JPS6173121A - 非接触光学式変位測定装置の自動焦点合わせを行う方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、被測定対象物からの発光又は反射光を受光し
かつ電気的に処理することによって、変位測定を行う、
非接触光学式変位測定装置の自動焦点合わせを行う方法
及び’Ａ　’１１に関する。

被測定対象の発光又は反１１光を受光し、その結果前ら
れるターゲット像を充電液（負し、得られた、＝気菌（
，２号または電子性を）、Ｉ６　ｉｌ−信号と比較して
得られた出力或いは所定位置に偏向するために必要な偏
向出力等から被測定対象の変位を測定するように構成さ
れた非接触光学式変位測定装置は周知である。

かかる従来の非接触光学式変位測定装置は、被測定対象
のターゲット面の像を、カメラ部で捉えて充電変換部の
上に結像させなければならない。

このように、ターゲットをカメラ部の光学系で正確に照
準を合わせることにより、鮮明なターゲット像を形成す
る必要がある。光学系の焦点を所定位置にある物体の像
を正しく結像させるためには、物体、レンズ及び結像面
のいずれ示を変位させることによりそれらの相対距離を
変動させる必要がある。かかる焦点合わせは、従来、例
外なしに手動設定が行われていた。この場合、非接触光
学式変位測定装置のカメラ部は、通常の写真用カメラと
異なり、視野が狭くかつカメラ部重量も嵩むため焦点合
わせには困難が伴った。さらに、被測定対象の設置位置
は自由に選定出来ないことが多く、したかっ”（、測定
′！１−錨とし“Ｃのカメソ部設置個１すｃの選択、手
動設定に対する場所的：ｖ１約も多く操作者の視・覚に
頼る手動設定には限度があった。

なお、通常の写真撮影用又は８Ｉ用カメラ等において自
動温点合わせ機構は周知であるが、かかる自動焦点合わ
せ機構は以下のような理由により非接触光学式変位測定
装置にそのまま適用することができない。

ｌ）被写体（ターゲット）の大きさが異なる。

写真の場合、被写体は人物又は風景であることが多く、
１最影者の視覚を以て容易にカメラの向きを決定するこ
とができる。しかし、非接触光学式変位測定装置のカメ
ラにあっては、ターゲットが１００ｍｍ　Ｘ　１０（１
＋＋ｍ以下で、さらに小さくなる傾向にある。したがっ
て、焦点が合わないと、被測定対象を視野の中心で捉え
ることもできないことになる。

２）カメラと物体（被写体又はクーゲット）との間の距
離の相違。

写真の場合の距離は、０．８〜■〔麟〕であり夫除の撮
影時には絞りとの関連ご被与界深度が大きくとれる。こ
れに対して、非接触光学式変位測定装置にあっては、数
ｃｍ〜２ｍである上、絞りも開放に近い状態で使用され
ることが多いため、被写界深度が期待出来ない、また、
写真にあってはフィルム面に被写体の像が結像できれば
よく、正確な距離を知る必要がないのに対し非接触光学
式変位測定′Ａ置においては、光−電気変換面に結像さ
せるとともに、正＆盲な変位■の把握のために正確な距
離を知る必要がある。

３）測距方法が異なる。

写真の場合、被写体が非接触光学式変位測定装置に比し
て大きいことから、測距部が光軸から５〜ｌＯｃ＋ｓＱ
れていても十分な測定が可能である。しかし、非接触光
学式変位測定装置では、ターゲットが小さいので、実際
に被測定対象を捉えて測距することが困大すなことも多
い。

かかる理由から、非接触光学式変位１１１１１定装置の
自動焦点合わせ機構には、通常の写真撮影用カメラとは
）°シムる構成か必要とされる。

本発明の目的は、非接触光学式変位測定装置カメラ部の
焦点合わせが自動的に実施し得る方法及び必要な機構を
佇する非接触光学式変位測定装置を提供することである
。かかる目的のために、本発明においては、光−電気変
換面において正確に焦点が合っていれば、イメージディ
セクタ管の出力はその人Ｑ：１光川に比例すること、又
はもし同−人射光里であればフォトカソード上の異なる
位置でも同一出力が得られることに着目し、焦点がフォ
トカソード上に正しく焦点を結んでいるか否かを１り１
別し、この判別出力によって自動的値点合わせを実施し
ようとするものである。

この目的は、特許請求の範囲に記載のような自動焦点合
わせ方法、すなわち、ターゲット像の入射状ｆＬ４を変
化させ、該変化に対応するＸ＝出力状態と実際にｉ：）
られた出力状！ぶとを比較して焦、つが合致しているか
否かを°１′＋１別し、該判別結果に応じて自動焦点合
ねせを行う方法、並びにかかる方法を実施するために必
要な（１４成を有する非接触光学人変位測定装置、４°
なわら、レンズ糸と、光−電気変換面との間に、選択的
に挿入可能な絞りを設け、該絞りに対応する電気出力を
以て像焦点が合致しているか否かを判別し、該判別結果
に応じて自動的に焦点合わせを行う非接触光学式変位測
定装置によって達成される。

本発明にかかる非接触光学式変位測定装置の自動焦点合
わせ方法及び装置によれば、従来装置における測定準備
において極めて高度の技術を必要とした焦点合わせが自
動的に実施される。したがって、容易かつ迅速な測定準
備が可能となり、したがって正確な測定が可能となる。

以下、添付図を参照して本発明を開示する。

第１図は、本発明にかかる非接触光学式変位測定装置の
基礎となる非接触光学式変位測定装置の基本構成を示す
ブロック図である。明暗境界を有するクーゲット１を、
非接触光学式変位測定装置１０のレンズ１１で浦を足し
、イメージディセクタ管１２のフォトカソード１３上に
正確に結像させる。このターゲット像は、フォトカソー
ド１３においＣ光−′心気変換されζ光’ｌ’ａ　Ｉ’
像とムリ、ｊ′［内の光電子増倍部（フォ１−マルチプ
ライヤ）において光電子増倍された後、アノード１４に
到達する。

アノード１４から取り出される出力電流は、ターゲット
ｌの明暗比に応じて変化する電流となる。

この出力Ｍ　Ｋをプリアンプ１５によって所定レヘルに
増幅した後、偏向増幅器■６を介して偏向コイル１７に
印加する。ここで、偏向コイル１７によって、ターゲッ
トｌの矢印Ｖのような変動に応した明暗境界の変動にも
かかわらずアノード１４に到達する光電子量が一定にな
るように制御したとすると、偏向コイル１７の電流はタ
ーゲットｌの変位量に比例するものとなる。そこで、偏
向増幅器Ｉ６の出力を変位測定用の増幅器及び出力回路
１８及び１９を介して端子２０から取り出すことにより
クーゲットｌの変位を測定することができる。なお、本
実施例は、−軸のみの測定回路を示しているが、二軸又
は三軸側連装πとすることも可能であることは論をまた
ない。

また、上述と同様にイメージディセクタ管１２から得ら
れる明暗境界の変位に比例したパルス電流の位相を基卓
電流と比較することによっても、ターゲット１の変位測
定を行うことができる０本発明はかかる形式の変位測定
装置においても適用可能である。

第１図に示した非接触光学式変位測定装置において、レ
ンズ系ｌを介してのクーゲット像はフォトカソード１３
上に正確に結像しなければならない、さもなければ明暗
境界像が明瞭さを欠き、測定誤差が増大することになる
。かかるターゲットの焦点合わせは、装置カメラ部に配
設されたビュワー２２によって行われる。このような焦
点合わせ作業は測定準備において極めて重要であること
は明らかであるが、前述のように通常の写真逼影用カメ
ラ等に比して高度の技能が要求される０本発明において
は、かかる熟練を要する作業を自動的に実施使用とする
ものである。

第２図は、本発明にかかる非接触光学式変位測定装置の
構造例を示すもので、第１図と同じ部材には同一参照符
号を付して表示している。クーゲットｌからし／ズ糸Ｉ
ｆを経゛Ｃイメージディセクタ管Ｉ２に至る光線により
フォトカソード１３１−にターゲット像が形成される。

手動でターゲットの焦点を合わせるには、ハーフミラ−
２１を有し矢印Ｕのように上下するビュワー２２を使用
して操作者の視覚により実施される。この場合に幾多の
困難が伴うことは前述の通りである。そこで、本発明に
おいては、イメージディセクタ管１２を矢印Ｗのように
前後動させる電動機２３を設け、後述する検出信号に応
じて自動的に焦点合ゎせを実施するものである。さらに
、本装置は、ｉ動機２４によって切り換え：ｒ、ＩＩ　
ｊＢされる絞り２５ををする。この絞り２５の切り換え
制御によりターゲット像の入射状態の変更がきわめて容
易に実施される。

第３図は、本発明にががる非接触光学式変位測定装置の
焦点が合致しているが否かを決定するための原理を承ず
もので、イメージディセクタ管のフォトカソード１３面
に近接した絞り２５により可変半径の絞り像を形成する
。フォトカソードの′１゛ｉイを１？い絞りの崖ｉ予を
１７１．１ン、とする、この場合、絞りの半径Ｒ，，Ｒ
□は、フォトカソードの半径Ｒ１に対してＲＦ＞Ｒ１及
びＲＦ＞Ｒ１の関係を有するものとする。

半径Ｒ２の絞りをフォトカソードの前においた時の光量
をＳとする０次いで、Ｒ，−Ｒ，／Ｊ′２のような関係
を有する半径Ｒ２の絞りに変更する。このような絞り変
更によって、絞り面積はｌ／２になり、したがって入射
光量も１／２になる筈である。かかる状態においてイメ
ージディセクタ管の出力がこれら絞りのよって得られる
光量に正確に比例するように、レンズ系を調節し又はイ
メージディセクタ管を前後動することによって、光学（
レンズ）系を調節すれば、ターゲット像は正しくフォト
カソード面に焦点を結んでいることになる。

このような調節を自動で実施することにより、カメラ部
の自動焦点合わせが可能となる。

第４図は、他の実施例を示すもので、同一半径Ｒの絞り
をフォトカソード面上の異なる位置に移動させて入射状
態を変化させ、いずれの場合においてもイメージディセ
クタ竹の出力がオしくなるように光学系の調節を行う、
ターゲフ）ｌ象がフォトカソード面で正しく結像してい
る場合には、イメージディセクタ管の出力は一定となる
。

第３図のような絞りの面積を変化させて、入射状態を変
化させるためには、例えば第２図のように電動機２４に
よって切り換えられる絞り２５を配設するごとができる
。この場合、絞り２５はできるだけフォトカソード面に
接近させる必要がある。しかし、実際にはｎ顕画運動を
行う絞り坂によってフォトカソード面を傷つける恐れが
あり、所定間隙を保つ必要がある。したがって精度を向
上させるためには、絞りがフォトカソード面から実際に
離間しているにもかかわらず、絞り上に正確なターゲッ
ト像点が形成され、フォトカソード面において、絞り面
積に正確に比例した光量となるように！ｉＧＫすると都
合がよい、そこで、かかる目的のために光学系に補助レ
ンズ（図示されていない）を挿入することもできる。

ｍ４ｒＡのようにフォトカソード面上の絞り位置を変化
させ、入射状態を変化させるためには、第２図のような
機械的実施例によるごともできるが、第５図のように、
電気的偏向を利用して実施することもできる。可動部分
を使用せずに、元来測定のために具備している偏向系及
び内部絞りとして機能するアパーチャを利用することが
できるため経済的である。

本発明は、非接触光学式変位測定装置カメラの焦点を自
動的に合致せしめる方法並びにそのために必要な機能を
有する非接触光学式変位測定装置に関するものであるが
、上述のような絞り面積の変更又は絞り位置の変更、即
らターゲット像入射状態の変更によるイメージディセク
タ管出力の１、対応する変化又は不変化をもって制御信
号としている。この信号を用いてレンズ系の調節、イメ
ージディセクタ管の前後動のいずれか一方又は両方を行
うことにより自動焦点合わせを行うものである。かかる
レンズ系の調節又はイメージディセクタ管の前後動等の
Ｊｆ４節は、周知のｆＪＩ御機溝機構用可能であるので
詳述はしない。

本発明にかかる方法及び装置によれば、従来装置におい
ては困」とされた臼動焦点ｎ構を具備する非接触光学式
変１１）、測定装置が得られ、測定準備に要する時間及
び労力がｆａ杓され、しかも常に正確な変位測定が可能
となる。かかる測定準備は、機器設置後或いは適当な時
期に測定準備又は線点合わせモードを選定することによ
り自動的に実施するようにすることができ、格別の煩雑
な操作を必要としない。

本発明の適当な実施例に則して開示されてはいるが、本
発明の範囲内において多くの変形または変更が可能であ
ることは明らかであろう；

【図面の簡単な説明】

第１ＵｊＪは、非接触光学式変位測定装置の基本構成を
示すブロック図である。 第２図は、本発明にかかる非接触光学式変位測定装置の
構造例を示す説明図である。 第３図は、フォトカソード面絞り面積を変える第１の実
施例である。 第４図は、フォトカソード面絞り位置を変える第２の実
施例Ｃある。 第５図は、第４図の実施例を電気的に実施するための構
成例を示す説明図である。 図中、王な参照符号の対応は以下の通りである。 ｌ：ターゲット １０：非接触光学式変位測定装置 １１：レンズ系 １２：イメージディセクタ管 １３：フォトカソード ２１：ハーフミラ−２２：　　ビュワー２３：電動機　
　　　２４：電動機 ２５：絞り

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ターゲット像を光−電気変換した後、電気的に処理
   してターゲットの変位測定を行う非接触光学式変位測定
   装置の自動焦点合わせを行う方法において、 ターゲット像の入射状態を変化させ、該変化に対応する
   基準出力状態と実際に得られた出力状態とを比較して焦
   点が合致しているか否かを判別し、該判別結果に応じて
   自動焦点合わせを行うことを特徴とする方法。 ２）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、前記
   ターゲット像の入射状態を変化させるために、機械的絞
   りを使用する方法。 ３）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、前記
   ターゲット像の入射状態を変化させるために、電気的偏
   向を用いる方法。 ４）ターゲット像を光−電気変換した後、電気的に処理
   してターゲットの変位測定を行う非接触光学式変位測定
   装置の自動焦点合わせ装置において、レンズ系と、光−
   電気変換面との間に、選択的に挿入可能な絞りを設け、
   該絞りに対応する電気出力を以て像焦点が合致している
   か否かを判別し、該判別結果に応じて自動的に焦点合わ
   せを行うことを特徴とする非接触光学式変位測定装置。 ５）特許請求の範囲第４項記載の非接触光学式変位測定
   装置において、 光軸上における前記絞りの光−電気変換面からの距離に
   かかわらず、絞り位置に像点が生ずるように補償する補
   助光学系を有するもの。