステップ１４０で位置検出処理を行なう。
【００２０】
一方、ステップ１１０で基準画像Ｒが取得画像Ａ内に無いと判定された時、あるいはステップ１２０で、基準画像Ｒは有るが、境界エリアＢ内でないと判定された時には、ステップ１５０に進み、その時の所定位置（例えば、その後どちらの方向に移動しても対応できるよう中央位置）の画像を第２の基準画像Ｒ２として取得し、ステップ１４０に進み、位置検出処理を行なう。
【００２１】
本実施形態では、図８に例示する如く、基準画像ＲのサイズＲｘ、Ｒｙを基本に、基準画像Ｒが取得画像エリアＡを、はみ出さないように境界エリアＢを設定している。即ち、この境界エリアＢ内をサーチし、この中に基準画像Ｒが無ければ基準画像Ｒ２を新たに生成して、切り替える。
【００２２】
本実施形態によれば、基準画像が自動的に生成されていくので、予め複数の基準画像を設定しておく必要が無い。
【００２３】
この第２実施形態において、境界エリアＢで基準画像Ｒ２・・・を生成していくと、図９に例示する如く、基準画像がＲ１、Ｒ２、Ｒ３・・・と数多く必要になる。しかしながら、図９の例では、基準画像Ｒ１とＲ３があれば、間の基準画像Ｒ２は不要である。そこで、本発明の第３実施形態では、図１０に示す如く、基準画像削除部５２を設けて、測定中に境界エリアのダブリをチェックすることにより、不要エリアＢ２に対応する基準画像Ｒ２を削除する。
【００２４】
本実施形態においては、基準画像記憶部３６の使用メモリを削減できる。
【００２５】
次に、本発明の第４実施形態を説明する。
【００２６】
本実施形態は、図１１に示す如く、前記第１乃至第３実施形態のいずれかに、更に、非コヒーレント光の照明手段である白色光源４０と、該白色光源４０による非コヒーレント光の照明と、コヒーレント光の照明手段であるレーザ２０によるコヒーレント光の照明を切り替えるための切替機構４２を追加し、スペックル画像の測定時と、例えば目視による物体画像の観察時で、光源を切り替えられるようにしたものである。
【００２７】
図において、４４は、白色光源４０の光が、スペックル画像を観測するための固体撮像素子３４に入射しないようにするための遮光ガイドである。
【００２８】
前記白色光源４０は、干渉現象が起こり難い（スペックルの発生し難い）非コヒーレント光の光源であれば良く、例えばハロゲンランプ、蛍光灯、発光ダイオード（ＬＥＤ）等を用いることができる。又、白色でなく単色であっても良い。
【００２９】
前記切替機構４２は、例えば電源切替スイッチとしたり、あるいは、各光源２０、４０の直前に設けたシャッタ機構４６、４８の駆動回路とすることができる。
【００３０】
なお、レーザ２０側は点灯したままとしたり、あるいは、シャッタ５６を省略することもできる。
【００３１】
本実施形態においては、白色光源４０により測定対象面１１を照明し、物体画像を観察しながら位置合わせを行なった後に、切替機構４２により、白色光源４０をオフとするか、シャッタ４８を閉じて、レーザ２０により測定対象面１１を照明し、従来と同様にスペックル画像を得て、面内変位を測定することができる。
【００３２】
本実施形態によれば、非コヒーレント光の照明により物体画像を得ることによって、測定位置の特定が容易となる。
【００３３】
前記実施形態においては、いずれも、基準画像Ｒを不揮発性メモリに保存するようにしているので、電源再投入時に、再度基準画像を設定したり取得する必要が無い。なお、揮発性メモリを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】従来の画像相関変位計の構成を示す断面図及びブロック図
【図２】従来の問題点を説明するためのイメージ図
【図３】同じくサンプル画像を示す図
【図４】本発明の第１実施形態の構成を示す断面図及びブロック図
【図５】第１実施形態のサンプル画像を示す図
【図６】本発明の第２実施形態のサンプル画像を示す図
【図７】同じく処理手段を示す流れ図
【図８】同じく基準画像と取得画像エリア及び境界エリアの関係の例を示す図
【図９】第２実施形態の問題点及び第３実施形態の作用を示す図
【図１０】本発明の第３実施形態の構成を示す断面図及びブロック図
【図１１】本発明の第４実施形態の構成を示す断面図及びブロック図
【符号の説明】
【００３５】
１０…ワーク
１１…測定対象面
２０…レーザ
３４…固体撮像素子
３６…基準画像記憶部
３８…相関処理部
５２…基準画像削除部
Ａ…取得画像
Ｒ…基準画像
【図１】
2009288108.tif 000003
【図２】
2009288108.tif 000004
【図４】
2009288108.tif 000005
【図７】
2009288108.tif 000006
【図８】
2009288108.tif 000007
【図９】
2009288108.tif 000008
【図１０】
2009288108.tif 000009
【図１１】
2009288108.tif 000010
【図３】
2009288108.tif 000011
【図５】
2009288108.tif 000012
【図６】
2009288108.tif 000013