JPS6029044B2 - 電気光学測量装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 光学度量衡の分野、特に写真測量の分野では、実際に使
用される測量装置の精度は、測量対象となる写真上の２
点間の相対的距離の測定の精度に依存する。

たとえば、地形の立体モデルを構成する過程において、
基本的な方位パラメータを計算するために、ある地域の
航空写真上の特徴例えば１本の立木の位置をすでに確立
している基準点、例えば道路の交差点に関して精密に位
置決めすることは不可欠である。基準の地形特徴の位置
の座標を定めるために使用されるモノコンパレータおよ
びステレオコンパレータ等の装置、並びにこのような位
置座標の分析から立体地形図を生じるステレオコンパイ
ラの有効性は、被写体写真における２点間の距離を測定
しうる精度により左右される。

これらの装置は、観察光学系と透明陽画写真との間に相
対的な変位を生じさせながら写真を光学手段で観察する
ために保持する手段と、このような変位を測定する手段
を具備するという点で実質的に類似している。これらの
手段のうち測定手段が、一貫して最も重要であり．且つ
必要な精度を実現するのに最大の困難をもたらしていた
。このような装置の最も簡単なものは固定台から構成さ
れ、この台の上に、強制的に第１水平軸に沿って運動す
るようにされた第１ステージと、第１水平軸に直交する
第２水平軸に沿って運動するようにされた第２ステージ
とが支持され、第２ステージは測量対象の写真を支持す
る。固定台に固着され且つ透明陽画写真の上方の固定位
置に支持される顕微鏡は、写真の地形特徴がこの写真を
介して透過される光の中で観察されている間に測量位置
基準を与えるための十字線を含む。固定台および第１ス
テージ上には指標マークが付され、これは第１および第
２ステージ上の直交水平軸に沿って付された目盛りと関
連して用いられて、地形特徴の座標および基準十字線に
関する写真の位置ずれの程度を表わすのに用いられる。
このような簡単なものから始まって、電気光学測量装置
は親ねじまたはその他の精密な変位機構、および角度解
読器等の電気機械測量装置の導入により測定精度が改善
された。

このような特徴は、たとえば米国特許第３１１６５５５
号に示唆されている。しかしながら、写真と最終的な変
位測定素子との間に介在する機械的な許容誤差にもかか
わらず必要な精度を達成するという問題は依然として残
っていた。測定の誤りの原因となるこのような一連の機
械装置におけるリンク装置またはインターフェースにつ
いて、従来の装置に固有の矛盾を除去するために変位測
定手段を写真自体とより密接に関連づけようとする努力
がなされた。

この目的のために米国特許第３３３０９６４号に示唆さ
れているようなシステムは、単一ステージ支持体の一体
部分である電気光学座標測定目盛を提供したが、この支
持体により写真一目盛の組合せは観察光学系と目盛議取
りセンサとの固定組合せに関して一体として変位するこ
とができた。このようなシステムは著しく改善されたに
もかかわらず、透明陽画写真の全体にわたって光路が妨
げられないことが要求されるため、必然的に写真観察視
線と変位測定素子との間に横方向の過剰のずれが出ると
いう悩みがあった。

その結果、写真基準点と変位測定素子との間の間隔が広
がって、精密な電気光学測量動作においては許容できな
い誤差が生じる。このシステムはまた、変位測定のため
の目盛素子並びに測量対象写真を敦暦するために十分に
大きな面積の作業表面を必要とするという点でも不利で
あった。写真と直交目盛を写真観察視線と略一線上に配
遺した米国特許第３７２９８３び戦こ記載されているよ
うな装置により測定精度および装置の寸法減少にいくら
かの改良が実現された。

しかしながら、写真観察視線に妨害がないことが一貫し
て要求された結果、直交目盛と写真とが分離されるよう
になった。これにより今度は、直交目盛と写真との間の
空間に観察光学系の素子を収容するのに十分な距離をお
いて、写真と直交目盛との間に必要な平行状態を維持し
、且つ写真観察視線の変位を目盛センサの変位に結合す
る誤りのない機械装置を設ける必要があるため、このよ
うな装置の有用性が制限された。これらの装置を寸法お
よび安定性の双方に関して最適のものにしようとする試
みの中で、直交目盛格子を透明写真支持板に組込み且つ
変位自在の観察光学系を測定システムのセンサと物理的
に関連づけることが考慮された。このようにすると、光
学系は写真上の任意の点まで動くことができるので装置
は写真と同じ広さにするだけでよい。さらに、変位セン
サは視線に密接に隣接すると思われるため、従来の装置
のような著しい機械的ずれは実質的に排除される。しか
しながら、このような配置の有用性には依然として障害
があった。

すなわち、センサー光学系の対を写真支持板の目盛格子
表面に近接して配置した結果、写真観察光路の中に目盛
格子が存在することである。このために生ずる問題は、
振幅回折格子型、位相回折格子型にかかわらず従来利用
可能であった目盛格子構造はすべて回折素子を観察視線
の中に置くもので、そのため調査すべき地勢の写真像が
劣化することに起因する。これらの回折格子はいまいま
装置を殆ど実際の役に立たなくしてしまうような像の減
弱をひき起こす。本発明の目的は、写真を透過する可視
光の有害な回折を全く起こさずに、電気光学的に感知し
得る目盛も生じ得るようにした位相回折型の格子構造を
設け、上記の欠点を解決した、電気光学測量装置を提供
するものである。本発明の反射位相回折格子は垂直に入
射する透過光に関して光学的厚さに全く相違を示さず、
従って写真を透過する光の回折を生じることがない。こ
れに反して目盛検出系の入射光は反射位相回折格子から
の反射により十分に回折されて、精密な電気光学測量の
基礎となるフリンジパターンを発生する。本発明の一実
施例によれば、透明写真支持体は異なる屈折率を有する
少なくとも２つの材料から成る複合層の交互の帯を具備
する反射位相回折格子パターンを備えている。

２つの選択された材料は、透明写真支持板の片面に実質
的に等しい光学的厚さ入／４（入は光源の光の波長を示
す）で堆積され、各材料の堆積順序は交互の帯層で逆に
なっている。

このようにして複合帯層の光学的厚さは実質的に等しく
され、回折格子領域全体にわたって均一な物理的厚さが
維持される。この回折格子構造の結果として垂直透過光
の著しい回折はなく、従って板に載直された写真を像の
詳細を損うことなく回折格子を通して観察できる。

しかしながら、回折格子板全体が透明であるにもかかわ
らず個々の層の表面、特に高屈折率材料の表面は斜めの
入射光を十分に反射して、光電検出器により感知しうる
戻り光速を提供する。前述の層材料の堆積順序により反
射層表面は２組の交互の帯において入′４だけ異なる高
さに配置されるので、反射帯から反射される検出器光の
部分の間に入′２の移相が起き、その結果、典型的なモ
アレフリンジパターンを生じるそのような位相変位光東
部分の間に干渉が起こる。このように写真支持坂上に堆
積した位相回折格子は、概して米国特許第３７６８９１
１号に開示されているような変位測定装置を提供するレ
クチル回折格子素子と組合わせて利用できる。

このような応用用途においては、装置のレチクル、光源
および検出素子は電気光学測量用コンパレータまたはコ
ンパイラの写真観察光学系と密接に関連し且つ支持板の
回折格子に隣接してこの光学系と共に運動するように配
置されている。これにより例えば前記の米国特許第３３
３０９６４号に示されたシステムにおけるような写真観
察視線と変位測定素子との間の横方向のずれを実質的に
排除するという利点は実現され、しかも写真透過光は回
折をまったく受けないので、支持体および回折格子を介
して観察される写真像を劣化させることがない。動作中
、均一な、すなわち全方向性の光源からの光は一次振幅
回折格子レクチルパターンを透過して支持位相回折格子
に入射し、そこで光は反射して回折され、反射光に前述
の位相およびフリンジの形成が見られる。

次にこの反射光は残りのレクチル回折格子パターンを透
過して光電検出器にいたる。レクチル回折格子パターン
と写真支持体の回折格子パターンとの間の相関的運動に
より、レクチルにおいてフリンジパターンの変位が生じ
、その結果、検出器へ透過される光の強さが変化する。
本発明の位相回折格子を構成するために以下に説明する
真空黍着法を採用する。

機能的な複合回折格子層を形成するために使用される一
対の薄膜誘電体は各々、酸化セリウム、二酸化チタン、
二酸化トリウム、硫化亜鉛および二酸化ジルコン等の高
屈折率（２．２〜２．７）化合物、およびフツ化マグネ
シウム、フツ化カルシウム、水晶石、フツ化リチウムお
よびシリカ等の低屈折率（１．３〜１．５）材料から選
択し、好ましい測量装置において採用される白熱光源の
有効動作波長である約８５仇ｍで各々入／４の厚さ‘こ
堆積させる。高屈折率膜材料は明らかに複合回折格子層
の反射移相に対してより大きな影響を有すると思われる
ので、反射光東において最適の＾／２の移相を確保する
ためには低屈折率膜材料の入／４の厚を維持することが
特に望ましい。写真照明のきわめてわずかな程度の透過
回折を保証するためには、回折格子の複合層全体にわた
って同じ膜材料の各々の厚さを少なくとも１５％の範囲
内で等しく維持することも望ましい。電気光学測量コン
パレータまたはコンパイラにおいて使用するのに有効な
透明位相回折格子は、各々４０仏ｍの回折格子周期を提
供するために約２０仏ｍの線幅で堆積された議導体を有
する複合層により得ることができる。前述の感度倍増感
知システムにおいて同様の周期性のレチクルパターンを
利用すると、現在使用しうる検出器および鱗像のエレク
トロニクスで約１山ｍの測定精度が容易に得られる。本
発明の移相回折格子は、その透明度が高いために写真観
察照明を著しく減弱することなく一対の直交回折格子パ
ターンを写真支持板上に付着して二鞄測定用格子を提供
できるという付加的な利点を提供する。このような二軸
格子により、光源、レクチルおよび検出器を具備する第
２ピックアップヘッドが変位自在の観察光学系と関連し
て、観察される写真の中の任意の点を座標を直接設定す
る手段を提供する。本発明による透明位相回折格子を利
用する測定装置の好ましい実施例が第１図に略図で示さ
れている。

図示の適切こ、装置は以下により詳細に説明する位相回
折格子層２４を坦持する透明ガラス板２２から成る写真
支持体を含む。ガラス板２３および現像済の写真乳剤層
２５から成る透明陽画写真、典型的には地形の航空写真
が調査中、板２２の上に支持される。全体として１０で
示されている観察光学系は支持板２２にごく隣接して位
置し且つ二重矢印により示されているように１本の座標
軸に沿って回折格子パターン２４の線に実質的に垂直な
方向に運動するように配置されている。

本実施例において、この回折格子目盛は第３図に一部示
されているように直交するパターン線を含み、観察光学
系構造１０はまた、直交座標軸に沿って第１図の平面に
垂直な方向に動くように配置されている。このようにし
て、調べられる地形のデカルト座標を決定できる。本実
施例の変位自在の観察光学系は第１図に本体１６として
簡単に示されているが、この本体の中に視準レンズ系１
２および反射プリズム表面１４が支持されている。

光源（図示せず）からの結像照明は光東２７の中で写真
２５に入射し、その後、支持板２２および回折格子パタ
ーン２４により透過され、レンズ１２により視準され、
表面１４から反射されて光東２９に沿って付加的な結像
光学系（図示せず）に達するが、この光学系は写真像を
コンパレータ装置またはコンパイラ装置の綾眼レンズへ
運ぶ。光源１３と、光電セソサ１５が装着されているレ
クチル板１７とを具備する変位検出器ヘッド１１が観察
光学系１０と密接に関連している。

先に概略的に説明し、米国特許第３７６８９１１号によ
り詳細に論じられている測量装置に従えば、光源１３か
らの拡散照明はしクチル板１７の振幅回折格子パターン
を透過して、支持板２２の位相回折格子層２４から反射
され、板１７の補助振幅回折格子パターンを再び透過し
てセンサ１５に入射するが、その際の強さは位相回折格
子パターン２４に関する観察手段１０および検出器ヘッ
ド１１の変位に従って変化する。レクチル回折格子パタ
ーン１９は位相回折格子パターン２４の一方の座標軸の
堆積線に実質的に平行に配設されている。図示されては
いないが、１１で示し‐たものと全く同−の第２検出器
ヘッドが観察光学系１川こより坦持され、そのレクチル
パターンが位相回折格子パターンの付加的な軸に平行な
直交方向に広がっていることが理解されるであろう。本
発明の透明位相回折格子層２４の構造が第２図により詳
細に示されており、これは写真支持板２２上に被覆され
た誘電体の多重はさみ込み薄膜から成る。

本実施例においては、これらの膜材料は酸化セリウム２
‐６とフッ化マグネシウム２８である。これらの材料の
各々は従来の真空蒸着技術により、以下より詳細に説明
する手順で支持体上に被覆される。各膜部分検出器ヘッ
ドの光線１３の平均有効波長、たとえば本実施例の白熱
光源の場合には８５仇ｍで測定して約入′４の厚さに堆
積させる。第３図からわかるように、板２２の表面に現
われる堆積材料の選択されたパターンは各々の座標方向
に酸化セリウム２６の同寸法の孤立した正方形と交互に
なっているフッ化マグネシウム２８の二組の直交する線
から構成されている。動作中、検出器ヘッド１１の光源
１３からの光は位相回折格子パターン２４の表面から約
３柳の位置にある回折格子パターン１９を透過し、各々
複合層２４の中の、フッ化マグネシウム膜２８とは入／
４の厚さだけ異なる高さに位置する高屈折率酸化セリウ
ム膜２６，２６′の各々の最初に当たった界面から反射
される。これらの組になった界面から反射された光の各
部分は、このように全体として入／２だけ位相変位され
、これらの間に干渉を生じる結果となり、特性フリンジ
パターンが形成される。次にこのパターンがレチクル回
折格子パタ−ン１９の残り部分に入射し、回折格子パタ
ーン１９はフリンジパターンを有効に遮断して検出器セ
ンサー５に入射する光の強さの明確な変化を生じさせる
。

同様のフリンジパターンが複合層２４の直交するように
配置された回折格子パターンおよびもう１つの検出器ヘ
ッド１１において作られて、同様にその軸に沿った観察
光学系または写真の変位を指示する。本発明の複合位相
回折格子層を形成するための好ましい手順が第４図に図
式的に示されている。

工程ａにおいて、３肌の板ガラスのシート４１が陽・性
に作用するフオトレジスト４２、たとえばコダック・マ
イクロ・ポジテイブ・レジスト８０９として市販されて
いるジアジン化ナフトキノンにより約１山ｍの厚さに被
覆される。この被覆はメーカーにより示唆されているよ
うな通常の方法により行ない、工程ｂにおいてこれを原
板の下で約２５分間、約１．５メートルの距離から１２
５ワットのフラッドランプの光に接触露光し、市販のア
ルカリ現像剤溶液の中で現像して、被覆物の露光領域の
除去を行ない且つ原板を複写したレジストパターン４３
を得る。この操作において採用される原板は、二組の幅
が約２０山ｍの直交するように配置された平行な不透明
の線を具備する。工程ｃに表示されているように、アル
ミニウム層４４が通常の技術に従ってレジストパターン
４３および支持板４４の露出表面領域の上に室温で約ｌ
ｒｍの厚さに真空蒸着される。

次に工程ｄにおいてアセトンの中で溶解によりレジスト
パターンを剥取り、これに伴ってアルミニウムの上張り
パターンを除去して、当初のレジストの露光領域に対応
するアルミニウムのパターン４４を得る。アルミニウム
のパターンと露出したガラス表面の上に真空蒸着法によ
り酸化セリウム４５の＾′４（８５瓜ｍのとき）層を被
覆し、その層の上にフッ化マグネシウム４６の入／４層
を被覆する。この蒸着の間、仕上がった複合層において
正確な屈折率を保証するため、高い一定の温度を維持す
るように通常注意する。板４１と、堆積したＣｅ０２層
およびＭｇＦ２層を冷却した後、厚さ約１仏ｍのクロム
層４７を室温で真空蒸着する（第４ｅ図）。次に被覆し
た板を約１０％のＮａＯＨの苛性俗に浸し、その中で残
りのアルミニウム堆積物が溶解して、その次に続いて板
に堆積している層と共に板４１から取除かれて、工程ｆ
に示されているようにＣｅ０２４５，ＭｇＦ２４６およ
びＣｒ４７の複合層のパターンを生ずる。従来の真空蒸
着技術を利用して、工程ｇに示されているようにＭｇＦ
２４８およびＣｅ０２４９の入／４層を順にクロム表面
と露出したガラス表面の上に被覆する。次に被覆した板
をクロムエッチング用溶液、たとえば酸性セリウム硝酸
アンモニウム等の中に浸してクロムパターン層を溶解し
、これをＭが２およびＣｅ０２の上張り層と共に除去す
る。

その結果得られる被覆板を洗浄し、乾燥して工程ｈに示
すような完成した写真支持体を得る。ここで複合位相回
折格子層はＭｇＦ２／Ｃｅ０２４６，４５およびＣｅ０
２／ＭｇＦ２４９，４８の交互の帯または線から成る。
第４図に示される方法を少し変形したものでは、工程ｄ
の最初のアルミニウム層パターン４４をまず第１にアル
ミニウムの連続する層を板４１に堆積させ、その上にレ
ジスト層４２を被覆し、その後露光を現像を行ない、続
いてアルミニウムをエッチングし、残りのレジストを剥
取ることにより得る。

次にアルミニウムパターンを第４図に示されているその
後の工程ｅ〜ｈで利用して同様の結果を得ることができ
る。前述のように、Ｃｅ０２の代わり‘こ他の高屈折率
誘電体を使用してもよく、また低屈折率のＭｇＦ２の代
わりにこれに匹敵する範囲の屈折率を有する誘電体を用
いても良い。

測量装置の信号応答を改良するための別の変形例は板４
１にＭｇＦ２の入／４層（５５皿ｍのとき）等の反射防
止層を最初に被覆することを含む。この反射防止層は可
視光に関して複合位相回折格子層２４を支持体２２から
隔離する作用をもち、これがない場合には測定用フリン
ジパターンと干渉してこれに有害な影響を及ぼすかもし
れない透過回折並びに支持板の表面からの反射を有効に
低減させる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による測量装置の素子を概略的に示す断
面図、第２図は本発明による複合位相回折格子層の構造
を示す第１図の写真支持板の一部の、第３図の線２一２
に沿った断面図、第３図は位相回折格子層の一部の平面
図、第４図は本発明による好ましい位相回折格子構造の
作製に利用される方法工程を示す、写真支持板の一連の
断面図である。 １３・・・光源、１５・・・変位検出器ヘッド、１９・
・・振幅回折格子パターン、２４・・・位相回折格子層
。 第１図第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光源と、前記光源からの光の中に位置し且つ相対的
   に運動することにより干渉フリンジパターンを生じるよ
   うに配置された複数の回折格子パターンと、前記干渉フ
   リンジパターンの光の強さに応答して変化する電気信号
   を発生する光電手段とを有する電気光学測量装置におい
   て、第１回折格子パターンを透過した光を第２回折格子
   パターンへ反射する反射位相回折格子パターンを具備し
   、且つ前記光電手段が前記第２回折格子パターンを透過
   した光の中に位置することを特徴とする電気光学測量装
   置。 ２ 前記反射位相回折格子は、表面が平坦な支持体と、
   その上に堆積され、反射率が著しく異なる２つの膜材料
   から成る交互に連続する幅および光学的な厚さが実質的
   に等しい帯から成る第１層と、前記第１層の上にある、
   前記２つの膜材料から成る交互に連続する、幅および光
   学的な厚さが実質的に等しい帯から成る第２層とを有す
   る被覆膜とを具備し、前記第２層の低屈折率材料および
   高屈折率材料の各々は前記第１層の各々高屈折率材料お
   よび低屈折率材料の上に堆積され且つこれと同一の広が
   りを有し、そのため前記反射位相回折格子の上表面が前
   記支持体の表面に実質的に平行であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の電気光学測量装置。