JP2010164354A - オートコリメータ - Google Patents

Abstract

【課題】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。
【解決手段】被測定物２０に照射光を照射し、該被測定物２０から反射してきた戻り光に基づいて被測定物２０の傾きを測定するためのオートコリメータにおいて、光源１１と、光源１１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１２と、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１３とを設け、被測定物２０が対物レンズ１３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１３の中心からずれた互いに異なる位置を通るように光源１１及び照射光形成手段１２を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、オートコリメータに関する。

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。

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。

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。

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。

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。

特許第2748175号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の一実施例に係るオートコリメータの概略構成図。 同実施例に係るオートコリメータの光源及び検出器周辺の構成の別の例を示す概略構成図。 本発明の他の実施例に係るオートコリメータの概略構成図。 従来のオートコリメータの概略構成図。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (3)

1. 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するオートコリメータ。
2. 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、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のオートコリメータ。
3. 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ことを特徴とする請求項１に記載のオートコリメータ。

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