JP3375413B2 - Displacement measuring device - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、測定対象物の変位量を
光学的に測定する変位量測定装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a displacement amount measuring device for optically measuring the displacement amount of an object to be measured.
【0002】[0002]
【従来の技術】測定対象物の変位量を光学的に測定する
技術は、これまでに、二重露光像とその縞解析という形
で研究がなされてきた。この測定原理は、例えば、測定
対象となる流体の二重露光像を撮影し、その画像内に納
められた同一のパターンがどれだけ移動したかを、縞解
析法(フーリエ変換)によって高速に処理するものであ
る。2. Description of the Related Art A technique for optically measuring a displacement amount of an object to be measured has been studied so far in the form of double exposure image and its fringe analysis. The measurement principle is, for example, that a double exposure image of a fluid to be measured is taken, and how much the same pattern stored in the image moves is processed at high speed by a fringe analysis method (Fourier transform). To do.
【0003】例えば、特開平4−204312号などに
は、光演算を用いて高速化を行うために、空間光変調器
を2つ用いた光学的変位量測定装置が提案されている。
提案された機構では、記録特性をもつ光変調器(FLC
−SLM:強誘電性液晶空間光変調器)のメモリ特性を
利用して二重露光を実現しており、得られた二重露光像
の縞解析は、光フーリエ変換を利用して行っている。For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-204312 proposes an optical displacement amount measuring device using two spatial light modulators in order to increase the speed by using optical calculation.
The proposed mechanism uses an optical modulator (FLC) with recording characteristics.
-SLM: Ferroelectric liquid crystal spatial light modulator) is used to realize double exposure, and fringe analysis of the obtained double-exposure image is performed using optical Fourier transform. .
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】このような装置を実現
するため、従来、入力画像を2重露光するには、空間光
変調器の多重メモリ機能を利用している。しかし、この
ような機能を有する空間光変調器は、極めて高価であ
り、かつ、この機能を有する空間光変調器は機種も少な
く、実用的ではない。In order to realize such an apparatus, conventionally, in order to doubly expose an input image, the multiple memory function of the spatial light modulator is used. However, the spatial light modulator having such a function is extremely expensive, and the number of spatial light modulators having this function is small, which is not practical.
【0005】一方、このような変位量測定装置の測定範
囲は、露光時間と二重露光の間隔とで決まることにな
る。つまり、従来の測定装置では、SLMのシャッタ時
間(SLMの応答時間=100μsec程度)で決まっ
てしまうため、測定範囲の上限が限られてしまうことに
なる。On the other hand, the measurement range of such a displacement amount measuring device is determined by the exposure time and the double exposure interval. That is, in the conventional measuring device, the shutter time of the SLM (the response time of the SLM = about 100 μsec) determines the upper limit of the measurement range.
【0006】例えば、血流速度を顕微鏡を用いて測定す
る場合、顕微鏡の倍率を適切に観察し得る40倍程度に
設定すると、心臓付近の血流速度は5m/sであるた
め、顕微鏡を介して撮像される画像上では、血流速度は
200m/sとなり、極めて高速度で移動することにな
る。[0006] For example, when measuring the blood flow velocity using a microscope, if the magnification of the microscope is set to about 40 times for proper observation, the blood flow velocity in the vicinity of the heart is 5 m / s. The blood flow velocity is 200 m / s on the image picked up by, and it moves at an extremely high velocity.
【0007】従ってSLMの応答時間が100μsec
の場合、シャッタ間隔を200μsec以上に設定する
必要がある。200m/sで移動する物体を、200μ
secで二重露光した場合、その像の移動量は、
200(m/s)×0.2×10-3(s)=40(m
m)
となる。つまり、2つの像は40mm離れた位置関係に
あるが、SLMの入力面の大きさが18mm×18mm
であるため、SLMの入力画面の中には、この二重露光
像は得られない。このため、この血流の速度を測定する
ことが不可能である。換言すれば、この条件で測定が可
能な範囲は、200μsecの間に9mm(有効面積の
半分とする)程度の移動速度であり、
V(速度)=9mm×40(倍率)/200(μse
c)=1.8m/s
である。倍率を下げることで測定範囲を拡大できるが、
対象の粒子径がSLM等の解像度より細かくなり、ま
た、測定領域が広がるため速度分布を持つ場合に相関ピ
ークの形状が広がってしまい、検出精度が低下するなど
の問題を生じる。Therefore, the response time of the SLM is 100 μsec.
In this case, the shutter interval needs to be set to 200 μsec or more. An object moving at 200 m / s is
When double exposure is performed for sec, the amount of movement of the image is 200 (m / s) × 0.2 × 10 −3 (s) = 40 (m
m). In other words, the two images have a positional relationship of 40 mm apart, but the size of the input surface of the SLM is 18 mm x 18 mm.
Therefore, this double exposure image cannot be obtained in the input screen of the SLM. Therefore, it is impossible to measure the velocity of this blood flow. In other words, the range that can be measured under this condition is a moving speed of about 9 mm (half the effective area) during 200 μsec, and V (speed) = 9 mm × 40 (magnification) / 200 (μse
c) = 1.8 m / s. The measurement range can be expanded by lowering the magnification,
The particle size of the target becomes smaller than the resolution of the SLM and the measurement area is widened, so that the shape of the correlation peak is widened when the velocity distribution has a distribution, which causes a problem that the detection accuracy is lowered.
【0008】本発明では、このような課題を解決すべく
なされたものであり、その目的は、測定対象物の光強度
の範囲、測定対象物の測定変位量や速度の許容範囲が、
従来のものに比べて大きい、変位量測定装置を提供する
ことにある。The present invention has been made to solve such a problem, and its purpose is to set the range of the light intensity of the object to be measured and the allowable range of the measured displacement amount and speed of the object to be measured.
An object of the present invention is to provide a displacement amount measuring device which is larger than a conventional device.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】そこで、請求項1にかか
る変位量測定装置は、光電面及び蛍光面を備える二重露
光部と、この二重露光の時間間隔等を制御する制御部
と、この二重露光像を光学的にフーリエ変換して相関ピ
ーク像を得る相関演算部と、この相関ピーク像を検出し
て二重露光像の変位量を求める変位量演算部とを備えて
構成する。制御部は、この光電面に対する印加電圧を制
御して、蛍光面における二重露光の時間間隔及び各露光
の露光時間を制御する。二重露光部は、この制御部によ
る制御の下、蛍光面上に移動物体の像を蓄積して、移動
物体の二重露光像を形成する。Therefore, a displacement amount measuring apparatus according to a first aspect of the present invention comprises a double exposure section having a photocathode and a fluorescent surface, and a control section for controlling a time interval of the double exposure. The double exposure image is optically Fourier-transformed to obtain a correlation peak image, and a correlation amount calculation unit for detecting the correlation peak image to obtain a displacement amount of the double exposure image is configured. . The control unit controls the voltage applied to the photocathode to control the time interval of double exposure on the phosphor screen and the exposure time of each exposure. Under the control of this control unit, the double exposure unit accumulates the image of the moving object on the phosphor screen to form a double exposure image of the moving object.
【0010】請求項3にかかる変位量測定装置は、光電
面、マイクロチャンネルプレート及び蛍光面とを備える
二重露光部と、この二重露光部における二重露光の時間
間隔及び各露光の露光時間を制御する制御部と、得られ
た二重露光像を光学的にフーリエ変換し相関ピーク像を
得る相関演算部と、この相関ピーク像から二重露光像の
変位量を求める変位量演算部とを備えて構成する。制御
部では、光電面に対する印加電圧とマイクロチャンネル
プレートの印加電圧とのうち、少なくとも一方の印加電
圧を制御して、蛍光面における二重露光の時間間隔及び
各露光の露光時間を制御する。二重露光部は、この制御
部による制御の下、蛍光面上に移動物体の像を蓄積し
て、移動物体の二重露光像を形成する。A displacement amount measuring apparatus according to a third aspect of the present invention is a double exposure unit having a photocathode, a microchannel plate and a fluorescent screen, a time interval of double exposure in the double exposure unit and an exposure time of each exposure. A control unit for controlling, a correlation calculation unit for optically Fourier transforming the obtained double exposure image to obtain a correlation peak image, and a displacement amount calculation unit for obtaining the displacement amount of the double exposure image from this correlation peak image. And is configured. The control unit controls at least one of the voltage applied to the photocathode and the voltage applied to the microchannel plate to control the double exposure time interval and the exposure time of each exposure on the phosphor screen. Under the control of this control unit, the double exposure unit accumulates the image of the moving object on the phosphor screen to form a double exposure image of the moving object.
【0011】なお、請求項1、3にかかる変位量測定装
置の相関演算部は、二重露光部から得られる二重露光像
をコヒーレント像に変換する第1光変調手段と、この第
1光変調手段から得られるコヒーレント像をフーリエ変
換する第1フーリエ変換光学系と、この第1フーリエ変
換光学系でフーリエ変換された強度像をコヒーレント像
に変換する第2光変調手段と、この第2光変調手段から
得られるコヒーレント像をフーリエ変換し、相関ピーク
像を得る第2フーリエ変換光学系とを含んで構成するこ
とができる。The correlation calculation unit of the displacement amount measuring device according to the first and third aspects includes a first light modulating unit for converting a double exposure image obtained from the double exposure unit into a coherent image, and the first light modulating unit. A first Fourier transform optical system that performs a Fourier transform on a coherent image obtained from the modulator, a second light modulator that converts an intensity image Fourier-transformed by the first Fourier transform optical system into a coherent image, and the second light The second coherent image obtained from the modulation means may be Fourier-transformed to obtain a correlation peak image by the second Fourier-transform optical system.
【0012】また、請求項5にかかる変位量測定装置
は、光電面、蛍光面及び撮像手段を備える二重露光部
と、二重露光の時間間隔及び各露光の露光時間を制御す
る制御部と、撮像手段で撮像された二重露光像を表示す
る表示手段と、表示手段で表示された二重露光像を光学
的にフーリエ変換し、相関ピーク像を得る相関演算部
と、この相関ピーク像を検出して二重露光像の変位量を
求める変位量演算部とを備えて構成する。この二重露光
部は、制御部による制御の下、撮像手段の1フレームレ
ートの時間内に、変位する前後の移動物体の像を入力
し、この移動物体の二重露光像を形成する。A displacement amount measuring device according to a fifth aspect of the present invention includes a double exposure unit having a photocathode, a fluorescent screen and an image pickup means, and a control unit for controlling a time interval of the double exposure and an exposure time of each exposure. A display unit for displaying the double-exposure image captured by the image-capturing unit, a correlation calculation unit for optically Fourier transforming the double-exposure image displayed by the display unit to obtain a correlation peak image, and the correlation peak image And a displacement amount calculation unit that detects the displacement amount of the double-exposure image and detects the displacement amount. Under the control of the control unit, the double exposure unit inputs the images of the moving object before and after the displacement within the time of one frame rate of the image pickup unit, and forms the double exposure image of the moving object.
【0013】また、請求項7にかかる変位量測定装置
は、光電面、マイクロチャンネルプレート、蛍光面及び
撮像手段を備える二重露光部と、二重露光の時間間隔及
び各露光の露光時間を制御する制御部と、撮像手段で撮
像された二重露光像を表示する表示手段と、表示手段で
表示された二重露光像を光学的にフーリエ変換し、相関
ピーク像を得る相関演算部と、この相関ピーク像を検出
して二重露光像の変位量を求める変位量演算部とを備え
て構成する。この二重露光部は、制御部による制御の
下、撮像手段の1フレームレートの時間内に、変位する
前後の移動物体の像を入力して、この移動物体の二重露
光像を形成する。Further, a displacement amount measuring apparatus according to a seventh aspect of the present invention controls a double exposure unit having a photocathode, a microchannel plate, a fluorescent screen and an image pickup means, a time interval of double exposure and an exposure time of each exposure. A control unit, a display unit that displays the double-exposure image captured by the image-capturing unit, a Fourier transform of the double-exposure image displayed by the display unit, and a correlation calculation unit that obtains a correlation peak image; And a displacement amount calculation unit that detects the correlation peak image and obtains the displacement amount of the double exposure image. Under the control of the control unit, the double exposure unit inputs the images of the moving object before and after the displacement within the time of one frame rate of the image pickup means, and forms the double exposure image of the moving object.
【0014】なお、請求項5、7にかかる変位量測定装
置の相関演算部は、表示手段で表示される二重露光像を
コヒーレント像に変換する第1光変調手段と、この第1
光変調手段から得られるコヒーレント像をフーリエ変換
する第1フーリエ変換光学系と、この第1フーリエ変換
光学系でフーリエ変換された強度像をコヒーレント像に
変換する第2光変調手段と、この第2光変調手段から得
られるコヒーレント像をフーリエ変換し、相関ピーク像
を得る第2フーリエ変換光学系とを含んで構成すること
ができる。The correlation calculation unit of the displacement amount measuring device according to the fifth and seventh aspects includes a first light modulating unit for converting the double exposure image displayed on the display unit into a coherent image, and the first light modulating unit.
A first Fourier transform optical system that performs a Fourier transform on a coherent image obtained from the light modulator, a second light modulator that converts an intensity image Fourier-transformed by the first Fourier transform optical system into a coherent image, and a second light modulator. A second Fourier transform optical system that obtains a correlation peak image by performing Fourier transform on the coherent image obtained from the light modulation means can be configured.
【0015】[0015]
【作用】本発明にかかる変位量測定装置では、制御部の
制御の下、蛍光面に到達する光電子を制御する。この二
重露光部には、いわゆるシャッタ機能(ゲート機能)を
有するイメージインテンシファイアを用いることがで
き、このシャッタ時間は最小3×10-9秒程度であり、
従来のSLMのシャッタスピードに対して、3桁から4
桁程度向上され、測定範囲がこれに比例して広がること
になる。In the displacement amount measuring device according to the present invention, the photoelectrons reaching the fluorescent screen are controlled under the control of the control unit. An image intensifier having a so-called shutter function (gate function) can be used for the double exposure section, and the shutter time is about 3 × 10 −9 seconds at minimum.
Compared to conventional SLM shutter speeds, 3 digits to 4
It will be improved by several orders of magnitude, and the measurement range will be expanded proportionally.
【0016】また、蛍光面の蛍光寿命または撮像手段の
1フレームレートを利用して、二重露光を形成する際の
画像の蓄積を行う。Further, the fluorescence lifetime of the fluorescent screen or the one frame rate of the image pickup means is utilized to store the image when forming the double exposure.
【0017】[0017]
【実施例】以下、本発明の各実施例を添付図面に基づい
て説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【0018】図1に、本発明にかかる変位量測定装置の
構成を概念的に示す。この装置は、二重露光装置10、
相関演算装置20及び制御装置30で構成する。二重露
光装置10は、移動物体の入力像40が与えられ、この
移動物体が変位する前後の像を蓄積し、移動物体の二重
露光像を形成する。相関演算装置20では、二重露光装
置10から得られる二重露光像を光学的にフーリエ変換
して相関ピーク像を得るものである。なお、この際の画
像の相関演算は、2回のフーリエ変換を繰り返すことに
より行われる。コンピュータにより、画像の2回のフー
リエ変換を行うことでも同等の結果が得られる。制御装
置30では、相関演算装置20で得られた相関像の相関
ピーク位置に基づいて二重露光像の変位量を求め、出力
信号50として外部に出力する。また、二重露光装置1
0に対して、露光時間などの露光条件を制御する制御信
号を与える。FIG. 1 conceptually shows the configuration of a displacement amount measuring device according to the present invention. This apparatus is a double exposure apparatus 10,
It is composed of a correlation calculation device 20 and a control device 30. The double exposure apparatus 10 is given an input image 40 of a moving object, accumulates images before and after the moving object is displaced, and forms a double exposure image of the moving object. The correlation calculation device 20 optically Fourier transforms the double exposure image obtained from the double exposure device 10 to obtain a correlation peak image. The image correlation calculation at this time is performed by repeating the Fourier transform twice. The same result can be obtained by performing two Fourier transforms of the image by the computer. The control device 30 obtains the displacement amount of the double exposure image based on the correlation peak position of the correlation image obtained by the correlation calculation device 20, and outputs it as an output signal 50 to the outside. In addition, the double exposure apparatus 1
A control signal for controlling exposure conditions such as exposure time is given to 0.
【0019】図3に、変位量測定装置の具体的な構成例
を示す。この構成例において、二重露光装置10は、電
子管としてのイメージインテンシファイヤで構成されて
おり、移動物体の像か入射する光電面11、光電面11
から放出された光電子を増倍するマイクロチャンネルプ
レート12、及びマイクロチャンネルプレート12で増
倍された光電子の像を可視光の像に変換する蛍光面13
を備えている。可視光に限らず、蛍光面の選択により、
後段の処理系の入力感度に合わせた波長の画像を形成で
きる。FIG. 3 shows a specific example of the configuration of the displacement amount measuring device. In this configuration example, the double exposure apparatus 10 is configured by an image intensifier as an electron tube, and the photocathode 11 and the photocathode 11 on which an image of a moving object is incident.
Microchannel plate 12 that multiplies the photoelectrons emitted from the phosphor, and a fluorescent screen 13 that converts the photoelectron image multiplied by the microchannel plate 12 into a visible light image.
Is equipped with. Not limited to visible light, but by selecting the phosphor screen,
It is possible to form an image having a wavelength that matches the input sensitivity of the subsequent processing system.
【0020】相関演算装置20は、2つの空間光変調器
(PAL−SLM)21、22を有している。この空間
光変調器21、22を構成するPAL−SLMは、液晶
とアモルファスSiを組み合わせて構成したものであ
り、特に画像の蓄積機能(メモリ機能)は有しておら
ず、簡単な構成を持つため、比較的安価に入手可能であ
る。なお、応答速度は30msec程度である。The correlation calculation device 20 has two spatial light modulators (PAL-SLM) 21 and 22. The PAL-SLM that constitutes the spatial light modulators 21 and 22 is configured by combining liquid crystal and amorphous Si, and has no image storage function (memory function), and has a simple configuration. Therefore, it is available at a relatively low cost. The response speed is about 30 msec.
【0021】また、前段の空間光変調器21に対して読
み出し光を照射する読み出し光学系として、ハーフミラ
ー23a,23bを配設しており、後段の空間光変調器
22に対して読み出し光を照射する読み出し光学系とし
て、ハーフミラー24a,24bを配設している。ま
た、読み出された信号を光学的にフーリエ変換するフー
リエ変換レンズ25及び26を、各空間光変調器21、
22の出力側にそれぞれ配置している。なお、参照番号
14、27は結像レンズを示し、参照番号28はフィル
ターを示している。Further, half mirrors 23a and 23b are provided as a reading optical system for irradiating the spatial light modulator 21 in the preceding stage with the reading light, and the reading light is directed to the spatial light modulator 22 in the succeeding stage. Half mirrors 24a and 24b are provided as a reading optical system for irradiation. In addition, the Fourier transform lenses 25 and 26 for optically Fourier transforming the read signal are provided to the respective spatial light modulators 21,
22 are arranged on the output side, respectively. Note that reference numerals 14 and 27 indicate image forming lenses, and reference numeral 28 indicates a filter.
【0022】制御装置30は、2回のフーリエ変換によ
って得られる相関像の相関ピーク位置を検出するフォト
ダイオードなどの光電変換装置31を備えており、フー
リエ変換された結果が輝点となって光電変換装置31上
に結像するため、この輝点の位置を検出する。検出され
た相関ピーク位置をもとに、変位量演算装置31では二
重露光像の変位量、速度等を演算して求め、その結果を
外部に出力する。また、露光時間制御装置33では、光
電面11の印加電圧を変化させ、二重露光装置10にお
ける、二重露光の時間間隔及び露光時間を制御する。な
お、この印加電圧の制御はマイクロチャンネルプレート
12に対して実施してもよい。The control device 30 is provided with a photoelectric conversion device 31 such as a photodiode for detecting a correlation peak position of a correlation image obtained by performing two Fourier transforms. Since the image is formed on the conversion device 31, the position of this bright spot is detected. Based on the detected correlation peak position, the displacement amount calculation device 31 calculates and obtains the displacement amount, speed, etc. of the double exposure image, and outputs the result to the outside. The exposure time control device 33 changes the voltage applied to the photocathode 11 to control the double exposure time interval and the exposure time in the double exposure device 10. The control of the applied voltage may be performed on the microchannel plate 12.
【0023】ここで、このように構成する変位量測定装
置の作用について説明する。まず、移動物体の像が結像
レンズ14を介して光電面11に結像している状態で、
露光時間制御装置33の制御のもと、光電面11への印
加電圧パルスを2度与える。光電面11からは、この印
加電圧パルスが与えられたタイミングで、移動物体の像
に対応した部位から光電子が2度放出される。光電面1
1で光電子に換えられた移動物体の2つの画像は、順
に、マイクロチャンネルプレート12で増倍され、蛍光
面13に到達する。この時、蛍光面13の蛍光寿命に比
べて二重露光の時間間隔を短く設定しているため、蛍光
面11上で2つの像が重なり合い、二重像が得られる。
なお、通常の蛍光寿命は0.1ミリ秒から10ミリ秒程
度であり、任意に選択できる。このようにして図2
(a)に示すような二重露光像が得られる。The operation of the displacement amount measuring device thus constructed will be described. First, in the state where the image of the moving object is formed on the photocathode 11 via the imaging lens 14,
Under the control of the exposure time controller 33, the voltage pulse applied to the photocathode 11 is applied twice. From the photocathode 11, photoelectrons are emitted twice from the part corresponding to the image of the moving object at the timing when the applied voltage pulse is applied. Photocathode 1
The two images of the moving object converted into photoelectrons in 1 are sequentially multiplied by the microchannel plate 12 and reach the phosphor screen 13. At this time, the double exposure time interval is set shorter than the fluorescent life of the fluorescent screen 13, so that two images overlap each other on the fluorescent screen 11, and a double image is obtained.
The normal fluorescence lifetime is about 0.1 msec to 10 msec, and can be arbitrarily selected. Thus, FIG.
A double exposure image as shown in (a) is obtained.
【0024】二重露光装置10の光電面11で形成され
た二重露光像は、結像レンズ27を介して、前段の空間
光変調器21の入力面に結像される。ここで、読み出し
光となるレーザー光を、ハーフミラー23a、23bを
介して空間光変調器21の出力面に入射する。このよう
にしてレーザー光を入射することにより、二重露光像の
コヒーレント像が読み出される。読み出されたコヒーレ
ント像は、ハーフミラー23b及びフーリエ変換レンズ
25を順に透過してフーリエ変換され、このフーリエ変
換像はフィルタ28を介して、後段の空間光変調器22
の入力面に結像される。なお、フィルタ28は、0次光
を除去するためのものである。このようにしてフーリエ
変換像を空間光変調器22に書きこむことで強度像に変
換される。The double-exposure image formed on the photocathode 11 of the double-exposure device 10 is formed on the input surface of the spatial light modulator 21 at the preceding stage via the imaging lens 27. Here, the laser light as the reading light is incident on the output surface of the spatial light modulator 21 via the half mirrors 23a and 23b. By thus entering the laser beam, the coherent image of the double exposure image is read out. The read coherent image is sequentially transmitted through the half mirror 23b and the Fourier transform lens 25 to be subjected to Fourier transform, and the Fourier transform image is passed through the filter 28 and the spatial light modulator 22 at the subsequent stage.
Is imaged on the input surface of. The filter 28 is for removing the 0th order light. By writing the Fourier transform image in the spatial light modulator 22 in this way, it is converted into an intensity image.
【0025】また、前段と同様に、読み出し光となるレ
ーザー光をハーフミラー24a、24bを介して後段の
空間光変調器22の出力面に入射する。このようにして
レーザー光を入射することにより、強度像のコヒーレン
ト像が読み出される。読み出されたコヒーレント像は、
ハーフミラー24b及びフーリエ変換レンズ25を順に
透過して、再びフーリエ変換され、その結果が輝点とな
ってその焦点面に現れ、図2(b)に示すような相関ピ
ーク信号が得られる。この図において、中央部は0次光
(70)によるものであり、その両側の対称的な位置に
あるのが、相関信号として検出される±1次光(71)
である。なお、検出される輝点の配列間隔及び配列方向
は、既に知られているように、移動物体の変位量(速
度)と変位方向に対して、一定の関係を有している。し
たがって、この相関ピーク信号として現れる輝点の位置
を光電変換装置31で検出し、所定の演算処理を実施す
ることで、移動物体の変位量、変位速度、変位方向が検
出できる。Further, similarly to the former stage, the laser light as the reading light is incident on the output surface of the latter spatial light modulator 22 via the half mirrors 24a and 24b. By thus entering the laser light, the coherent image of the intensity image is read out. The read coherent image is
The light is sequentially transmitted through the half mirror 24b and the Fourier transform lens 25, and is again Fourier transformed. The result becomes a bright spot and appears on its focal plane, and a correlation peak signal as shown in FIG. 2B is obtained. In this figure, the central portion is due to the 0th order light (70), and symmetrical positions on both sides of the center part are ± 1st order light (71) detected as a correlation signal.
Is. The array interval and array direction of the bright spots to be detected have a constant relationship with the displacement amount (velocity) of the moving object and the displacement direction, as is already known. Therefore, by detecting the position of the bright spot appearing as the correlation peak signal by the photoelectric conversion device 31 and performing a predetermined calculation process, the displacement amount, displacement velocity, and displacement direction of the moving object can be detected.
【0026】また、図4に変位量測定装置の他の実施例
を示す。この構成では、二重露光装置10における蛍光
面13から得られる画像をCCDカメラ15によって撮
像する構成としている。CCDカメラ15で得られた画
像を電気的な信号に変換した後、CRT16に表示す
る。そして、このCRT16で表示される画像を、フー
リエ変換光学系を含む、相関演算装置20の入力画像と
している。その他の構成は、図3に示した変位量測定装
置と同一であり、同一の構成要素には同一の参照番号を
付して示す。FIG. 4 shows another embodiment of the displacement amount measuring device. In this configuration, the image obtained from the fluorescent screen 13 in the double exposure apparatus 10 is captured by the CCD camera 15. The image obtained by the CCD camera 15 is converted into an electric signal and then displayed on the CRT 16. The image displayed on the CRT 16 is used as the input image of the correlation calculation device 20 including the Fourier transform optical system. Other configurations are the same as those of the displacement amount measuring device shown in FIG. 3, and the same components are designated by the same reference numerals.
【0027】このように構成した場合、CCDカメラ1
5は、蛍光面13から得られる移動物体の画像を撮像す
る際、その1フレームレートの時間を積分して1画像と
して取り込むため、この間、画像の蓄積機能を果たす。
この機能を利用してて、CCDカメラ15によって二重
露光像を得ることができる。With this configuration, the CCD camera 1
When capturing an image of a moving object obtained from the fluorescent screen 13, the reference numeral 5 integrates the time of one frame rate and captures it as one image, and thus performs an image storage function during this period.
By utilizing this function, a double exposure image can be obtained by the CCD camera 15.
【0028】なお、図5に示すように、CCDカメラ1
5の出力信号を2値化処理する2値化回路17を備え、
この2値化回路17の出力をCRT16の入力信号とし
てもよい。このように2値化回路17を配設すること
で、蛍光面13から得られる画像パターンのコントラス
トが明瞭でない場合にも、CCDカメラ15から出力さ
れるビデオ信号に対して2値化処理を行うことが可能で
あり、後段の相関演算装置20で得られる相関出力のS
/N比を向上させることが可能である。このように、ビ
デオ信号の2値化処理は、直接に信号処理ができるた
め、演算速度が遅延することはなく、CCDカメラ15
の出力となるビデオ信号に処理を施すことで、ノイズの
除去、波長毎の画像の抽出などが可能となる。As shown in FIG. 5, the CCD camera 1
A binarization circuit 17 for binarizing the output signal of 5;
The output of the binarization circuit 17 may be used as the input signal of the CRT 16. By thus disposing the binarization circuit 17, even if the contrast of the image pattern obtained from the phosphor screen 13 is not clear, the binarization processing is performed on the video signal output from the CCD camera 15. S of the correlation output obtained by the correlation calculation device 20 in the subsequent stage is possible.
It is possible to improve the / N ratio. In this way, since the video signal binarization can be directly processed, the calculation speed is not delayed, and the CCD camera 15
By processing the video signal that is the output of, the noise can be removed and the image for each wavelength can be extracted.
【0029】以上説明した各実施例において、二重露光
装置10は、光電面11、マイクロチャンネルプレート
12、蛍光面13を備えるものとして例示したが、マイ
クロチャンネルプレート12を含まずに、光電面11と
蛍光面13とで構成することもできる。なお、この場合
には、露光時間制御装置33によって、光電面11に印
加される電圧を制御することで、同様に二重露光像を得
ることができる。また、このようなイメージインテンシ
ファイヤのシャッタ機能を利用する他にも、パルス光源
を用いて二重露光像を得ることも可能である。さらに、
空間光変調器21、22として、FLC−SLM(強誘
電性液晶SLH)などの2次元空間光変調装置を用いる
ことも可能である。In each of the embodiments described above, the double exposure apparatus 10 is illustrated as including the photocathode 11, the microchannel plate 12, and the fluorescent screen 13, but the photocathode 11 is not included. And the fluorescent screen 13 may be used. In this case, the double exposure image can be similarly obtained by controlling the voltage applied to the photocathode 11 by the exposure time control device 33. Besides using the shutter function of such an image intensifier, it is also possible to obtain a double exposure image by using a pulse light source. further,
It is also possible to use a two-dimensional spatial light modulator such as FLC-SLM (ferroelectric liquid crystal SLH) as the spatial light modulators 21 and 22.
【0030】なお、このように構成する変位量測定装置
は、移動物体の変位量と二重露光の時間間隔から簡単に
速度に換算できるため、速度計測システムとして用いる
ことができる。The displacement amount measuring device having such a configuration can be used as a velocity measuring system because the displacement amount of the moving object and the time interval of double exposure can be easily converted into velocity.
【0031】また、このように構成する最大の特徴は、
蛍光面から得られる出力光量が入力光量に比較して数千
倍に増幅されるため、微弱な光量の移動物体(対象物)
や微少な露光時間においても明瞭な像を得ることができ
る点にある。これにより、顕微鏡下における、発光、蛍
光、燐光などの微弱光領域の変位計測が可能となる。The greatest feature of this construction is that
The output light quantity obtained from the phosphor screen is amplified several thousand times compared to the input light quantity, so a moving object (target object) with a weak light quantity
The point is that a clear image can be obtained even with a minute exposure time. This makes it possible to measure the displacement of a weak light region such as light emission, fluorescence, and phosphorescence under a microscope.
【0032】例えば、薬剤を投与した際の血流の変化を
測定することにより、薬剤の効果をリアルタイムで測定
することが可能となる。また、カリウムやカルシウムな
どを選択的に染色することによって、イオン毎の移動速
度や活性度が観察できる。また、精子の活性度をリアル
タイムにモニターすることも可能となる。For example, it is possible to measure the effect of the drug in real time by measuring the change in blood flow when the drug is administered. In addition, by selectively staining potassium or calcium, the migration speed and activity of each ion can be observed. In addition, it becomes possible to monitor the activity of sperm in real time.
【0033】また、光電面が最大3nsecのシャッタ
ー速度をもつため、高速現象の速度を計測する場合にお
いて、測定対象物の二重露光像が容易に得られる。例え
ば、パルス幅100nsec、パルス間隔200nse
cの二重露光を行うと、秒速25000m(時速9万k
m)の計測が可能となる。この計測速度は、前段の空間
光変調器21上での二重露光像の変位が5mmの場合で
あり、結像倍率を1:1と仮定した。速度測定範囲は、
結像倍率によって決まることになり、例えば、100倍
の対物レンズを用いた場合には、みかけ上の速度が10
0倍になるために前述の条件で秒速250mが計測でき
ることになる。シャッタースピードは、駆動回路系の改
良によって、さらに100倍程度の高速化が可能であ
り、計測範囲は同様に100倍広がることになる。Since the photocathode has a shutter speed of 3 nsec at the maximum, a double-exposure image of the object to be measured can be easily obtained when measuring the speed of a high-speed phenomenon. For example, pulse width 100 nsec, pulse interval 200 nse
When double exposure of c is performed, the speed is 25,000 m / s (90,000 k / h).
m) can be measured. This measurement speed is based on the case where the displacement of the double exposure image on the spatial light modulator 21 in the preceding stage is 5 mm, and the imaging magnification is assumed to be 1: 1. The speed measurement range is
It depends on the imaging magnification. For example, when an objective lens of 100 times is used, the apparent speed is 10
Since it becomes 0 times, 250 m / s can be measured under the above conditions. By improving the drive circuit system, the shutter speed can be further increased by about 100 times, and the measurement range is similarly expanded by 100 times.
【0034】[0034]
【発明の効果】本発明にかかる変位量測定装置によれ
ば、二重露光部の光電面の印加電圧を制御部によって制
御する、いわゆる高速シャッタ機能(ゲート機能)を利
用するため、極めて高速に移動する物体の変位量を測定
することが可能となり、測定対象物の測定変位量や速度
の許容範囲が、従来の測定装置に比べて向上する。According to the displacement amount measuring apparatus of the present invention, since the so-called high-speed shutter function (gate function) for controlling the applied voltage of the photocathode of the double exposure section by the control section is utilized, the speed is extremely high. It is possible to measure the displacement amount of a moving object, and the measurement displacement amount of the measurement target and the allowable range of speed are improved as compared with the conventional measuring device.
【0035】また、二重露光を形成する際の画像の蓄積
を、蛍光面の蛍光寿命、或いは撮像手段の1フレームレ
ートを利用して行う構成を採用したので、従来のよう
に、メモリ機能を有する高価なFLC−SLMを使用す
る必要はなく、測定装置を安価に製造でき、利用できる
空間光変調器の選択幅も広がる。Further, since the image is stored when the double exposure is formed by utilizing the fluorescent life of the fluorescent screen or the one frame rate of the image pickup means, the memory function is provided as in the conventional case. It is not necessary to use the expensive FLC-SLM, which is provided, the measuring device can be manufactured at low cost, and the selection range of available spatial light modulators is widened.
【図1】本実施例にかかる変位量測定装置の構成を概念
的に示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram conceptually showing the structure of a displacement amount measuring apparatus according to the present embodiment.
【図2】(a)は二重露光装置で得られた移動物体の二
重露光像を示す図、(b)は相関演算装置から得られ
る、この二重露光像の相関ピーク像を示す図である。FIG. 2A is a diagram showing a double exposure image of a moving object obtained by the double exposure device, and FIG. 2B is a diagram showing a correlation peak image of the double exposure image obtained by a correlation calculation device. Is.
【図3】変位量測定装置の構成例を示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing a configuration example of a displacement amount measuring device.
【図4】変位量測定装置の構成例を示す構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram showing a configuration example of a displacement amount measuring device.
【図5】変位量測定装置の構成例を示す構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram showing a configuration example of a displacement amount measuring device.
10…二重露光装置、11…光電面、12…マイクロチ
ャンネルプレート、13…蛍光面、20…相関演算装
置、21…空間光変調器(第1光変調手段)、23a,
23b…ハーフミラー(第1光変調手段)、25…フー
リエ変換レンズ、22…空間光変調器(第2光変調手
段)、23a,23b…ハーフミラー(第2光変調手
段)、26…フーリエ変換レンズ、30…制御装置、3
1…光位置検出装置(変位量演算部)、32…変位量演
算装置(変位量演算部)、33…露光時間制御装置。10 ... Double exposure device, 11 ... Photoelectric surface, 12 ... Micro channel plate, 13 ... Phosphor screen, 20 ... Correlation calculation device, 21 ... Spatial light modulator (first light modulating means), 23a,
23b ... Half mirror (first light modulating means), 25 ... Fourier transform lens, 22 ... Spatial light modulator (second light modulating means), 23a, 23b ... Half mirror (second light modulating means), 26 ... Fourier transform Lens, 30 ... Control device, 3
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical position detection device (displacement amount calculation part), 32 ... Displacement amount calculation device (displacement amount calculation part), 33 ... Exposure time control device.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 祐二 静岡県浜松市市野町1126番地の1 浜松 ホトニクス株式会社内 (72)発明者 原 勉 静岡県浜松市市野町1126番地の1 浜松 ホトニクス株式会社内 (72)発明者 大野 竹司 静岡県浜松市市野町1126番地の1 浜松 ホトニクス株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−204312(JP,A) 特開 平5−296720(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Yuji Kobayashi 1 1126, Nomachi, Hamamatsu, Shizuoka Prefecture 1126 Hamamatsu Photonics Co., Ltd. (72) Inventor Tsutomu Hara 1126, 1126 Nomachi, Hamamatsu, Shizuoka Prefecture Hamamatsu Photonics Co., Ltd. (72) Inventor Takeshi Ohno 1 1126 Ichino-cho, Hamamatsu-shi, Shizuoka Prefecture Hamamatsu Photonics Co., Ltd. (56) Reference JP-A-4-204312 (JP, A) JP-A-5-296720 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01B 11/00-11/30
Claims (8)
置であって、 移動物体からの光が入射する光電面と、この光電面から
放出された光電子の像を光の像に変換する蛍光面とを備
え、この蛍光面上に前記移動物体の像を一定時間蓄積
し、この移動物体の二重露光像を形成する二重露光部
と、 前記光電面に対する印加電圧を制御し、前記蛍光面にお
ける二重露光の時間間隔及び各露光の露光時間を制御す
る制御部と、 前記二重露光部から出力される前記移動物体の二重露光
像を、フーリエ変換し、相関ピーク像を得る相関演算部
と、 前記相関演算部から得られる相関ピーク像を検出し、前
記二重露光像の変位量を求める変位量演算部と、 を備える変位量測定装置。1. A displacement amount measuring device for measuring a displacement amount of a moving object, wherein a photoelectric surface on which light from the moving object is incident and a photoelectron image emitted from the photoelectric surface are converted into a light image. A fluorescent screen, the image of the moving object is accumulated on the fluorescent screen for a certain period of time, a double-exposure unit that forms a double-exposure image of the moving object, and the voltage applied to the photocathode is controlled, A controller that controls the time interval of double exposure on the fluorescent screen and the exposure time of each exposure, and the double exposure image of the moving object output from the double exposure unit is Fourier transformed to obtain a correlation peak image. A displacement amount measuring device comprising: a correlation calculation unit; and a displacement amount calculation unit that detects a correlation peak image obtained from the correlation calculation unit and obtains a displacement amount of the double exposure image.
ント像に変換する第1光変調手段と、 この第1光変調手段から得られるコヒーレント像をフー
リエ変換する第1フーリエ変換光学系と、 この第1フーリエ変換光学系でフーリエ変換された強度
像をコヒーレント像に変換する第2光変調手段と、 この第2光変調手段から得られるコヒーレント像をフー
リエ変換し、相関ピーク像を得る第2フーリエ変換光学
系と、 を含んで構成され、光学的にフーリエ変換を行う請求項
1記載の変位量測定装置。2. The correlation calculation unit converts the double-exposure image obtained from the double-exposure unit into a coherent image, and a coherent image obtained from the first light-modulating unit by Fourier transform. A first Fourier transform optical system for converting, a second light modulating means for converting an intensity image Fourier-transformed by the first Fourier transform optical system into a coherent image, and a coherent image obtained from the second light modulating means by Fourier transform. The displacement amount measuring device according to claim 1, which is configured to include a second Fourier transform optical system for converting and obtaining a correlation peak image, and performing Fourier transform optically.
置であって、 移動物体からの光が入射する光電面と、この光電面から
放出された光電子を増倍するマイクロチャンネルプレー
トと、このマイクロチャンネルプレートで増倍された光
電子の像を光の像に変換する蛍光面とを備え、この蛍光
面上に前記移動物体の像を蓄積し、この移動物体の二重
露光像を形成する二重露光部と、 前記光電面に対する印加電圧と前記マイクロチャンネル
プレートの印加電圧とのうち、少なくとも一方の印加電
圧を制御し、前記蛍光面における二重露光の時間間隔及
び各露光の露光時間を制御する制御部と、 前記二重露光部から出力される前記移動物体の二重露光
像を、フーリエ変換し、相関ピーク像を得る相関演算部
と、 前記相関演算部から得られる相関ピーク像を検出し、前
記二重露光像の変位量を求める変位量演算部と、 を備える変位量測定装置。3. A displacement amount measuring device for measuring a displacement amount of a moving object, comprising a photoelectric surface on which light from the moving object is incident, and a microchannel plate for multiplying photoelectrons emitted from the photoelectric surface. A fluorescent screen for converting the photoelectron image multiplied by the microchannel plate into a light image, and the image of the moving object is accumulated on the fluorescent screen to form a double-exposure image of the moving object. Double exposure unit, controlling the applied voltage of at least one of the applied voltage to the photocathode and the applied voltage of the microchannel plate, the time interval of the double exposure on the phosphor screen and the exposure time of each exposure. A control unit that controls, a double-exposure image of the moving object that is output from the double-exposure unit, a correlation calculation unit that performs Fourier transform to obtain a correlation peak image, and a correlation obtained from the correlation calculation unit. A displacement amount measuring device comprising: a displacement amount calculation unit that detects a peak image and obtains a displacement amount of the double-exposure image.
ント像に変換する第1光変調手段と、 この第1光変調手段から得られるコヒーレント像をフー
リエ変換する第1フーリエ変換光学系と、 この第1フーリエ変換光学系でフーリエ変換された強度
像をコヒーレント像に変換する第2光変調手段と、 この第2光変調手段から得られるコヒーレント像をフー
リエ変換し、相関ピーク像を得る第2フーリエ変換光学
系と、 を含んで構成され、光学的にフーリエ変換を行う請求項
3記載の変位量測定装置。4. The correlation calculation section converts the double exposure image obtained from the double exposure section into a coherent image, and a first coherent image obtained from the first light modulating section by Fourier transform. A first Fourier transform optical system for converting, a second light modulating means for converting an intensity image Fourier-transformed by the first Fourier transform optical system into a coherent image, and a coherent image obtained from the second light modulating means by Fourier transform. The displacement amount measuring device according to claim 3, which is configured to include a second Fourier transform optical system for converting and obtaining a correlation peak image, and performing Fourier transform optically.
置であって、 移動物体からの光が入射する光電面と、この光電面から
放出された光電子の像を光の像に変換する蛍光面と、こ
の像を撮像する撮像手段とを備え、この撮像手段の1フ
レームレートの時間内に、変位する前後の前記移動物体
の像が入力され、この移動物体の二重露光像を形成する
二重露光部と、 前記光電面に対する印加電圧を制御し、前記蛍光面にお
ける二重露光の時間間隔及び各露光の露光時間を制御す
る制御部と、 前記二重露光部の撮像手段で撮像された前記二重露光像
を表示する表示手段と、 前記表示手段で表示される前
記移動物体の二重露光像を、フーリエ変換し、相関ピー
ク像を得る相関演算部と、 前記相関演算部で得られる相関ピーク像を検出し、前記
二重露光像の変位量を求める変位量演算部と、 を備える変位量測定装置。5. A displacement amount measuring device for measuring a displacement amount of a moving object, wherein a photoelectric surface on which light from the moving object is incident and a photoelectron image emitted from this photoelectric surface are converted into a light image. An image of the moving object before and after displacement is input within a time period of one frame rate of the image pickup means, and a double exposure image of the moving object is formed. And a control unit that controls the applied voltage to the photocathode and controls the time interval of double exposure and the exposure time of each exposure on the fluorescent screen, and image by the imaging unit of the double exposure unit. A display unit that displays the double-exposure image that has been formed, a double-exposure image of the moving object that is displayed on the display unit, and a correlation calculation unit that performs a Fourier transform to obtain a correlation peak image; The obtained correlation peak image is detected and Displacement measuring device and a displacement calculating unit for obtaining the displacement amount of the exposure image.
ト像に変換する第1光変調手段と、 この第1光変調手段から得られるコヒーレント像をフー
リエ変換する第1フーリエ変換光学系と、 この第1フーリエ変換光学系でフーリエ変換された強度
像をコヒーレント像に変換する第2光変調手段と、 この第2光変調手段から得られるコヒーレント像をフー
リエ変換し、相関ピーク像を得る第2フーリエ変換光学
系と、 を含んで構成され、光学的にフーリエ変換を行う請求項
5記載の変位量測定装置。6. The correlation calculation unit converts the double exposure image displayed on the display unit into a coherent image, and a Fourier transform of the coherent image obtained from the first light modulating unit. A first Fourier transform optical system, a second light modulating means for converting an intensity image Fourier transformed by the first Fourier transform optical system into a coherent image, and a coherent image obtained from the second light modulating means by Fourier transform And a second Fourier transform optical system for obtaining a correlation peak image, the displacement amount measuring apparatus according to claim 5 configured to optically perform a Fourier transform.
置であって、 移動物体からの光が入射する光電面と、この光電面から
放出された光電子を増倍するマイクロチャンネルプレー
トと、このマイクロチャンネルプレートで増倍された光
電子の像を像に変換する蛍光面と、この蛍光面で変換さ
れた像を撮像する撮像手段とを備え、この撮像手段の1
フレームレートの時間内に、変位する前後の前記移動物
体の像を入力し、この移動物体の二重露光像を形成する
二重露光部と、 前記光電面に対する印加電圧と前記マイクロチャンネル
プレートの印加電圧とのうち、少なくとも一方の印加電
圧を制御し、前記蛍光面における二重露光の時間間隔及
び各露光の露光時間を制御する制御部と、 前記二重露光部の撮像手段で撮像された前記二重露光像
を表示する表示手段と、 前記表示手段で表示される前
記移動物体の二重露光像を、フーリエ変換し、相関ピー
ク像を得る相関演算部と、 前記相関演算部で得られる相関ピーク像を検出し、前記
二重露光像の変位量を求める変位量演算部と、 を備える変位量測定装置。7. A displacement amount measuring device for measuring a displacement amount of a moving object, comprising a photocathode on which light from the moving object is incident, and a microchannel plate for multiplying photoelectrons emitted from the photocathode. The image pickup device includes a fluorescent screen for converting the photoelectron image multiplied by the microchannel plate into an image, and an image pickup device for picking up the image converted by the fluorescent screen.
A double exposure unit that inputs an image of the moving object before and after displacement and forms a double exposure image of the moving object within a frame rate time; an applied voltage to the photocathode and an application of the microchannel plate. Of the voltage, at least one of the applied voltage is controlled to control the double exposure time interval and the exposure time of each exposure on the phosphor screen, and the image capturing means imaged in the double exposure unit. A display unit that displays a double exposure image, a correlation calculation unit that obtains a correlation peak image by performing a Fourier transform on the double exposure image of the moving object displayed on the display unit, and a correlation obtained by the correlation calculation unit. A displacement amount measuring device comprising: a displacement amount calculation unit that detects a peak image and obtains a displacement amount of the double-exposure image.
ト像に変換する第1光変調手段と、 この第1光変調手段から得られるコヒーレント像をフー
リエ変換する第1フーリエ変換光学系と、 この第1フーリエ変換光学系でフーリエ変換された強度
像をコヒーレント像に変換する第2光変調手段と、 この第2光変調手段から得られるコヒーレント像をフー
リエ変換し、相関ピーク像を得る第2フーリエ変換光学
系と、 を含んで構成され、光学的にフーリエ変換を行う請求項
7記載の変位量測定装置。8. The correlation calculation unit converts the double-exposure image displayed by the display unit into a coherent image, and a Fourier transform of the coherent image obtained from the first light modulating unit. A first Fourier transform optical system, a second light modulating means for converting an intensity image Fourier transformed by the first Fourier transform optical system into a coherent image, and a coherent image obtained from the second light modulating means by Fourier transform And a second Fourier transform optical system for obtaining a correlation peak image, the displacement amount measuring apparatus according to claim 7 configured to optically perform a Fourier transform.
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| JP04420994A JP3375413B2 (en) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | Displacement measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP04420994A JP3375413B2 (en) | 1994-03-15 | 1994-03-15 | Displacement measuring device |
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Family Applications (1)
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- 1994-03-15 JP JP04420994A patent/JP3375413B2/en not_active Expired - Fee Related
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