JPS5847642B2 - 光軸振動形距離センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は点光源と見做せる目標までの距離を光学的に測
定する如くした光軸振動形距離センサに関するものであ
る。

現在、レテイクルを用い光学的に距離を測定する方式も
いくつか提案されているが、空間フィルク（レテイクル
）の構戊が複雑で、簡易なる光学的距離測定装置とはな
り得難かった。

本発明は上記実情に鑑みなされたものである。

即ち、本発明は目標とセンサ光学系を結ぶ光軸を振動さ
せ、既知のレンズの振動速度及び焦点距離と光学目標像
のレテイクル面上の振動速度の測定をもって目標までの
距離を算出する如くしたものである。

以下、本発明を実施例の図面について説明すれば次の通
りである。

先ず、第１図に示す基本構成の説明図に於いて、目標１
とセンサ光学系２を結ぶ光軸Ｘを中心としてそれに垂直
な面内で振動するレンズ３により距離ｌだけ離れた位置
にある前記点光源と見做せる目標１は、レンズ３の後方
の焦点距離ｆなる位置に設置したレテイクル４面上に結
像されるものとなる。

この場合、光学目標偉のレテイクル面上の振動速度は、
後述する様に、レンズ３の振動速度及び焦点距離ｆに加
えて目標１までの距離Ｉの関数で与えられる。

従って、センサの構或によって定まるレンズの振動速度
及び焦点距離が既知であれば、光学目標像のレテイクル
面上の振動速度を測定することにより逆に目標までの距
離が測定できるものである。

ここに於けるレテイクル４及び背部に配す検知器５は、
光学目標像の振動速度を電気信号として検出するために
設けられたものであり、レテイクル４の構或は多数個の
周期的スリット列からなり、スリット部４′の透過光は
その直後の検知器５により電気信号に変換される。

この光学系２の出力電気信号の周期は、レテイクル４の
スリット配列の周期２ａと光学目標像の振動速度により
定まるものである。

従って、スリット配列周期が既知であるので、出力電気
信号の周期を測打することにより、光学目標像の振動速
度が測定できるものとなる。

又、第１図の下部に示した電気信号処理系６は、前記光
学系２からの出力電気信号の周期を測定するために設け
られたもので、微小振巾の信号をパルス化するのに必要
な程度に増巾するための増巾器７、シュミット回路等を
用いたパルス戊形器８を経て基準クロツクを用い各パル
ス周期を計数するためのパルス周期計測器９及び各パル
ス周期のうち最小のものを選択描出するための最小周期
計測器１０から構威されている。

このうち、最小周期計測器１０は、レンズ３の振動速度
が変化する場合に既知量として最大速度の値しか与えら
れないときに対処する装置であり、一定の振動速度の場
合には必ずしも必要ではない。

次に、レンズの振動速度と光学目標像の振動速度の関数
関係を、第２図に示す作動説明図に基づいて説明する。

先ず、静止の目標１をＳとし、対物のレンズ３を経て静
止のレテイクル４に於ける光学目標像をＫｏとすれば、
本センサの光学系２の中心光軸ＳＫｏとレンズ３の振動
面との交点をＬ。

とじたとき、ある時刻ｔに於けるレンズ３′中心（振動
したレンズ）から前記Ｌ。

までの距離をｈ （ｔ）とし、このときの光学目標像の
中心から前記Ｋ。

までの距離をｋ（ｔ）とすると、相似則より ｈ（ｔ） ： ｋ（ｔ）＝ Ｉ ： ］ ＋ ｆ
・・・・・・ （１）式（１）は、ｔについて微分を
とったもの、即ちｈ （ｔ），ｋ（ｔ）についても同様
に或立し、ｌについて解くと、即ち、ｈ（ｔ）が既知で
あれば、ｋ（ｔ）を求めることによりｌが測定できる。

また、レンズ３の振動を、振巾Ｈ、振動角周波数ωなる
単弦振動とするとｈ（ｔ）一Ｈｓｉｎωｔと表わされ ｈ （ｔ）一Ｈ（Ｉ）ｃｏｓｏ）ｔ ”＝
（３）となる。

一方、レテイクル４を透過する光量は、レテイクル４の
周期構造により、☆（１）が与えられれば次に示す周期
Ｔ （ｔ）を有する。

ここに於いて式（２）に式（３） ， （４）を代入す
ることにより、 ｈ （ｔ）はｔ＝０のとき最大となり、そのとき式（１
）を参照してｋ（ｔ）も最大となるからＴ（ｔ）は１＝
０のとき最小となる。

その値をＴｍｉｎとして、それを測定するように電気信
号処理系を構成すれば、式（５）は次のようになる。

このときに得られる信号波形を第３図に例示する。

このＴ ｍ ｉ ｎはｉ＝０ ＋ ９ ２ ｔ
”’ｎ −・・・ω ω ω （ｎ：整数）の時刻に於いて得られることがわかる。

この場合、レテイクル４の背部に配した検知器５の出力
信号波形はＩとして現われ、パルス或形器８の出力波形
は■とじて現わされる。

更に、この光軸を実質的に振動させるレンズ３の駆動機
構の一実施例を第４図に示す。

これはレンズ３を単弦振動駆動としたものであり、該レ
ンズ３はセンサの光学系の中心光軸Ｘを回転中心とした
回転支持板１１に、レンズ中心を回転中心よりＨだけオ
フセットさせて取付けるもので、この回転支持板１１は
背部に有するギヤ型回転機構１２ヘモータ１３端の回転
力伝達ギャ１４が噛合して回転する如くしてなる。

ここに於いて、レンズ３の後方（焦点位置）に配すレテ
イクル４面上の光学目標像Ｋ。

は、水平、垂直両方向に対して正弦振動をする円運動を
行なうものとなる。

この場合、レテイクル４の大きさが円運動をしている光
学目標像Ｋ。

を十分満たす程太きければ、スリット列の並びの方向（
例えば、第２図の場合は水平方向）の振動速度戊分だけ
を検知することになる。

又、電気信号処理系６の一実施例を示せば第５図のよう
になる。

レテイクル４のスリットを透過した光は、シリコン・ホ
トセルからなる検知器５に入射し光起電力を生せしめる
ものとなり、この光電流は差動増巾器からなる増巾器７
により十分振巾の犬なる信号に増巾し、該増巾器７に従
続するコンパレータからなるパルス成形器８によりパル
ス化される。

このパルスをパルス周期計測器９のフリツプフロツプ回
路１５に導き一周期の期間１となる出力パルスに変換し
、別に設けたクロツク発振器１６からのクロツク信号と
共にアンドゲート１７を通しカウンタ回路１８で周期の
計数を行なうものである。

一方、最小周期計測器１０は一周期の計数終了時刻を前
記フリツプフロツプ回路１５に臨む単安定マルチ回路１
９から得て、前回計数した値の入っているレジスタ２０
の内容とカウンタ回路１８の内容を比較器２１で比較し
、今回の計数値が小さければゲート回路２２を開き、カ
ウンタ回路１８の内容でレジスタ２０を書き直すための
転送を行なうものである。

上述の様に本発明の光学的な距離センサは、点光源と見
做せる目標とセンサ光学系を結ぶ光軸を、レンズの振動
をもって振動させ、該レンズ後方の焦点距離位置のレテ
イクル面上に振動結像させ、この光学目標像の振動速度
を検知し、既知となるレンズの振動速度と焦点距離で目
標までの距離を算出する如くしたため、極めて簡略した
構或で且正確な測定が出来るものである。

しかも、レテイクル側は静止タイプとなるため、長期使
用に耐え安定した振動速度検知が行なえる等の効果を奏
するものである。

尚、レテイクルの構或は、図示の如きスリット列の並び
は柵状のほか目標像を十分満たす大きさなら各種配列構
戊でもよいことは勿論である。

又、光軸の振動もレンズ自体の可動のほか、実質的に光
軸が動くものであればたりるものである。

例えば、非線形光学結晶に部分的に異なる電界を印加し
、局部的に誘電率に変化を与えて光軸を変える手段もあ
る。

即ち、光電型方式をもっても可能である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は基本構戊
の説明図、第２図は作動状態の説明図、第３図は検知信
号波形図、第４図はレンズの振動機構を示す斜視図、第
５図は電気信号処理系を示す回路図である。 １・・・・・・目標、２・・・・・・センサ光学系、３
・・・・・・レンズ、４・・・・・・レテイクル、５・
・・・・・検知器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 点光源となる目標を結像するレンズの焦点距離位置
   に周期的スリットからなるレテイクルを設置すると共に
   、該レテイクルの背部に検知器を設け、レテイクルと目
   標を結ぶ光軸を振動させ、レテイクル面上の振動速度及
   び焦点距離とで目標までの距離を算出することを特徴と
   した光軸振動形距離センサ。