JPH07110214A - 光学式位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 撮像手段を利用した光学式位置検出装置の高
分解能化を図る。 【構成】 光学式位置検出装置は光軸に沿って順に配置
した結像手段１、スケール板２及び撮像手段３と、該撮
像手段３に接続した位置演算部１０とから構成されてい
る。スケール板２は光軸に直交する前方座標面に沿って
規則的に配列した複数のパタン素を有している。結像手
段１は目標とする測定点４から発する光束を集光して対
応する結像点に収束する参照光に変換するとともに、こ
の参照光でスケール板２の一部をスポット照明して特定
のパタン素を拡大投影する。撮像手段３は光軸に直交す
る後方座標面に沿って配置された受光面を有しており、
拡大投影されたパタン素影を撮像して対応する画像デー
タを出力する。位置演算部１０はこの画像データを処理
してパタン素影の後方座標値を検出し、これと元のパタ
ン素の前方座標値とに基いて結像点の位置を算出し、さ
らに結像点の位置に基いて対応する測定点の位置を算出
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直接的又は間接的に光
を発する点光源の位置を、撮像デバイスを利用して測定
する光学式位置検出装置に関する。より詳しくはかかる
光学式位置検出装置の高精度化技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば地滑り等の挙動監視を行な
う場合、山の法面（斜面）に等間隔で点光源からなるタ
ーゲットを設置して、各点光源から直接的又は間接的に
発する光線を遠方よりテレビカメラで撮像し、その映像
信号を解析して個々のターゲットの位置を検出してい
た。特に、各ターゲットの三次元変位情報が必要な場合
には、テレビカメラを２台使用するステレオ法が良く利
用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この様な監視システム
において測定精度を上げる為には、テレビカメラの分解
能を向上させる必要がある。しかしながら、その為には
テレビカメラに組み込まれるＣＣＤ等の撮像デバイスの
素子数を大幅に増やさなければならないが、これは製造
技術上困難である。

【０００４】撮像デバイスの素子数を増加させる事なく
見掛上分解能を改善する為の技術が提案されており、例
えば特開昭６０−２１８００２号公報に開示されてい
る。これによれば、テレビカメラのレンズにクロスフィ
ルタを取り付け、各ターゲットからの光線をクロスフィ
ルタによってストリーク状の十文字像に変換し、撮像デ
バイスの受光面に投影させている。この投影像を画像処
理し十文字像の交点を算出して各ターゲットを構成する
点光源の位置を割り出すものである。しかしながらこの
従来方法では点光源からの光がある程度強くないとスト
リーク状の十文字像が生じない。従って感度が悪いとい
う欠点がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題に鑑み、本発明は撮像デバイスの素子数を増加させる
事なく且つ感度を犠牲にする事なく分解能を向上させた
光学式位置検出装置を提供する事を目的とする。かかる
目的を達成する為に以下の手段を講じた。即ち本発明に
かかる光学式位置検出装置は基本的な構成として、光軸
に沿って順に配置した結像手段、スケール板及び撮像手
段と、該撮像手段に接続した演算手段とを備えている。
かかる構成において、前記スケール板は該光軸に直交す
る前方座標面に沿って規則的に配列した複数のパタン素
を有している。又、前記結像手段は目標とする測定点か
ら発する光束を集光して対応する結像点に収束する参照
光に変換するとともに、該参照光で前記スケール板の一
部をスポット照明して特定のパタン素を拡大投影する。
さらに前記撮像手段は、該光軸に直交する後方座標面に
沿って配置された受光面を有しており拡大投影されたパ
タン素影を撮像して対応する画像データを出力する。最
後に前記演算手段は、該画像データを処理してパタン素
影の後方座標値を検出し、これと元のパタン素の前方座
標値とに基いて該結像点の位置を検出し、さらに結像点
の位置に基いて該測定点の位置を算出する。

【０００６】前記スケール板は前方座標面に沿って二次
元的に規則配列した複数のパタン素（例えば格子状のパ
タン素）を有している。一方、前記撮像手段は拡大投影
されたパタン素影を平面的に撮像して対応する二次元画
像データを出力する。前記演算手段は該二次元画像デー
タを処理して該パタン素影の二次元後方座標値を検出
し、これと元のパタン素の二次元前方座標値とに基き該
結像点の二次元位置を算出し、さらに該二次元位置に基
いて該測定点の二次元位置を算出する。この場合、前記
演算手段は該二次元画像データを積分処理して互いに直
交する一次元断面データを生成し、これら一次元断面デ
ータを解析して該二次元後方座標値を検出している。二
次元情報に代えて三次元情報を扱う場合には、前記撮像
手段は拡大投影された少なくとも一対のパタン素影を撮
像して対応する画像データを出力する。前記演算手段は
該画像データを処理して一対のパタン素影の二次元後方
座標値を検出し、これと元の一対のパタン素の二次元前
方座標値とに基いて該結像点の三次元位置を算出し、さ
らに該三次元位置に基いて該測定点の三次元位置を算出
する。

【０００７】かかる光学式位置検出装置は単独の測定点
のみならず複数の測定点を取り扱う事ができる。この場
合前記撮像手段は複数の測定点から発する光束により互
いに分離的に拡大投影された複数のパタン素影を撮像し
て対応する画像データを出力する。前記演算手段は該画
像データを処理して個々のパタン素影毎に後方座標値を
検出し、もって該複数の測定点の位置を独立且つ同時に
算出する。この場合各測定点を構成する点光源の光量が
比較的小さい。この為、前記撮像手段は微弱な参照光の
増幅を行なう為光電子増倍作用を有するイメージインテ
ンシファイアを備えている。さらに前記演算手段から出
力された位置の情報を経時的に解析して複数の測定点の
移動状態又は変位状態を総合的に監視するコンピュータ
等を含んでおり、測定監視システムを構築できる。

【０００８】

【作用】本発明によれば、結像手段と撮像手段の間にス
ケール板を介在させ、その上に形成されたパタン素を撮
像手段の受光面に拡大投影させる事により、目標測定点
を構成する点光源の変位を拡大検出できる。従って、撮
像手段に組み込まれるイメージセンサの素子数を増やす
事なく、測定点位置検出の分解能を向上させる事ができ
る。特に二次元のイメージセンサにおいては素子数を増
やす事は製造技術上困難である事から、本発明に従って
光学的な空間変調により分解能を向上させる事は実際的
であり、従来不可能であった応用分野を切り開く事がで
きる。さらに、撮像手段にイメージインテンシファイア
を組み合わせる事によりその高感度性を生かした高精度
測定が可能になる。ある程度測定点同士が離間配置され
ていれば、複数の点光源の位置を同時に検出できるの
で、地滑り等の挙動監視を高速に行なう事ができる。か
かる光学式位置検出装置をコンピュータに接続する事に
より、動体の測定監視システム等の応用システムを容易
に構築する事ができる。かかるシステムは高精度且つ高
速なリアルタイム測定を可能にする。

【０００９】

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図１は本発明にかかる光学式位置検出
装置の基本的な構成を示すブロック図である。図示する
様に本光学式位置検出装置は、光軸に沿って順に配置し
た結像手段１、スケール板２及び撮像手段３を備えてい
る。光軸方向には目標となる測定点４が配置されてい
る。本例では山の法面５に沿って複数の測定点４が配置
されており地滑り等の挙動監視に利用される。個々の測
定点４は点光源からなり、例えばＬＥＤ等の発光素子で
構成できる。あるいは発光素子に代えてコーナーキュー
ブ等の反射型光源を利用しても良い。発光素子を用いる
場合には赤外光を放射するＬＥＤが好適である。一方結
像手段１はバンドパスフィルタ６と対物レンズ７とを含
んでいる。バンドパスフィルタ６は例えば多層膜フィル
タからなり点光源から発する光束に含まれる赤外波長の
みを選択的に通す様にしている。又撮像手段３はイメー
ジインテンシファイア８とＣＣＤイメージセンサ９との
組み合わせからなる。ＣＣＤイメージセンサ９には位置
演算部１０が接続されている。さらに位置演算部１０に
はコンピュータ１１が接続されている。

【００１０】本発明の特徴的な構成要素であるスケール
板２は光軸に直交する前方座標面に沿って規則的に配列
した複数のパタン素を有している。本例では二次元的に
規則配列した複数のパタン素（格子状パタン素）が形成
されている。なお二次元的なスケールパタンは格子状に
限られるものではなく、例えばドットパタンをマトリク
ス状に配列したものであっても良い。さらには二次元的
なスケールパタンに代えて一次元のストライプパタン等
を用いて、目標測定点の一次元位置を算出する事も考え
られる。スケール板２は対物レンズ７の結像面１２に対
して光軸方向後側に離間した位置に配置されている。対
物レンズ７に対してデフォーカスした状態でスケール板
２を照明する為である。従って、場合によってはスケー
ル板２を結像面１２に対して光軸方向前側に離間して配
置する事も考えられる。

【００１１】対物レンズ７は目標とする個々の測定点４
から発する光束を集光して対応する結像点に収束する参
照光に変換するとともに、該参照光でスケール板２の一
部をスポット照明して特定のパタン素を拡大投影する。
ＣＣＤイメージセンサ９は光軸に直交する後方座標面に
沿って配置された受光面を有しており拡大投影されたパ
タン素影を撮像して対応する画像データを出力する。位
置演算部１０は画像データを処理してパタン素影の後方
座標値を検出し、これと元のパタン素の前方座標値とに
基いて該結像点の位置を算出し、さらに結像点の位置に
基いて各測定点４の位置を算出する。本例ではＣＣＤイ
メージセンサ９は複数の測定点から発する光束により互
いに分離的に拡大投影された複数のパタン素影を撮像し
て対応する画像データを出力する。位置演算部１０はこ
の画像データを処理して個々のパタン素影毎に後方座標
値を検出し、もって複数の測定点４の位置を独立且つ同
時に算出する。位置演算部１０から出力された位置情報
はコンピュータ１１により経時的に解析され、各測定点
４の移動状態又は変位状態を総合的に監視する。これに
より、山の法面５の挙動監視が可能になり、地滑り等の
事故を未然に予知可能とする。かかる監視システムでは
山の法面５に対して光学式位置検出装置本体が遠距離に
配置されている。従って個々の測定点４から検出装置本
体に到達する光量は極めて僅かであり参照光が微弱とな
る為このままではスケール板２を実用的な光強度で照明
する事が困難な場合がある。そこで本例ではＣＣＤイメ
ージセンサ９にイメージインテンシファイア８を組み合
わせ、微弱な参照光の増幅を行なう様にしている。しか
しながらイメージインテンシファイア８は感度を高める
一方、ＣＣＤイメージセンサ９に比べ解像度が低い為、
装置全体の分解能を損なう惧れがある。この点、本発明
ではスケール板２を用いた光学的な空間変調により分解
能を実質上改善しているのでイメージインテンシファイ
ア８を組み込んだ事による性能低下を防止している。

【００１２】図２は、ＣＣＤイメージセンサの受光面１
３に写し出された拡大投影像の一例を表わしている。拡
大投影像は個々の測定点に対応したスポット像１４を含
んでいる。各スポット像１４の内部にはパタン素影１５
が写し出されている。前述した様に本例ではスケール板
が前方座標面に沿って二次元的に規則配列した格子状の
パタン素を有している。この為受光面１３にはデフォー
カスされた参照光によってスポット照明され拡大投影さ
れた格子状のパタン素影１５が写し出される事になる。
これに応じてＣＣＤイメージセンサは二次元画像データ
を出力する。又位置演算部１０は二次元画像データを処
理してパタン素影１５の二次元後方座標値を検出し、こ
れと元のパタン素の二次元前方座標値とに基き結像点の
二次元位置を算出し、さらに該二次元位置に基いて対応
する測定点の二次元位置を算出する。

【００１３】図３は本発明にかかる光学式位置検出装置
の幾何光学図である。本例では理解を容易にする為測定
点として一対の発光素子ａ，ｂが配置されている。発光
素子ａから発した光束１６ａは対物レンズ７により集光
され結像面１２の上に対応する結像点Ａを結ぶ。換言す
ると入射光束１６ａは対物レンズ７により結像点Ａに収
束する参照光１７ａに変換される。結像面１２から離間
して光軸に直交する前方座標面に沿ってスケール板２が
配置されている。スケール板２に設けられた特定のパタ
ン素１８ａは参照光１７ａによりスポット照明され受光
面１３上に対応するパタン素影１５ａが拡大投影され
る。前述した様にこのパタン素影１５ａはスポット像１
４ａの中に含まれる。なおこの受光面１３は前述した様
に光軸に直交する後方座標面に沿って配置されている。
同様に発光素子ｂから発した入射光束１６ｂは対物レン
ズ７により参照光１７ｂに変換され結像面１２の上に結
像点Ｂを結ぶ。参照光１７ｂは特定のパタン素１８ｂを
拡大投影し対応するパタン素影１５ｂをスポット像１４
ｂとともに写し出す。

【００１４】図示の幾何学的な関係から明らかな様に、
パタン素１８ａ，１８ｂは対応する結像点Ａ，Ｂを夫々
見掛上の点光源としてスポット照明され受光面１３の上
に拡大投影される。従ってパタン素影１５ａ，１５ｂの
拡大倍率は結像面１２からスケール板２までの距離及び
結像面１２から受光面１３までの距離の比に応じたもの
となる。例えば結像面１２とスケール板２の間隔を０．
５mm程度に設定しスケール板２と受光面１３の距離を３
〜４mm程度に設定すると、６〜８倍の拡大率が得られ、
この分だけ分解能が改善された事になる。この場合、ス
ケール板２に設けられたパタン素の配列ピッチは例えば
８０μｍ程度に設定される。但し上述した拡大倍率の計
算は結像面１２を固定した状態で算出したものである。
対物レンズ７の光学的な構成によっては、発光素子まで
の距離に応じて結像面１２が移動する場合があり、拡大
倍率も若干変動する。結像面１２を固定したい場合には
短焦点レンズを用いたりあるいはオートフォーカス機構
を組み込めば良い。

【００１５】前述した様に、受光面１３を有するＣＣＤ
イメージセンサ９は拡大投影されたパタン素影を撮像し
て対応する画像データを出力する。一方、位置演算部１
０は画像データを処理して例えばパタン素影１５ａの後
方座標位置を検出する。これと元のパタン素１８ａの前
方座標値とに基いて結像点Ａの位置を算出する。図示の
幾何光学的な関係から明らかな様に、結像点Ａはパタン
素影１５ａとパタン素１８ａを結んだ直線と結像面１２
の交差部に位置する。さらに検出された結像点Ａの位置
に基いて周知のレンズ公式に従い対応する発光素子ａの
位置が算出できる。この例では結像面１２に沿った結像
点Ａの二次元位置が求められる。従って発光素子ａの二
次元位置が求められる。

【００１６】但し結像面１２が変動する場合にはパタン
素影１５ａとパタン素１８ａを結ぶ１本の直線により結
像点Ａの位置を求める事はできない。この時には少なく
とも一対のパタン素影と、対応する元の一対のパタン素
を各々結ぶ２本の直線を求めその交差点を算出する事に
より結像点Ａの位置を求める。この場合には必然的に結
像点Ａの三次元位置が求まる事になる。従って対応する
発光素子の三次元位置を算出する事ができる。

【００１７】図４は１個の発光素子（図示せず）が光軸
を横切る方向に移動した場合におけるスポット像の移動
及びパタン素の投影範囲を示す幾何光学図である。図示
の例では発光素子が移動する事により、結像面１２に沿
って結像点がＡからＤに向って変化していく状態を表わ
している。この時受光面１３に写し出されるスポット像
は各結像点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの移動に対応して、１４Ａ，
１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄの様に移動していく。一方、ス
ケール板２には複数のパタン素Ｐ，Ｑ，Ｒが設けられて
いる。この時、スポット像１４Ａの内部にはパタン素Ｐ
に対応するパタン素影１５Ｐが写し出される。次にスポ
ット像１４Ｂに移るとパタン素影１５Ｐが上方に移動
し、且つ次のパタン素Ｑに対応するパタン素影１５Ｑが
スポット像１４Ｂの下端側に進入してくる。従ってスポ
ット像１４Ｂには２本のパタン素影１５Ｐ，１５Ｑが含
まれる事になる。続いてスポット像１４Ｃに移るとパタ
ン素影１５Ｑが中央に進み先のパタン素影１５Ｐはスポ
ット像１４Ｃから外れる事になる。さらにスポット像１
４Ｄに移るとパタン素影１５Ｑが上端側に移り他のパタ
ン素Ｒに対応するパタン素影１５Ｒが進入してくる。従
ってスポット像１４Ｄには２本のパタン素影１５Ｑ，１
５Ｒが含まれる事になる。１個のスポット像に対して複
数のパタン素影が含まれている場合、１本のパタン素影
を特定する必要がある。この時にはスポット像の中心位
置を画像処理により算出し、中心位置に最も近いパタン
素影を選択すれば良い。換言すると、対物レンズ７のレ
ンズ開口を絞りスポット像の面積を縮小した事と等価に
なる。

【００１８】一方スポット像１４Ａ〜１４Ｄの移動に伴
なって、各パタン素Ｐ，Ｑ，Ｒの投影範囲も受光面１３
に沿って変化しある程度の幅を有している。しかしなが
ら、各パタン素Ｐ，Ｑ，Ｒの投影範囲は受光面１３上で
重ならないので、画像処理により個々のパタン素を特定
する事が可能である。即ち、全てのパタン素の投影範囲
を予めテーブルデータとして格納しておけば、これを参
照する事により個々のパタン素影の座標値に基いて対応
する元のパタン素を特定できる。なお、個々のパタン素
を識別する為には、１本ずつの寸法や形状に変化を持た
せても良い。

【００１９】次に図５のフローチャートを参照して、位
置演算処理を詳細に説明する。先ず最初にステップＳ１
においてＣＣＤイメージセンサから出力された画像デー
タを取り込む。ここでは取り込んだ画像データをＢＵＦ
〔Ｉ，Ｊ〕で表わす。なおＩ，Ｊは全画素に対して割り
当てられる行番号並びに列番号を表わしている。ＢＵＦ
〔Ｉ，Ｊ〕を模式的に表わしたものが先の図２である。
図２を参照すれば明らかな様に、画像データには複数の
円形スポット像１４が含まれている。

【００２０】次にステップＳ２において個々のスポット
像の中心位置ＢＵＦ〔Ｉ₀ ，Ｊ₀ 〕を求める。この演算
を模式的に表わしたものが図６である。但し図６では理
解を容易にする為１個のスポット像１４のみが示されて
いる。個々のスポット像の中心位置を求める具体的な方
法としては、例えば円形の二次元オペレータを使用して
ＢＵＦの積和演算を行ないピークを抽出すれば良い。

【００２１】次にステップＳ３に進み、個々のスポット
像の範囲内でＸ断面成分及びＹ断面成分を求める。この
演算を模式的に表わしたものが図７である。即ち二次元
画像データＢＵＦを行毎及び列毎に積分処理して互いに
直交する一次元断面データ（Ｘ断面成分、Ｙ断面成分）
を生成し、これら一次元断面データを解析してパタン素
影１５の二次元後方座標位置を検出する事ができる。特
に積分処理を行なう事によりデフォーカスで参照光が弱
くなった分を補う事が可能になる。図７の例ではスポッ
ト像１４に２本の列方向パタン素影が含まれている為、
Ｘ断面成分ＸＢＵＦには２個のピークが現われる。同様
にスポット像１４に２本の行方向パタン素影が含まれる
為、Ｙ断面成分ＹＢＵＦにも２個のピークが含まれる。

【００２２】次にステップＳ４に進み、個々のスポット
像１４の中心位置（Ｉ₀ ，Ｊ₀ ）に近いパタン素影の二
次元後方座標値Ｘ₀ ，Ｙ₀ を求める。この演算処理も図
７に模式的に示されている。

【００２３】次にステップＳ５において、Ｘ₀ ，Ｙ₀ か
ら投影パタン素影に対応する元のパタン素の二次元前方
座標値Ｘ_p ，Ｙ_p を前述した投影範囲テーブルから求め
る。なお、参考の為図８に前方座標面（Ｘ，Ｙ）に割り
付けられたスケールパタンの一例を示しておく。

【００２４】最後にステップＳ６において、スケール板
上での二次元前方座標（Ｘ_p ，Ｙ_p）と、ＣＣＤ受光面
上での二次元後方座標（Ｘ₀ ，Ｙ₀ ）により、結像点の
二次元位置を求める。さらに対応する測定点の二次元位
置を求める。なお、三次元位置を求める場合には、個々
のスポット像に含まれる少なくとも一対のパタン素影と
対応する一対のパタン素を結ぶ２本の直線の交点を演算
すれば良い。

【００２５】最後に図９を参照して、ＣＣＤイメージセ
ンサ９とイメージインテンシファイア８を組み合わせた
高感度ビデオカメラの一例を説明する。このカメラは微
弱画像であっても極めて高感度に撮像する事ができる。
図示する様に、レンズ等の光学系（図示せず）を通して
入力面に拡大投影像を結像すると、入力面に形成されて
いる半導体薄膜２１からは入射光に応じた量の電子が放
出される。こうして作成された電子像は電子レンズ２２
によりマイクロチャンネルプレート２３に投影される。
このマイクロチャンネルプレート２３は内壁を二次電子
放出性を持つ材料で構成した極めて細いチャンネルを多
数束ねて、独立した二次電子増倍器を二次元的に配列し
た薄板状のデバイスである。マイクロチャンネルプレー
ト２３の各チャンネルに入射した電子は、電子１個当り
１回のチャンネル壁面衝突により平均２個前後の二次電
子を発生する。従って入射電子がチャンネルを通過する
過程で複数回の壁面衝突を繰り返し、数千倍に倍増され
る。さらにマイクロチャンネルプレート２３から出力さ
れる電子は高電圧で加速され、出力面に形成されている
蛍光体膜２４に衝突し光に変換される。こうして出力面
には入力光のおよそ１万倍に及ぶ明るい画像が発生す
る。その後、明るく増強された出力像をＣＣＤイメージ
センサ９で撮像する。この際、光ファイバを多数束ね、
画像の二次元情報を１つの画面から別の面へと伝達でき
るファイバオプティックプレート２５を介在させる事に
より、十分に明るい画面が得られる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、結
像面の近傍にスケール板を配置して、そのパタン素を受
光面に拡大投影させる事により、測定点を構成する点光
源の変位を拡大検出できるので、撮像デバイスの素子数
を増やす事なく位置検出分解能を向上させる事ができる
という効果がある。特に二次元のイメージセンサにおい
ては素子数を増やす事が製造技術上困難であるので、本
発明の実益的な価値は極めて大きく、従来不可能であっ
た応用分野を切り開く事が可能になるという効果があ
る。さらに撮像デバイスとイメージインテンシファイア
を組み合わせる事によりその高感度性を生かした高精度
測定が可能になるという効果がある。加えて、ある程度
点光源同士が離間配置されていれば、複数の測定点位置
を同時に検出できるので、地滑り等の挙動監視を高速に
行なう事ができるという効果がある。又、かかる光学式
検出装置をコンピュータに接続する事により、動体の測
定監視システム等の応用システムを容易に構築する事が
できる。かかるシステムは高精度且つ高速なリアルタイ
ム測定を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる光学式位置検出装置の基本的な
構成を示すブロック図である。

【図２】拡大投影像を表わす平面図である。

【図３】本発明にかかる光学式位置検出装置の幾何光学
図である。

【図４】同じく幾何光学図である。

【図５】本発明にかかる光学式位置検出装置の動作説明
に供するフローチャートである。

【図６】同じく動作説明に供する模式図である。

【図７】同じく動作説明に供する模式図である。

【図８】同じく動作説明に供する模式図である。

【図９】本発明にかかる光学式位置検出装置に組み込ま
れるイメージインテンシファイアの一例を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 結像手段 ２ スケール板 ３ 撮像手段 ４ 測定点 ６ バンドパスフィルタ ７ 対物レンズ ８ イメージインテンシファイア ９ ＣＣＤイメージセンサ １０ 位置演算部 １１ コンピュータ １２ 結像面 １３ 受光面 １４ スポット像 １５ パタン素影

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光軸に沿って順に配置した結像手段、ス
   ケール板及び撮像手段と、該撮像手段に接続した演算手
   段とからなる光学式位置検出装置であって、 前記スケール板は該光軸に直交する前方座標面に沿って
   規則的に配列した複数のパタン素を有しており、 前記結像手段は目標とする測定点から発する光束を集光
   して対応する結像点に収束する参照光に変換するととも
   に、該参照光で前記スケール板の一部をスポット照明し
   て特定のパタン素を拡大投影し、 前記撮像手段は該光軸に直交する後方座標面に沿って配
   置された受光面を有しており拡大投影されたパタン素影
   を撮像して対応する画像データを出力し、 前記演算手段は該画像データを処理してパタン素影の後
   方座標値を検出し、これと元のパタン素の前方座標値と
   に基いて該結像点の位置を算出し、さらに結像点の位置
   に基いて該測定点の位置を算出する事を特徴とする光学
   式位置検出装置。
2. 【請求項２】 前記スケール板は前方座標面に沿って二
   次元的に規則配列した複数のパタン素を有しており、 前記撮像手段は拡大投影されたパタン素影を平面的に撮
   像して対応する二次元画像データを出力し、 前記演算手段は該二次元画像データを処理して該パタン
   素影の二次元後方座標値を検出し、これと元のパタン素
   の二次元前方座標値とに基き該結像点の二次元位置を算
   出し、さらに該二次元位置に基いて該測定点の二次元位
   置を算出する事を特徴とする請求項１記載の光学式位置
   検出装置。
3. 【請求項３】 前記演算手段は、該二次元画像データを
   積分処理して互いに直交する一次元断面データを生成
   し、これら一次元断面データを解析して該二次元後方座
   標値を検出する事を特徴とする請求項２記載の光学式位
   置検出装置。
4. 【請求項４】 前記撮像手段は拡大投影された少なくと
   も一対のパタン素影を撮像して対応する画像データを出
   力し、 前記演算手段は該画像データを処理して一対のパタン素
   影の二次元後方座標値を検出し、これと元の一対のパタ
   ン素の二次元前方座標値とに基いて該結像点の三次元位
   置を算出し、さらに該三次元位置に基いて該測定点の三
   次元位置を算出する事を特徴とする請求項２記載の光学
   式位置検出装置。
5. 【請求項５】 前記撮像手段は複数の測定点から発する
   光束により互いに分離的に拡大投影された複数のパタン
   素影を撮像して対応する画像データを出力し、 前記演算手段は該画像データを処理して個々のパタン素
   影毎に後方座標値を検出し、もって該複数の測定点の位
   置を独立且つ同時に算出する事を特徴とする請求項１記
   載の光学式位置検出装置。
6. 【請求項６】 前記撮像手段は、微弱な参照光の増幅を
   行なう為光電子増倍作用を有するイメージインテンシフ
   ァイアを備えている事を特徴とする請求項１記載の光学
   式位置検出装置。
7. 【請求項７】 前記演算手段から出力された測定点の位
   置の情報を経時的に解析して該測定点の移動状態又は変
   位状態を監視するコンピュータを含む事を特徴とする請
   求項１記載の光学式位置検出装置。