Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7698202B2 - Measurement device, measurement method, and program - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7698202B2 - Measurement device, measurement method, and program - Google Patents

Measurement device, measurement method, and program Download PDF

Info

Publication number
JP7698202B2
JP7698202B2 JP2021169417A JP2021169417A JP7698202B2 JP 7698202 B2 JP7698202 B2 JP 7698202B2 JP 2021169417 A JP2021169417 A JP 2021169417A JP 2021169417 A JP2021169417 A JP 2021169417A JP 7698202 B2 JP7698202 B2 JP 7698202B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pixels
light
change
human body
luminance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021169417A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2023059422A (en
Inventor
志織 杉本
陽光 曽我部
隆行 黒住
英明 木全
尋之 久保
寛太 木渕
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.)
NTT Inc
NTT Inc USA
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
NTT Inc USA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp, NTT Inc USA filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2021169417A priority Critical patent/JP7698202B2/en
Publication of JP2023059422A publication Critical patent/JP2023059422A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7698202B2 publication Critical patent/JP7698202B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)

Description

本発明は、例えば、スペックルパターンの変化を計測する計測装置、計測方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a measurement device, a measurement method, and a program for measuring changes in a speckle pattern, for example.

反射面に微細な凹凸のある物体や内部散乱を起こす物体に対してレーザ光などのコヒーレント光を照射すると、コヒーレント光を受けて物体から散乱光が生じ、生じた散乱光の干渉に由来するパターンを観察することができる。このパターンはスペックルパターンと呼ばれており、スペックルパターンの各点では複数の散乱光の重ね合わせによる強め合い弱め合いのために明暗が生じる。 When coherent light such as laser light is irradiated onto an object with minute irregularities on its reflective surface or an object that causes internal scattering, scattered light is generated from the object in response to the coherent light, and a pattern resulting from the interference of the scattered light can be observed. This pattern is called a speckle pattern, and at each point in the speckle pattern, light and dark appear due to the strengthening and weakening caused by the overlapping of multiple scattered lights.

物体の変形や移動に伴って散乱光の位相差が変化すると、スペックルパターンも変化する。そのため、スペックルパターンの時間的な変化を計測することにより、物体における微細な形状の時間的な変化や、移動量の時間的な変化などを推定することができる。スペックルパターンを利用した計測法は、材料計測の他、血流計などの医療センサ、機械制御用の速度計など様々な用途で利用される。例えば、レーザドップラ血流計では、肌の上からレーザ光を照射し、血管内を移動する赤血球で散乱した光と、静止した生体組織で散乱した光との干渉によって生じるスペックルパターンの光から受光強度信号を受光素子によって検出する。検出した受光強度信号の周波数から血管中を通過する赤血球の速度を算出し、算出した赤血球の速度から血流量や脈拍を推定する。 When the phase difference of the scattered light changes with the deformation or movement of an object, the speckle pattern also changes. Therefore, by measuring the change in the speckle pattern over time, it is possible to estimate the change in the minute shape of the object over time, the change in the amount of movement over time, and so on. Measurement methods that use speckle patterns are used for various purposes, such as material measurement, medical sensors such as blood flow meters, and speed meters for machine control. For example, in a laser Doppler blood flow meter, a laser light is irradiated from above the skin, and a light receiving element detects a received light intensity signal from the speckle pattern light generated by the interference between the light scattered by red blood cells moving in the blood vessels and the light scattered by stationary biological tissue. The speed of the red blood cells passing through the blood vessels is calculated from the frequency of the detected received light intensity signal, and the blood flow rate and pulse rate are estimated from the calculated red blood cell speed.

CCD(Charge Coupled Device)等の画像センサで撮影することにより、スペックルパターンを二次元で観察することができる。ただし、上記した血流のスペックルパターンのように受光強度信号の周波数が非常に高くなる散乱体を撮影する場合、その周波数の高さに応じた高いフレームレートの画像センサが必要になる。一般的に、画像センサは、フレームレートが高くなれば高くなるほど、解像度が高くなれば高くなるほど価格が高くなるという問題がある。高いフレームレートの画像センサや高解像の画像センサは、光量不足によりノイズの影響を強く受けるようになるという問題がある。 Speckle patterns can be observed in two dimensions by capturing images using an image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device). However, when capturing images of scattering bodies that produce extremely high frequencies of received light intensity signals, such as the blood flow speckle pattern described above, an image sensor with a high frame rate corresponding to the high frequency is required. In general, the higher the frame rate and the higher the resolution of an image sensor, the higher its price becomes. Image sensors with high frame rates and high resolutions have the problem of being strongly affected by noise due to insufficient light.

例えば、非特許文献1に開示される技術、すなわち、レーザースペックル血流画像化法を用いた血流計では、一般的なフレームレートの画像センサを使用したスペックルパターンの計測法を用いることにより、上記のような画像センサの価格やノイズに関する問題を解決している。レーザースペックル血流画像化法を用いた血流計において、画像センサによって得られる画像データは、画素毎に露光時間内で受光強度信号を積分した結果を示すことになる。血流の速度が速いほど実時間での受光強度信号の周波数が高くなるので、積分値のバラツキが小さくなるという傾向がある。レーザースペックル血流画像化法を用いた血流計では、この傾向を利用し、画像データを複数回取得して比較し、比較結果に基づいて、画像データの間の変動の多寡により血流量を求めることを可能にしている。 For example, the technology disclosed in Non-Patent Document 1, i.e., a blood flow meter using a laser speckle blood flow imaging method, uses a speckle pattern measurement method using an image sensor with a general frame rate, thereby solving the problems related to the cost and noise of the image sensor as described above. In a blood flow meter using a laser speckle blood flow imaging method, the image data obtained by the image sensor indicates the result of integrating the light receiving intensity signal within the exposure time for each pixel. The faster the blood flow speed, the higher the frequency of the light receiving intensity signal in real time, so there is a tendency for the variation in the integrated value to be smaller. A blood flow meter using a laser speckle blood flow imaging method makes use of this tendency, acquiring and comparing image data multiple times, and making it possible to determine the blood flow rate from the amount of variation between the image data based on the comparison results.

OMEGAWAVE, INC.、“2次元レーザー血流画像装置、OMEGAZONE 2D Laser Blood Flow Imager、測定原理”、[online]、[令和3年8月18日検索]、インターネット<http://www.omegawave.co.jp/products/oz/principle.shtml>OMEGAWAVE, INC., "2D laser blood flow imaging device, OMEGAZONE 2D Laser Blood Flow Imager, measurement principle", [online], [searched on August 18, 2021], Internet <http://www.omegawave.co.jp/products/oz/principle.shtml>

しかしながら、上記の非特許文献1に開示される技術のように、一般的なフレームレートの画像センサを用いてスペックルパターンを計測する際、上記した血流のように受光強度信号の周波数が高くなる物体を計測対象とする場合、複数回の継続的な計測が必要である。そのため、いわゆるリアルタイム計測などの計測の時間間隔に制約がある条件下での計測を行うことが難しいという問題がある。一般的なフレームレートの画像センサを用いる場合、複数回の継続的な計測が必要であることから、計測対象の物体に生じる変化の比率が一定の比率でない場合には、正確な計測を行うことが難しいという問題がある。 However, when measuring a speckle pattern using an image sensor with a general frame rate, as in the technology disclosed in Non-Patent Document 1, if the object being measured is an object with a high frequency of the received light intensity signal, such as the blood flow described above, multiple continuous measurements are required. This poses the problem that it is difficult to perform measurements under conditions where there are restrictions on the time interval of measurements, such as so-called real-time measurements. When using an image sensor with a general frame rate, multiple continuous measurements are required, which poses the problem that it is difficult to perform accurate measurements if the ratio of changes occurring in the object being measured is not a constant ratio.

上記事情に鑑み、本発明は、計測の時間間隔に制約がある条件下で、変化が一定でない物体の変化をスペックルパターンに基づいて推定することができる技術の提供を目的としている。 In view of the above, the present invention aims to provide a technology that can estimate changes in an object that does not change constantly based on a speckle pattern under conditions where the measurement time interval is restricted.

本発明の一態様は、コヒーレント光を生成する照射部と、散乱体が前記コヒーレント光を受けることにより生じる散乱光の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素により受光し、前記画素の各々が前記スペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が、予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素を検出し、検出した前記画素の位置と、前記画素の前記輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成する計測部と、前記イベントデータに基づいて、前記散乱体の変化を示す物理量を算出する算出処理部と、を備える計測装置である。 One aspect of the present invention is a measurement device that includes an irradiation unit that generates coherent light, a measurement unit that receives light of a speckle pattern generated by interference of scattered light caused by a scatterer receiving the coherent light with a plurality of pixels, detects pixels having a predetermined amount of luminance change to be detected, and generates event data including a position of the detected pixel, a code value indicating a direction of change in the amount of luminance change of the pixel, and a detection time indicating the time of detection, and a calculation processing unit that calculates a physical quantity indicating a change in the scatterer based on the event data.

本発明の一態様は、コヒーレント光を生成し、散乱体が前記コヒーレント光を受けることにより生じる散乱光の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素により受光し、前記画素の各々が前記スペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が、予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素を検出し、検出した前記画素の位置と、前記画素の前記輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成し、生成された前記イベントデータに基づいて、前記散乱体の変化を示す物理量を算出する、計測方法である。 One aspect of the present invention is a measurement method that generates coherent light, receives light of a speckle pattern generated by interference of scattered light caused by a scatterer receiving the coherent light with a plurality of pixels, detects pixels having a predetermined amount of luminance change to be detected, and generates event data including a position of the detected pixel, a code value indicating a direction of change in the amount of luminance change of the pixel, and a detection time indicating the time of detection, and calculates a physical quantity indicating a change in the scatterer based on the generated event data.

本発明の一態様は、散乱体がコヒーレント光を受けることにより生じる散乱光の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素により受光し、前記画素の各々が前記スペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が、予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素を検出し、検出した前記画素の位置と、前記画素の前記輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成する計測ステップと、前記イベントデータに基づいて、前記散乱体の変化を示す物理量を算出する算出処理ステップと、をコンピュータに実行させるためのプログラムである。 One aspect of the present invention is a program for causing a computer to execute a measurement step of receiving light of a speckle pattern generated by interference of scattered light caused by a scatterer receiving coherent light with a plurality of pixels, detecting pixels having a predetermined amount of luminance change to be detected, in which a luminance change amount indicating a change in luminance value detected by each of the pixels receiving the light of the speckle pattern is a predetermined amount of luminance change to be detected, and generating event data including a position of the detected pixel, a code value indicating a direction of change in the amount of luminance change of the pixel, and a detection time indicating the time of detection, and a calculation processing step of calculating a physical quantity indicating a change in the scatterer based on the event data.

本発明により、計測の時間間隔に制約がある条件下で、変化が一定でない物体の変化をスペックルパターンに基づいて推定することが可能になる。 The present invention makes it possible to estimate changes in objects that do not change constantly based on speckle patterns under conditions where the measurement time interval is restricted.

第1の実施形態の計測装置の内部構成と散乱体とを示すブロック図である。2 is a block diagram showing the internal configuration of a measuring device and a scatterer according to the first embodiment; FIG. 第1の実施形態の算出処理部が行う第1の手法の処理の流れを示すフローチャートである。11 is a flowchart showing a flow of processing of a first technique performed by a calculation processing unit of the first embodiment. 第1の実施形態の算出処理部が行う第2の手法の処理の流れを示すフローチャートである。10 is a flowchart showing a flow of processing of a second technique performed by a calculation processing unit according to the first embodiment. 第1の実施形態の算出処理部が行う第2の手法において算出処理部が算出する積算値の変化の一例を示すグラフである。11 is a graph showing an example of a change in an integrated value calculated by the calculation processing unit in a second technique performed by the calculation processing unit of the first embodiment. 第1の実施形態の算出処理部が行う第3の手法においてイベント検出部に設定する検出閾値の大きさとイベント検出部が検出するピークの位置との関係を説明するためのグラフである。13 is a graph for explaining the relationship between the magnitude of a detection threshold set in the event detection unit and the position of a peak detected by the event detection unit in the third technique performed by the calculation processing unit of the first embodiment. 第1の実施形態の算出処理部が行う第3の手法の処理の流れを示すフローチャートである。13 is a flowchart showing a flow of processing of a third technique performed by a calculation processing unit of the first embodiment. 第1の実施形態の算出処理部が行う第4の手法の処理の流れを示すフローチャートである。13 is a flowchart showing a flow of processing of a fourth technique performed by a calculation processing unit according to the first embodiment. 第2の実施形態の計測装置の内部構成と散乱体とを示すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram showing an internal configuration of a measuring device and a scatterer according to a second embodiment. 第2の実施形態の光分岐部及び光集束部に適用される光学系の例を示す図である。13A and 13B are diagrams illustrating an example of an optical system applied to a light branching unit and a light converging unit of the second embodiment. 第2の実施形態の算出処理部による処理の流れを示すフローチャートである。10 is a flowchart showing a flow of processing by a calculation processing unit according to the second embodiment.

(第1の実施形態)
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、第1の実施形態における計測装置1と、計測装置1の計測対象である散乱体30とを示すブロック図である。散乱体30は、一部に移動する移動散乱体31を含んでおり、コヒーレント光を受けて散乱光を生じさせる物体であればどのような物体であってもよい。例えば、散乱体30は、人体であり、移動散乱体31は、人体の血管を流れる血液である。
First Embodiment
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Fig. 1 is a block diagram showing a measurement device 1 in a first embodiment and a scattering medium 30 that is a measurement target of the measurement device 1. The scattering medium 30 includes a moving scattering medium 31 that moves in part, and may be any object that receives coherent light and generates scattered light. For example, the scattering medium 30 is a human body, and the moving scattering medium 31 is blood flowing through the blood vessels of the human body.

計測装置1は、照射部11、計測部12及び算出処理部13を備える。照射部11は、コヒーレント光であるレーザ光を生成する光源を備えており、光源によりレーザ光を一定の光強度で生成する。照射部11は、生成したレーザ光を内部に備える光学素子により面状に拡散し、拡散したレーザ光40を散乱体30に対して照射する。ここで、照射部11が内部に備える光学素子とは、レーザ光を拡散させる光学素子であればどのようなものであってもよく、例えば、光源が生成したレーザ光を拡散する位置に配置された凸レンズである。 The measurement device 1 includes an irradiation unit 11, a measurement unit 12, and a calculation processing unit 13. The irradiation unit 11 includes a light source that generates laser light, which is coherent light, and generates the laser light with a constant light intensity using the light source. The irradiation unit 11 diffuses the generated laser light into a planar shape using an optical element provided therein, and irradiates the diffused laser light 40 onto the scattering body 30. Here, the optical element provided inside the irradiation unit 11 may be any optical element that diffuses laser light, and is, for example, a convex lens arranged in a position that diffuses the laser light generated by the light source.

図1において、散乱光50が、散乱体30において移動散乱体31を除く部分、すなわち静止している部分がレーザ光40を受けることにより生じる散乱光を示しており、散乱光51が、移動散乱体31がレーザ光40を受けることにより生じる散乱光を示している。移動散乱体31が移動していない場合、散乱光51は、散乱光50に含まれることになり、この場合、散乱光50の干渉によりスペックルパターンが生じることになる。これに対して、移動散乱体31が移動している場合、散乱光51が生じ、散乱光50と散乱光51との干渉によりスペックルパターンに変化が生じることになる。 In FIG. 1, scattered light 50 indicates scattered light generated when the parts of the scatterer 30 other than the moving scatterer 31, i.e., the stationary parts, receive the laser light 40, and scattered light 51 indicates scattered light generated when the moving scatterer 31 receives the laser light 40. When the moving scatterer 31 is not moving, the scattered light 51 is included in the scattered light 50, and in this case, a speckle pattern is generated due to interference of the scattered light 50. In contrast, when the moving scatterer 31 is moving, scattered light 51 is generated, and interference between the scattered light 50 and the scattered light 51 causes a change in the speckle pattern.

計測部12は、例えば、イベントベースビジョンセンサを備えたイベントカメラであり、受光部21と、イベント検出部23とを備える。受光部21は、散乱光50,51の干渉によって生じるスペックルパターンの光を受光することができる位置に配置される。受光部21は、例えば、矩形形状になるように並べられて、受光部21の受光面を形成する複数の画素22-1~22-nを備える。ここで、nは、2以上の整数であれば任意の値であってよく、一般的なイベントカメラであれば、nは、数万から数十万といった値になる。なお、図1では、一例として、n=54の例、すなわち、受光部21が、6行×9列の54個の画素22-1~22-54を備える例を示しており、その中の最初と最後の画素のそれぞれに符号「22-1」と「22-n」とを付して示している。画素22-1~22-nの各々は、散乱光50,51の干渉によって生じるスペックルパターンの光を受光すると、各々の位置において計測されるスペックルパターンの光の強度を示す輝度値を出力する。以下、画素22-1~22-nの任意の1つの画素を示す場合、符号の枝番号を示さずに画素22という。 The measurement unit 12 is, for example, an event camera equipped with an event-based vision sensor, and includes a light receiving unit 21 and an event detection unit 23. The light receiving unit 21 is arranged at a position where it can receive light of a speckle pattern generated by the interference of scattered light 50, 51. The light receiving unit 21 includes, for example, a plurality of pixels 22-1 to 22-n arranged in a rectangular shape to form the light receiving surface of the light receiving unit 21. Here, n may be any integer value of 2 or more, and in the case of a general event camera, n is a value of tens of thousands to hundreds of thousands. Note that FIG. 1 shows an example of n=54, that is, an example in which the light receiving unit 21 includes 54 pixels 22-1 to 22-54 of 6 rows and 9 columns, and the first and last pixels therein are indicated by the symbols "22-1" and "22-n", respectively. When each of the pixels 22-1 to 22-n receives light of a speckle pattern generated by the interference of the scattered lights 50 and 51, it outputs a luminance value indicating the intensity of the light of the speckle pattern measured at each position. Hereinafter, when referring to any one of the pixels 22-1 to 22-n, it will be referred to as pixel 22 without indicating the subnumber of the reference symbol.

イベント検出部23は、画素22-1~22-nの各々が出力する輝度値の変化を示す輝度変化量を非同期で検出する。イベント検出部23は、更に、検出した輝度変化量が、予め定められる検出対象の輝度変化量を有している画素22を検出すると、検出した画素22の位置と、輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成する。ここで、画素22の位置は、例えば、画素22-1の位置を原点、すなわち(0,0)とする行と列の位置によって表される座標データによって示される位置であり、画素22-1の同一列の1行下の画素の位置は座標データ(1,0)として示され、画素22-1の同一行の1列右の画素の位置は、座標データ(0,1)として示されることになる。輝度変化量の変化方向を示す符号値とは、例えば、輝度値が小さい値から大きい値に変化している場合「+1」となり、輝度値が大きい値から小さい値に変化している場合「-1」となる値である。 The event detection unit 23 asynchronously detects the amount of luminance change indicating the change in the luminance value output by each of the pixels 22-1 to 22-n. When the event detection unit 23 detects a pixel 22 whose detected amount of luminance change has a predetermined amount of luminance change to be detected, the event detection unit 23 generates event data including the position of the detected pixel 22, a code value indicating the direction of change in the amount of luminance change, and a detection time indicating the time of detection. Here, the position of the pixel 22 is, for example, a position indicated by coordinate data represented by the row and column positions with the position of the pixel 22-1 as the origin, i.e. (0,0), and the position of the pixel one row below the pixel 22-1 in the same column is indicated as coordinate data (1,0), and the position of the pixel one column to the right of the pixel 22-1 in the same row is indicated as coordinate data (0,1). The code value indicating the direction of change in the amount of luminance change is, for example, "+1" when the luminance value is changing from a small value to a large value, and "-1" when the luminance value is changing from a large value to a small value.

ここで、イベント検出部23が検出する輝度変化量と、スペックルパターンの変化を生じさせる受光強度信号との関係について説明する。受光強度信号とは、ある位置において計測されるスペックルパターンの光の光強度値を時系列に並べた信号である。スペックルパターンの変化が大きくなると、受光強度信号の周波数も高くなるという関係がある。画素22-1~22-nの各々が検出する輝度値は、各々の位置において計測されるスペックルパターンの光の強度を示しており、各々が検出する輝度値を時系列に並べることにより、画素22-1~22-nの各々の位置において計測されるスペックルパターンの受光強度信号が得られることになる。ここで、ある1つの画素22において計測される受光強度信号をI(t)とする(ただし、I(t)において、tは、時刻であり、I(t)は、時刻tにおいて画素22が検出する輝度値である)。例えば、画素22が時刻tにおいて検出した輝度値が、I(t)であり、画素22が時刻tの直後の検出時刻である時刻tにおいて検出した輝度値が、I(t)である場合、イベント検出部23は、時刻tにおいて、輝度値の対数値の差で表される輝度変化量log(I(t2))-log(I(t1))を検出することになる。ここで、log(・)の底は、「e」であり、以下、「対数」という場合は、底が「e」の自然対数であるものとする。イベント検出部23は、log(I(t))-log(I(t1))の演算の結果の符号を、符号値の符号として検出する。以下、輝度変化量log(I(t2))-log(I(t1))の式を一般化して、時刻tにおける輝度変化量を式によって示す場合、Δ(log(I(t))という式により示すものとする。 Here, the relationship between the amount of luminance change detected by the event detection unit 23 and the received light intensity signal that causes a change in the speckle pattern will be described. The received light intensity signal is a signal in which the light intensity values of the speckle pattern measured at a certain position are arranged in time series. There is a relationship in which the frequency of the received light intensity signal increases as the change in the speckle pattern increases. The luminance values detected by each of the pixels 22-1 to 22-n indicate the intensity of the light of the speckle pattern measured at each position, and the received light intensity signals of the speckle pattern measured at each of the pixels 22-1 to 22-n are obtained by arranging the luminance values detected by each of them in time series. Here, the received light intensity signal measured at a certain pixel 22 is I(t) (where, in I(t), t is time, and I(t) is the luminance value detected by the pixel 22 at time t). For example, if the luminance value detected by pixel 22 at time t1 is I( t1 ), and the luminance value detected by pixel 22 at time t2, which is the detection time immediately after time t1 , is I( t2 ), then event detection unit 23 detects the amount of luminance change at time t2 , log(I( t2 ))-log(I( t1 )), which is expressed as the difference in logarithmic values. Here, the base of log(.) is "e", and hereinafter, when "logarithm" is mentioned, it is assumed that it is the natural logarithm with a base of "e". Event detection unit 23 detects the sign of the result of the calculation of log(I( t2 ))-log(I( t1 )) as the sign of the code value. Hereinafter, the equation for luminance change amount log(I(t 2 ))-log(I(t 1 )) will be generalized to express the luminance change amount at time t as Δ(log(I(t)).

算出処理部13は、イベント検出部23が出力するイベントデータに基づいて、散乱体30の変化を示す物理量を算出する。以下、散乱体30の変化を示す物理量として散乱体30に含まれる移動散乱体31の移動速度を算出する4通りの手法について説明する。 The calculation processing unit 13 calculates a physical quantity indicating a change in the scatterer 30 based on the event data output by the event detection unit 23. Below, four methods for calculating the moving speed of the moving scatterer 31 included in the scatterer 30 as a physical quantity indicating a change in the scatterer 30 are described.

(第1の実施形態の計測装置による第1の手法)
図2を参照しつつ、第1の実施形態における計測装置1による第1の手法について説明する。図2は、算出処理部13による第1の手法の流れを示すフローチャートである。図2のフローチャートの処理が開始される前提として、以下に示すことが行われているものとする。照射部11は、固定された位置及び方向に設置されており、レーザ光40を計測領域に対して照射する。ここで、計測領域とは、例えば、移動散乱体31が存在する散乱体30の領域である。計測部12の受光部21は、散乱光50,51の干渉によって生じるスペックルパターンの光を画素22-1~22-nにより受光する。
(First Method Using the Measurement Apparatus of the First Embodiment)
A first method by the measurement device 1 in the first embodiment will be described with reference to Fig. 2. Fig. 2 is a flowchart showing the flow of the first method by the calculation processing unit 13. As a prerequisite for starting the processing of the flowchart in Fig. 2, it is assumed that the following has been performed. The irradiation unit 11 is installed at a fixed position and direction, and irradiates a measurement region with laser light 40. Here, the measurement region is, for example, a region of the scattering body 30 in which the moving scattering body 31 exists. The light receiving unit 21 of the measurement unit 12 receives light of a speckle pattern generated by interference of the scattered light 50, 51 by the pixels 22-1 to 22-n.

イベント検出部23は、画素22-1~22-nの各々が出力する輝度値の変化を示す輝度変化量を非同期で検出する。イベント検出部23は、予め定められる検出閾値を内部の記憶領域に予め記憶させており、輝度変化量を検出すると、内部の記憶領域を参照し、検出した輝度変化量が、検出閾値以上の輝度変化量であるか否かを判定する。イベント検出部23は、検出した輝度変化量が予め定められる検出閾値以上の輝度変化量であると判定した場合、当該輝度変化量に対応する画素22を予め定められる検出対象の輝度変化量を有している画素として検出する。イベント検出部23は、検出した画素22に対するイベントデータ、すなわち画素22の位置と、輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出時刻とを含むイベントデータを生成し、生成したイベントデータを算出処理部13に出力する。 The event detection unit 23 asynchronously detects the amount of luminance change indicating a change in the luminance value output by each of the pixels 22-1 to 22-n. The event detection unit 23 pre-stores a predetermined detection threshold in an internal storage area, and when it detects an amount of luminance change, it refers to the internal storage area and determines whether the detected amount of luminance change is equal to or greater than the detection threshold. When the event detection unit 23 determines that the detected amount of luminance change is equal to or greater than the predetermined detection threshold, it detects the pixel 22 corresponding to the amount of luminance change as a pixel having a predetermined amount of luminance change to be detected. The event detection unit 23 generates event data for the detected pixel 22, that is, event data including the position of the pixel 22, a code value indicating the direction of change in the amount of luminance change, and the detection time, and outputs the generated event data to the calculation processing unit 13.

上記したように、散乱体30に含まれる移動散乱体31が移動していない場合、散乱体30の全てが静止している状態になる。この場合、散乱光51は、散乱光50に含まれることになるので、散乱光50のみが生じることになる。照射部11は、上記したように一定の方向に対して、一定の光強度でレーザ光40を照射する。すなわち、照射部11が照射するレーザ光40は、時間が経過しても変化しないことになる。したがって、散乱光50の干渉によって生じるスペックルパターンも、時間が経過しても変化しないことになる。この場合、画素22-1~22-nの各々がスペックルパターンの光を受光して出力する輝度値は変化しないため、イベント検出部23は、いずれの画素22-1~22-nからも「0」の輝度変化量を検出することになる。ただし、実際には、ノイズなどが存在するため、イベント検出部23が検出する輝度変化量は、「0」にならない場合もあるが、検出閾値以上になることはない。したがって、この場合、イベント検出部23は、イベントデータを出力することもない。 As described above, when the moving scatterer 31 included in the scatterer 30 is not moving, all of the scatterers 30 are stationary. In this case, the scattered light 51 is included in the scattered light 50, so only the scattered light 50 is generated. The irradiation unit 11 irradiates the laser light 40 with a constant light intensity in a constant direction as described above. That is, the laser light 40 irradiated by the irradiation unit 11 does not change over time. Therefore, the speckle pattern generated by the interference of the scattered light 50 also does not change over time. In this case, the luminance value output by each of the pixels 22-1 to 22-n upon receiving the light of the speckle pattern does not change, so the event detection unit 23 detects a luminance change of "0" from each of the pixels 22-1 to 22-n. However, in reality, due to the presence of noise, the luminance change detected by the event detection unit 23 may not be "0", but it will not be equal to or greater than the detection threshold. Therefore, in this case, the event detection unit 23 does not output event data.

これに対して、散乱体30に含まれる移動散乱体31が移動している場合、散乱体30の移動散乱体31以外の静止部分がレーザ光40を受けることにより生じる散乱光50と、移動散乱体31がレーザ光40を受けることにより生じる散乱光51との干渉によりスペックルパターンが変化することになる。スペックルパターンが変化すると、スペックルパターンの変化が生じている位置に対応する画素22-1~22-nが検出する輝度値は変化することになる。イベント検出部23は、画素22-1~22-nが出力する輝度値から輝度変化量を検出した場合に、検出した輝度変化量が予め定められる検出閾値以上の輝度変化量であると判定したとき、当該輝度変化量に対応する画素22に関するイベントデータを生成して出力することになる。 In contrast, when the moving scatterer 31 included in the scatterer 30 is moving, the speckle pattern changes due to interference between the scattered light 50 generated when the stationary parts of the scatterer 30 other than the moving scatterer 31 receive the laser light 40, and the scattered light 51 generated when the moving scatterer 31 receives the laser light 40. When the speckle pattern changes, the luminance values detected by the pixels 22-1 to 22-n corresponding to the positions where the speckle pattern change occurs change. When the event detection unit 23 detects the amount of luminance change from the luminance values output by the pixels 22-1 to 22-n and determines that the detected amount of luminance change is equal to or greater than a predetermined detection threshold, it generates and outputs event data related to the pixel 22 corresponding to the amount of luminance change.

以下、図2のフローチャートにしたがって処理の流れを説明する。算出処理部13は、イベント検出部23が非同期に出力するイベントデータを取り込む(ステップSa1)。算出処理部13は、イベントデータの各々に含まれる画素22の位置と、検出時刻とに基づいて、画素22-1~22-nの各々の単位時間当たりのイベントデータの数をカウントする(ステップSa2)。 The process flow will be explained below according to the flowchart in FIG. 2. The calculation processing unit 13 takes in the event data output asynchronously by the event detection unit 23 (step Sa1). The calculation processing unit 13 counts the number of event data per unit time for each of the pixels 22-1 to 22-n based on the position of the pixel 22 and the detection time included in each piece of event data (step Sa2).

移動散乱体31の移動速度が増加すると、スペックルパターンの変化は大きくなる。スペックルパターンの変化が大きくなると、受光強度信号の周波数が高くなる。受光強度信号の周波数が高くなると、単位時間当たりのイベントデータの数も増加する。したがって、単位時間当たりのイベントデータの数が多いということは、移動散乱体31の移動速度が速いことを示すことになり、イベントデータの数の多寡により、移動散乱体31の相対的な移動速度の大小を示すことができる。 As the moving speed of the moving scatterer 31 increases, the change in the speckle pattern becomes greater. As the change in the speckle pattern becomes greater, the frequency of the received light intensity signal becomes higher. As the frequency of the received light intensity signal becomes higher, the number of event data per unit time also increases. Therefore, a large number of event data per unit time indicates that the moving speed of the moving scatterer 31 is fast, and the number of event data can indicate the relative moving speed of the moving scatterer 31.

画素22-1~22-nの各々の位置は、散乱体30のいずれかの位置に関連付けることができる。算出処理部13は、画素22-1~22-nの各々の単位時間当たりのイベントデータの数を、画素22-1~22-nの各々に対応する散乱体30の位置における移動散乱体31の相対的な移動速度を示す値として出力する(ステップSa3)。 The position of each of the pixels 22-1 to 22-n can be associated with any position of the scatterer 30. The calculation processing unit 13 outputs the number of event data per unit time for each of the pixels 22-1 to 22-n as a value indicating the relative moving speed of the moving scatterer 31 at the position of the scatterer 30 corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n (step Sa3).

(第1の実施形態の計測装置による第2の手法)
図3、図4を参照しつつ、第1の実施形態における計測装置1による第2の手法について説明する。なお、第2の手法が行われる場合、算出処理部13の内部に記憶領域にイベント検出部23の内部の記憶領域に記憶させている検出閾値と同一値の検出閾値が予め記憶される。
(Second Method Using the Measurement Apparatus of the First Embodiment)
The second technique by the measuring device 1 in the first embodiment will be described with reference to Figures 3 and 4. When the second technique is performed, a detection threshold value that is the same as the detection threshold value stored in the internal storage area of the event detection unit 23 is stored in advance in the internal storage area of the calculation processing unit 13.

図3は、算出処理部13による第2の手法の流れを示すフローチャートである。なお、図3のフローチャートの処理が開始される前提は、上記した第1の手法の前提と同一の前提である。算出処理部13は、イベント検出部23が非同期に出力するイベントデータを取り込む(ステップSb1)。算出処理部13は、取り込んだイベントデータに含まれる符号値に、内部の記憶領域に記憶させている検出閾値を乗算してイベントデータごとの乗算値を算出する(ステップSb2)。算出処理部13は、画素22-1~22-nの各々について、検出時刻ごとに、当該検出時刻以前の検出時刻に対応する乗算値を積算し、検出時刻ごとの積算値を算出する(ステップSb3)。 Figure 3 is a flowchart showing the flow of the second method by the calculation processing unit 13. Note that the premise for starting the process of the flowchart in Figure 3 is the same as the premise for the first method described above. The calculation processing unit 13 takes in event data output asynchronously by the event detection unit 23 (step Sb1). The calculation processing unit 13 multiplies the code value included in the taken-in event data by a detection threshold stored in an internal storage area to calculate a multiplication value for each event data (step Sb2). For each detection time of each of the pixels 22-1 to 22-n, the calculation processing unit 13 integrates the multiplication values corresponding to the detection times before the detection time, and calculates an integration value for each detection time (step Sb3).

例えば、以下のようにして算出処理部13は、画素22-1~22-nの各々の検出時刻ごとの積算値を算出する。算出処理部13において、予め積算開始時刻が定められる。算出処理部13は、ある1つの画素22のイベントデータであって検出時刻が積算開始時刻以後のイベントデータを順次取り込む。ここで、算出処理部13が順次取り込む画素22の複数のイベントデータに含まれる検出時刻が、時刻の早いものから順にt,t,…であるとする。ただし、t,t,…は、積算開始時刻以後の時刻である。 For example, the calculation processing unit 13 calculates an integrated value for each detection time of each of the pixels 22-1 to 22-n as follows. An integration start time is determined in advance in the calculation processing unit 13. The calculation processing unit 13 sequentially acquires event data of a certain pixel 22, the detection time of which is after the integration start time. Here, the detection times included in the multiple event data of the pixel 22 that are sequentially acquired by the calculation processing unit 13 are assumed to be t 1 , t 2 , ... in order from the earliest time. However, t 1 , t 2 , ... are times after the integration start time.

算出処理部13は、画素22の検出時刻tのイベントデータを取り込むと、ステップSb2の処理により検出時刻tに対応する乗算値を算出する。算出処理部13は、検出時刻tより前の検出時刻であって積算開始時刻以後の検出時刻に対応する乗算値が存在しないため、算出した検出時刻tに対応する乗算値を、画素22の検出時刻tの積算値とする。算出処理部13は、次に、画素22の検出時刻tのイベントデータを取り込むと、ステップSb2の処理により検出時刻tに対応する乗算値を算出する。算出処理部13は、画素22の検出時刻tの積算値に、算出した検出時刻tに対応する乗算値を加算し、加算した加算値を、画素22の検出時刻tの積算値とする。このようにして、算出処理部13は、画素22のイベントデータを取り込むごとに、1つ前の検出時刻の積算値に、取り込んだイベントデータに含まれる検出時刻に対応する乗算値を加算することを繰り返し、画素22の検出時刻ごとの積算値を算出する。算出処理部13は、全ての画素22-1~22-nに対して同様の演算を行い、画素22-1~22-nの各々の検出時刻ごとの積算値を算出する。 When the calculation processing unit 13 receives the event data of the detection time t1 of the pixel 22, the calculation processing unit 13 calculates a multiplication value corresponding to the detection time t1 by the process of step Sb2. Since there is no multiplication value corresponding to a detection time before the detection time t1 and after the integration start time, the calculation processing unit 13 sets the calculated multiplication value corresponding to the detection time t1 as the integrated value of the detection time t1 of the pixel 22. Next, when the calculation processing unit 13 receives the event data of the detection time t2 of the pixel 22, the calculation processing unit 13 calculates a multiplication value corresponding to the detection time t2 by the process of step Sb2. The calculation processing unit 13 adds the calculated multiplication value corresponding to the detection time t2 to the integrated value of the detection time t1 of the pixel 22 , and sets the added value as the integrated value of the detection time t2 of the pixel 22. In this way, the calculation processing unit 13 repeatedly adds the multiplication value corresponding to the detection time included in the received event data to the integrated value of the previous detection time every time the calculation processing unit 13 receives the event data of the pixel 22, thereby calculating the integrated value for each detection time of the pixel 22. The calculation processing unit 13 performs the same calculation for all the pixels 22-1 to 22-n, and calculates an integrated value for each detection time of the pixels 22-1 to 22-n.

図4は、算出処理部13が算出した、ある1つの画素22の検出時刻ごとの積算値の一例を棒グラフによって示した図である。図4に示す棒グラフは、横軸が検出時刻であり、縦軸が、算出処理部13が算出する積算値である。イベント検出部23が出力するイベントデータは、非同期であるため、棒グラフの検出時間の間隔は、一定の間隔にはならない。積算値は、符号値の「-1」または「+1」に検出閾値を乗算した値を加算しているため、検出閾値の大きさをステップ幅とした量子化値になる。この場合、図4に示す棒グラフの変化は、検出閾値の大きさで量子化されている分の誤差を含んでいるが、画素22における輝度変化量Δ(log(I(t))を時間方向に積算した場合の時間的な変化、すなわち、画素22の位置において計測されるlog(I(t))とみなすことができる。 Figure 4 is a bar graph showing an example of an integrated value for each detection time of a certain pixel 22 calculated by the calculation processing unit 13. In the bar graph shown in Figure 4, the horizontal axis is the detection time, and the vertical axis is the integrated value calculated by the calculation processing unit 13. Since the event data output by the event detection unit 23 is asynchronous, the interval between detection times in the bar graph is not a constant interval. The integrated value is a quantized value with the magnitude of the detection threshold as the step width because the value obtained by multiplying the code value "-1" or "+1" by the detection threshold is added. In this case, the change in the bar graph shown in Figure 4 includes an error due to quantization by the magnitude of the detection threshold, but it can be considered as a temporal change when the brightness change amount Δ(log(I(t)) at the pixel 22 is integrated in the time direction, that is, log(I(t)) measured at the position of the pixel 22.

算出処理部13は、画素22-1~22-nの各々についてのlog(I(t))から、各々の受光強度信号I(t)を算出する。算出処理部13は、画素22-1~22-nの各々について算出した受光強度信号I(t)の周波数から、例えば、以下の参考文献1に示すレーザドップラ血流計による手法により、画素22-1~22-nの各々に対応する散乱体30の位置における移動散乱体31の移動速度を算出する(ステップSb4)。 The calculation processing unit 13 calculates each received light intensity signal I(t) from log(I(t)) for each of the pixels 22-1 to 22-n. From the frequency of the received light intensity signal I(t) calculated for each of the pixels 22-1 to 22-n, the calculation processing unit 13 calculates the moving speed of the moving scatterer 31 at the position of the scatterer 30 corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n, for example, by a method using a laser Doppler blood flow meter shown in Reference 1 below (step Sb4).

[参考文献1:株式会社光響、Optimedia、“38・7レーザースペックル血流画像化法”、[online]、[令和3年8月18日検索]、インターネット<https://optipedia.info/laser/handbook/laser-handbook-9th-section/38-7/>] [Reference 1: Kokyo Co., Ltd., Optimedia, "38-7 Laser Speckle Blood Flow Imaging Method", [online], [searched on August 18, 2021], Internet <https://optipedia.info/laser/handbook/laser-handbook-9th-section/38-7/>]

すなわち、第2の手法の算出処理部13は、イベントデータに含まれる輝度変化量の変化方向を示す符号値に、検出閾値を乗算して乗算値を算出する。算出処理部13は、画素22-1~22-nの各々について、検出時刻ごとに、当該検出時刻以前の検出時刻に対応する乗算値を積算した値を、検出時刻ごとの積算値として算出する。算出処理部13は、算出した画素22-1~22-nの各々の検出時刻ごとの積算値に基づいて、画素22-1~22-nの各々に対応する散乱体30の位置における移動散乱体31の移動速度を算出するという処理を行っていることになる。 That is, the calculation processing unit 13 of the second method multiplies a code value indicating the direction of change in the amount of change in luminance contained in the event data by a detection threshold value to calculate a multiplied value. For each detection time of each of the pixels 22-1 to 22-n, the calculation processing unit 13 calculates an integrated value for each detection time by integrating the multiplied values corresponding to detection times prior to the detection time. The calculation processing unit 13 performs processing to calculate the moving speed of the moving scatterer 31 at the position of the scatterer 30 corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n based on the integrated value calculated for each detection time of each of the pixels 22-1 to 22-n.

上記の第2の手法により算出処理部13が算出する移動速度は、第1の手法と同じく相対的な移動速度である。ただし、第1の手法の場合、ノイズ、レーザ光40の光量に依存する検出遅延、一度に多量のイベントデータが発生した場合における受光部21やイベント検出部23での帯域不足などの外的要因により各検出時刻のイベントデータの発生量にバラツキが存在すると、算出する移動速度にもバラツキが生じることになる。これに対して、第2の手法では、符号値に検出閾値を乗算して得られる乗算値を時間方向に積算した積算値を算出して画素22-1~22-nの各々に対応する受光強度信号I(t)を算出する。そのため、第2の手法では、上記の外的要因による影響を軽減した相対的な移動速度を算出することができる。 The moving speed calculated by the calculation processing unit 13 using the second method is a relative moving speed, as in the first method. However, in the case of the first method, if there is variation in the amount of event data generated at each detection time due to external factors such as noise, detection delay depending on the amount of light of the laser light 40, and insufficient bandwidth in the light receiving unit 21 and the event detection unit 23 when a large amount of event data is generated at once, the calculated moving speed will also vary. In contrast, in the second method, the code value is multiplied by the detection threshold and the multiplied value is integrated in the time direction to calculate the received light intensity signal I(t) corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n. Therefore, in the second method, it is possible to calculate a relative moving speed with reduced influence from the external factors.

なお、算出処理部13は、図4に示す画素22の検出時刻ごとの積算値の棒グラフに対してフィルタリング処理を行うことにより、符号100で示す曲線を生成し、生成した曲線の変化を画素22の位置において計測されるlog(I(t))とみなすようにしてもよい。これにより、量子化による誤差を軽減して、画素22-1~22-nの各々に対応する散乱体30の位置における移動散乱体31の移動速度を算出することが可能になる。 The calculation processing unit 13 may generate a curve indicated by the reference symbol 100 by performing a filtering process on the bar graph of the integrated value for each detection time of pixel 22 shown in FIG. 4, and may regard the change in the generated curve as log(I(t)) measured at the position of pixel 22. This reduces the error due to quantization and makes it possible to calculate the moving speed of the moving scatterer 31 at the position of the scatterer 30 corresponding to each of pixels 22-1 to 22-n.

(第1の実施形態の計測装置による第3の手法)
図5、図6を参照しつつ、第1の実施形態における計測装置1による第3の手法について説明する。なお、第3の手法が行われる場合、イベント検出部23の内部の記憶領域に予め記憶させている検出閾値の値は、以下のような値に予め定められる。イベント検出部23は、受光部21の画素22-1~22-nの各々がスペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の中から最大値と最小値とを予め検出しておく。イベント検出部23は、予め検出した輝度値の最大値と最小値との差の絶対値を算出し、算出した差の絶対値を検出閾値として内部の記憶領域に予め記憶させる。
(Third Method Using the Measurement Apparatus of the First Embodiment)
A third technique by the measurement device 1 in the first embodiment will be described with reference to Fig. 5 and Fig. 6. When the third technique is performed, the detection threshold value stored in advance in the internal storage area of the event detection unit 23 is preset to the following value. The event detection unit 23 detects in advance a maximum value and a minimum value from among the luminance values detected by each of the pixels 22-1 to 22-n of the light receiving unit 21 upon receiving light of the speckle pattern. The event detection unit 23 calculates the absolute value of the difference between the maximum value and the minimum value of the luminance values detected in advance, and stores the calculated absolute value of the difference in an internal storage area in advance as a detection threshold value.

図5は、ある1つの画素22がスペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化の一例を示すグラフであり、横軸が時刻であり、縦軸が輝度値である。検出閾値の大きさは、符号110によって示す輝度値の最大値から最小値までの長さである。この場合、イベント検出部23は、輝度値が最大値から最小値に変化する符号121のピークの時刻と、輝度値が最小値から最大値に変化する符号122のピークの時刻とにおいて、画素22から検出する輝度変化量が検出閾値以上となるため、画素22に対するイベントデータを生成することになる。 Figure 5 is a graph showing an example of a change in luminance value detected by a pixel 22 upon receiving light of a speckle pattern, with the horizontal axis representing time and the vertical axis representing luminance value. The magnitude of the detection threshold is the length from the maximum luminance value to the minimum luminance value indicated by reference numeral 110. In this case, the event detection unit 23 generates event data for pixel 22 because the amount of change in luminance detected from pixel 22 is equal to or greater than the detection threshold at the time of peak 121, where the luminance value changes from the maximum value to the minimum value, and at the time of peak 122, where the luminance value changes from the minimum value to the maximum value.

符号121のピークは、散乱光50,51の干渉が最も弱くなっている状態を示しており、符号122のピークは、散乱光50,51の干渉が最も強くなっている状態を示している。したがって、符号121のピークと、符号122のピークの発生間隔は、画素22の位置において計測される受光強度信号I(t)の周波数を示すことになる。なお、図5のグラフは、輝度値の最大値と最小値の差の絶対値を検出閾値とした場合に、どのようなケースでイベントデータが発生するのかを説明するために示した一例であり、実際のスペックルパターンの光のグラフは、明暗のパターンが周期的に表れるグラフになる。 The peak of reference number 121 indicates the state where the interference between the scattered lights 50, 51 is the weakest, and the peak of reference number 122 indicates the state where the interference between the scattered lights 50, 51 is the strongest. Therefore, the occurrence interval between the peaks of reference number 121 and 122 indicates the frequency of the received light intensity signal I(t) measured at the position of pixel 22. Note that the graph in FIG. 5 is an example shown to explain the cases in which event data occurs when the absolute value of the difference between the maximum and minimum luminance values is set as the detection threshold, and an actual speckle pattern light graph is a graph in which light and dark patterns appear periodically.

図6は、算出処理部13による第3の手法の流れを示すフローチャートである。なお、図6のフローチャートの処理が開始される前提は、上記した第1の手法の前提と同一の前提である。算出処理部13は、イベント検出部23が非同期に出力するイベントデータを取り込む(ステップSc1)。算出処理部13は、取り込んだイベントデータの検出時刻から画素22-1~22-nごとのイベントデータの発生間隔を計測する(ステップSc2)。算出処理部13は、計測した画素22-1~22-nごとのイベントデータの発生間隔に基づいて、画素22-1~22-nの各々に対応する受光強度信号I(t)の周波数を算出する(ステップSc3)。算出処理部13は、画素22-1~22-nの各々に対応する受光強度信号I(t)の周波数から、例えば、上記した参考文献1に示すレーザドップラ血流計による手法により、画素22-1~22-nの各々に対応する散乱体30の位置における移動散乱体31の移動速度を算出して出力する(ステップSc4)。 Figure 6 is a flowchart showing the flow of the third method by the calculation processing unit 13. The premise for starting the processing of the flowchart in Figure 6 is the same as the premise for the first method described above. The calculation processing unit 13 takes in event data output asynchronously by the event detection unit 23 (step Sc1). The calculation processing unit 13 measures the occurrence interval of the event data for each of the pixels 22-1 to 22-n from the detection time of the taken-in event data (step Sc2). The calculation processing unit 13 calculates the frequency of the light receiving intensity signal I(t) corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n based on the measured occurrence interval of the event data for each of the pixels 22-1 to 22-n (step Sc3). The calculation processing unit 13 calculates and outputs the moving speed of the moving scatterer 31 at the position of the scatterer 30 corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n from the frequency of the received light intensity signal I(t) corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n, for example, by using the method using the laser Doppler blood flow meter shown in the above-mentioned Reference 1 (step Sc4).

すなわち、第3の手法の算出処理部13は、イベントデータに含まれる検出時刻に基づいて、画素22-1~22-nごとのイベントデータの発生間隔を算出する。算出処理部13は、算出した画素22-1~22-nごとのイベントデータの発生間隔に基づいて、画素22-1~22-nの各々に対応する散乱体30の位置における移動散乱体31の移動速度を算出していることになる。 That is, the calculation processing unit 13 of the third method calculates the occurrence interval of the event data for each of the pixels 22-1 to 22-n based on the detection time included in the event data. The calculation processing unit 13 calculates the moving speed of the moving scatterer 31 at the position of the scatterer 30 corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n based on the calculated occurrence interval of the event data for each of the pixels 22-1 to 22-n.

第3の手法では、上記したように受光強度信号I(t)がピークになる時刻においてのみイベントデータが発生することになる。そのため、イベントデータの発生間隔から受光強度信号I(t)の周波数を直接的に算出することができる。そのため、第1の手法のようにイベントデータの数をカウントしたり、第2の手法のように積算値を求めたりする必要がなく、第1及び第2の手法よりも少ない演算量で画素22-1~22-nの各々に対応する散乱体30の位置における移動散乱体31の移動速度を算出することが可能になる。第3の手法では、画素22-1~22-nの各々の位置において計測される受光強度信号I(t)の周波数を算出していることから、第1の手法や第2の手法のように相対的な移動速度を算出するのではなく、画素22-1~22-nの各々に対応する散乱体30の位置における移動散乱体31の絶対的な移動速度を算出することができる。 In the third method, as described above, event data occurs only at the time when the received light intensity signal I(t) peaks. Therefore, the frequency of the received light intensity signal I(t) can be directly calculated from the occurrence interval of the event data. Therefore, it is not necessary to count the number of event data as in the first method, or to calculate an integrated value as in the second method, and it is possible to calculate the moving speed of the moving scatterer 31 at the position of the scatterer 30 corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n with less calculations than the first and second methods. In the third method, since the frequency of the received light intensity signal I(t) measured at each of the positions of the pixels 22-1 to 22-n is calculated, it is possible to calculate the absolute moving speed of the moving scatterer 31 at the position of the scatterer 30 corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n, rather than calculating the relative moving speed as in the first and second methods.

なお、上記の第3の手法では、画素22-1~22-nの各々が検出する輝度値の最大値及び最小値の各々にバラツキがないことを前提とし、画素22-1~22-nの各々がスペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の中の最大値と最小値との差の絶対値を、全ての画素22-1~22-nに対して共通の検出閾値としている。これに対して、画素22-1~22-nの各々が検出する輝度値の最大値及び最小値の各々にバラツキがある場合、イベント検出部23は、画素22-1~22-nごとに、輝度値の最大値と最小値とを予め検出し、画素22-1~22-nの各々に対応する輝度値の最大値と最小値の差の絶対値を、画素22-1~22-nの各々に対する個別の検出閾値とするようにしてもよい。 In the third method described above, it is assumed that there is no variation in the maximum and minimum luminance values detected by each of the pixels 22-1 to 22-n, and the absolute value of the difference between the maximum and minimum luminance values detected by each of the pixels 22-1 to 22-n upon receiving the light of the speckle pattern is set as a common detection threshold for all of the pixels 22-1 to 22-n. In contrast, if there is variation in the maximum and minimum luminance values detected by each of the pixels 22-1 to 22-n, the event detection unit 23 may detect the maximum and minimum luminance values for each of the pixels 22-1 to 22-n in advance, and set the absolute value of the difference between the maximum and minimum luminance values corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n as an individual detection threshold for each of the pixels 22-1 to 22-n.

(第1の実施形態の計測装置による第4の手法)
図7を参照しつつ、第1の実施形態における計測装置1による第4の手法について説明する。第4の手法は、散乱体30に含まれる移動散乱体31の領域が十分に大きい場合に適用されることを想定している。散乱体30に含まれる移動散乱体31の領域が十分に大きい場合、散乱光50,51の干渉によってパターンに変化が生じている部分のスペックルパターンの光を、受光部21の多くの画素22-1~22-nにおいて受光することができることになる。この場合、イベント検出部23が検出するイベントデータから、受光部21の受光面、すなわち画素22-1~22-nの位置において計測されるスペックルパターンの光の強弱の度合いを示す画像を検出時刻ごとに生成し、異なる2つの検出時刻の画像を比較することにより、スペックルパターンの時間的な変化を検出できることになる。
(Fourth Method Using the Measurement Apparatus of the First Embodiment)
A fourth method by the measuring device 1 in the first embodiment will be described with reference to FIG. 7. The fourth method is assumed to be applied when the area of the moving scatterer 31 included in the scatterer 30 is sufficiently large. When the area of the moving scatterer 31 included in the scatterer 30 is sufficiently large, the light of the speckle pattern in the part where the pattern is changed due to the interference of the scattered light 50, 51 can be received by many pixels 22-1 to 22-n of the light receiving unit 21. In this case, an image showing the degree of intensity of the light of the speckle pattern measured at the light receiving surface of the light receiving unit 21, i.e., the positions of the pixels 22-1 to 22-n, is generated for each detection time from the event data detected by the event detection unit 23, and the images at two different detection times are compared, whereby a temporal change in the speckle pattern can be detected.

図7は、算出処理部13による第4の手法の流れを示すフローチャートである。なお、図7のフローチャートの処理が開始される前提は、上記した第1の手法の前提と同一の前提である。算出処理部13は、イベント検出部23が非同期に出力するイベントデータを取り込む(ステップSd1)。算出処理部13は、画素22-1~22-nの各々について、検出時刻ごとに、当該検出時刻以前の検出時刻に対応する符号値を積算し、検出時刻ごとの積算値を算出する(ステップSd2)。なお、第4の手法において、算出処理部13が符号値を積算していく手順は、積算の対象が乗算値から符号値に代わる他は、第2の手法における乗算値を積算していく手順と同様の手順である。 Figure 7 is a flowchart showing the flow of the fourth method by the calculation processing unit 13. The premise for starting the process of the flowchart in Figure 7 is the same as the premise for the first method described above. The calculation processing unit 13 takes in event data output asynchronously by the event detection unit 23 (step Sd1). For each detection time, the calculation processing unit 13 integrates the code values corresponding to the detection times before the detection time for each of the pixels 22-1 to 22-n, and calculates the integrated value for each detection time (step Sd2). Note that in the fourth method, the procedure by which the calculation processing unit 13 integrates the code values is the same as the procedure for integrating the multiplied values in the second method, except that the target of integration is changed from the multiplied values to the code values.

算出処理部13は、算出した画素22-1~22-nの各々についての検出時刻ごとの積算値を画素値とし、検出時刻ごとの画像データを生成する(ステップSd3)。第2の手法では、積算値は、符号値に検出閾値を乗算した乗算値を積算した値であり、画素22-1~22-nの各々についての検出時刻ごとの積算値の変化を、画素22-1~22-nの各々におけるΔlog(I(t))を積算したlog(I(t))とみなしていた。これに対して、第4の手法により算出する画素22-1~22-nの各々についての検出時刻ごとの積算値は、スペックルパターンの光の強弱の度合い示していることになる。したがって、ステップSd3において、算出処理部13が生成する検出時刻tの画像データによって表される画像は、検出時刻tにおけるスペックルパターンの光の強弱の度合いを示した画像ということになる。 The calculation processing unit 13 regards the calculated integrated value for each detection time for each of the pixels 22-1 to 22-n as the pixel value, and generates image data for each detection time (step Sd3). In the second method, the integrated value is a value obtained by multiplying the code value by the detection threshold value, and the change in the integrated value for each detection time for each of the pixels 22-1 to 22-n is regarded as log(I(t)) obtained by integrating Δlog(I(t)) for each of the pixels 22-1 to 22-n. In contrast, the integrated value for each detection time for each of the pixels 22-1 to 22-n calculated by the fourth method indicates the degree of intensity of the light of the speckle pattern. Therefore, in step Sd3, the image represented by the image data for the detection time t generated by the calculation processing unit 13 is an image that indicates the degree of intensity of the light of the speckle pattern at the detection time t.

算出処理部13は、任意に選択する異なる2つの検出時刻の画像データの相互相関を算出する(ステップSd4)。算出処理部13が算出した相互相関においてピークが生じている場合、ピークが生じている位置が、異なる2つの検出時刻の間のスペックルパターンの移動量を示すことになる。算出処理部13は、相互相関により得られたピークの位置、すなわち、スペックルパターンの移動量を、異なる2つの検出時刻の時間差で除算して、スペックルパターンの速度、すなわち、移動散乱体31の全体の速度を算出する(ステップSd5)。 The calculation processing unit 13 calculates the cross-correlation of the image data at two different detection times that are arbitrarily selected (step Sd4). If a peak occurs in the cross-correlation calculated by the calculation processing unit 13, the position at which the peak occurs indicates the amount of movement of the speckle pattern between the two different detection times. The calculation processing unit 13 divides the position of the peak obtained by the cross-correlation, i.e., the amount of movement of the speckle pattern, by the time difference between the two different detection times to calculate the speed of the speckle pattern, i.e., the overall speed of the moving scatterer 31 (step Sd5).

すなわち、第4の手法の算出処理部13は、画素22-1~22-nの各々について、検出時刻ごとに、当該検出時刻以前の検出時刻に対応するイベントデータに含まれる符号値を積算した値を、検出時刻ごとの画素22-1~22-nの画素値として算出する。算出処理部13は、算出した画素値により、検出時刻ごとの画像データを生成し、生成した異なる2つの検出時刻の画像データに基づいて、移動散乱体31の移動速度を算出していることになる。 That is, the calculation processing unit 13 of the fourth technique calculates, for each detection time of each of the pixels 22-1 to 22-n, an integrated value of the code values included in the event data corresponding to the detection times before the detection time, as the pixel value of the pixels 22-1 to 22-n for each detection time. The calculation processing unit 13 generates image data for each detection time from the calculated pixel values, and calculates the moving speed of the moving scatterer 31 based on the generated image data for two different detection times.

なお、上記の第4の手法では、異なる2つの検出時刻の画像データの相互相関を算出することにより、スペックルパターンの移動量を算出するようにしているが、相互相関以外の手法、例えば、パターンマッチングなどによりスペックルパターンの移動量を算出するようにしてもよい。 In the fourth method described above, the amount of movement of the speckle pattern is calculated by calculating the cross-correlation between image data at two different detection times, but the amount of movement of the speckle pattern may be calculated by a method other than cross-correlation, such as pattern matching.

上記の第4の手法では、ステップSd2において、算出処理部13が、画素22-1~22-nの各々について、検出時刻ごとに、当該検出時刻以前の検出時刻に対応する符号値を積算し、検出時刻ごとの積算値を算出するようにしている。これに対して、算出処理部13は、検出時刻ごとの画素22-1~22-nの各々に対応するイベントデータの符号値を画素値とする画像データを生成するようにしてもよい。この場合、算出処理部13は、画像データを生成しようとする検出時刻に対応するイベントデータが存在しない画素22-1~22-nの画素値を「0」として画像データを生成する。そのため、算出処理部13が生成する画像データの画素値は、「-1」,「0」,「+1」のいずれかの値になる。 In the fourth method described above, in step Sd2, the calculation processing unit 13 accumulates the code values corresponding to the detection times before each detection time for each of the pixels 22-1 to 22-n, and calculates an accumulated value for each detection time. Alternatively, the calculation processing unit 13 may generate image data in which the pixel value is the code value of the event data corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n for each detection time. In this case, the calculation processing unit 13 generates image data by setting the pixel values of the pixels 22-1 to 22-n for which no event data exists corresponding to the detection time for which image data is to be generated to "0". Therefore, the pixel values of the image data generated by the calculation processing unit 13 will be either "-1", "0", or "+1".

算出処理部13が生成する画像データによって表される画像は、上記した第4の手法のように積算を行っていないため、第4の手法により生成する画像データほど強弱の違いが鮮明にはなっていないものの、検出時刻においてスペックルパターンの光の強弱の度合いを示した画像になる。したがって、算出処理部13が、異なる2つの検出時刻の画像データを比較することにより、スペックルパターンの移動量を算出することができる。なお、異なる2つの検出時刻の画像データの比較手法は、上記した第4の手法において用いた相互相関であってもよいし、相互相関以外の手法、例えば、パターンマッチングなどであってもよい。算出処理部13は、算出した移動量を、異なる2つの検出時刻の時間差で除算することにより、スペックルパターンの速度、すなわち、移動散乱体31の全体の速度を算出することができることになる。 The image represented by the image data generated by the calculation processing unit 13 does not undergo integration as in the fourth method described above, and therefore the difference in intensity is not as clear as in the image data generated by the fourth method, but it is an image that shows the degree of intensity of the light of the speckle pattern at the detection time. Therefore, the calculation processing unit 13 can calculate the amount of movement of the speckle pattern by comparing image data at two different detection times. Note that the method for comparing image data at two different detection times may be the cross-correlation used in the fourth method described above, or a method other than cross-correlation, such as pattern matching. The calculation processing unit 13 can calculate the speed of the speckle pattern, i.e., the overall speed of the moving scatterer 31, by dividing the calculated amount of movement by the time difference between the two different detection times.

上記の第1の実施形態の計測装置1において、照射部11は、コヒーレント光を生成する。計測部12は、散乱体30がコヒーレント光を受けることにより生じる散乱光50,51の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素22-1~22-nにより受光し、画素22-1~22-nの各々がスペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素22-1~22-nを検出し、検出した画素22-1~22-nの位置と、画素22-1~22-nの輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成する。算出処理部13は、計測部12が生成するイベントデータに基づいて、画素22-1~22-nの各々に対応する移動散乱体31の位置の移動の速度、または、移動散乱体31の移動速度を算出する。 In the measurement device 1 of the first embodiment described above, the irradiation unit 11 generates coherent light. The measurement unit 12 receives light of a speckle pattern generated by the interference of scattered light 50, 51 generated when the scatterer 30 receives the coherent light, using a plurality of pixels 22-1 to 22-n, detects pixels 22-1 to 22-n having a detection target luminance change amount in which the luminance change amount indicating the change in luminance value detected by each of the pixels 22-1 to 22-n receiving the light of the speckle pattern is predetermined, and generates event data including the position of the detected pixel 22-1 to 22-n, a code value indicating the change direction of the luminance change amount of the pixel 22-1 to 22-n, and a detection time indicating the time of detection. The calculation processing unit 13 calculates the speed of movement of the position of the moving scatterer 31 corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n, or the moving speed of the moving scatterer 31, based on the event data generated by the measurement unit 12.

一般的なイメージセンサを備えるフレームカメラは、各画素に積算された輝度値をフレームごとに出力する。フレームカメラにおいて、積算時間、すなわち露光時間と信号のダイナミックレンジは、全ての画素で同一である。そのため、非常に明るい画素と、非常に暗い画素とが存在している場合、白飛び、黒つぶれ、量子化誤差などが生じることになる。照明の影響などでシーンの明度が激しく変化する場合、露光時間の調整ができずに白飛び、黒つぶれが生じることもある。 A frame camera equipped with a typical image sensor outputs the brightness value accumulated for each pixel for each frame. In a frame camera, the accumulation time, i.e. the exposure time and the dynamic range of the signal, are the same for all pixels. Therefore, when there are very bright pixels and very dark pixels, whiteout, blackout, quantization errors, etc. will occur. When the brightness of a scene changes drastically due to the influence of lighting, etc., it may not be possible to adjust the exposure time, resulting in whiteout and blackout.

これに対して、イベントカメラは、上記したように各画素の輝度変化量が検出閾値以上になるごとに非同期でイベントデータを出力する。そのため、白飛び、黒つぶれ、量子化誤差などの問題が生じない。イベントカメラが出力するイベントデータは、非同期で出力されるデータであるため、フレームカメラが出力する画像データに比べて、非常に疎なデータである。そのため、イベントデータを記憶しておくのに要するメモリの容量も少なくて済み、イベントデータを伝送する際に要する伝送容量も少なくて済むことになる。イベントデータが非常に疎なデータであることから、イベントカメラでは、撮影処理やデータ処理に要する演算量や消費電力量などのコストを、フレームカメラと比較して非常に低く抑えることができる。 In contrast, as described above, an event camera asynchronously outputs event data each time the amount of change in luminance of each pixel exceeds the detection threshold. Therefore, problems such as blown-out highlights, crushed shadows, and quantization errors do not occur. Because the event data output by an event camera is output asynchronously, it is very sparse data compared to the image data output by a frame camera. Therefore, less memory capacity is required to store the event data, and less transmission capacity is required when transmitting the event data. Because the event data is very sparse data, an event camera can keep costs such as the amount of calculations and power consumption required for shooting and data processing much lower than a frame camera.

例えば、フレームカメラが出力する画像データの時間分解能と同等の時間分解能をイベントデータにおいて達成しようとする場合、フレームカメラが出力する画像データの容量よりも非常に少ない容量のイベントデータで達成することが可能である。言い換えると、フレームカメラが出力する画像データの容量と同等の容量のイベントデータを収集すれば、非常に高い時間分解能が得られることになる。これらの理由から、イベントカメラを用いることで、光量が少ない環境や照明の変化が激しい環境において、安定的に、低コストで、かつ非常に高い時間分解能での計測を行うことができる。 For example, if one tries to achieve a temporal resolution in event data equivalent to that of image data output by a frame camera, it is possible to achieve this with event data of a much smaller volume than the volume of image data output by a frame camera. In other words, if event data of a volume equivalent to that of image data output by a frame camera is collected, a very high temporal resolution can be obtained. For these reasons, the use of an event camera makes it possible to perform measurements stably, at low cost, and with a very high temporal resolution in environments with low light levels or where the lighting changes drastically.

第1の実施形態の計測装置1では、フレームカメラと比較して、上記のような利点を有するイベントカメラを計測部12に適用している。そのため、フレームカメラのように複数回の継続的な計測を行う必要がなく、計測装置1では、いわゆるリアルタイム計測のように計測の時間間隔に制約がある条件下で、変化が一定でない物体の変化をスペックルパターンに基づいて計測することが可能になる。 In the measurement device 1 of the first embodiment, an event camera, which has the above-mentioned advantages over a frame camera, is applied to the measurement unit 12. Therefore, unlike a frame camera, there is no need to perform multiple continuous measurements, and the measurement device 1 can measure changes in an object whose changes are not constant based on the speckle pattern under conditions where there are restrictions on the time interval of measurements, such as so-called real-time measurement.

なお、上記の第1の実施形態では、照射部11によりレーザ光を拡散した面状のレーザ光40を散乱体30に照射するようにしている。これに対して、照射部11の内部に備えられている凸レンズなどの光学素子の位置を調整して、照射部11がスポットレーザ光、すなわち拡散していないレーザ光を散乱体30の特定の箇所に照射するようにしてもよい。照射部11の内部に備えられる光学素子として、例えば、シリンドリカルレンズなどを適用して、照射部11がライン状のレーザ光を散乱体30に照射するようにしてもよい。照射部11として、レーザ光を生成する光源を備えるプロジェクタを適用し、任意のパターンのレーザ光を任意のタイミングで照射するようにしてもよい。 In the first embodiment, the irradiation unit 11 irradiates the scattering body 30 with planar laser light 40, which is a diffused laser light. Alternatively, the position of an optical element such as a convex lens provided inside the irradiation unit 11 may be adjusted so that the irradiation unit 11 irradiates a specific location of the scattering body 30 with spot laser light, i.e., non-diffused laser light. For example, a cylindrical lens may be used as the optical element provided inside the irradiation unit 11, so that the irradiation unit 11 irradiates the scattering body 30 with line-shaped laser light. A projector equipped with a light source that generates laser light may be used as the irradiation unit 11, so that laser light of any pattern may be irradiated at any timing.

計測部12に適用するイベントカメラの性能によっては、一度に多量の画素22-1~22-nにおいて輝度値の変化が生じると、受光部21やイベント検出部23における帯域が不足して、全てのイベントデータを算出処理部13に出力できない場合がある。このような場合に、照射部11が照射するレーザ光40を、上記のようなスポットレーザ光、ライン状のレーザ光、または、任意のパターンのレーザ光とし、レーザ光40を照射する範囲を絞ったり、異なるタイミングで散乱体30の別の箇所にレーザ光40を照射したりすることにより、受光部21やイベント検出部23における帯域不足を解消することができる。 Depending on the performance of the event camera applied to the measurement unit 12, if a change in luminance value occurs in a large number of pixels 22-1 to 22-n at once, the bandwidth of the light receiving unit 21 and the event detection unit 23 may be insufficient, and all event data may not be output to the calculation processing unit 13. In such cases, the lack of bandwidth in the light receiving unit 21 and the event detection unit 23 can be eliminated by making the laser light 40 irradiated by the irradiation unit 11 the spot laser light, line-shaped laser light, or laser light of an arbitrary pattern as described above, narrowing the range to which the laser light 40 is irradiated, or irradiating different parts of the scatterer 30 with the laser light 40 at different times.

照射部11が照射するレーザ光40をスポットレーザ光とし、散乱体30の微小範囲、例えば、1つの画素22の受光面の広さの範囲にのみ照射し、1つの画素22によってのみスペックルパターンの光が計測されるように調節する。この場合、照射部11の照射位置と、画素22の位置とに基づいて三角測量を行うことにより、散乱体30においてレーザ光40が照射されている三次元空間内の位置を算出することができる。したがって、レーザ光40の照射位置をずらしながら計測することにより、画素22-1~22-nの各々に対応する散乱体30の三次元空間内の位置と、移動散乱体31が等速で移動している場合における移動散乱体31の移動速度とを算出することが可能になる。 The laser light 40 emitted by the irradiation unit 11 is a spot laser light, which is irradiated only in a small range of the scatterer 30, for example, the range of the light receiving surface of one pixel 22, and adjusted so that the light of the speckle pattern is measured only by one pixel 22. In this case, by performing triangulation based on the irradiation position of the irradiation unit 11 and the position of the pixel 22, it is possible to calculate the position in three-dimensional space where the laser light 40 is irradiated on the scatterer 30. Therefore, by measuring while shifting the irradiation position of the laser light 40, it is possible to calculate the position in three-dimensional space of the scatterer 30 corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n, and the moving speed of the moving scatterer 31 when it is moving at a constant speed.

照射部11として、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)レーザプロジェクタなどのラスタスキャン式のレーザを照射する装置を適用するようにしてもよい。この場合、照射部11は、散乱体30の一点にレーザ光40を照射し、散乱体30をレーザ光40によりラスタ走査するように、レーザ光40の照射先を一点ずつ変えていく。計測部12のイベント検出部23が、散乱光50、51の干渉により強め合いが生じた場合のみイベントデータを生成するようにしておく。具体的には、イベント検出部23において、輝度値の最小値と最大値との差の絶対値を検出閾値とし、輝度値が最小値から最大値に変化する場合であって、検出閾値以上の輝度変化量を検出した場合のみイベントデータを生成するようにしておく。これにより、算出処理部13は、画素22-1~22-nの各々におけるイベントデータの発生間隔から、干渉による強め合いが発生している間隔を検出することができる。算出処理部13は、検出した間隔から画素22-1~22-nの各々の位置において計測される受光強度信号の周波数を算出することができ、画素22-1~22-nの各々に対応する散乱体30の位置における移動散乱体31の移動速度を算出することが可能になる。この場合、散乱体30に対して一度に一点しかレーザ光40を照射しないため、輝度値の変化が生じる画素22-1~22-nの範囲も限定され、一度に多量のイベントデータが発生することもなく、広い範囲に一度にレーザ光40を照射する場合に起こりうる大量のイベントデータの発生による処理落ちを回避することも可能になる。また、広い範囲に一度にレーザ光40を照射する場合に比べて、低パワーのレーザで大面積を計測することも可能になる。
また、スキャン速度を任意に制御できるラスタスキャン式のレーザ照射装置を使用して、ある照射位置から次の照射位置に移るタイミングを任意に制御することで、イベントセンサの休眠のタイミングと照射位置の移動タイミングを合わせ、照射位置移動により発生するイベントを検出せずにスペックルの変化によるイベントのみを検出することも可能になる。一般的なイベントセンサでは各画素においてイベントを検出した後一定の休眠期間を経て次のイベント検出を行うため、休眠期間に生じた輝度変化に基づくイベントは検出されない。休眠期間と照射位置移動タイミングは予め設定するものとしてもよいし、同期装置を用いて動的に制御してもよい。あるいは、同様のレーザ照射装置について、算出処理部13において照射位置変更に基づくイベントとスペックルの変化によるイベントを分類する処理を行ってもよい。例えばT秒ごとに照射位置を変更する場合、周期Tで発生するイベントは照射位置変更によるものとすることができる。あるいは画素ごとに照射期間中に発生する一連のイベント群について、始めと終わりの一定期間分のイベントを照射位置変更によるものとすることができる。
The irradiation unit 11 may be a device that irradiates a raster-scan type laser, such as a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) laser projector. In this case, the irradiation unit 11 irradiates a point on the scattering medium 30 with the laser light 40, and changes the irradiation destination of the laser light 40 point by point so as to raster-scan the scattering medium 30 with the laser light 40. The event detection unit 23 of the measurement unit 12 generates event data only when constructive interference occurs due to the interference between the scattered lights 50 and 51. Specifically, the event detection unit 23 sets the absolute value of the difference between the minimum and maximum luminance values as a detection threshold, and generates event data only when the luminance value changes from the minimum to the maximum and detects a luminance change amount equal to or greater than the detection threshold. This allows the calculation processing unit 13 to detect the interval during which constructive interference occurs from the occurrence interval of the event data in each of the pixels 22-1 to 22-n. The calculation processing unit 13 can calculate the frequency of the received light intensity signal measured at each position of the pixels 22-1 to 22-n from the detected interval, and can calculate the moving speed of the moving scatterer 31 at the position of the scatterer 30 corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n. In this case, the laser light 40 is irradiated to only one point at a time on the scatterer 30, so the range of the pixels 22-1 to 22-n where the luminance value changes is also limited, and a large amount of event data is not generated at once, making it possible to avoid processing lags due to the generation of a large amount of event data that may occur when the laser light 40 is irradiated to a wide area at once. In addition, it is possible to measure a large area with a low-power laser compared to the case where the laser light 40 is irradiated to a wide area at once.
In addition, by using a raster scan type laser irradiation device that can arbitrarily control the scan speed, it is possible to arbitrarily control the timing of moving from one irradiation position to the next irradiation position, and to match the timing of the sleep of the event sensor with the timing of the movement of the irradiation position, and to detect only events caused by changes in speckles without detecting events caused by the movement of the irradiation position. In a general event sensor, after detecting an event in each pixel, a certain sleep period is passed before the next event is detected, so that events caused by brightness changes that occur during the sleep period are not detected. The sleep period and the timing of the movement of the irradiation position may be set in advance, or may be dynamically controlled using a synchronization device. Alternatively, for a similar laser irradiation device, the calculation processing unit 13 may perform a process of classifying events caused by changes in the irradiation position and events caused by changes in the speckles. For example, when the irradiation position is changed every T seconds, events occurring at a period T can be determined to be caused by changes in the irradiation position. Alternatively, for a series of events occurring during the irradiation period for each pixel, events for a certain period at the beginning and end can be determined to be caused by changes in the irradiation position.

(第2の実施形態)
図8は、第2の実施形態における計測装置1aと、計測装置1aの計測対象である散乱体32とを示すブロック図である。第2の実施形態において、第1の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付し、以下、異なる構成について説明する。第2の実施形態における散乱体32は、例えば、時間が経過するとともに形状が変形し、コヒーレント光を受けて散乱光を生じさせる物体であれば、どのような物体であってもよい。
Second Embodiment
8 is a block diagram showing a measuring device 1a in the second embodiment and a scatterer 32 that is a measurement target of the measuring device 1a. In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are given the same reference numerals, and different components will be described below. The scatterer 32 in the second embodiment may be any object, as long as the object changes shape over time and receives coherent light to generate scattered light.

計測装置1aは、照射部11a、計測部12、算出処理部13a、光分岐部14及び光集束部15を備える。照射部11aは、第1の実施形態の照射部11において内部に備える光学素子の位置を、レーザ光を拡散させる位置からレーザ光を直進させる位置に調節したものであり、直進するレーザ光41をコヒーレント光として一定の光強度で生成して照射する。光分岐部14は、照射部11aのレーザ光41の照射点から計測部12の受光部21の受光面に至る光路を光路差が生じるように2つの光路に分岐する。図8では、一例として、光分岐部14が、照射部11aが照射するレーザ光41を光路差が生じるように分岐して2つのレーザ光42,43を散乱体32に対して照射する構成を示している。 The measurement device 1a includes an irradiation unit 11a, a measurement unit 12, a calculation processing unit 13a, a light branching unit 14, and a light focusing unit 15. The irradiation unit 11a adjusts the position of the optical element provided inside the irradiation unit 11 of the first embodiment from a position where the laser light is diffused to a position where the laser light travels straight, and generates and irradiates the straight-traveling laser light 41 as coherent light with a constant light intensity. The light branching unit 14 branches the optical path from the irradiation point of the laser light 41 of the irradiation unit 11a to the light receiving surface of the light receiving unit 21 of the measurement unit 12 into two optical paths so that an optical path difference is generated. FIG. 8 shows, as an example, a configuration in which the light branching unit 14 branches the laser light 41 irradiated by the irradiation unit 11a so that an optical path difference is generated, and two laser lights 42 and 43 are irradiated to the scattering body 32.

散乱体32がレーザ光42を受けることにより散乱光52が受光部21の受光面の方向に照射され、散乱体32がレーザ光43を受けることにより散乱光53が受光部21の受光面の方向に照射される。光集束部15は、光分岐部14が分岐した2つの光路を集束、すなわち、散乱光52と、散乱光53とを集束し、集束した散乱光52,53の干渉によって生じるスペックルパターンを受光部21の受光面に結像させる。光集束部15として、例えば、凸レンズなどが適用されるが、スペックルパターンを受光部21の受光面に結像させることができるのであれば、凸レンズ以外の光学素子であってもよい。 When the scatterer 32 receives the laser light 42, the scattered light 52 is irradiated in the direction of the light receiving surface of the light receiving unit 21, and when the scatterer 32 receives the laser light 43, the scattered light 53 is irradiated in the direction of the light receiving surface of the light receiving unit 21. The light focusing unit 15 focuses the two light paths branched by the light branching unit 14, i.e., focuses the scattered light 52 and the scattered light 53, and forms a speckle pattern generated by the interference of the focused scattered light 52, 53 on the light receiving surface of the light receiving unit 21. For example, a convex lens is used as the light focusing unit 15, but an optical element other than a convex lens may be used as long as it can form an image of the speckle pattern on the light receiving surface of the light receiving unit 21.

図9は、光分岐部14及び光集束部15に適用される光学系の例として、4通りの光学系の構成を示す図であり、以下に示す参考文献2の図31・34に示されている4つの光学系の線図の部分を引用し、光学系の構成の説明を行うために符号を付した図である。なお、説明の都合上、参考文献2の図31・34とは図の順番を入れ替えて示している。 Figure 9 shows four different optical system configurations as examples of optical systems that can be applied to the optical branching unit 14 and the optical focusing unit 15. The diagrams of the four optical systems shown in Figures 31 and 34 of Reference 2 below are quoted, and symbols are added to explain the optical system configurations. For ease of explanation, the order of the figures is reversed compared to Figures 31 and 34 of Reference 2.

[参考文献2:株式会社光響、Optimedia、“31・3 スペックル”、[online]、[令和3年8月18日検索]、インターネット<https://optipedia.info/laser/handbook/laser-handbook-7th-section/31-3/>] [Reference 2: Kokyo Co., Ltd., Optimedia, "31.3 Speckle", [online], [searched on August 18, 2021], Internet <https://optipedia.info/laser/handbook/laser-handbook-7th-section/31-3/>]

(2光束法を適用した光分岐部の構成)
図9(a)は、図8に示した1つのレーザ光41を2つのレーザ光42,43に分岐する光分岐部14の一例であり、2光束法と呼ばれる光学系である。図9(a)において、ハーフミラー61、ミラー62,64、凸レンズ63,65が、光分岐部14に含まれる光学素子である。図9(a)では、光集束部15の一例として、凸レンズ15aを備える例を示しており、図9(b)~(d)においても同様の例を示している。図9(a)では、形状が変形する前の散乱体32を、散乱体32-1として示し、形状が変形した後の散乱体32を、散乱体32-2として示している。
(Configuration of the optical branching section using the two-beam method)
Fig. 9(a) is an example of the light branching unit 14 that branches one laser beam 41 shown in Fig. 8 into two laser beams 42 and 43, and is an optical system called a two-beam method. In Fig. 9(a), a half mirror 61, mirrors 62 and 64, and convex lenses 63 and 65 are optical elements included in the light branching unit 14. Fig. 9(a) shows an example of the light focusing unit 15 that includes a convex lens 15a, and Figs. 9(b) to (d) also show similar examples. In Fig. 9(a), the scatterer 32 before its shape is deformed is shown as a scatterer 32-1, and the scatterer 32 after its shape is deformed is shown as a scatterer 32-2.

凸レンズ63,65,15aと、ミラー62,64が配置される位置関係は、以下の通りである。凸レンズ15aの光軸66と、ミラー62によってレーザ光が反射される方向であって凸レンズ63の光軸である光軸67とが成す角度と、光軸66と、ミラー64によってレーザ光が反射される方向であって凸レンズ65の光軸である光軸68とが成す角度が一致し、光軸66と、光軸67と、光軸68とが変形前の散乱体32-1の表面において交差するように配置される。光軸67と光軸68とが成す角度は、凸レンズ15aの開口角よりも大きな角度になるように定められる。凸レンズ15aは、その光軸が計測部12の受光部21の受光面と垂直になり、散乱体32-1,32-2と受光部21との間の位置であって、受光部21の受光面においてスペックルパターンが結像する位置に配置される。 The positional relationship of the convex lenses 63, 65, and 15a and the mirrors 62 and 64 is as follows. The angle between the optical axis 66 of the convex lens 15a and the optical axis 67, which is the optical axis of the convex lens 63 in the direction in which the laser light is reflected by the mirror 62, and the angle between the optical axis 66 and the optical axis 68, which is the optical axis of the convex lens 65 in the direction in which the laser light is reflected by the mirror 64, coincide with each other, and the optical axes 66, 67, and 68 intersect on the surface of the scatterer 32-1 before deformation. The angle between the optical axis 67 and the optical axis 68 is set to be larger than the aperture angle of the convex lens 15a. The convex lens 15a is arranged so that its optical axis is perpendicular to the light receiving surface of the light receiving unit 21 of the measurement unit 12, between the scatterers 32-1 and 32-2 and the light receiving unit 21, and at a position where the speckle pattern is imaged on the light receiving surface of the light receiving unit 21.

ハーフミラー61及びミラー62,64は、照射部11aが照射するレーザ光41がハーフミラー61により反射されてミラー62に到達し、レーザ光41がハーフミラー61を透過してミラー64に到達するように配置される。ハーフミラー61及びミラー62,64は、照射部11aの照射点から受光部21の受光面に至る光路に光路差が生じるように配置される。 The half mirror 61 and the mirrors 62 and 64 are arranged so that the laser light 41 emitted by the irradiation unit 11a is reflected by the half mirror 61 and reaches the mirror 62, and the laser light 41 passes through the half mirror 61 and reaches the mirror 64. The half mirror 61 and the mirrors 62 and 64 are arranged so that an optical path difference occurs in the optical path from the irradiation point of the irradiation unit 11a to the light receiving surface of the light receiving unit 21.

上記のように配置することにより、照射部11aが照射するレーザ光41は、ハーフミラー61によって反射されてミラー62に到達するレーザ光と、ハーフミラー61を透過してミラー64に到達するレーザ光とに分岐する。ミラー62は、受光したレーザ光を光軸67の方向に反射し、反射されたレーザ光は、凸レンズ63により拡散されて散乱体32-1,32-2に照射される。ミラー64は、受光したレーザ光を光軸68の方向に反射し、反射されたレーザ光は、凸レンズ65により拡散されて散乱体32-1,32-2に照射される。例えば、図8の光分岐部14が照射するレーザ光42が、凸レンズ63によって拡散されたレーザ光に対応し、レーザ光43が、凸レンズ65によって拡散されたレーザ光に対応する。以下、凸レンズ63によって拡散されたレーザ光を、レーザ光42といい、凸レンズ65によって拡散されたレーザ光を、レーザ光43という。 By arranging as described above, the laser light 41 irradiated by the irradiation unit 11a is split into a laser light reflected by the half mirror 61 and reaching the mirror 62, and a laser light transmitted through the half mirror 61 and reaching the mirror 64. The mirror 62 reflects the received laser light in the direction of the optical axis 67, and the reflected laser light is diffused by the convex lens 63 and irradiated to the scatterers 32-1 and 32-2. The mirror 64 reflects the received laser light in the direction of the optical axis 68, and the reflected laser light is diffused by the convex lens 65 and irradiated to the scatterers 32-1 and 32-2. For example, the laser light 42 irradiated by the light branching unit 14 in FIG. 8 corresponds to the laser light diffused by the convex lens 63, and the laser light 43 corresponds to the laser light diffused by the convex lens 65. Hereinafter, the laser light diffused by the convex lens 63 is referred to as the laser light 42, and the laser light diffused by the convex lens 65 is referred to as the laser light 43.

変形前の散乱体32-1が、レーザ光42を受けることにより生じる散乱光を散乱光52-1とし、変形後の散乱体32-2が、レーザ光42を受けることにより生じる散乱光を散乱光52-2とする。同様に、変形前の散乱体32-1が、レーザ光43を受けることにより生じる散乱光を散乱光53-1とし、変形後の散乱体32-2が、レーザ光43を受けることにより生じる散乱光を散乱光53-2とする。散乱光52-1,52-2,53-1,53-2は、凸レンズ15aにより集光されて受光部21の受光面に到達する。 The scattered light generated when the scatterer 32-1 before deformation receives the laser light 42 is referred to as scattered light 52-1, and the scattered light generated when the scatterer 32-2 after deformation receives the laser light 42 is referred to as scattered light 52-2. Similarly, the scattered light generated when the scatterer 32-1 before deformation receives the laser light 43 is referred to as scattered light 53-1, and the scattered light generated when the scatterer 32-2 after deformation receives the laser light 43 is referred to as scattered light 53-2. The scattered light 52-1, 52-2, 53-1, 53-2 is focused by the convex lens 15a and reaches the light receiving surface of the light receiving unit 21.

変形前の散乱体32-1から生じる散乱光52-1,53-1は、光路差がある2つの方向から照射されたレーザ光によって生じた光であり、散乱光52-1,53-1が干渉することにより光路差によって生じた位相差が反映されたスペックルパターンが受光部21の受光面に結像されることになる。ここで、散乱体32-1の計測対象の面、すなわちレーザ光42,43が照射されている面が、符号39aの矢印で示す方向に動くような変形が生じて散乱体32-2になったとする。以下、このような変形による変位を、計測対象の面に平行な変位である面内変位という。変形後の散乱体32-2の散乱光52-2,53-2も、光路差がある2つの方向から照射されたレーザ光によって生じた光であり、散乱光52-2,53-2が干渉することにより光路差及び散乱体32-1から散乱体32-2に変形した際の変位量によって生じた位相差が反映されたスペックルパターンが受光部21の受光面に結像されることになる。 The scattered lights 52-1, 53-1 generated from the scatterer 32-1 before deformation are generated by laser light irradiated from two directions with an optical path difference, and a speckle pattern reflecting the phase difference generated by the optical path difference due to interference between the scattered lights 52-1, 53-1 is imaged on the light receiving surface of the light receiving unit 21. Here, it is assumed that the surface to be measured of the scatterer 32-1, i.e. the surface irradiated with the laser light 42, 43, is deformed so as to move in the direction indicated by the arrow 39a, becoming the scatterer 32-2. Hereinafter, the displacement due to such deformation is referred to as an in-plane displacement, which is a displacement parallel to the surface to be measured. The scattered light 52-2, 53-2 from the deformed scatterer 32-2 is also generated by laser light irradiated from two directions with an optical path difference, and the scattered light 52-2, 53-2 interfere with each other, resulting in a speckle pattern that reflects the optical path difference and the phase difference caused by the amount of displacement when the scatterer 32-1 is transformed into the scatterer 32-2, and is imaged on the light receiving surface of the light receiving unit 21.

(参照光法を適用した光分岐部の構成)
図9(b)に示す光学系は、参照光法と呼ばれる光学系である。なお、図9(b)においても、形状が変形する前の散乱体32を、散乱体32-1として示し、形状が変形した後の散乱体32を、散乱体32-2として示している。参照光法においても、散乱体32-1がレーザ光を受けることにより生じる散乱光を散乱光52-1とし、散乱体32-2がレーザ光を受けることにより生じる散乱光を散乱光52-2とする。参照光法では、上記した2光束法のように、2つのレーザ光を散乱体32-1,32-2に照射するのではなく、レーザ光の一方を散乱体32-1,32-2に照射し、レーザ光の他方を参照光として受光部21の受光面に照射する構成になる。
(Configuration of the optical branching section using the reference light method)
The optical system shown in FIG. 9B is an optical system called a reference light method. In FIG. 9B, the scatterer 32 before its shape is deformed is shown as a scatterer 32-1, and the scatterer 32 after its shape is deformed is shown as a scatterer 32-2. In the reference light method, the scattered light generated by the scatterer 32-1 receiving the laser light is also referred to as the scattered light 52-1, and the scattered light generated by the scatterer 32-2 receiving the laser light is also referred to as the scattered light 52-2. In the reference light method, unlike the above-mentioned two-beam method, two laser lights are not irradiated onto the scatterers 32-1 and 32-2, but one of the laser lights is irradiated onto the scatterers 32-1 and 32-2, and the other laser light is irradiated onto the light receiving surface of the light receiving unit 21 as a reference light.

図9(b)において凸レンズ71、ハーフミラー72、ミラー73が光分岐部14に含まれる光学素子である。ミラー73は、ミラー73の反射面が、照射部11aが照射するレーザ光41が直進する方向に対して垂直になるように配置される。ハーフミラー72は、照射部11aが照射するレーザ光41が直進する方向に対して45度傾いた位置に配置される。凸レンズ71は、その光軸が、レーザ光41が直進する方向に一致するように配置される。光集束部15の一例である凸レンズ15aは、その光軸が、計測部12の受光部21の受光面と垂直になるように配置される。凸レンズ15aは、ハーフミラー72を透過して到達する散乱光52-1,52-2を集光して受光部21の受光面においてスペックルパターンが結像する位置に配置される。 In FIG. 9(b), a convex lens 71, a half mirror 72, and a mirror 73 are optical elements included in the light branching unit 14. The mirror 73 is arranged so that the reflecting surface of the mirror 73 is perpendicular to the direction in which the laser light 41 irradiated by the irradiation unit 11a travels straight. The half mirror 72 is arranged at a position tilted at 45 degrees to the direction in which the laser light 41 irradiated by the irradiation unit 11a travels straight. The convex lens 71 is arranged so that its optical axis coincides with the direction in which the laser light 41 travels straight. The convex lens 15a, which is an example of the light focusing unit 15, is arranged so that its optical axis is perpendicular to the light receiving surface of the light receiving unit 21 of the measurement unit 12. The convex lens 15a is arranged at a position where the scattered light 52-1 and 52-2 that arrive after passing through the half mirror 72 are focused to form a speckle pattern on the light receiving surface of the light receiving unit 21.

上記のように配置することにより、照射部11aが照射するレーザ光41は、凸レンズ71によって拡散され、拡散されたレーザ光41は、ハーフミラー72により反射されて散乱体32-1,32-2の方向に進むレーザ光と、ハーフミラー72を透過してミラー73に到達するレーザ光とに分岐する。以下、ハーフミラー72を透過してミラー73に到達するレーザ光を参照光という。散乱体32-1,32-2がレーザ光を受けることにより生じる散乱光52-1,52-2は、ハーフミラー72の方向に進み、ハーフミラー72を透過し、凸レンズ15aにより集光されて受光部21の受光面に到達する。これに対して、参照光は、ミラー73によりハーフミラー72の方向に反射され、更に、ハーフミラー72により反射されて凸レンズ15aの方向に進み、凸レンズ15aにより集光されて受光部21の受光面に到達する。 By arranging as described above, the laser light 41 emitted by the irradiation unit 11a is diffused by the convex lens 71, and the diffused laser light 41 is split into a laser light reflected by the half mirror 72 and traveling in the direction of the scatterers 32-1 and 32-2, and a laser light that passes through the half mirror 72 and reaches the mirror 73. Hereinafter, the laser light that passes through the half mirror 72 and reaches the mirror 73 is referred to as the reference light. The scattered light 52-1 and 52-2 generated when the scatterers 32-1 and 32-2 receive the laser light travels in the direction of the half mirror 72, passes through the half mirror 72, and is collected by the convex lens 15a to reach the light receiving surface of the light receiving unit 21. On the other hand, the reference light is reflected by the mirror 73 in the direction of the half mirror 72, is further reflected by the half mirror 72 and travels in the direction of the convex lens 15a, is collected by the convex lens 15a and reaches the light receiving surface of the light receiving unit 21.

受光部21の受光面に散乱光52-1と、参照光とが到達すると、散乱光52-1と、参照光とが干渉することにより、散乱光52-1と参照光の光路差により生じた位相差が反映されたスペックルパターンが受光部21の受光面に結像されることになる。ここで、散乱体32-1が、符号39bの矢印で示す方向に動くような変形が生じて散乱体32-2になったとする。以下、このような変形による変位を、散乱体32-1の計測対象の面、すなわちハーフミラー72により反射されたレーザ光が照射される面に平行でない変位である面外変位という。散乱体32-1から散乱体32-2への変形の後に、受光部21の受光面に散乱光52-2と、参照光とが到達すると、散乱光52-2と、参照光とが干渉することにより、散乱光52-2と参照光の光路差及び散乱体32-1から散乱体32-2に変形した際の変位量により生じた位相差が反映されたスペックルパターンが受光部21の受光面に結像されることになる。 When the scattered light 52-1 and the reference light reach the light receiving surface of the light receiving unit 21, the scattered light 52-1 and the reference light interfere with each other, and a speckle pattern reflecting the phase difference caused by the optical path difference between the scattered light 52-1 and the reference light is imaged on the light receiving surface of the light receiving unit 21. Now, assume that the scatterer 32-1 is deformed so that it moves in the direction indicated by the arrow 39b, and becomes the scatterer 32-2. Hereinafter, the displacement caused by such deformation is referred to as out-of-plane displacement, which is a displacement that is not parallel to the surface of the scatterer 32-1 to be measured, i.e., the surface onto which the laser light reflected by the half mirror 72 is irradiated. After the scatterer 32-1 transforms into the scatterer 32-2, the scattered light 52-2 and the reference light reach the light receiving surface of the light receiving unit 21. As a result of interference between the scattered light 52-2 and the reference light, a speckle pattern reflecting the optical path difference between the scattered light 52-2 and the reference light and the phase difference caused by the amount of displacement when the scatterer 32-1 transforms into the scatterer 32-2 is formed on the light receiving surface of the light receiving unit 21.

(2開口法を適用した光分岐部の構成)
図9(c)に示す光学系は、2開口法と呼ばれる光学系である。なお、図9(c)においても、形状が変形する前の散乱体32を、散乱体32-1として示し、形状が変形した後の散乱体32を、散乱体32-2として示している。2開口法においても、散乱体32-1がレーザ光を受けることにより生じる散乱光を散乱光52-1とし、散乱体32-2がレーザ光を受けることにより生じる散乱光を散乱光52-2とする。2開口法では、照射部11aのレーザ光41の照射点から計測部12の受光部21の受光面に至る光路の途中に、2か所にスリットを有する複開口板82を配置することにより、光路差がある2つの光路を生成する。
(Configuration of optical branching section using two-aperture method)
The optical system shown in FIG. 9(c) is an optical system called a two-aperture method. In FIG. 9(c), the scatterer 32 before its shape is deformed is shown as a scatterer 32-1, and the scatterer 32 after its shape is deformed is shown as a scatterer 32-2. In the two-aperture method, the scattered light generated by the scatterer 32-1 receiving the laser light is also referred to as the scattered light 52-1, and the scattered light generated by the scatterer 32-2 receiving the laser light is also referred to as the scattered light 52-2. In the two-aperture method, a double-aperture plate 82 having slits in two places is disposed on the optical path from the irradiation point of the laser light 41 of the irradiation unit 11a to the light receiving surface of the light receiving unit 21 of the measurement unit 12, thereby generating two optical paths with an optical path difference.

凸レンズ81、複開口板82が光分岐部14に含まれる光学素子である。凸レンズ81は、その光軸が、照射部11aが照射するレーザ光41が直進する方向に一致するように配置される。光集束部15の一例である凸レンズ15aは、その光軸83が計測部12の受光部21の受光面及び複開口板82の平面部分の面と垂直になるように配置される。凸レンズ15aは、複開口板82を通過して到達する散乱光52-1,52-2を集光して受光部21の受光面においてスペックルパターンが結像する位置に配置される。複開口板82は、平面の部分の面が受光部21の受光面と平行になるように配置され、更に、光軸83と交差する位置から、2つのスリットの各々までの距離が均等になるように配置される。 The convex lens 81 and the double aperture plate 82 are optical elements included in the light branching unit 14. The convex lens 81 is arranged so that its optical axis coincides with the direction in which the laser light 41 irradiated by the irradiation unit 11a travels straight ahead. The convex lens 15a, which is an example of the light focusing unit 15, is arranged so that its optical axis 83 is perpendicular to the light receiving surface of the light receiving unit 21 of the measurement unit 12 and the surface of the flat portion of the double aperture plate 82. The convex lens 15a is arranged at a position where the scattered light 52-1, 52-2 that arrives after passing through the double aperture plate 82 is collected and a speckle pattern is formed on the light receiving surface of the light receiving unit 21. The double aperture plate 82 is arranged so that the surface of the flat portion is parallel to the light receiving surface of the light receiving unit 21, and further arranged so that the distance from the position where it intersects with the optical axis 83 to each of the two slits is equal.

上記のように配置することにより、照射部11aが照射するレーザ光41は、凸レンズ81によって拡散され、拡散されたレーザ光41は、散乱体32-1,32-2に照射される。散乱体32-1,32-2が拡散されたレーザ光41を受けることにより生じる散乱光52-1,52-2は、複開口板82の2か所のスリットを通過する際に回折によって光路差が生じることになる。複開口板82の2か所のスリットを通過した散乱光52-1,52-2は、凸レンズ15aにより集光されて受光部21の受光面に到達する。 By arranging as described above, the laser light 41 emitted by the irradiating unit 11a is diffused by the convex lens 81, and the diffused laser light 41 is irradiated to the scatterers 32-1 and 32-2. The scattered light 52-1 and 52-2 generated when the scatterers 32-1 and 32-2 receive the diffused laser light 41 is diffracted and an optical path difference occurs when passing through the two slits in the double aperture plate 82. The scattered light 52-1 and 52-2 that passed through the two slits in the double aperture plate 82 is focused by the convex lens 15a and reaches the light receiving surface of the light receiving unit 21.

複開口板82により光路差が生じた2つの光路を通じて、散乱光52-1が、受光部21の受光面に到達すると、光路差により生じた位相差が反映されたスペックルパターンが受光部21の受光面に結像されることになる。ここで、散乱体32-1の計測対象の面、すなわち凸レンズ81により拡散されたレーザ光が照射されている面が、符号39cの矢印で示す方向に動くような変形が生じて散乱体32-2になったとする。すなわち、散乱体32-1において、図9(a)に示した2光束法と同様の面内変位が生じたとする。この場合、複開口板82により光路差が生じた2つの光路を通じて、散乱光52-2が、受光部21の受光面に到達すると、光路差及び散乱体32-1から散乱体32-2に変形した際の変位量により生じた位相差が反映されたスペックルパターンが受光部21の受光面に結像されることになる。 When the scattered light 52-1 reaches the light receiving surface of the light receiving unit 21 through two optical paths with an optical path difference caused by the double aperture plate 82, a speckle pattern reflecting the phase difference caused by the optical path difference is formed on the light receiving surface of the light receiving unit 21. Here, it is assumed that the surface to be measured of the scatterer 32-1, that is, the surface irradiated with the laser light diffused by the convex lens 81, is deformed so as to move in the direction indicated by the arrow of symbol 39c and becomes the scatterer 32-2. In other words, it is assumed that the same in-plane displacement as that of the two-beam method shown in FIG. 9(a) occurs in the scatterer 32-1. In this case, when the scattered light 52-2 reaches the light receiving surface of the light receiving unit 21 through two optical paths with an optical path difference caused by the double aperture plate 82, a speckle pattern reflecting the optical path difference and the phase difference caused by the amount of displacement when the scatterer 32-1 is deformed to the scatterer 32-2 is formed on the light receiving surface of the light receiving unit 21.

(横ずらし法を適用した光分岐部の構成)
図9(d)に示す光学系は、横ずらし法と呼ばれる光学系である。横ずらし法では、照射部11aのレーザ光41の照射点から計測部12の受光部21の受光面に至る光路の途中に、バイプリズム92を配置することにより、光路差がある2つの光路を生成する。凸レンズ91、バイプリズム92が光分岐部14に含まれる光学素子である。凸レンズ91は、その光軸93が、照射部11aが照射するレーザ光41が直進する方向に一致するように配置される。バイプリズム92は、いわゆる複プリズムであり、断面が180度に近い頂角を有する二等辺三角形になっている三角柱形状のプリズムである。バイプリズム92は、二等辺三角形の形状の底辺を含む面が、受光部21の受光面と平行になるように配置される。光集束部15の一例である凸レンズ15aは、その光軸が、計測部12の受光部21の受光面及びバイプリズム92の二等辺三角形の形状の底辺を含む面と垂直になり、当該二等辺三角形の形状の頂角を含む辺と交差するように配置される。凸レンズ15aは、バイプリズム92を透過して到達する散乱光52-1,52-2を集光して受光部21の受光面においてスペックルパターンが結像する位置に配置される。
(Configuration of optical branching section using the lateral shift method)
The optical system shown in FIG. 9(d) is an optical system called a lateral shift method. In the lateral shift method, a biprism 92 is disposed in the middle of the optical path from the irradiation point of the laser light 41 of the irradiation unit 11a to the light receiving surface of the light receiving unit 21 of the measurement unit 12, thereby generating two optical paths with an optical path difference. The convex lens 91 and the biprism 92 are optical elements included in the light branching unit 14. The convex lens 91 is disposed so that its optical axis 93 coincides with the direction in which the laser light 41 irradiated by the irradiation unit 11a travels straight. The biprism 92 is a so-called double prism, and is a triangular column-shaped prism whose cross section is an isosceles triangle with a vertex angle close to 180 degrees. The biprism 92 is disposed so that the surface including the base of the isosceles triangle shape is parallel to the light receiving surface of the light receiving unit 21. Convex lens 15a, which is an example of light focusing unit 15, is arranged so that its optical axis is perpendicular to the light receiving surface of light receiving unit 21 of measurement unit 12 and a surface including the base of the isosceles triangle shape of biprism 92, and intersects with the side including the apex angle of the isosceles triangle shape. Convex lens 15a is arranged at a position where scattered light 52-1, 52-2 that has passed through biprism 92 and arrived thereat is collected, and a speckle pattern is imaged on the light receiving surface of light receiving unit 21.

上記のように配置することにより、照射部11aが照射するレーザ光41は、凸レンズ91によって拡散され、拡散されたレーザ光は、散乱体32に照射される。散乱体32がレーザ光を受けることにより生じる散乱光52は、バイプリズム92を透過する。散乱光52がバイプリズム92を透過する際に、バイプリズム92の光学的作用により、図9(d)に示すように、散乱体32のレーザ光が照射される計測対象の面上において、少しずれた位置に、散乱体32の複像32Dが形成される。ここで、複像32Dを形成する光であってバイプリズム92によって生成された光を複像光52Dとする。散乱光52と、複像光52Dとには、バイプリズム92の光学的作用による光路差が生じることになる。バイプリズム92を透過した散乱光52と、バイプリズム92により生成された複像光52Dとは、凸レンズ15aにより集光されて受光部21の受光面に到達する。 By arranging as described above, the laser light 41 irradiated by the irradiation unit 11a is diffused by the convex lens 91, and the diffused laser light is irradiated to the scattering body 32. The scattered light 52 generated by the scattering body 32 receiving the laser light passes through the biprism 92. When the scattered light 52 passes through the biprism 92, the optical action of the biprism 92 causes a double image 32D of the scattering body 32 to be formed at a slightly shifted position on the surface of the measurement object on which the laser light of the scattering body 32 is irradiated, as shown in FIG. 9(d). Here, the light that forms the double image 32D and is generated by the biprism 92 is referred to as double image light 52D. An optical path difference occurs between the scattered light 52 and the double image light 52D due to the optical action of the biprism 92. The scattered light 52 transmitted through the biprism 92 and the double image light 52D generated by the biprism 92 are condensed by the convex lens 15a and reach the light receiving surface of the light receiving unit 21.

散乱光52と、複像光52Dとが、受光部21の受光面に到達すると、光路差により生じた位相差が反映されたスペックルパターンが受光部21の受光面に結像されることになる。ここで、散乱体32において、図9(b)の参照光法のケースにおいて示した面外変位の変形、すなわち、散乱体32が計測対象の面と平行でない変位が生じたとする。この場合、散乱光52と、複像光52Dとが、受光部21の受光面に到達すると、光路差及び散乱体32の変形による変位量により生じた位相差が反映されたスペックルパターンが受光部21の受光面に結像されることになる。 When the scattered light 52 and the double image light 52D reach the light receiving surface of the light receiving unit 21, a speckle pattern reflecting the phase difference caused by the optical path difference is formed on the light receiving surface of the light receiving unit 21. Here, assume that the out-of-plane displacement shown in the reference light method case of FIG. 9(b) occurs in the scatterer 32, that is, the scatterer 32 is displaced not parallel to the surface of the measurement target. In this case, when the scattered light 52 and the double image light 52D reach the light receiving surface of the light receiving unit 21, a speckle pattern reflecting the phase difference caused by the optical path difference and the amount of displacement caused by the deformation of the scatterer 32 is formed on the light receiving surface of the light receiving unit 21.

図9(a)~(d)に示したいずれかの光学系を適用した光分岐部14を用いることにより、変形前の散乱体32-1によって生じたスペックルパターンと、変形後の散乱体32-2によって生じたスペックルパターンとが得られることになる。変形前後の2つのスペックルパターンの差の二乗を算出すると干渉縞が得られることになる。得られた干渉縞の明暗は、散乱体32が変形した際の変位量に依存し、変位量がレーザ光41の波長の整数倍であるときに最も暗くなり、変位量がレーザ光41の波長の半整数倍であるときに最も明るくなる。1本の干渉縞は、同一の変位量を示しており、散乱体32の表面が連続している場合、干渉縞は、高度を変位量に替えた等高線とみなすことができる。したがって、干渉縞の間隔が細かい領域では変位量の変化が大きく散乱体32の形状が急激に変化していることを示しており、干渉縞の間隔が粗い領域では変位量の変化が小さく散乱体32の形状が緩やかに変化していることを示すことになる。このように、計測領域に対応するスペックルパターンを計測部12の受光部21の画素22-1~22-nにより受光して、散乱体32の形状の変形の前後で比較することにより、散乱体32の形状の変形に伴って生じた画素22-1~22-nの各々に対応する散乱体32の位置の変位量を推定することができる。 By using the optical branching unit 14 to which any of the optical systems shown in Figures 9(a) to (d) is applied, a speckle pattern generated by the scatterer 32-1 before deformation and a speckle pattern generated by the scatterer 32-2 after deformation can be obtained. The square of the difference between the two speckle patterns before and after deformation is calculated to obtain an interference pattern. The brightness of the obtained interference pattern depends on the amount of displacement when the scatterer 32 is deformed, and it is darkest when the amount of displacement is an integer multiple of the wavelength of the laser light 41, and it is brightest when the amount of displacement is a half-integer multiple of the wavelength of the laser light 41. One interference pattern indicates the same amount of displacement, and when the surface of the scatterer 32 is continuous, the interference pattern can be regarded as a contour line in which the altitude is replaced by the amount of displacement. Therefore, in areas where the spacing between the interference patterns is fine, the change in the amount of displacement is large, indicating that the shape of the scatterer 32 is changing rapidly, and in areas where the spacing between the interference patterns is coarse, the change in the amount of displacement is small, indicating that the shape of the scatterer 32 is changing gradually. In this way, the speckle pattern corresponding to the measurement area is received by pixels 22-1 to 22-n of the light receiving section 21 of the measurement unit 12, and by comparing it before and after the deformation of the shape of the scatterer 32, it is possible to estimate the amount of displacement of the position of the scatterer 32 corresponding to each of pixels 22-1 to 22-n that occurs due to the deformation of the shape of the scatterer 32.

(第2の実施形態の計測装置による処理)
図10を参照しつつ、第2の実施形態における計測装置1aによる処理について説明する。図10は、算出処理部13aによる処理の流れを示すフローチャートである。なお、ここでは、光分岐部14として、図9(a)に示した2光束法の光学系が適用されており、光集束部15として凸レンズ15aが適用されているものとして、計測装置1aによる処理について説明する。
(Processing by the Measuring Device of the Second Embodiment)
The process by the measurement device 1a in the second embodiment will be described with reference to Fig. 10. Fig. 10 is a flowchart showing the flow of the process by the calculation processing unit 13a. Note that the process by the measurement device 1a will be described assuming that the optical system of the two-beam method shown in Fig. 9A is applied as the light branching unit 14 and the convex lens 15a is applied as the light focusing unit 15.

図10のフローチャートの処理が開始される前提として、以下に示すことが行われているものとする。照射部11aは、レーザ光41を生成して光分岐部14に出力する。光分岐部14において、ハーフミラー61は、照射部11aが照射するレーザ光41を、ミラー62に到達するレーザ光と、ミラー64に到達するレーザ光とに分岐する。ミラー62は、受光したレーザ光を光軸67の方向に反射し、反射されたレーザ光は、凸レンズ63により拡散されてレーザ光42になる。ミラー64は、受光したレーザ光を光軸68の方向に反射し、反射されたレーザ光は、凸レンズ65により拡散されてレーザ光43になる。レーザ光42と、レーザ光43とが、散乱体32に照射される。散乱体32が、レーザ光42を受けることにより生じる散乱光52と、散乱体32がレーザ光43を受けることにより生じる散乱光53とが、凸レンズ15aにより集光される。凸レンズ15aにより集光された散乱光52と、散乱光53とが干渉することにより、受光部21の受光面の画素22-1~22-nにおいてスペックルパターンが生じることになる。 As a premise for starting the process of the flowchart in FIG. 10, the following is assumed to have been performed. The irradiation unit 11a generates laser light 41 and outputs it to the light branching unit 14. In the light branching unit 14, the half mirror 61 branches the laser light 41 irradiated by the irradiation unit 11a into a laser light that reaches the mirror 62 and a laser light that reaches the mirror 64. The mirror 62 reflects the received laser light in the direction of the optical axis 67, and the reflected laser light is diffused by the convex lens 63 to become the laser light 42. The mirror 64 reflects the received laser light in the direction of the optical axis 68, and the reflected laser light is diffused by the convex lens 65 to become the laser light 43. The laser light 42 and the laser light 43 are irradiated to the scattering body 32. The scattered light 52 generated by the scattering body 32 receiving the laser light 42 and the scattered light 53 generated by the scattering body 32 receiving the laser light 43 are collected by the convex lens 15a. The scattered light 52 collected by the convex lens 15a interferes with the scattered light 53, resulting in a speckle pattern being generated in the pixels 22-1 to 22-n on the light receiving surface of the light receiving unit 21.

散乱体32の形状が変形していない場合、散乱光52と、散乱光53とに変化が生じないため、受光部21の受光面の画素22-1~22-nにおいて生じるスペックルパターンも変化しない。この場合、画素22-1~22-nの各々がスペックルパターンの光を受光して出力する輝度値は変化しないため、イベント検出部23は、いずれの画素22-1~22-nからも「0」の輝度変化量を検出することになる。ただし、実際には、ノイズなどが存在するため、イベント検出部23が検出する輝度変化量は、「0」にならない場合もあるが、検出閾値以上になることはない。したがって、この場合、イベント検出部23は、イベントデータを出力することもない。 When the shape of the scatterer 32 is not deformed, there is no change in the scattered light 52 and the scattered light 53, and therefore the speckle pattern generated in the pixels 22-1 to 22-n on the light receiving surface of the light receiving unit 21 also does not change. In this case, the luminance value output by each of the pixels 22-1 to 22-n upon receiving the light of the speckle pattern does not change, so the event detection unit 23 detects a luminance change of "0" from each of the pixels 22-1 to 22-n. However, in reality, due to the presence of noise, etc., the luminance change detected by the event detection unit 23 may not be "0", but will never be greater than the detection threshold. Therefore, in this case, the event detection unit 23 does not output event data.

これに対して、散乱体32の形状が変形した場合、散乱光52と、散乱光53とに、散乱体32の形状が変形した際の変位量に応じた変化が生じることになる。そのため、散乱光52と、散乱光53の変化に応じてスペックルパターンが変化することになる。スペックルパターンが変化すると、スペックルパターンの変化が生じている位置に対応する画素22-1~22-nが検出する輝度値は変化することになる。イベント検出部23は、画素22-1~22-nが出力する輝度値から輝度変化量を検出した場合に、検出した輝度変化量が予め定められる検出閾値以上の輝度変化量であると判定したとき、当該輝度変化量に対応する画素22に対するイベントデータを生成して出力することになる。 In contrast, when the shape of the scatterer 32 is deformed, the scattered light 52 and the scattered light 53 change according to the amount of displacement when the shape of the scatterer 32 is deformed. Therefore, the speckle pattern changes according to the changes in the scattered light 52 and the scattered light 53. When the speckle pattern changes, the luminance value detected by the pixels 22-1 to 22-n corresponding to the position where the speckle pattern change occurs changes. When the event detection unit 23 detects the amount of luminance change from the luminance values output by the pixels 22-1 to 22-n and determines that the detected amount of luminance change is equal to or greater than a predetermined detection threshold, the event detection unit 23 generates and outputs event data for the pixel 22 corresponding to the amount of luminance change.

以下、図10のフローチャートにしたがって処理の流れを説明する。算出処理部13aは、イベント検出部23が非同期に出力するイベントデータを取り込む(ステップSe1)。算出処理部13aは、イベントデータの各々に含まれる画素22の位置と、検出時刻とに基づいて、予め定められた時間内の画素22-1~22-nの各々のイベントデータの数をカウントする(ステップSe2)。 The process flow will be explained below according to the flowchart in FIG. 10. The calculation processing unit 13a takes in the event data output asynchronously by the event detection unit 23 (step Se1). The calculation processing unit 13a counts the number of event data for each of the pixels 22-1 to 22-n within a predetermined time based on the position of the pixel 22 included in each piece of event data and the detection time (step Se2).

算出処理部13aは、画素22-1~22-nの各々のイベントデータの数を画素値とする画像データを生成する(ステップSe3)。上記したように、変形前後の2つのスペックルパターンの差の二乗を算出して得られる干渉縞の明暗は散乱体32の形状が変形した際の変位量に依存している。干渉縞の明るい部分は、散乱体32の変形前後の輝度変化量が大きいため、イベントデータが多くなる。これに対して、干渉縞の暗い部分では、散乱体32の変形前後の輝度変化量が小さいため、イベントデータが少なくなるか、または、イベントデータが存在しないことになる。したがって、算出処理部13aが生成する画像データによって表される画像は、干渉縞の変化を示した画像になる。 The calculation processing unit 13a generates image data in which the number of event data for each of the pixels 22-1 to 22-n is used as the pixel value (step Se3). As described above, the brightness of the interference fringes obtained by calculating the square of the difference between the two speckle patterns before and after the deformation depends on the amount of displacement when the shape of the scatterer 32 is deformed. The bright parts of the interference fringes have a large change in luminance before and after the deformation of the scatterer 32, and therefore there is a lot of event data. In contrast, the dark parts of the interference fringes have a small change in luminance before and after the deformation of the scatterer 32, and therefore there is little event data or no event data. Therefore, the image represented by the image data generated by the calculation processing unit 13a is an image that shows the change in the interference fringes.

上記したように、干渉縞の間隔が細かい領域では変位量が大きく散乱体32が急激に変化していることを示しており、干渉縞の間隔が粗い領域では変位量が小さく散乱体32が緩やかに変化していることを示している。算出処理部13aは、生成した画像データを周波数解析して、画素22-1~22-nの各々の位置における干渉縞の間隔の細かさを算出する。算出処理部13aは、算出した画素22-1~22-nの各々の位置における干渉縞の間隔の細かさから、画素22-1~22-nの各々に対応する散乱体32の位置における変位量を算出する(ステップSe4)。 As described above, in areas where the spacing between the interference fringes is fine, the amount of displacement is large, indicating that the scatterer 32 is changing rapidly, and in areas where the spacing between the interference fringes is coarse, the amount of displacement is small, indicating that the scatterer 32 is changing slowly. The calculation processing unit 13a performs frequency analysis on the generated image data to calculate the fineness of the spacing between the interference fringes at the positions of each of the pixels 22-1 to 22-n. The calculation processing unit 13a calculates the amount of displacement at the positions of the scatterer 32 corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n from the calculated fineness of the spacing between the interference fringes at the positions of each of the pixels 22-1 to 22-n (step Se4).

図9(a),(c)の場合、すなわち2光束法と2開口法の各々を適用した場合、算出処理部13aは、図9(a),(c)の符号39a,39cの方向、すなわち散乱体32の計測対象の面と平行な方向における散乱体32の変位量を算出することになる。図9(b)の場合、すなわち参照光法を適用した場合、算出処理部13aは、図9(b)の符号39bの方向、すなわち散乱体32の計測対象の面と平行でない方向における散乱体32の変位量を算出することになる。図9(d)の場合、すなわち横ずらし法の場合、算出処理部13aは、散乱体32の面外変位による変形によって生じる散乱体32と複像32Dのズレの方向に対する傾きを散乱体32の変位量として算出する。したがって、散乱体32と複像32Dのズレ量が十分に小さい場合、算出処理部13aが算出する変位量は、散乱体32の面外変位の微分値を示すことになる。図9(a)~(d)のいずれの光学系を光分岐部14に適用するかは、散乱体32におけるいずれの方向の変位量を検出するかによって適宜定められることになる。 9(a) and (c), that is, when the two-beam method and the two-aperture method are applied, the calculation processing unit 13a calculates the displacement amount of the scatterer 32 in the direction of the symbols 39a and 39c in FIG. 9(a) and (c), that is, in the direction parallel to the surface of the scatterer 32 to be measured. In the case of FIG. 9(b), that is, when the reference light method is applied, the calculation processing unit 13a calculates the displacement amount of the scatterer 32 in the direction of the symbol 39b in FIG. 9(b), that is, in the direction not parallel to the surface of the scatterer 32 to be measured. In the case of FIG. 9(d), that is, in the case of the lateral shift method, the calculation processing unit 13a calculates the inclination of the direction of the shift of the scatterer 32 and the double image 32D caused by the deformation due to the out-of-plane displacement of the scatterer 32 as the displacement amount of the scatterer 32. Therefore, when the shift amount of the scatterer 32 and the double image 32D is sufficiently small, the displacement amount calculated by the calculation processing unit 13a indicates the differential value of the out-of-plane displacement of the scatterer 32. Which optical system from Figures 9(a) to (d) is applied to the optical branching section 14 will be determined appropriately depending on the direction in which the amount of displacement in the scatterer 32 is to be detected.

上記の第2の実施形態の計測装置1aにおいて、照射部11aは、形状が変形する散乱体32に照射するコヒーレント光を生成する。光分岐部14は、照射部11aから計測部12の複数の画素22-1~22-nに至る光路を光路差が生じるように2つの光路に分岐する。光集束部15は、光分岐部14が分岐した2つの光路を集束して計測部12が備える複数の画素22-1~22-nにスペックルパターンを結像させる。計測部12は、散乱体32がコヒーレント光を受けることにより生じる散乱光52,53の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素22-1~22-nにより受光し、画素22-1~22-nの各々がスペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素22-1~22-nを検出し、検出した画素22-1~22-nの位置と、画素22-1~22-nの輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを出力する。算出処理部13aは、予め定められた時間内における画素22-1~22-nごとのイベントデータの数を画素値とする画像データを生成し、生成した画像データに基づいて、散乱体32の変形に伴って生じた変位量を算出する。 In the measurement device 1a of the second embodiment described above, the irradiation unit 11a generates coherent light to be irradiated onto the scatterer 32, the shape of which changes. The light branching unit 14 branches the optical path from the irradiation unit 11a to the multiple pixels 22-1 to 22-n of the measurement unit 12 into two optical paths so that an optical path difference is generated. The light focusing unit 15 focuses the two optical paths branched by the light branching unit 14 to form a speckle pattern on the multiple pixels 22-1 to 22-n of the measurement unit 12. The measurement unit 12 receives light of a speckle pattern generated by interference of scattered light 52, 53 generated when the scatterer 32 receives coherent light by a plurality of pixels 22-1 to 22-n, detects pixels 22-1 to 22-n having a predetermined luminance change amount to be detected, which indicates a change in luminance value detected by each of the pixels 22-1 to 22-n receiving the light of the speckle pattern, and outputs event data including the position of the detected pixels 22-1 to 22-n, a code value indicating the direction of change in the luminance change amount of the pixels 22-1 to 22-n, and a detection time indicating the time of detection. The calculation processing unit 13a generates image data in which the number of event data for each pixel 22-1 to 22-n within a predetermined time is the pixel value, and calculates the amount of displacement caused by the deformation of the scatterer 32 based on the generated image data.

上記の構成により、散乱体32の形状が変形することにより、光分岐部14が分岐した2つの光路において、散乱体32の形状が変形する際の変位量に応じた光路差が加わることになり、加わった光路差分の位相差が生じることになる。そのため、光集束部15が複数の画素22-1~22-nに結像させるスペックルパターンに、生じた位相差に応じた変化が現れることになる。したがって、画素22-1~22-nの各々に対応するイベントデータの数を画素値とする画像データを生成することにより、生成した画像データの画像は、干渉縞の間隔の細かさによって、散乱体32の形状の変形の前後のスペックルパターンの変化が示された画像になる。算出処理部13aは、生成した画像データを周波数解析することにより、干渉縞の間隔の細かさから散乱体32の形状が変形する際の変位量を算出することが可能になる。算出処理部13aによるイベントデータに基づく画像データの生成において、フレームカメラのように複数回の継続的な画像データの取得を行う必要がないことから、計測装置1aは、いわゆるリアルタイム計測のように計測の時間間隔に制約がある条件下で、変化が一定でない物体の変化をスペックルパターンに基づいて推定することが可能になる。 With the above configuration, when the shape of the scatterer 32 is deformed, an optical path difference corresponding to the amount of displacement when the shape of the scatterer 32 is deformed is added to the two optical paths branched by the optical branching unit 14, and a phase difference of the added optical path difference is generated. Therefore, a change corresponding to the generated phase difference appears in the speckle pattern imaged by the optical focusing unit 15 on the multiple pixels 22-1 to 22-n. Therefore, by generating image data in which the number of event data corresponding to each of the pixels 22-1 to 22-n is the pixel value, the image of the generated image data becomes an image showing the change in the speckle pattern before and after the shape of the scatterer 32 is deformed, depending on the fineness of the intervals of the interference fringes. The calculation processing unit 13a performs frequency analysis on the generated image data, and is able to calculate the amount of displacement when the shape of the scatterer 32 is deformed from the fineness of the intervals of the interference fringes. When the calculation processing unit 13a generates image data based on event data, there is no need to continuously acquire image data multiple times, as is the case with a frame camera. This makes it possible for the measurement device 1a to estimate changes in objects whose changes are not constant based on speckle patterns under conditions where there are restrictions on the measurement time interval, such as in so-called real-time measurement.

なお、上記の第2の実施形態では、図9(b)の凸レンズ71、図9(c)の凸レンズ81及び図9(d)の凸レンズ91は、光分岐部14に含まれるとしている。これに対して、光分岐部14が、凸レンズ71,81,91を含まず、照射部11aの内部に備えられている光学素子の位置を調節して、照射部11aが拡散したレーザ光を照射するようにしてもよい。 In the second embodiment, the convex lens 71 in FIG. 9(b), the convex lens 81 in FIG. 9(c), and the convex lens 91 in FIG. 9(d) are included in the light branching unit 14. In contrast, the light branching unit 14 may not include the convex lenses 71, 81, and 91, and the position of the optical element provided inside the irradiation unit 11a may be adjusted so that the irradiation unit 11a irradiates diffused laser light.

上記の第2の実施形態では、光分岐部14は、図9(a)~図9(d)の光学系のいずれが適用される場合であっても、照射部11aから計測部12の複数の画素22-1~22-nに至る光路を光路差が生じるように2つに分岐している。これに対して、光分岐部14は、照射部11aから計測部12の複数の画素22-1~22-nに至る光路を光路差が生じるように3つ以上の複数の光路に分岐するようにしてもよい。この場合、光集束部15は、光分岐部14が分岐した3つ以上の複数の光路を集束して計測部12が備える画素22-1~22-nにスペックルパターンを結像させることになる。 In the second embodiment described above, the optical branching unit 14 branches the optical path from the irradiation unit 11a to the pixels 22-1 to 22-n of the measurement unit 12 into two so that an optical path difference occurs, regardless of which of the optical systems in Figures 9(a) to 9(d) is applied. In contrast, the optical branching unit 14 may branch the optical path from the irradiation unit 11a to the pixels 22-1 to 22-n of the measurement unit 12 into three or more optical paths so that an optical path difference occurs. In this case, the optical focusing unit 15 focuses the three or more optical paths branched by the optical branching unit 14 to form a speckle pattern on the pixels 22-1 to 22-n of the measurement unit 12.

上記の第1及び第2の実施形態では、イベント検出部23は、ある画素22の輝度変化量が、予め定められる検出閾値以上の輝度変化量であると判定した場合、当該輝度変化量に対応する画素22を予め定められる検出対象の輝度変化量を有している画素22として検出するようにしている。これに対して、イベント検出部23は、ある画素22の輝度変化量が、予め定められる検出閾値を超える輝度変化量であると判定した場合、当該輝度変化量に対応する画素22を予め定められる検出対象の輝度変化量を有している画素22として検出するようにしてもよい。ただし、この場合、第1の実施形態に示した画素22-1~22-nの輝度値の最大値と最小値との差の絶対値を検出閾値とする構成において、正しい判定が行われるようにするため、輝度値の最大値と最小値との差の絶対値をそのまま検出閾値にするのではなく、輝度値の最大値と最小値との差の絶対値からイベント検出部23の判定精度に応じた微小値を減算した値を検出閾値とする必要がある。 In the first and second embodiments described above, when the event detection unit 23 determines that the luminance change amount of a certain pixel 22 is equal to or greater than a predetermined detection threshold, the event detection unit 23 detects the pixel 22 corresponding to the luminance change amount as a pixel 22 having a luminance change amount to be detected as a pixel 22 having a predetermined luminance change amount to be detected. In contrast, when the event detection unit 23 determines that the luminance change amount of a certain pixel 22 is equal to or greater than a predetermined detection threshold, the event detection unit 23 may detect the pixel 22 corresponding to the luminance change amount as a pixel 22 having a luminance change amount to be detected as a pixel 22 having a predetermined luminance change amount to be detected. However, in this case, in the configuration in which the absolute value of the difference between the maximum and minimum luminance values of the pixels 22-1 to 22-n shown in the first embodiment is set as the detection threshold, in order to perform a correct determination, it is necessary to set the detection threshold value to a value obtained by subtracting a minute value corresponding to the determination accuracy of the event detection unit 23 from the absolute value of the difference between the maximum and minimum luminance values, rather than setting the absolute value of the difference between the maximum and minimum luminance values as the detection threshold.

上記した第1の実施形態の計測装置1は、散乱体30が、例えば、人体であり、移動散乱体31が、例えば、血液である場合、血流を測定する測定装置ということもでき、血流を観測する観測装置ということもできる。第2の実施形態の計測装置1aは、散乱体32が、例えば、人体である場合、人体の形状の変化を測定する測定装置ということもでき、人体の形状の変化を観察する観察装置ということもできる。 The measuring device 1 of the first embodiment described above can be a measuring device that measures blood flow, or an observation device that observes blood flow, when the scatterer 30 is, for example, a human body and the moving scatterer 31 is, for example, blood. The measuring device 1a of the second embodiment can be a measuring device that measures changes in the shape of the human body, or an observation device that observes changes in the shape of the human body, when the scatterer 32 is, for example, a human body.

上述した第1及び第2の実施形態における算出処理部13,13aをコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、FPGA(Field Programmable Gate Array)等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。 The calculation processing unit 13, 13a in the first and second embodiments described above may be realized by a computer. In that case, a program for realizing this function may be recorded in a computer-readable recording medium, and the program recorded in the recording medium may be read into a computer system and executed to realize the function. The term "computer system" here includes hardware such as an OS and peripheral devices. The term "computer-readable recording medium" refers to portable media such as flexible disks, optical magnetic disks, ROMs, and CD-ROMs, and storage devices such as hard disks built into a computer system. The term "computer-readable recording medium" may also include a medium that dynamically holds a program for a short period of time, such as a communication line when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line, and a medium that holds a program for a certain period of time, such as a volatile memory inside a computer system that is a server or client in that case. The program may be a program for realizing part of the above-mentioned functions, or may be a program that can realize the above-mentioned functions in combination with a program already recorded in the computer system, or may be a program that is realized using a programmable logic device such as an FPGA (Field Programmable Gate Array).

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 The above describes an embodiment of the present invention in detail with reference to the drawings, but the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes designs that do not deviate from the gist of the present invention.

1…計測装置、11…照射部、12…計測部、13…算出処理部、21…受光部、22-1~22-n…画素、23…イベント検出部、30…散乱体、31…移動散乱体 1...measuring device, 11...irradiation unit, 12...measurement unit, 13...calculation processing unit, 21...light receiving unit, 22-1 to 22-n...pixels, 23...event detection unit, 30...scattering body, 31...moving scattering body

Claims (8)

コヒーレント光を生成する照射部と、
人体が前記コヒーレント光を受けることにより生じる散乱光の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素により受光し、前記画素の各々が前記スペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が、予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素を検出し、検出した前記画素の位置と、前記画素の前記輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成する計測部と、
前記イベントデータに基づいて、前記人体の変化を示す物理量を算出する算出処理部と、
を備え、
前記人体は、前記人体の血管を流れる血液を含んでおり、
前記算出処理部は、
予め定められる単位時間当たりの前記画素ごとの前記イベントデータの数に基づいて、前記画素の各々に対応する前記人体の位置における前記血液の移動速度を前記人体の変化を示す物理量として算出する
測装置。
An irradiation unit that generates coherent light;
a measurement unit that receives light of a speckle pattern generated by interference of scattered light caused by a human body receiving the coherent light with a plurality of pixels, detects pixels having a predetermined luminance change amount to be detected, the luminance change amount indicating a change in luminance value detected by each of the pixels receiving the light of the speckle pattern, and generates event data including a position of the detected pixel, a code value indicating a change direction of the luminance change amount of the pixel, and a detection time indicating a time of detection;
a calculation processing unit that calculates a physical quantity indicating a change in the human body based on the event data;
Equipped with
the human body includes blood flowing through blood vessels of the human body ;
The calculation processing unit:
calculating a blood movement speed at a position of the human body corresponding to each of the pixels as a physical quantity indicating a change in the human body based on a predetermined number of the event data for each of the pixels per unit time ;
Measuring equipment.
コヒーレント光を生成する照射部と、
人体が前記コヒーレント光を受けることにより生じる散乱光の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素により受光し、前記画素の各々が前記スペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が、予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素を検出し、検出した前記画素の位置と、前記画素の前記輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成する計測部と、
前記イベントデータに基づいて、前記人体の変化を示す物理量を算出する算出処理部と、
を備え、
前記人体は、前記人体の血管を流れる血液を含んでおり、
前記計測部は、
前記画素の各々に対応する前記輝度変化量と、予め定められる検出閾値とに基づいて、前記画素の各々が、前記検出対象の輝度変化量を有する画素であるか否かを判定し、
前記算出処理部は、
前記イベントデータに含まれる前記輝度変化量の変化方向を示す符号値に、前記検出閾値を乗算することで乗算値を算出し、前記画素の各々について、前記検出時刻ごとに、当該検出時刻以前の検出時刻に対応する前記乗算値を積算した値を、前記検出時刻ごとの積算値として算出し、算出した前記画素の各々の前記検出時刻ごとの前記積算値に基づいて、前記画素の各々に対応する前記人体の位置における前記血液の移動速度を前記人体の変化を示す物理量として算出する
測装置。
An irradiation unit that generates coherent light;
a measurement unit that receives light of a speckle pattern generated by interference of scattered light caused by a human body receiving the coherent light with a plurality of pixels, detects pixels having a predetermined luminance change amount to be detected, the luminance change amount indicating a change in luminance value detected by each of the pixels receiving the light of the speckle pattern, and generates event data including a position of the detected pixel, a code value indicating a change direction of the luminance change amount of the pixel, and a detection time indicating a time of detection;
a calculation processing unit that calculates a physical quantity indicating a change in the human body based on the event data;
Equipped with
the human body includes blood flowing through blood vessels of the human body ;
The measurement unit is
determining whether or not each of the pixels is a pixel having the luminance change amount to be detected based on the luminance change amount corresponding to each of the pixels and a predetermined detection threshold;
The calculation processing unit:
a multiplication value is calculated by multiplying a code value indicating a change direction of the amount of change in luminance included in the event data by the detection threshold, and for each of the pixels, a value obtained by integrating the multiplication values corresponding to detection times before the detection time is calculated as an integrated value for the detection time, and a moving speed of the blood at a position of the human body corresponding to each of the pixels is calculated as a physical quantity indicating a change in the human body based on the calculated integrated value for each of the detection times of each of the pixels .
Measuring equipment.
コヒーレント光を生成する照射部と、
人体が前記コヒーレント光を受けることにより生じる散乱光の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素により受光し、前記画素の各々が前記スペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が、予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素を検出し、検出した前記画素の位置と、前記画素の前記輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成する計測部と、
前記イベントデータに基づいて、前記人体の変化を示す物理量を算出する算出処理部と、
を備え、
前記人体は、前記人体の血管を流れる血液を含んでおり、
前記計測部は、
前記画素の各々に対応する前記輝度変化量と、予め定められる検出閾値であって前記スペックルパターンの光から前記画素が検出する輝度値の最大値と最小値の差の絶対値に基づいて定められる検出閾値とにより、前記画素の各々が、前記検出対象の輝度変化量を有する画素であるか否かを判定し、
前記算出処理部は、
前記イベントデータに含まれる前記検出時刻に基づいて、前記画素ごとの前記イベントデータの発生間隔を算出し、算出した前記画素ごとの前記イベントデータの発生間隔に基づいて、前記画素の各々に対応する前記人体の位置における前記血液の移動速度を前記人体の変化を示す物理量として算出する
測装置。
An irradiation unit that generates coherent light;
a measurement unit that receives light of a speckle pattern generated by interference of scattered light caused by a human body receiving the coherent light with a plurality of pixels, detects pixels having a predetermined luminance change amount to be detected, the luminance change amount indicating a change in luminance value detected by each of the pixels receiving the light of the speckle pattern, and generates event data including a position of the detected pixel, a code value indicating a change direction of the luminance change amount of the pixel, and a detection time indicating a time of detection;
a calculation processing unit that calculates a physical quantity indicating a change in the human body based on the event data;
Equipped with
the human body includes blood flowing through blood vessels of the human body ;
The measurement unit is
determining whether or not each of the pixels is a pixel having the amount of change in luminance to be detected based on the amount of change in luminance corresponding to each of the pixels and a predetermined detection threshold that is determined based on an absolute value of a difference between a maximum value and a minimum value of a luminance value detected by the pixel from the light of the speckle pattern;
The calculation processing unit:
calculating an occurrence interval of the event data for each of the pixels based on the detection time included in the event data, and calculating a blood movement speed at a position of the human body corresponding to each of the pixels as a physical quantity indicating a change in the human body based on the calculated occurrence interval of the event data for each of the pixels ;
Measuring equipment.
コヒーレント光を生成する照射部と、
人体が前記コヒーレント光を受けることにより生じる散乱光の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素により受光し、前記画素の各々が前記スペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が、予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素を検出し、検出した前記画素の位置と、前記画素の前記輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成する計測部と、
前記イベントデータに基づいて、前記人体の変化を示す物理量を算出する算出処理部と、
を備え、
前記人体は、前記人体の血管を流れる血液を含んでおり、
前記算出処理部は、
前記イベントデータに含まれる前記符号値に基づいて、前記検出時刻ごとの画像データを生成し、生成した異なる2つの前記検出時刻の前記画像データに基づいて、前記血液の移動速度を前記人体の変化を示す物理量として算出する
測装置。
An irradiation unit that generates coherent light;
a measurement unit that receives light of a speckle pattern generated by interference of scattered light caused by a human body receiving the coherent light with a plurality of pixels, detects pixels having a predetermined luminance change amount to be detected, the luminance change amount indicating a change in luminance value detected by each of the pixels receiving the light of the speckle pattern, and generates event data including a position of the detected pixel, a code value indicating a change direction of the luminance change amount of the pixel, and a detection time indicating a time of detection;
a calculation processing unit that calculates a physical quantity indicating a change in the human body based on the event data;
Equipped with
the human body includes blood flowing through blood vessels of the human body ;
The calculation processing unit:
generating image data for each of the detection times based on the code value included in the event data, and calculating a blood movement speed as a physical quantity indicating a change in the human body based on the generated image data for the two different detection times ;
Measuring equipment.
コヒーレント光を生成する照射部と、
人体が前記コヒーレント光を受けることにより生じる散乱光の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素により受光し、前記画素の各々が前記スペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が、予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素を検出し、検出した前記画素の位置と、前記画素の前記輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成する計測部と、
前記イベントデータに基づいて、前記人体の変化を示す物理量を算出する算出処理部と、
を備え、
前記照射部から前記計測部の複数の前記画素に至る光路を光路差が生じるように複数の光路に分岐する光分岐部と、
前記光分岐部が分岐した複数の前記光路を集束して前記計測部が備える複数の前記画素に前記スペックルパターンを結像させる光集束部と、を備え、
前記人体は、形状が変形する人体であり、
前記算出処理部は、
予め定められた時間内における前記画素ごとの前記イベントデータの数を画素値とする画像データを生成し、生成した前記画像データに基づいて、前記人体の変形によって生じた変位量を前記人体の変化を示す物理量として算出する
測装置。
An irradiation unit that generates coherent light;
a measurement unit that receives light of a speckle pattern generated by interference of scattered light caused by a human body receiving the coherent light with a plurality of pixels, detects pixels having a predetermined luminance change amount to be detected, the luminance change amount indicating a change in luminance value detected by each of the pixels receiving the light of the speckle pattern, and generates event data including a position of the detected pixel, a code value indicating a change direction of the luminance change amount of the pixel, and a detection time indicating a time of detection;
a calculation processing unit that calculates a physical quantity indicating a change in the human body based on the event data;
Equipped with
an optical branching unit that branches an optical path from the irradiation unit to the plurality of pixels of the measurement unit into a plurality of optical paths so that an optical path difference is generated;
a light focusing unit that focuses the plurality of optical paths branched by the light branching unit to form an image of the speckle pattern on the plurality of pixels included in the measurement unit,
The human body is a shape-changing human body ,
The calculation processing unit:
generating image data in which the number of the event data for each pixel within a predetermined time period is defined as a pixel value, and calculating an amount of displacement caused by the deformation of the human body as a physical quantity indicating a change in the human body based on the generated image data ;
Measuring equipment.
照射部が、コヒーレント光を生成し、
計測部が、人体が前記コヒーレント光を受けることにより生じる散乱光の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素により受光し、
前記計測部が、前記画素の各々が前記スペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が、予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素を検出し、
前記計測部が、検出した前記画素の位置と、前記画素の前記輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成し、
算出処理部が、生成された前記イベントデータに基づいて、前記人体の変化を示す物理量を算出し、
前記人体が、前記人体の血管を流れる血液を含んでおり、
前記算出処理部が、予め定められる単位時間当たりの前記画素ごとの前記イベントデータの数に基づいて、前記画素の各々に対応する前記人体の位置における前記血液の移動速度を前記人体の変化を示す物理量として算出する、
計測方法。
The irradiating unit generates coherent light;
a measurement unit that receives light of a speckle pattern generated by interference of scattered light caused by the human body receiving the coherent light, using a plurality of pixels;
the measurement unit detects pixels having a luminance change amount indicating a change in luminance value detected by each of the pixels upon receiving the light of the speckle pattern, the luminance change amount being a predetermined detection target;
the measurement unit generates event data including a position of the detected pixel, a code value indicating a change direction of the amount of change in luminance of the pixel, and a detection time indicating a time of detection;
a calculation processing unit that calculates a physical quantity indicating a change in the human body based on the generated event data;
the body includes blood flowing through blood vessels of the body;
the calculation processing unit calculates a blood movement speed at a position of the human body corresponding to each of the pixels as a physical quantity indicating a change in the human body based on a predetermined number of the event data for each of the pixels per unit time;
Measurement method.
照射部が、コヒーレント光を生成し、
計測部が、人体が前記コヒーレント光を受けることにより生じる散乱光の干渉により生成されるスペックルパターンの光を複数の画素により受光し、
前記計測部が、前記画素の各々が前記スペックルパターンの光を受光して検出する輝度値の変化を示す輝度変化量が、予め定められる検出対象の輝度変化量を有する画素を検出し、
前記計測部が、検出した前記画素の位置と、前記画素の前記輝度変化量の変化方向を示す符号値と、検出した時刻を示す検出時刻とを含むイベントデータを生成し、
算出処理部が、生成された前記イベントデータに基づいて、前記人体の変化を示す物理量を算出し、
前記人体が、前記人体の血管を流れる血液を含んでおり、
前記計測部が、前記画素の各々に対応する前記輝度変化量と、予め定められる検出閾値とに基づいて、前記画素の各々が、前記検出対象の輝度変化量を有する画素であるか否かを判定し、
前記算出処理部が、前記イベントデータに含まれる前記輝度変化量の変化方向を示す符号値に、前記検出閾値を乗算することで乗算値を算出し、前記画素の各々について、前記検出時刻ごとに、当該検出時刻以前の検出時刻に対応する前記乗算値を積算した値を、前記検出時刻ごとの積算値として算出し、算出した前記画素の各々の前記検出時刻ごとの前記積算値に基づいて、前記画素の各々に対応する前記人体の位置における前記血液の移動速度を前記人体の変化を示す物理量として算出する、
計測方法。
The irradiating unit generates coherent light;
a measurement unit that receives light of a speckle pattern generated by interference of scattered light caused by the human body receiving the coherent light, using a plurality of pixels;
the measurement unit detects pixels having a luminance change amount indicating a change in luminance value detected by each of the pixels upon receiving the light of the speckle pattern, the luminance change amount being a predetermined detection target;
the measurement unit generates event data including a position of the detected pixel, a code value indicating a change direction of the amount of change in luminance of the pixel, and a detection time indicating a time of detection;
a calculation processing unit that calculates a physical quantity indicating a change in the human body based on the generated event data;
the body includes blood flowing through blood vessels of the body;
the measurement unit determines whether or not each of the pixels is a pixel having the luminance change amount to be detected based on the luminance change amount corresponding to each of the pixels and a predetermined detection threshold;
the calculation processing unit calculates a multiplied value by multiplying a code value indicating a change direction of the luminance change amount included in the event data by the detection threshold, calculates, for each of the pixels, a value obtained by integrating the multiplied values corresponding to detection times before the detection time as an integrated value for the detection time, and calculates a movement speed of the blood at a position of the human body corresponding to each of the pixels as a physical quantity indicating a change in the human body based on the calculated integrated value for each of the detection times of each of the pixels.
Measurement method.
請求項1から5のいずれか一項に記載の計測装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。 A program for causing a computer to function as the measurement device according to any one of claims 1 to 5 .
JP2021169417A 2021-10-15 2021-10-15 Measurement device, measurement method, and program Active JP7698202B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021169417A JP7698202B2 (en) 2021-10-15 2021-10-15 Measurement device, measurement method, and program

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021169417A JP7698202B2 (en) 2021-10-15 2021-10-15 Measurement device, measurement method, and program

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023059422A JP2023059422A (en) 2023-04-27
JP7698202B2 true JP7698202B2 (en) 2025-06-25

Family

ID=86096523

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021169417A Active JP7698202B2 (en) 2021-10-15 2021-10-15 Measurement device, measurement method, and program

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7698202B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7803180B2 (en) * 2022-03-15 2026-01-21 株式会社リコー Displacement measurement device, displacement measurement system, non-contact input device, and biological micromotion measurement device
JPWO2024202431A1 (en) 2023-03-31 2024-10-03
CN118823682B (en) * 2024-09-13 2024-12-20 中核国电漳州能源有限公司 Method and system for monitoring tiny falling objects enhanced by plane laser
DE102024134337B3 (en) 2024-11-21 2026-03-19 Sick Ag Method and system for the quantitative detection of deformations and/or movements of an object

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002503134A (en) 1997-06-02 2002-01-29 イザット,ジョーゼフ,エイ. Imaging of Doppler flow using optical coherence tomography
JP2007125144A (en) 2005-11-02 2007-05-24 Omega Wave Kk Laser blood flow imaging apparatus
JP2008232686A (en) 2007-03-19 2008-10-02 Saitama Prefecture Deformation measuring device, deformation measuring method, and deformation measuring program
JP2009098016A (en) 2007-10-17 2009-05-07 Olympus Corp Intravascular observation device
WO2017094380A1 (en) 2015-12-04 2017-06-08 ソニー株式会社 Information processing device, speckle imaging system, and information processing method
WO2020045015A1 (en) 2018-08-28 2020-03-05 ソニー株式会社 Medical system, information processing device and information processing method
US20200397269A1 (en) 2019-06-19 2020-12-24 Nichia Corporation Image-capturing device and image processing method

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002503134A (en) 1997-06-02 2002-01-29 イザット,ジョーゼフ,エイ. Imaging of Doppler flow using optical coherence tomography
JP2007125144A (en) 2005-11-02 2007-05-24 Omega Wave Kk Laser blood flow imaging apparatus
JP2008232686A (en) 2007-03-19 2008-10-02 Saitama Prefecture Deformation measuring device, deformation measuring method, and deformation measuring program
JP2009098016A (en) 2007-10-17 2009-05-07 Olympus Corp Intravascular observation device
WO2017094380A1 (en) 2015-12-04 2017-06-08 ソニー株式会社 Information processing device, speckle imaging system, and information processing method
CN108291925A (en) 2015-12-04 2018-07-17 索尼公司 Information processing device, speckle imaging system, and information processing method
US20180344176A1 (en) 2015-12-04 2018-12-06 Sony Corporation Information processing apparatus, speckle imaging system, and information processing method
WO2020045015A1 (en) 2018-08-28 2020-03-05 ソニー株式会社 Medical system, information processing device and information processing method
US20200397269A1 (en) 2019-06-19 2020-12-24 Nichia Corporation Image-capturing device and image processing method
JP2021001917A (en) 2019-06-19 2021-01-07 日亜化学工業株式会社 Image acquisition device and image processing method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023059422A (en) 2023-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7698202B2 (en) Measurement device, measurement method, and program
US12493196B2 (en) System and method for reduced-speckle laser line generation
US8736847B2 (en) Method and apparatus for imaging
US7245383B2 (en) Optical image measuring apparatus for obtaining a signal intensity and spatial phase distribution of interference light
Novara et al. Multi-exposed recordings for 3D Lagrangian particle tracking with multi-pulse Shake-The-Box
US9575162B2 (en) Compressive scanning lidar
CN112469361B (en) Apparatus, method and system for generating dynamic projection patterns in a confocal camera
US8811763B2 (en) Method and system for producing image frames using quantum properties
US8922636B1 (en) Synthetic aperture imaging for fluid flows
US9411146B2 (en) Observation device
CN109477783A (en) Method and apparatus for determining the average particle size of particles suspended in liquids and flowing media by means of dynamic light scattering
EP0316093A2 (en) Velocity distribution measurement apparatus
EP3454042B1 (en) Cell observation system and cell observation method
Meier et al. Imaging laser Doppler velocimetry
KR101663740B1 (en) Laser Scattering Particle Analysis Apparatus and Analysis Method Of The Same
US11430144B2 (en) Device and process for the contemporary capture of standard images and plenoptic images via correlation plenoptic imaging
Velten et al. Imaging the propagation of light through scenes at picosecond resolution
US20120274946A1 (en) Method and system for evaluating a height of structures
Schaeper et al. Velocity measurement for moving surfaces by using spatial filtering technique based on array detectors
RU2835780C1 (en) Method and device for measuring transverse component of wind speed and turbulence of atmosphere based on shack-hartmann sensor
US9080861B2 (en) Observation device, and observation method
WO2019145341A1 (en) Method and device for the confocal measurement of the displacement, velocity or flow at a given point of a sample and uses thereof
JPH07190737A (en) Shearing interference measuring method and shearing interferometer
Thurow On the convective velocity of large-scale structures in compressible axisymmetric jets
Козинцева et al. DIGITAL ANALYSIS OF SPECKLE STRUCTURES

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20211015

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240528

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20240528

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20240528

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240710

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20250226

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20250305

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20250507

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20250513

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20250526

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7698202

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350