JPS5945921B2 - 物体と測定基準系との間の相対距離を測定する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は少くとも１つの相関構造を有する光学的相関
器を使用し、物体の像と相関構造との間に相対運動を生
じさせて物体と測定基準系との間の相対距離を測定する
装置に関する。

距離測定用に光学的相関器を使用することは公知である
。

その場合、距離を測定しようとする物体は固定周波数フ
ィルターとして働く格子構造上またはその近辺に投射さ
れる。

その格子構造によって結像光線の光路に影響を与えたの
ち、格子上の物体像の鮮鋭度調節についての情報をひき
だすための電気的信号を光電変換手段を介して生成光束
から取得する。

物体像が締鋭に調節された時の結像光学系の位置から物
体の距離を取得する。

周知のように光電信号の質は物体像のコントラストと明
るさとによって定まる。

例えばドアのかど部のように基準方向をもつ物体の場合
には格子構造の形状と方向とを物体像に整合させる必要
がある。

１次元的な格子構造の場合には特にそのことが当てはま
る。

本発明の目的は本明細書の詳細な説明の項の冒頭に述べ
た種類の測定装置において、そのような使用上の制限条
件を解消することにある。

この目的を解決するための本発明の基本原理は、少くと
も１つの相関機構を有する光学的相関器を使用し、物体
の像と相関構造との間に相対運動を生じさせて物体と測
定基準系との間の相対距離を測定するに際し、光学的相
関器１の視野領域において被測定物体３上に、その方位
方向を相関構造の方位方向に固定的に結合させた構造４
を投射し、物体３から戻ってくる光束と相関器との共働
によって生成する光電信号を基本波または調波の値に従
って物体の距離の測定のために評価するものである。

上記に述べた原理にもとすく本発明の測定装置は、結像
光学系、少くとも１つの相関構造および該相関構造に組
合わされた少くとも１つの光電素子を持つ光電受光系を
有する光学的な像相関器と、物体像と上記相関構造との
間に相対運動を生起させる手段と、距離測定のために上
記光電受光系の出力信号を評価する手段とを備えたもの
において、相関構造１７の方位方向にその方位方向を固
定的に結合させた構造を像相関器１６〜２０の視野内に
投射する投射装置１０．１１，１２．１４を設け、該投
射装置に構造規定部材として、好適にはプリズムラスタ
ーとして形成した少くとも１つのラスター１２を設け、
投射光線の光路を変調させるための補助手段２１．２３
．２５．２６を設けたことを特徴とするものである。

本発明の装置においては、像相関器に光学的に結合され
た投射装置を備えており、その投射装置によって１つの
構造を被測物体上に投射するようにしである。

この場合空間的方向のみに従って形状が変化する構造を
投射するようにした投射装置を使用することができる。

投射装置によって投射される構造の形状および方向は相
関構造あるいは被測物体の形状および方向に整合させる
ことができる。

投射装置は位相ラスター特にプリズムラスターを構造規
定部材として備えていても良い。

さらにラスターを光学軸に沿って、あるいは光学軸と直
角の方向に運動させる手段を設けたり、像相関器と投射
装置とに共通に１つのラスターを設けたシすることもで
きる。

また一定の平行な方向に配向した鋸歯状の凹凸を有する
ラスター（プリズムラスター）を使用する場合凹凸の周
期とその方向とがそれぞれ異なる複数のラスターを共通
の支持体上に取付けたものを投射装置に設け、それに対
応した角度配置を有するラスターと光電受光素子とを像
相関器を設けることもできる。

さらに投射光線の光路を変調する手段を設けることもで
きる。

本発明装置をあらましの測定を行なう測定装置に組込む
こともできる。

本発明においては、要旨の要部として、被測定物体上に
、その方位方向に固定的に結合させた相関構造が投射さ
れる。

本発明者の実験によると、被測定物の像は雑多な周波数
の光波を含むのであるが、そのような相関構造は一種の
局部周波数フィルターの役目をして、ある特定の基本波
もしくは特定の調波のみがあらまし透過ないし反射せし
められるようになり、これが被測定物体との間の距離の
メジャーとして有力な作用をするものであることが判明
したのである。

したがって、これにより、距離の測定が従来のものにく
らべて、一段とシャープかつ正確になることが判明した
ものである。

次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明を実施するための装置を略示的にあられ
している。

光学的投射装置２より、距離被測定の物体３上に投射さ
れた構造４が光学的相関器１の視野内にあり、それによ
って捕捉されるように、該光学的相関器１と光学的投射
装置２とは、光学的および機械的に結合されている。

この装置の作用は次のとおりである。

すなわち投射された構造４は、光学的相関器１の内部に
あって光学軸と直角の方向に機械的に動かされる相関構
造体（第１図には図示せず）上に結像される。

その結果、光学的相関器１に後接続された光電変換装置
から電気信号が送出され、この信号に基いて相関構造体
上の像の鮮鋭度の評価がとり出される。

物体３の距離を測定するには、光学的相関器１の結像用
対物レンズをはサーボ系を介して像の鮮鋭度が最大とな
るように調節し、その時の対物レンズ調節値に基いて物
体３の距離が定められる。

第１ａ図の上側のものが光学的投射装置２に相当するも
のであり、下側のものが光学的相関器１に相当するもの
であるが、光学的相関器１と共働して上記の構造４を投
射するためのプリズムラスターが前者の装置２に使用さ
れている。

この装置２においては、光源１０が集光器１１を経てラ
スター１２を照射し、ラスター１２の像が対物レンズ１
４を経て物体（この図には示されていない）の上に結像
される。

その場合、ラスター１２の特別の形状により対物レンズ
１４のところで、２つの光源像１Ｇ’、１０“が結像さ
れる。

ラスクー１２は双頭の矢印であられしであるように、光
学軸に対して直角の方向に駆動装置１３によって振動運
動をする。

この図には図示してない物体の像は、その上に投射され
たラスター構造４と共に、光学的相関器１の対物レンズ
１６により同じ相関器１のラスター１１に結像される。

ラスター１７の後方にはこのラスクー１７と光学要素１
８との特性によって定まる像位置に、それぞれ１つの光
電受光素子１９．２０が光学素子１８を経て設置されて
いる。

光電受光素子１９゜２０の受は取る光束の強さはラスタ
ー１１と物体像との共働と、投射された構造４とによっ
て定まる。

受光素子１９．２０から発する電気的信号を評価し、投
射系の対物レンズ１４と物体３との間の距離を測定する
。

ラスター１２または１７を振動させる場合、受光素子１
９．２０の出力信号を例えばカウンタコンタクト型の造
幅器（図示せず）に導いて直流成分と外乱成分を除くこ
とができる。

その場合、信号の振幅は２倍になる。

増幅器の出力信号はラスター振動装置から得られる信号
と比較される。

その時の位相状態によって直接に物体と測定装置との間
の距離をあられす尺度が得られる。

ラスター１２に振動を与えない場合には光電受光素子１
９．２０のところの投射光線の光路な変調することによ
っても、上記の距離を直接あられす尺度が得られる。

第２ａ図と第２ｃ図はその場合の実施例による装置をあ
られしている。

第２ａ図の実施例においては光源１０には対応の周波数
の交流電圧が供給される。

整流器２１によって交流の正の半波分だけが光源１０に
供給されるようにしてあり、光源１０から発する光線は
上記の交流電圧のリズムで変調されている。

第２ｂ図の実施例ではパルス発生器２３からパルスの供
給を受けるルミネッセンス・ダイオード２２が光源とし
て用いられている。

第２ｃ図の実施例では直流電圧の給与によって一様な光
束を発生させるランプ１０が光源として用いられている
。

ラスター１２と対物レンズ１４との間の投射光線の光路
にはその周面に沿ってスリットを設けた遮光部材２５が
設けてあり、該遮光部材２５はモータ２６によって駆動
される。

遮光部材２５には放射状にスリット２５′が形成してあ
り、光束は一定の順序に従って物体の方に送出される。

この場合変調周波数はスリット２５′の数と遮光部材２
５０回転速度を適当に選ぶことによって定まる。

またスリット２５′の数によって正変調にも負変調にも
することができる。

スリット２５′の数を偶数にすれば正変調、奇数にすれ
ば負変調になる。

光学的投射装置２と光学的相関器１との相対的な配置方
式はいろいろあり、その１例は基本的には第１ａ図に示
されている。

同図においては投射装置２の構成要素１０〜１３は相関
器１の構成要素１６〜２０から少し距離を置いて設けら
れている。

その場合ラスター１２．１７は第１ａ図に示した位置に
設けるよりもそれらを９０°回動させ、マーク（ラスタ
ーマーク、図示の例では平行した多数の鋸歯状突起）の
長手軸が図面の平面に平行になるように位置させるのが
望ましく、それによって無用の格子パララックスが回避
される。

投射光線の光路を分割するラスターを使用したので投射
装置２と光学的相関器１との間の距離はほとんどか、ま
たは完全に、無視することができる。

第３図は本発明装置の別の配置方式をあられしている。

投射系のラスター１２の後方には対物レンズ３０が設け
てあり、対物レンズ３０は相関器の対物レンズとしても
用いられるようになっている。

相関器１は投射光線の光路の方向に対しである角度に配
置されている。

対物レンズ３０からの光束を相関器１のラスター１７′
へと導くために転向ミラー３４が配装されている。

各々の構成部材特にラスクー１２と対物レンズ３０とを
適当に選定すれば投射光線の光路の邪魔にならないよう
にミラー３４を十分小さなサイズとすることができる。

ラスター１２を光学軸に沿って振動運動させるには駆動
装置１３′を用いることができる。

第４図は投射装置２と相関器１だけでなく対物レンズ３
０とラスター３１も共通にした本発明装置の１変形実施
例を示している。

この場合には集光器３２には特別の種類のものを使用す
る必要がある。

第５図の実施例ではそれぞれ鋸歯状の平行した凹凸の周
期ｇｌ ｍ ｇ２＊ ｇ３を有し、且つ凹凸の方向も異
なっている３つのラスターを組合わせた形状のラスクー
１２′が使用されている。

このようなラスター１２′と投射装置２とを使用し、相
関器１にそれに対応してそれぞれの光電変換器を取付け
れば複数の測定範囲を同時にかまたは次々に捕捉するこ
とが可能となる。

第４図と第５図の実施例による装置は著しく小形化され
るので特にあらましの方向決めを行なう場合の補助装置
として便利に使用できる。

本発明装置をあらましの方向決めを行なう装置において
使用する場合には距離の表示値を手動調整装置上に設定
することができる。

しかし簡単な装置の場合には相関器１０対物レンズを適
当な距離（例えば３ｍ）に固定的に調整できるような構
成にし、手動調整装置としての電気機械連動式の振動装
置を光電信号によって制御するようにしてもよい。

その場合の振動の強さは警報信号として直接障害物の距
離に対応した値を与える。

本発明装置の利点は構造をもたない平滑な表面７の照明
が不十分な物体についての測定も可能になることである
。

本発明装置は外部照明のない真暗な部屋の中でも作動す
る。

本発明装置を具備した距離測定装置は物体が相関器１０
入射側の対物レンズの視野内にある限り、どんな角度位
置にも置くことができる。

本発明にはいろいろの変形が可能である。

例えば遮光部材あるいはプリズムを振動させることによ
って２つの受光器によって表わされる像位置に交互にも
たらされるただ１つの受光器を使用することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の略図的な斜面図、第１ａ図は光学
的投射装置と光学的相関器の詳細構造の略図、第２ａ図
ないし第２ｃ図は投射光線の光路を変調させる変調装置
の実施例を示す詳細図、第３図は光学的相関器と光学的
投射装置について共通の対物レンズを用いた実施例を示
す詳細図、第４図は共通の対物レンズおよびラスターを
用いた実施例を示す詳細図、第５図は多重形のラスター
を用いた実施例を示す詳細図である。 １・・・・・・光学的相関器、３・・・・・・物体、４
・・・・・・構造。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光学的投射器２と光学的相関器１とが使用され被測
   定物体３上に光学的投射器２より相関構造４が結像され
   るようになされ、相関構造４より発出する光束が適数の
   光電変換器を含む光電変換装置に入射するようになされ
   、被測定物体３の像と上記相関構造４との間において相
   対運動が生起せしめられるようにしたものを使用して測
   定基準系と該物体との間の距離を測定するに当シ、光学
   的相関器１の視野領域において被測定物体３上に、その
   方位方向に固定的に結合させた相関構造４を投射し、物
   体３から戻ってくる光束と光学的相関器１との共働によ
   って生成する光電信号を基本波または調波の値に従って
   物体３の距離の測定のために評価するものにおいて、結
   像光学系、相関構造および該相関構造に組合わされた適
   数の光電素子を持つ光電受光系を有する光学的相関器と
   、物体像と上記相関構造との間に相対運動を生起させる
   手段と、距離測定のために上記光電受光系の出力信号を
   評価する手段とを備えたものにおいて、相関構造１７の
   方位方向にその方位方向を固定的に結合させた構造を光
   学的相関器の視野内に投射する投射装置を設け、該投射
   装置に構造規定部材として適数のラスターを設け、投射
   光線の行路を変調させるための補助手段２１．２３．２
   ５．２６を設けたことを特徴とする物体と測定基準系と
   の間の相対距離の測定装置。