JP2010164354A - Autocollimator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、オートコリメータに関する。 The present invention relates to an autocollimator.
オートコリメータは、被測定物に平行光を照射し、被測定物で反射した光線に基づいて該被測定物の微小な傾き等を調べるための装置であり、例えば、プリズム、ミラー、レンズ等の光学部品の取り付け角度の調整や機械加工部品の平面度、真直度等の検査などに用いられる。 The autocollimator is a device for irradiating the object to be measured with parallel light and examining the minute inclination of the object to be measured based on the light beam reflected by the object to be measured. For example, a prism, mirror, lens, etc. It is used for adjusting the mounting angle of optical parts and inspecting the flatness and straightness of machined parts.
図4に従来のオートコリメータ40の概略構成を示す。対物レンズ44の主軸A’上にビームスプリッタ43、第1スリット板42、及び光源41が配置され、該主軸A’と直交し且つビームスプリッタ43を通る軸上に第2スリット板45と検出器46が配置されている。
FIG. 4 shows a schematic configuration of a
光源41から出射され、第1スリット板42のスリット孔42aを通過した光(これを「照射光」と呼ぶ)は、ビームスプリッタ43で分岐され、分岐された光の一方(ビームスプリッタ43を通過した光)が対物レンズ44に入射する。対物レンズ44に入射した光は平行光束となって被測定物50に照射され、該被測定物50の表面で反射された光(これを「戻り光」と呼ぶ)は、対物レンズ44に入射して集光される。対物レンズ44によって集光された戻り光はビームスプリッタ43で二方向に分岐され、このとき分岐された光の一方(ビームスプリッタ43で反射された光)が第2スリット板45上に照射される。
Light emitted from the light source 41 and passed through the
これにより、第2スリット板45上には、前記の第1スリット孔42aの像(以下、「スリット像」と呼ぶ)が投影されることとなるが、このスリット像の結像位置は前記対物レンズの主軸A’と被測定物50とが成す角度に応じて変化する。例えば、図4の装置において、被測定物50が対物レンズ44の主軸A’に対して垂直に配置されている場合には、被測定物50の表面で反射した光(戻り光)は、前記照射光と同一経路を逆に辿って対物レンズ44に戻る。このとき、前記スリット像の結像位置は第2スリット孔45aの位置と一致する。一方、被測定物50が対物レンズ44の主軸A’に対して傾いている場合、被測定物50からの戻り光は、前記照射光と異なる経路で対物レンズ44に戻ることとなり、前記スリット像は第2スリット孔45aから外れた位置に投影される。
As a result, an image of the
即ち、被測定物50の角度が対物レンズ44の主軸A’に対して垂直に近いほど検出器46での検出光量が大きくなり、被測定物50の傾きが大きくなるほど検出器46での検出光量が小さくなる。このため、例えば、ユーザが検出器46における検出光量を確認しながら被測定物50の角度を調整することにより、被測定物50を所望の角度(ここでは主軸A’に対して垂直)となるように位置決めすることができる。
That is, the light amount detected by the
上記のように、従来のオートコリメータでは、光源41と対物レンズの間の光路上にビームスプリッタ43を設けることにより、被測定物50からの戻り光を検出器46の方向に導いている。しかしながら、前記の照射光及び戻り光は、ビームスプリッタ43を通過又は反射する際に減衰されるため、被測定物の反射率が低い場合などには、前記スリット像が暗くなり、上述のような被測定物の傾きの評価や位置決めが困難になる場合があった。
As described above, in the conventional autocollimator, the
本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、照射光や戻り光の減衰を抑え、反射率の低い被測定物であっても正確に測定や位置決めを行うことのできるオートコリメータを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and its object is to suppress the attenuation of irradiation light and return light, and to accurately measure and position even a low-reflectance object to be measured. An object of the present invention is to provide an autocollimator capable of performing the above.
上記課題を解決するために成された本発明に係るオートコリメータは、被測定物に照射光を照射し、該被測定物から反射してきた戻り光に基づいて被測定物の傾きを測定するためのオートコリメータであって、
a)光源と、
b)前記光源から発する光の一部を通過させて前記照射光とする照射光形成手段と、
c)前記照射光を平行光に変換すると共に、前記戻り光を収束光に変換する対物レンズと、
を有し、被測定物が前記対物レンズと所定の角度で対向している場合に、前記照射光の光軸及び前記戻り光の光軸が前記対物レンズの中心からずれた互いに異なる位置を通るように前記光源及び照射光形成手段が配置されていることを特徴としている。
An autocollimator according to the present invention, which has been made to solve the above-described problems, irradiates an object to be measured with irradiation light and measures the inclination of the object to be measured based on return light reflected from the object to be measured. Autocollimator
a) a light source;
b) Irradiation light forming means that passes a part of the light emitted from the light source to be the irradiation light;
c) an objective lens that converts the irradiation light into parallel light and converts the return light into convergent light;
When the object to be measured is opposed to the objective lens at a predetermined angle, the optical axis of the irradiation light and the optical axis of the return light pass through different positions shifted from the center of the objective lens. As described above, the light source and the irradiation light forming means are arranged.
上記構成において、被測定物が対物レンズと所定の角度で対向するように配置されている場合(以下、これを「基準状態」と呼ぶ)、前記対物レンズを通過した照射光は、該レンズの主軸に対して傾斜して進行し、被測定物の表面でV字状に折り返すようにして反射する。この反射光(即ち、戻り光)は、前記照射光とは異なる経路を通って再び対物レンズに入射し、該対物レンズによって収束される。このように、本発明に係るオートコリメータによれば、光路上にビームスプリッタを設けることなく照射光と戻り光の光路を分離することが可能となる。なお、被測定物を前記の基準状態から傾けると、その傾きに応じて前記戻り光の経路が変化する。このため、戻り光の光路上に所定の受光手段を設けて該受光手段上における戻り光の照射位置を確認することによって、前記基準状態からの被測定物の傾き具合等を評価することができる。 In the above configuration, when the object to be measured is disposed so as to face the objective lens at a predetermined angle (hereinafter referred to as “reference state”), the irradiation light that has passed through the objective lens The light travels while being inclined with respect to the main axis, and is reflected so as to be folded in a V shape on the surface of the object to be measured. This reflected light (that is, return light) enters the objective lens again through a path different from that of the irradiation light, and is converged by the objective lens. Thus, according to the autocollimator according to the present invention, it is possible to separate the optical paths of the irradiation light and the return light without providing a beam splitter on the optical path. Note that when the object to be measured is tilted from the reference state, the path of the return light changes according to the tilt. For this reason, by providing a predetermined light receiving means on the optical path of the return light and confirming the irradiation position of the return light on the light receiving means, it is possible to evaluate the degree of inclination of the measured object from the reference state. .
上記本発明に係るオートコリメータは、前記照射光形成手段が所定形状の開口を有する第1の遮光板であって、
更に、
d)前記対物レンズで収束された戻り光を通過させる開口を有する第2の遮光板と、
e)前記第2の遮光板を通過した光を検出する検出器と、
を備えるものとすることが望ましい。
The autocollimator according to the present invention is a first light shielding plate in which the irradiation light forming means has an opening of a predetermined shape,
Furthermore,
d) a second light shielding plate having an aperture through which the return light converged by the objective lens passes;
e) a detector for detecting light that has passed through the second light shielding plate;
It is desirable to provide.
このような構成によれば、前記対物レンズを通過した戻り光が前記第2の遮光板上に照射されることにより、該遮光板上に前記第1の遮光板の開口の像が投影される。この開口像の結像位置は、前記被測定物の傾きに応じて変化し、これに伴って前記第2の遮光板の開口を通過する戻り光の光量も変化するため、該検出器からの検出信号に基づいて前記被測定物の傾き等を評価することができる。 According to such a configuration, the return light that has passed through the objective lens is irradiated onto the second light shielding plate, so that an image of the opening of the first light shielding plate is projected onto the light shielding plate. . The image formation position of the aperture image changes according to the inclination of the object to be measured, and accordingly, the amount of return light passing through the opening of the second light shielding plate also changes. The inclination of the object to be measured can be evaluated based on the detection signal.
また、上記本発明に係るオートコリメータは、前記照射光形成手段が所定形状のマスク部を有する透明板であって、
更に、
d)所定の目印を有するスクリーン、
を備え、前記対物レンズで収束された戻り光を前記スクリーン上に入射させることにより、前記マスク部の投影パターンを前記目印上又はその近傍に投影させるものとしてもよい。
Moreover, the autocollimator according to the present invention is a transparent plate in which the irradiation light forming means has a mask portion having a predetermined shape,
Furthermore,
d) a screen having a predetermined mark,
The projection pattern of the mask portion may be projected onto or near the mark by causing the return light converged by the objective lens to be incident on the screen.
このような構成によれば、前記スクリーン上における前記マスク部の投影パターンと前記目印との位置関係に基づいて被測定物の傾き等を評価することができる。 According to such a configuration, it is possible to evaluate the inclination of the object to be measured based on the positional relationship between the projection pattern of the mask portion on the screen and the mark.
以上で説明したように、上記構成から成る本発明のオートコリメータによれば、従来のようにビームスプリッタによって光路を分岐させる必要がないため、照射光及び戻り光の減衰を抑えることができる。従って、被測定物の反射率が低い場合でも正確な測定又は位置決めを行うことが可能となる。また、本発明に係るオートコリメータは、比較的高価な光学部品であるビームスプリッタを使用しないため、従来よりも安価に製造することができる。 As described above, according to the autocollimator of the present invention having the above-described configuration, it is not necessary to branch the optical path by a beam splitter as in the prior art, so that attenuation of irradiation light and return light can be suppressed. Accordingly, accurate measurement or positioning can be performed even when the reflectance of the object to be measured is low. Further, the autocollimator according to the present invention does not use a beam splitter, which is a relatively expensive optical component, and therefore can be manufactured at a lower cost than in the past.
以下、本発明に係るオートコリメータの一実施例(実施例1)について図面を参照しつつ説明する。図1は本実施例に係るオートコリメータの概略構成図である。なお、以下では図中のX軸を左右軸、Y軸を上下軸、Z軸を前後軸とし、図中の左側を前方として説明を行う。 Hereinafter, an embodiment (Example 1) of an autocollimator according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an autocollimator according to the present embodiment. In the following description, the X axis in the figure is the left and right axis, the Y axis is the vertical axis, the Z axis is the front and rear axis, and the left side in the figure is the front.
本実施例に係るオートコリメータ10は、いわゆる光電式のオートコリメータであり、光源11、第1スリット板12、対物レンズ13、第2スリット板14、及び検出器15を備えている。光源11としては、例えばタングステンランプや半導体レーザ等を利用することができる。第1スリット板12及び第2スリット板14は、略同一形状のスリット孔(第1スリット孔12a、及び第2スリット孔14a)を備えた遮光板であり、それぞれ光源11及び検出器15の前方に配置されている。なお、図1では、第1スリット板12及び第2スリット板14を一体に構成しているが、これらは別体として構成してもよい。検出器15は、前記第2スリット孔14aを通過した光を検出するものであり、例えば、光電子増倍管で構成される。この検出器15の出力信号は所定の処理手段(図示略)によって処理され、その結果が所定の表示手段(図示略)によってユーザに提示される。なお、ここでは図示を省略しているが、光源11と検出器15の間には、光源11からの光が直接検出器15に入射しないように所定の遮光部材が配置される。
The
本実施例のオートコリメータでは、第1スリット板12が上記本発明における第1の遮光板(即ち、照射光形成手段)に、第2スリット板14が上記本発明における第2の遮光板に相当する。これらのスリット板12、14は、その前面(即ち対物レンズ13と対向する面)が対物レンズ13の焦点面(即ち、該対物レンズ13の主軸Aに垂直であり、該対物レンズ13の焦点Bを通る平面)内に位置し、且つ第1スリット孔12aと第2スリット孔14aの位置が対物レンズ13の焦点Bを中心として点対称になるように配置されている。
In the autocollimator of this embodiment, the
なお、図1では第1スリット孔12aと第2スリット孔14aをY軸に沿って一列に(即ち各スリット孔12a、14aの長手方向の軸が一致するように)配置しているが、図2に示すように、これらのスリット孔12a、14aをX軸に沿って一列に(即ち各スリット孔12a、14aの長手方向の軸が平行になるように)配置してもよい。
In FIG. 1, the first slit holes 12a and the second slit holes 14a are arranged in a line along the Y axis (that is, the longitudinal axes of the slit holes 12a and 14a are aligned). As shown in FIG. 2, these
本実施例において、光源11及び第1スリット板12は、該光源11から出射され第1スリット孔12aを通過した光(以下、これを「照射光」と呼ぶ)の光軸が対物レンズ13の主軸Aに対して傾斜し、該光軸が対物レンズ13の中心から外れた位置を通過するように配置されている。また、第2スリット板14及び検出器15は、被測定物20の法線が対物レンズ13の主軸Aと一致した状態(この状態を「基準状態」と呼ぶ)において、被測定物20で反射してきた光(以下、これを「戻り光」と呼ぶ)の光軸が第2スリット孔14及び検出器15を通るように配置されている。
In the present embodiment, the
次に、本実施例に係るオートコリメータの動作を説明する。以下の説明では、本実施例に係るオートコリメータ10を用いて、対物レンズ13から所定の距離離れた位置に配置された被測定物20の左右方向の傾き(即ち、Y軸周りの回転)の大きさを評価するものとする。
Next, the operation of the autocollimator according to the present embodiment will be described. In the following description, using the
まず、光源11を点灯すると、光源11から発生した光が第1スリット板12のスリット孔12aを通過し、所定の角度をもって対物レンズ13に入射する。このとき、対物レンズ13に入った照射光は、該対物レンズ13の中心よりもやや上方を通過し、平行光束に変換されて被測定物20に照射される。
First, when the
対物レンズ13から出射された前記平行光束は、被測定物20対して斜め上方から入射して、斜め下方へ反射される(即ち、照射光の光路と戻り光の光路とが被測定物20表面を折り返し点としたV字型をなす)。従って、被測定物20で反射された光(戻り光)は、前記照射光とは異なる経路を通って再び対物レンズ13に戻ることとなる。このとき、対物レンズ13に入った戻り光は、該対物レンズ13の中心よりもやや下方を通過し、収束光に変換されて第2スリット板14上に照射される。上述の照射光は第1スリット板12によってスリット状に制限されているため、これにより、第2スリット板14上には第1スリット孔12aのスリット像が投影されることとなる。
The parallel light beam emitted from the
ここで、被測定物20と対物レンズ13とが上述の基準状態にあった場合、前記スリット像の結像位置は第2スリット孔14aの位置と一致する。従って、第2スリット板14は、第1スリット孔12aの投影像をそのまま後方に通過させることになり、これが検出器15に入射する。
Here, when the
一方、被測定物20の法線が対物レンズ13の主軸Aから左右にずれていた場合(即ち、被測定物20が基準状態からY軸周りに回転した状態にある場合)、第2スリット板14上に投影される前記スリット像は、第2スリット孔14aの位置から左右にずれることとなる。前記法線と主軸Aとのずれが大きくなるほど検出器15に入射する光束は少なくなるため、検出器15からの検出信号に基づいて、被測定物20の傾き具合を評価することができる。
On the other hand, when the normal line of the object to be measured 20 is shifted left and right from the main axis A of the objective lens 13 (that is, when the object to be measured 20 is rotated around the Y axis from the reference state), the second slit plate. The slit image projected onto 14 is shifted to the left and right from the position of the
以上に説明したとおり、本実施例に係るオートコリメータでは、照射光の光路と戻り光の光路が分離されているため、従来のようにビームスプリッタによって光路を分岐させる必要がない。このため、ビームスプリッタによる照射光や戻り光の減衰がなく、被測定物の反射率が低い場合であっても確実に該被測定物の傾きを評価することができる。 As described above, in the autocollimator according to the present embodiment, since the optical path of the irradiation light and the optical path of the return light are separated, it is not necessary to branch the optical path by a beam splitter as in the prior art. For this reason, there is no attenuation of the irradiation light and return light by a beam splitter, and even if the reflectance of a to-be-measured object is low, the inclination of the to-be-measured object can be evaluated reliably.
続いて、本発明の他の実施例(実施例2)に係るオートコリメータについて説明する。図3は、本実施例に係るオートコリメータの光源11周辺の構成を示す拡大図である。なお、他の部分の構成については図1に示したものと同様であるため、説明を省略する。
Subsequently, an autocollimator according to another embodiment (embodiment 2) of the present invention will be described. FIG. 3 is an enlarged view showing a configuration around the
本実施例に係るオートコリメータは、ユーザの目視によって被測定物20の傾きを評価する、いわゆる目視式のオートコリメータであり、実施例1における第1スリット板12、第2スリット板14、及び検出器15に代わって、第1透明板16、第2透明板17、及び接眼レンズ18を備えている。
The autocollimator according to the present embodiment is a so-called visual autocollimator that evaluates the inclination of the object to be measured 20 by the user's visual observation, and includes the
第1透明板16及び第2透明板17はいずれも透明なガラス板から成り、第1透明板16には十字線16aが、第2透明板17には目盛り線17aが設けられている。本実施例では、第1透明板16が上記本発明における透明板(照射光形成手段)に相当し、第2透明板17が上記本発明におけるスクリーンに相当する。なお、これらの透明板16、17は、その前面(即ち対物レンズ13と対向する面)が対物レンズ13の焦点面内に位置し、且つ十字線16aの交点と目盛り線17aの中心が対物レンズ13の焦点Bを中心として上下(又は左右)に対称な位置に来るように形成されている。なお、図3では第1透明板16及び第2透明板を一体に形成した例を示しているが、これらは別体に構成されたものであってもよい。
Both the first
本実施例では、光源11が発した光は第1透明板16を通過し、上記の実施例1と同様に対物レンズ13によって平行光束に変換されて被測定物20に照射される。被測定物20から反射してきた戻り光は、上記実施例1と同様に対物レンズ13で集光され、第2透明板17上に結像する。
In the present embodiment, the light emitted from the
これにより、第2透明板17上には第1透明板16の十字線16aの像が投影されることとなる。この十字線像は、被測定物20が上述の基準状態にあるときには第2透明板17の目盛り線17aの中心と重なり、被測定物20が左右に傾いている場合には、その傾きの度合いに応じて目盛り線17aの中心からずれた位置に投影される。従って、ユーザが接眼レンズ18を介して第2透明板17上の十字線像及び目盛り線17aを確認することにより、被測定物20の傾き具合を知ることができる。
As a result, an image of the
以上、本発明に係るオートコリメータについて実施例を用いて説明を行ったが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で適宜変更が許容されるものである。例えば、上記実施例では、戻り光のずれ量を確認するための機構として第2スリット板14及び検出器15、又は第2透明板17及び接眼レンズ18を備えたものとしたが、これらに代わり、CCD等を利用した一次元又は二次元のイメージセンサを設け、該イメージセンサによって前記戻り光を受光することにより前記のスリット像や十字線像の結像位置を検出する構成としてもよい。
The autocollimator according to the present invention has been described with reference to the embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and appropriate modifications are allowed within the scope of the present invention. . For example, in the above embodiment, the
10…オートコリメータ
11…光源
12…第1スリット板
12a…第1スリット孔
13…対物レンズ
14…第2スリット板
14a…第2スリット孔
15…検出器
16…第1透明板
16a…十字線
17…第2透明板
17a…目盛り線
18…接眼レンズ
20…被測定物
A…対物レンズの主軸
DESCRIPTION OF
Claims (3)
a)光源と、
b)前記光源から発する光の一部を通過させて前記照射光とする照射光形成手段と、
c)前記照射光を平行光に変換すると共に、前記戻り光を収束光に変換する対物レンズと、
を有し、被測定物が前記対物レンズと所定の角度で対向している場合に、前記照射光の光軸及び前記戻り光の光軸が前記対物レンズの中心からずれた互いに異なる位置を通るように前記光源及び照射光形成手段が配置されていることを特徴とするオートコリメータ。 An autocollimator for irradiating a measurement object with irradiation light and measuring the inclination of the measurement object based on return light reflected from the measurement object,
a) a light source;
b) Irradiation light forming means that passes a part of the light emitted from the light source to be the irradiation light;
c) an objective lens that converts the irradiation light into parallel light and converts the return light into convergent light;
When the object to be measured is opposed to the objective lens at a predetermined angle, the optical axis of the irradiation light and the optical axis of the return light pass through different positions shifted from the center of the objective lens. As described above, an autocollimator in which the light source and the irradiation light forming means are arranged.
更に、
d)前記対物レンズで収束された戻り光を通過させる開口を有する第2の遮光板と、
e)前記第2の遮光板を通過した光を検出する検出器と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載のオートコリメータ。 The irradiation light forming means is a first light shielding plate having an opening of a predetermined shape,
Furthermore,
d) a second light shielding plate having an aperture through which the return light converged by the objective lens passes;
e) a detector for detecting light that has passed through the second light shielding plate;
The autocollimator according to claim 1, further comprising:
更に、
d)所定の目印を有するスクリーン、
を備え、前記対物レンズで収束された戻り光を前記スクリーン上に入射させることにより、前記マスク部の投影パターンを前記目印上又はその近傍に投影させることを特徴とする請求項1に記載のオートコリメータ。 The irradiation light forming means is a transparent plate having a mask portion having a predetermined shape,
Furthermore,
d) a screen having a predetermined mark,
The auto pattern according to claim 1, wherein the projection pattern of the mask portion is projected onto or near the mark by causing the return light converged by the objective lens to be incident on the screen. Collimator.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN109324382A (en) * | 2018-09-19 | 2019-02-12 | 北京空间机电研究所 | A kind of high precision plane reflecting mirror Method of Adjustment based on theodolite |
CN111879259A (en) * | 2020-07-27 | 2020-11-03 | 天津大学 | Optical device plane included angle measuring device and method based on autocollimator |
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2009
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