JPS6191516A - 焦点合わせ機構を有する非接触光学式変位測定装置 - 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であって、焦点合わせ機構を
有する非接触光学式変位でｒす定装置に関する。

被測定対象の発光又は反射光を受光し、その粘果樹られ
るターゲット像を光−電気変換し、得ら灼、た電気的信
号または電子像をＪｌｉ’ｔＪ４信号と比較して＋Ｓｔ
られる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
のターゲツト面の像を、カメラ部で捉えて光−電気変換
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、鮮明なり−ゲノト像を形成する必要がある。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かを変位させることにより
それらの相対距離を変動させ、正確に結像させる必要が
ある。かかる焦点合わせは、従来、殆ど手動調整によっ
て行われていた。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シこ選定出
来ないことが多（、シたがって測定４ｇ錨としてのカメ
ラ部装置個所の選択、手動設定に対する場所的制約も多
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
動員点合わせ機構は周知であるが、かかる自動角点合わ
せ機構は以下のような理由によう非接触光学式変位測定
装置にそのまま通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、
撮影者の視見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（ｌｓ
＋ｓ以下で、さらに小さくなる傾向にある。したがって
、熾点が合わないと、被測定対象を視野の中心で捉える
こともてきないことになる。

２）カメラと物体（被写体又はターゲット）との間の距
離が相違する。

写真の場合の距離は、０．８〜ｏｏ（ｍ）であり、実際
の撮影時には絞りとの関連で被写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
、ターゲットまでの距離が殆どの場合、数ｃａｎ〜２１
１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、ｉ
ｌＥ　６１な距離を知る必要がないのに対し非接触光学
式変位測定装置においては、光−電気変換面に結像させ
るとともに、正確な変位量の把握のために正値な距離を
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、側距部が光軸から５〜１０ｃｍ＾■
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１足えて測距することが困難なことも多
い。

かかる理由から、非接触光学式変位測定装置の自動焦点
合わせ機構には、通常の写１１服影耐力メラとは異なる
構成が必要とされる。

本発明の目的は、カメラ部の偵点合わせが容易に実施し
得る焦点合わせ機構を有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゛ζ正確に織点が合っているか否か、すなわち
合焦しているか否かによってコントラストが変化するこ
とを利用する。このコントラストの変化データを、光学
系又は光−電気変換面のいずれかを変位させながら複数
点にわたって採取し、これらデータを比較することによ
って合体の如何を判断し、焦点合わせすなわちフォーカ
シングを行うものである。

本発明の目的は、特許請求の範囲に記載のような焦点合
わせ機構を有する非接触光学式変位測定装置、すなわち
、ターゲツト像を一方にピントをずらした状態から合焦
点をはさんで他方にピントをずらす方向に光学系と光−
電気変換面との相対位置を変位させる機構と、前記変位
過程りこ同期してターゲットの明暗境界の近傍のコント
ラストを検出する機構と、該検出されたコントラストを
比較してコントラスト最大となる光学系と光−電気変換
面との相対位置から合焦点を決定する機構と、から成る
焦点合わせ機構を有する非接触光学式変位測定装置によ
って達成される。

本発明にかかる焦点合わせ機構を存する非接触光学式変
位測定装置によれば、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極めて容
易かつ正確に実施される。

したがって、容易かつ迅速な測定準備が可能となり、結
果的に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。開示に先立
ち基本的な非接触光学式変位測定装置の原理について説
明する。

第２図は、基本的非接触光学式変位測定装置の構成を示
すブロック閲である。明暗比の大きい境界を有するター
ゲ７）１を、非接触光学式変位測定装置１０のレンズ１
１で捕捉し、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。このターゲツト像は、ソ
第１カッ−！１３において明暗比に対応する光電子像に
尤−・ｋ気変喚され、その一部がアパーチ＋Ｉ４をＩＩ
ＩＩ蜀−（−る。このアパーチャを通過した光電子は、
イメージディセクタ管内の光電子増倍部（フットマルチ
プライヤ）において１０’〜１０７倍程度まで光電子増
倍された後、アノード１４に到達する。アノード１５か
ら取り出される出力電流は、変位Ｖに応してアパーチャ
１４を１ｆｆｉ遇する電子像が変化することから生ずる
ターゲットｌの明暗比の変化に応じて変動する電流とな
る。この出力電流をプリア／プ１６によって所定レベル
に増幅した後、補償電流として偏向増幅器１７を介して
偏向コイル１８に印加する。ここで、偏向コイル１８に
よって、ターゲット１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１５に到達する光
電子量が一定になるように、すなわち光学像の明暗比が
不変となるように制御したとすると、偏向コイル１８の
電流は、ターゲットｌの変位量に比例する周波数及び振
幅となる筈である。かかる制御は、ターゲット１の変位
Ｖを偏向によってｉｌｉ　（Ｈしているごとに十〇当す
る。そこで、偏向増幅２ｇ１７の出力を変位測定用の増
幅器及び出力回路Ｉ９及び２０を介して端子２１から取
り出すことによりターゲット１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、二輪又は三輪測定装置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市
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。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２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１を介してのターゲツ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佑点合わセは、装置カメラ部に配
設されたビュワー又はファインダーによって９］われる
。二Ｇノ、上うな焦点合わセ操作（フォーカソング）は
、７１ｏｌ＋疋４！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撮影用カメラ
等りご比して高度の技能が要求される。本発明において
は、かかる熟練を要する作業を自動的に、いわゆるオー
トフォーカスによっであるいはセミオート又は一部手動
によって実施する機構を提供するものである。

第１図は、本発明にかかる非接触光学式変位測定装置の
構造例を示すもので、第２図と同し部材には同一参照符
号を付して表示している。ターゲットｌからレンズ系１
１を経てイメージディセクタ管１２に至る光線によりフ
ォトカソード１３上にターゲツト像が形成される。手動
でターゲットの焦点を合わせるには、光路におかれたビ
ュワー（図示されていない）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１４′うごと
は前述の通りである。そこで、本発明に為いては、イメ
ージディセクタ管１２を矢印Ｗのようにｌｌり後りＪさ
ヒるサーボ七−夕２３を設け、後述する検出（１′Ｘ可
に応して焦点合わ廿を実施するものである。さらに本装
置は、イメージディセクタ管１２の位置を検出する位置
センサ２４を有し、このセンサ出力をＡ　／　Ｄ変換器
２５でディジタル変換し１このち、中央処理装置２６に
加えられる。この中央処理装置２６の人力には、Ａ／Ｄ
変ＩＡ器２７を介してプリアンプ１６の出力も印加され
る。中央処理装置２６の出力は、Ｄ／Ａ変換器及び制御
回路２８を介してサーボモータ２３を駆動せしめる。

なお、中央処理装置２６には適当な形式及び容量のメモ
リ２９が付随し、情報の授受を行える襟に構成すると都
合がよい。

第３図は、本発明にかかる非接触光学式変位測定装置に
使用されるターゲットの例である。このようなり−ゲノ
トの縦軸方向をＯ〜２χとし、明暗境界をＸとし、さら
にその下側及び上側を仮想的にＸｌ、Ｘ、・・・　Ｘ、
、　Ｘ、に分けて考える。このターゲットを非接触光学
式変位測定装置のカメラ部で捕（足する場合、合焦の状
態にあるか否かを確認する原理は以下の通りである。

第４図は、ターゲットの明暗境界×とＩＪＬ直方同方向
、４６　ｌの変化を示すグラフである。同図ｔＲ＋は、
完全な合焦の状態を示すもので、明暗境界Ｘの位置にお
いて、暗レベル０から明レベルＩ０まで明瞭に、理想的
には垂直に、立ち上がっている。それに対して同図（ｂ
ｌは、ピントが前又は後に太き（ずれているため、明暗
境界Ｘのコントラストがｔだらかな傾斜を示している。

同図（Ｃ１は、図［ｂｌよりも小さいピントずれである
場合を示すもので、中間的な１頃斜を示している。この
ようなＸ又はその前１１ｔＸａ−Ｘ＋、・・・Ｘ、、　
Ｘ、におけるコントラスト変化を取り出して比較するこ
とにより、合焦の如何を判断することができる。

実際の焦点合わせ（フォーカシング）にあたっては、当
初光学系及びイメージディセクタ管１２の光−電気変換
面の相対的位置関係を合焦状態よりも前または後に大き
く変位させておく。第２図の光軸方向をＺ軸とし、−Ｚ
を前ピン、＋Ｚを後ピンとすると、いずれかの方向から
調整を開始する。次いＣ光学系及びイメージディセクタ
管１２の光　、に気変換…１の相対的位置関係を変えな
がら、その都度、ターゲツト像上のコントラストを測定
する。このコントラスト測定は、例えば第５図ｆａ＋の
ようにＩ、■、■のような適当な点の光量を測定４−る
ことにより実施することができる。なお、このコントラ
スト測定は、光学系及びイメージディセクタ管１２光−
電気変換面の相対的位置関係を変え、その位置毎に実施
すれば随実であるが、例えば、焦点を変化させるための
相対位置関係の変更速度に比して測定点１．ｎ、■等の
選定が極めて迅速に実施される場合には、連続的に相対
位置の変位を行いながら実施することができる。この場
合、光学系と光−電気変換面との相対位置関係に対応さ
せてそれぞれのコントラストを求めて記憶してお（こと
により、コントラスト最−大点から合焦点を決定するこ
とができる。この状態は、例えば第４図（ｂｌから図ｆ
ｃｌを経て図（ａｌに至り、さらに反対に変化してゆき
、その連続状態は第５図ｆｂｌのようなグラフとなる。

したがって、コントラスト最大点すなわら合焦点か火疋
される。この出力に応して直接または間接に光学系又は
イメージディセクタ管のいずれかを変位させることによ
りオートフォーカス動作を行うことができる。また、コ
ントラスト最大点に対応する位置関係を表示して、手動
またはセミオートで合繊動作を行うことも可能である。

さらに、第１図の中央処理装置２６における比較機能を
十分に利用し、集魚外れの状態から出発し、順次前回の
コントラストと比較してゆき、上昇から降下に転した点
で前回の測定位置を合焦点と判断し、直ちにオートフォ
ーカス動作を行うこともできる。

このように、光学系を澗節し又はイメージディセクタ管
を前後動じながらターゲツト像上のコントラスト測定を
するには、ある相対位置においてイメージディセクタ、
管の偏向回路を作動させ、明暗境界と垂直方向に偏向し
ながらその都度のコントラスト測定を実施することによ
り、容易に達成することができる。各位置でのコントラ
スト測定は純電気的に行われるため、極めて迅速な処理
がロＪ能である。

本発明は、非接触光学式変位測定装置カメラの埠点を自
動的に合致せしめるために必要な機能ををする非接触光
学式変位測定装置に関するものであるが、上述のような
ターゲツト像上のコントラスト変化をもって迅速かつ確
実に合焦をえることができ、非接触光学式変位測定装置
の使い松手が向上する。なお、実際の焦点合わせのため
の光学系の調節又はイメージディセクタ管の前後動等の
調節は、周知の制御機構が適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
ては困難とされた自動焦点機構を具備する非接触光学式
変位測定装置が得られ、測定４！備に要する時間及び労
力が節約され、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
定準備又は焦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。

本発明の適当な大施例に則し−（開ボされＣ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１図は、本発明にかかる非接触光学式変位・１す定装
置の構成を示すブロック図である。 第２図は、非接触光学式変位θり定装置の基本構成例を
示すブロック図である。 第３図は、ターゲットの例である。 第４図ｔａ＋ないし＋ｃ＋は、コントラスト変化を示す
グラフである。 第５図Ｆａｌは、ターゲットのコントラスト測定位置の
例である。 第５図ｔｂ＋は、コントラストの連ｙｔ変化を示すグラ
フである。 図中、主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（光学）系 １２：イメージディセクタ管 １３：フォトカソード １４ニアパーチヤ　　１５：　アノード２３、サーボモ
ータ　２４：　検出器 ２５：　Ａ　／　Ｄ変換器　２６：　中央処理装置２７
：　Ａ　／　Ｄ変換器

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
   装置において、 ターゲット像を一方にピントをずらした状態から他方に
   ピントをずらす方向に光学系と光−電気変換面との相対
   位置を変位させる機構と、前記変位過程に同期してター
   ゲットの明暗境界の近傍のコントラストを検出する機構
   と、該検出されたコントラストを比較してコントラスト
   最大となる光学系と光−電気変換面との相対位置から合
   焦点を決定する機構と、から成る焦点合わせ機構を有す
   ることを特徴とする非接触光学式変位測定装置。 ２）特許請求の範囲第１項に記載の非接触光学式変位測
   定装置において、 前記コントラストを検出する機構が、光−電気変換され
   た電子像に対する偏向装置であり、その都度の電気的出
   力信号の大小をもってコントラストを検出するもの。 ３）特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の非接触光
   学式変位測定装置において、 前記合焦点を決定する機構の出力を確認しながら前記光
   −電気変換面との相対位置を変位させる機構を制御する
   もの。 ４）特許請求の範囲第１項ないし第３項に記載の非接触
   光学式変位測定装置において、 前記合焦点を決定する機構の出力によって前記光−電気
   変換面との相対位置を自動的に変位させるもの。