JPS6365922B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば測距儀又は顕微鏡等におけ
る、空間周波数の最大振幅面を検出することによ
り対象物の距離を測定する距離測定装置に関する
ものである。

光学系で投写された像の焦点合わせをするため
の方法であつて、試験物体像を光電部に作用させ
るものは周知である。この方法は、特にラスター
形状の試験物体像の明暗視野を特にスリツト状の
遮光板を通して光電部に交互に迅速なシーケンス
（連続変化）で、到達させるようになつている。
この方法は、特別に準備された試験物体像しか焦
点合せができず、一方その実施には機械的に速く
動く部材を使用するということから多額の費用が
必要であるという欠点がある。

また光学系で投写された像の焦点合せをする為
の方法であつて、一方が焦点面の直前に他方が焦
点面の直後に置かれる２つのラスター状の試験物
体像の明―暗視野がスリツト遮光部材を通り交互
に光電部に速いシーケンスで到達するようにした
ものも知られている。この場合、光電部の出力側
に発生する梯形の電流パルスの傾斜度は焦点合わ
せの尺度として役立つ。従つて、光学系の焦点調
整は全ての傾斜度が同等になるまでなされる。こ
の方法を使用するには、同様に機械的な速く動く
部材が条件となり、またこの部材は合せようとす
る物体の位置になければならず、このようなこと
は往々にして実施不可能である。

また、オートコリメーシヨンによつて結像光学
系の調整を検査する方法であつて、結像鮮明度が
最良の値に対物レンズを調整することを、オート
コリメーシヨン望遠鏡の前又はオートコリメーシ
ヨンの位置に配置した光電管によつて行ない、光
電管の受光面に検査しようとする対物レンズを介
して光源からの光線を次のような強さで、即ち２
つの試験物体像が正確に一致した場合に光電管に
対物レンズの調整の為の判断基準として利用し得
る最大又は最小の光電電流が発生するような強さ
で、投射するようにする方法も知られている。こ
の装置も、また前もつて準備され且つ据付けられ
た試験物体にのみ使用できるものであり、このこ
とは離れた所にある任意の目標までの距離測定に
は不利である。

また、光学系の焦点合わせのための装置であつ
て、光学系を通る光束を或る手段によつて次のよ
うに２分し、即ちその２分される光線の分離面が
光軸を含むように２分し、そして光軸に沿つて系
に対し移動可能なフーコーのナイフエツジを配置
し、これによつてナイフエツジが両分された光線
の明るさに同じ割合で作用する位置を探すことが
でき、このことを光電式に定め得るようにした装
置も知られている。任意の物体構造の像相関をと
る場合には、この方法は輝度分布が不均一である
ためほとんど用途が見出せない。

本発明の課題は、従来周知のものの欠点を除去
し、従つて多方面に使用可能な距離測定装置を提
供することにある。

この課題は、本発明に従つて、距離測定装置が
対象物を結像するための可動なる対物レンズと、
この対物レンズの後方にてその結像面の近くに配
置され、対象物の空間周波数に適合した構造を有
し、かつ対象物像を相関部分像に分割する作用を
有し又はこの分割する作用を行う手段を付設した
相関格子と、この格子の後方に配置され上記相関
部分像のそれぞれ１つのみの光線を受容する少く
とも２個の光電受信器と、光電受信器の出力信号
に応答して対象物像の空間周波数の最大振幅面と
相関格子の面とが合致するように対物レンズの位
置を調整する手段とを有することにより解決す
る。その場合、光電式受信器が対物レンズの直径
方向の互に反対部分を通過した光線部分によつて
のみ励起され得るように空間的に配置されること
ができる。場合によつては、相関格子の後に配置
せる光電式受信器の各々に、それぞれ１つの集光
用光学系並に射出絞りを配属することも可能であ
る。

更に本発明では、光電式受信器系の出力信号
が、選択された空間周波数に対し使用された物理
的又は幾何学的光線分割法に基づいてプツシユプ
ル的であるようにしている。

本装置は、対物レンズと相関格子との間に２重
像形成器として像を分離する偏光素子を、そして
格子と光電式受信器との間に偏光分割器を配置す
ることもできる。

他の実施形態によれば、対物レンズと相関格子
との間に２重像形成器として分散プリズムが、そ
して格子と光電式受信器との間に色に従つて光線
分割が行われる分割器が配置される。

相関格子は、１つのプリズム列から次の列に変
る毎に反対向きに配列した鋸歯状のプリズム列か
ら構成することもできる。

更に他の実施形態においては、相関格子の後に
配置された受信器の各々に、それぞれ１つの集光
用光学系並びに方向遮蔽部材を附属せしめ、そし
て光電式受信器は、対物レンズの直径方向の互に
反対の部分を通過した光線によつてのみ励起され
るように、空間的に配置される。

本発明による装置は、対物レンズと相関格子と
の間の相対位置の変化を所望の向に生ぜしめる手
段を光電式受信器の後に接続して構成することも
できる。

有利には、相関格子を、担体上にもしくは該担
体中に設けた横断面が三角形で縦の稜が互いに平
行な凹線又はプリズムによつて形成することがで
きる。

異なつた座標方向で測定するには、底面の稜が
互いに平行でかつ隣接する多数の角錐体で相関格
子を形成することができる。この場合、角錐体側
部によつて定まる格子方向にそれぞれ光電式受信
器を附設するのが有利である。

この際光電式受信器系の出力は、焦点のあつた
像を結ぶ結像面（対物レンズに平行光線として入
射される場合は対物レンズの焦点を通る焦点面）
と格子との相対位置に応じて変化する。その理由
は、普通の物体の像が格子（空間波フイルター）
上に結像される際、該格子上に、明るさが種々異
なる如く分布している物体像が結像されるが、こ
のような明るさの分布は、対物レンズの結像面と
格子との相対的な位置によつて異るからである。

一定の明るさの分布をもつ像には、夫々定まつ
た空間周波スペクトルが付随しており、焦点が合
つていない場合、即し空間波フイルター面と対物
レンズの結像面とが合致していない場合には、像
は鮮明でないので空間周波フイルター面上では低
周波の空間波成分が強く、高周波の空間波成分は
抑圧された状態にあり、対物レンズの結像面が空
間波フイルター面に近づくに従つてすなわち空間
波フイルター上の像のピントが合うにしたがつて
像の短い間隔の線の部分が明確になるので、該像
に付随している高周波成分が強くなり、低周波成
分が抑圧されるようになる。

さて像を受ける面に配置されている空間波フイ
ルターは、それらの格子常数に対応する空間波成
分を対象物の像の空間波からろ過する作用を持つ
ているから、像の空間波のうち特定の空間波成分
の強さが検出でき、その際格子常数に対応する空
間波成分の強さは、焦点合致の程度に依存して変
化する。即ち、上記の如くろ過された空間波成分
は、焦点合致の際に最大の強さを有するものとな
る。従つてまた、光電式受信器からの出力もそれ
に応じて最大となる。したがつて対象物と空間周
波数フイルターとの間の相対運動に関係なく所定
空間周波数成分の強さを検出することにより焦点
が合つたことを検出できる。

光電受信器系の２つの受信器は、これらが互に
180゜だけ位相がずれている光流によつて刺激され
る時に、プツシユプル的な出力を発生する。この
様なプツシユプル的な出力は、入射する光流に焦
点合致に関係のない強い定常光線が混合している
ため、焦点合致を判定するために抽出された空間
波の相対的な強度の変化を認め難い場合のために
用意されるものであり、この様な定常光線成分
は、位相が例えば180゜だけずれている２つの信号
の差を採用することで消去され、抽出された空間
波の振動する成分のみが零又は２倍になつて抽出
される。

対物レンズを動かすことにより空間周波数フイ
ルター上の像の合焦状態が変り、焦点が次第に合
うときには像の空間周波数フイルターで波され
る空間周波数成分の強度が強くなり、最大強度に
なると、対物レンズを停止してそのときの対物レ
ンズの位置により距離を算出する。

焦点があつていない状態においては空間周波数
フイルターの前に合焦位置があるか空間周波数フ
イルターの後に合焦位置があるかは出力信号の位
相の位置により検知することができる。

各座標には、２つの光電式受信器の代りに唯一
の光電式受信器を設け、これを交互に両光線成分
に所属させることができる。

以下本発明を添附図面の実施例について説明す
る。

第１図において、符号１は測定すべき物体（図
示せず）から到来する光束を示しており、その光
学特性にて物体までの距離を決定しようとするも
のである。物体は、一般に使用される光源、例え
ば日光又は人工光線によつて照射される。対物レ
ンズ２は格子３の平面に物体の像を結ぶ。この場
合、対物レンズ２に属するウオラストン・プリズ
ム４は複屈折により２つの物体像をつくるが、こ
の２つの物体像は格子３の平面において格子定数
の半分だけ格子線と垂直に互いにずれている。各
像の光線は、フイルタリングされて格子３を通り
偏光分割器５を経て各々１つの光電式受信器６，
７へ送られ、その各受信器の出力信号はプツシユ
ブル増幅器８に送り込まれる。増幅器８の出力端
子には受信器６，７の差信号の最大を表示する為
の測定計器９が接続されている。

物体像は空間的に不均一な輝度分布をしている
ので、格子３が空間周波数フイルタとして働きそ
の格子定数に相応する周波数成分を像分布から濾
波しないと受信器６，７が色々の光量を受光する
ことになる。本発明は、物体の測定しようとする
像成分が格子３の平面へ鮮明に結像されるときに
は、前記格子定数に相応する周波数成分の強度が
最大となるということに基づくものである。よつ
て、調整器１０により対物レンズ２の位置を調整
し、測定計器９を参照して周波数成分の強度が最
大となる位置を見出せば、このとき結像鮮明度が
最適に調整される。従つて距離は、例えば調整器
１０に付設した目盛で読み取ることが出来る。

物体構造を格子３の構造に重ね合せることによ
り、格子の空間周波数に相応する像構造成分がフ
イルタリングされる。この場合付加的な低周波像
成分は阻害的一様光線成分（Gleich lichtanteil）
として透過される。格子定数の半分だけずれた像
に関しても同じことが言えるが、異なる点は、格
子定数に相応する周波数が最初に述べた空間信号
に対し180゜だけ位相がずれることだけである。従
つて、両像成分から得られた電気的信号の差を逐
次とることにより、自動的に同位相の定常光線成
分（Gleichlichtanteile）（光電受信器に交番信号
でなく一様な信号を生ずる光成分）の除去と、濾
波された空間周波数の逆位相信号成分の加算がで
きる。

勿論、２重像成分の偏光による分離は、構成要
素４もしくは５の替りに色分散プリズム及び２色
スプリツタを用いて行う色による分離に替えるこ
ともできる。

第２図に図式的に示した実施例において、符号
１〜３及び６〜１０を付した構成要素は、第１図
のものと同じ機能を有する。

しかしながら、上述の装置とは逆に、光束１の
対物レンズ２の直径方向の互に反対側の部分１
１，１２を通過した光線成分は、それぞれ別個の
受信器６，７に到達する。これは、相関格子３の
後に配置された光電式受信器６，７の各々に１つ
の集光用光学系１３，１４並びに１つの射出絞り
１５，１６を配属し、そして構成要素６，７，１
３〜１６が対物レンズ２の主軸に対し或る適当な
る空間的配列をとるようにすることによつて達成
される。光束１の光軸に近い部分の成分は、遮光
板１７によつて測定装置から遠ざけられ、そして
例えば写真像を解析するのに利用できる。像及び
格子平面の位置が同じ場合には、受信器６，７が
受ける光量は同じであるので、計器９は差信号ゼ
ロを表示する。これに対し、両光量の交点が格子
面からずれている場合には、両受信器６，７は異
なつた光量を受ける。これは、像の中で互に相対
位置が固定されており、即ち互に固着しているが
共に時間的に偶発的（不作為）に移動可能な全て
の像点に当嵌る。

第３図は新規な装置の他の実施例を示す。符号
１，２，６〜１０は第１図の構成要素と同様の機
能を有するものに付してある。しかしながら、相
関格子２１はプリズム列が次の列へ変る毎に反対
向きに配列される鋸歯状のプリズム列２２（第３
ａ図参照）から構成されている。

従つて、格子定数の半分だけ互いにずれた物体
像間のエネルギスプリツトは、偏光光学系で生じ
るのではなく、反対向きに配列されたプリズムの
相異なる光線偏倚作用によつて生ずる。物体像の
空間周波数に関して発生されるプツシユプル信号
は、第１図の装置のものと等価である。

第４図は第３図の変形例を示したものである。
この場合も、同じ符号は同じ構成要素を指す。し
かしながら、格子２４はここでは溝断面が三角形
の溝線２５を有する溝ラスターで形成されている
（第４ａ図参照）。格子の溝線の側面は交互に違つ
た傾きをもつていることから、格子定数の半分だ
け互いにずれた物体像間のエネルギーの分離は、
隣接する側面の光屈折が違うことによつて生ず
る。ここでは第３図と反対に、分離は溝線方向に
対し横に生ずる。図示の射出絞り１５′，１６′
は、対物レンズ１３′，１４′と関連して、ここで
は光電式受信器６，７の受光方向を一義的に定め
る役目をする。

最後に第５図は、２つの座標方向で測定し得る
新規な装置を示したものである。図示の如く、物
体から到来する光束１に於て、対物レンズ２の次
に担体２６上に複数個の同種の角錐体２７を有す
るラスターが配置されている。この場合角錐体２
７は、その底面の端が互いに平行に隣接するよう
に配置されている（第５ａ図参照）。角錐体表面
の法線によつて、格子の平面には２対の方向が定
まり、その方向には計４つの光電式受信器２８〜
３１が関連している。従つて、この格子によつて
格子平面では互いに平行でない２つの光路を測定
し得る。このことは、例えば格子塀のような１つ
の座標方向で周期的に構造が変化する像構造を入
射するときに特に有利である。更には、周知の仕
方で光の一様成分を受光測定信号から除去するこ
とができるこの格子装置を用いて各座標方向に関
し、プツシユプル信号対を得ることができる。

上述したように、全ての実施例は通過光に則し
て示している。即ち記載した諸装置の場合では、
格子は透明に形成され、光電式受信器は光線方向
に見て格子の背後に置かれている。言うまでもな
く、全ての例に関し、反射格子の機能を果すよう
な適当する格子を構成し、光電式受信器を格子の
前に配置することができる。

上述した新規な装置の利点の１つは、信号を形
成するのに、迅速な移動をなしそれ故故障し易い
ような部品を必要としないことである。しかも他
のものと比較し、本装置は少ない費用で実現でき
る。本装置は写真機、複写機、顕微鏡、距離計等
に有利に使用できる。

最後に、それぞれに示した個々の格子の代り
に、若干の装置においては、２つ又はそれ以上の
格子を設けることもできることを述べておく。例
えば、第５図に示した角錐ラスターは、互いに
90゜に交叉しており且つ光軸の方向に２段に重ね
られた第４ａ図に示した格子で置き換えることが
可能である。この場合、個々の格子の定数は相異
なるものを選定することができる。また、２つの
格子を、光軸の方向に重ねるけれども格子に所属
する座標方向は合致するように、相対配置するこ
とも可能である。この場合両格子はその分割周期
が相違する。２つの格子の使用法に関する他の変
形としては、分割周期が同一の２つの格子を同じ
座標方向に向け、しかも両格子のスプリツト角度
は互いに異なるようにすることもできる。

本発明の好ましい実施の態様を列挙すれば次の
通りである。

(1) 空間周波数の最大振幅面を検出することによ
り対象物の距離を測定する距離測定装置に於
て、投映対物レンズ２の後に相関器及び空間周
波数フイルタとして少なくとも１つの格子３，
２１，２２，２５，２６，２７を配置し、これ
を前記対物レンズの結像平面近くに置き、そし
てこの格子の後に特に２つの光電式受信器６，
７，２８―３１を配置し、その出力信号が適用
された物理的又は幾何学的光線分割法に基づい
て選択された空間周波数に対しプツシユプル的
になるようにすることを特徴とする上記装置。

(2) 対物レンズ２と相関格子３との間に２重像形
成器として像を偏光分離する素子４を、また格
子と光電式受信器との間に偏光分割器５を配置
して成る第１項に記載の装置。

(3) レンズ２と相関格子３との間に２重像形成器
として分散プリズムを、そして格子と光電式受
信器との間に色に従つて光線分割が行なわれる
分割器を配置して成る第１項に記載の装置。

(4) 相関格子は列が変る毎に反対向きに配列され
た鋸歯状のプリズム列を有して成る第１項に記
載の装置。

(5) 相関格子を、担体２４上にもしくは該担体中
に設けた溝断面が三角形で縦の稜が互いに平行
な溝線２５又はプリズムによつて形成して成る
第１項に記載の装置。

(6) 相関格子を複数個の同種の角錐体２７で形成
し、その場合角錐体の底面の稜は互いに平行と
なり且つ隣接するように配置し、そして角錐体
側部によつて定まる格子方向に特にそれぞれ１
つの光電式受信器２８―３１を所属させて成る
第１項に記載の装置。

(7) 相関格子の後に配置された光電式受信器６，
７の各々にそれぞれ１つの集光用光学系１３，
１４並びに光路絞り部材１５，１６を所属さ
せ、そして光電式受信器は対物レンズ２の直径
方向の部分を通過した光線１１，１２のみによ
つて励起されるように空間的に配置して成る第
１項に記載の装置。

(8) 光電式受信器６，７の後に、対物レンズ２と
相関格子３との間の相対位置の変化を所望の向
に生ぜしめる手段８，１０を接続して成る第１
項に記載の装置。

【図面の簡単な説明】

第１図は偏光分割法を用いる新規な装置を示す
図面、第２図は光電式受信器を整列させた装置を
示す図面、第３図は相関器として特殊な格子を有
する装置を示す図、第３ａ図は第３図の格子の形
成法を示す図面、第４図はプリズム格子を有する
装置を示す図面、第４ａ図に第４図の格子の形成
法を示す図面、第５図は２つの座標軸方向で測定
する為の装置を示す図面、そして第５ａ図は第５
図の格子の形成法を示す図面である。 １…光束、２…対物レンズ、３…相関格子、４
…ウオラストン・プリズム、５…偏光分割器、
６，７…光電式受信器、８…プツシユプル増幅
器、９…計器、１０…調整器、１３，１４…集光
用光学系、１５，１６…射出絞り、１７…遮光
板、２１，２４…相関格子、２２…錆歯状のプリ
ズム列、２５…溝、２７…角錐体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 対象物を結像するための可動なる対物レンズ
   ２と、この対物レンズの後方にてその結像面の近
   くに配置され、対象物の空間周波数に適合した構
   造を有し、かつ対象物像を相関部分像に分割する
   作用を有し又はこの分割する作用を行う手段４，
   ５；１３〜１６を付設した相関格子３；２１；２
   ４；２６と、この格子の後方に配置され上記相関
   部分像のそれぞれ１つのみの光線を受容する少く
   とも２個の光電受信器６，７；２８〜３１と、光
   電受信器の出力信号に応答して対象物像の空間周
   波数の最大振幅面と相関格子の面とが合致するよ
   うに対物レンズの位置を調整する手段９，１０と
   を有することを特徴とする、空間周波数の最大振
   幅面を検出することにより対象物の距離を測定す
   る距離測定装置。