JPH03216511A - Photoelectric autocollimator - Google Patents
Photoelectric autocollimatorInfo
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- JPH03216511A JPH03216511A JP2012323A JP1232390A JPH03216511A JP H03216511 A JPH03216511 A JP H03216511A JP 2012323 A JP2012323 A JP 2012323A JP 1232390 A JP1232390 A JP 1232390A JP H03216511 A JPH03216511 A JP H03216511A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野１ 本発明は光電式オートコリメータに関するものである。[Detailed description of the invention] [Industrial application field 1 The present invention relates to a photoelectric autocollimator.
［従来の技術］
従来のこの種の装置は２軸光電式オートコリメータ（特
開昭６’２−１５７５０８号公報）の如くの構造であっ
た。その構成を第５図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に基づいて説
明する．第５図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）において光源１、コ
ンデンサレンズ２よりなる照明系はターゲット坂１３に
形成された互いにＬ字状に直交するターゲソ｝１３ａ、
１３ｂを照明する。このターゲット１３ａ、１３ｂを透
過した光はハーフプリズム４で反射され、コリメータレ
ンズ５によって平行光束となり、外部ミラー６に向う。[Prior Art] A conventional device of this type has a structure such as a two-axis photoelectric autocollimator (Japanese Patent Application Laid-Open No. 6'2-157508). The configuration will be explained based on FIGS. 5(A), (B), and (C). In FIGS. 5(A), 5(B), and 5(C), an illumination system consisting of a light source 1 and a condenser lens 2 is connected to a target slope 13a formed on a target slope 13, which are perpendicular to each other in an L-shape.
13b. The light transmitted through the targets 13a and 13b is reflected by the half prism 4, turned into a parallel beam by the collimator lens 5, and directed toward the external mirror 6.
外部ミラー６で反射された平行光束は再びコリメータレ
ンズ５に入射して収束光となり、ハーフプリズム４を透
過した後、光電変換素子１４上にターゲット１３ａ，１
３ｂの像１３ａ１３ｂ゜を結像する。光電変換素子１４
はターゲット像１３ａ’、１３ｂ”に対して各々４５度
で交叉するように配置されている．この像の結像位置は
、外部ミラー６の傾きに従って結像面上を移動する。ま
た、その移動量Ａはコリメータレンズ５の焦点距離をｒ
、外部ミラー６の｛頃き角をθとしたとき、Δ−２ｆθ
の関係が成り立つ。The parallel light flux reflected by the external mirror 6 enters the collimator lens 5 again to become a convergent light, and after passing through the half prism 4, it appears on the photoelectric conversion element 14 as a target 13a, 1.
An image 13a13b° of 3b is formed. Photoelectric conversion element 14
are arranged so as to intersect at 45 degrees with respect to the target images 13a' and 13b''.The imaging position of this image moves on the imaging plane according to the inclination of the external mirror 6. The quantity A is the focal length of the collimator lens 5.
, when the {rolling angle of the external mirror 6 is θ, Δ−2fθ
The relationship holds true.
いま外部ミラー６に水平面内での角変位すなわちヨーイ
ング量θＨを与えたときを考える第５図（Ｃ）において
点線１３ａ ，１３ｂ’ は外部ミラー６にヨーイン
グ量θＨを与える前のターゲット像、実線１３ａ ，
１３ｂ’はヨーイング量θ■］を与えた後のターゲット
像であり、各々の像の移動量はΔ−２ｆθＨである。Now consider the case where the external mirror 6 is given an angular displacement in the horizontal plane, that is, the yawing amount θH. In FIG. ，
13b' is the target image after giving the yawing amount θ■], and the movement amount of each image is Δ−2fθH.
ここでビノチング検出用のターゲット像１３ａ” と１
３ａ”に注目すると、ターゲット像は移動しているにも
拘らず光電変換素子Ｉ４の受光位置は変わらない。これ
に対してヨーイング検出用ターゲット像１３ｂ゜と１３
ｂ”によって光電変換素子１４の受光位置が変化する。Here, target images 13a'' and 1 for binoching detection are
3a'', the light receiving position of the photoelectric conversion element I4 remains unchanged even though the target image is moving.On the other hand, the target images 13b and 13 for yawing detection
b'' changes the light receiving position of the photoelectric conversion element 14.
これとは逆に外部ミラーに垂直面内での角変位すなわち
ピ，チング量θ■を与えた場合にはピッチング検出用タ
ーゲット像による光電変換素子ｌ４の受光位置は変化し
、ヨーイング検出用ターゲット像による光電変換素子１
４の受光位置は変化しない。従って光電変換素子１４の
出力信号から各々独立にヨーイング量θＨ 、ビンチン
グ置θＶの情報が得られる。On the contrary, when the external mirror is given an angular displacement in the vertical plane, that is, a pitching amount θ■, the light receiving position of the photoelectric conversion element l4 due to the target image for pitching detection changes, and the target image for yawing detection changes. Photoelectric conversion element 1 by
The light receiving position of No. 4 does not change. Therefore, information on the yawing amount θH and the binch position θV can be obtained independently from the output signal of the photoelectric conversion element 14.
なお説明はヨーイングとピ，チングの角変位に関して個
別に行ったが、ヨーイング量θＨビンチング量θ■を同
時に変化させてももちろん差支えない。光電変換素子１
４の出力信号は公知の技術による演算回路３２により処
理され、表示器４２にはヨーイング量θＨ，ピソチング
量θ■が表示される。Although the angular displacements of yawing and pistoning have been explained separately, it is of course possible to change the yawing amount θH and the binching amount θ■ at the same time. Photoelectric conversion element 1
The output signal No. 4 is processed by an arithmetic circuit 32 using a known technique, and a display 42 displays the yawing amount θH and the pisoching amount θ■.
［発明が解決しようとする課題］
上記の従来技術においてはピノチングとヨーイングを分
離するのに、Ｌ字形のターゲット１３ａ１１３ｂと光電
変換素子１４を１個使用していた。[Problems to be Solved by the Invention] In the prior art described above, one L-shaped target 13a113b and one photoelectric conversion element 14 were used to separate pinoching and yawing.
このため比較的簡素な構成で２軸光電式オートコリメー
タが実現できる反面、１個のセンサでピノチング、ヨー
イングの２現象を検出するために、測定範囲が視野の１
／２以下に制限されるという問題があった。また、オー
トコリメータにおいては、−ｆｌｕにコリメータレンズ
５と外部ミラー６との距離いわゆるワーキングディスタ
ンスが長くなるにつれて、視野の外部より廃した光ほど
コリメークレンズ５に戻り難くなるという現象が知られ
ているが、従来のＬ字形ターゲット方弐ではタ−ゲット
１３ａ，１３ｂが視野中心より離れた位置に配置されて
いるため、大きなワーキングディスタンスを得難いとい
う問題があった．
本発明は上記の問題を改善すべく為されたものであり、
測定範囲が広くなおかつワーキングディスタンスの大き
な光電式オートコリメータを提供することを第１の目的
とする。For this reason, a two-axis photoelectric autocollimator can be realized with a relatively simple configuration, but on the other hand, in order to detect the two phenomena of pinoting and yawing with one sensor, the measurement range is limited to one part of the field of view.
There was a problem that it was limited to /2 or less. Furthermore, in an autocollimator, it is known that as the distance between the collimator lens 5 and the external mirror 6 (so-called working distance) increases, the more light is discarded from outside the field of view, the more difficult it becomes to return to the collimating lens 5. However, in the conventional L-shaped target system 2, the targets 13a and 13b are located at a distance from the center of the visual field, so there is a problem in that it is difficult to obtain a large working distance. The present invention has been made to improve the above problems,
The first object of the present invention is to provide a photoelectric autocollimator that has a wide measurement range and a large working distance.
また、さらに上記の第１の目的に加えて光電式オートコ
リメータの測定能力範囲を拡張し、従来の光電式オート
コリメータでは不可能であった同軸上、あるいは直交２
軸上の２箇所の相対的な角度変化を同時にリアルタイム
で測定することのできる光学ユニットを有する光電式オ
ートコリメータを提供することを第２の目的とする．〔
課題を解決する為の手段〕
上記目的のために本発明では
コリメータレンズと、該コリメータレンズの背後に設置
された第１光路分岐手段と、該第１光路分岐手段により
分岐された一方の光路上であって、前記コリメータレン
ズの光束焦点位置に配置されたターゲットと、前記第１
光路分岐手段により分岐された他方の光路上であって、
前記コリメータレンズの後側焦点位置に配置された前記
ターゲットの像位置検出用光電変換装置とを有し、前記
光電変換装置の出力による前記ターゲット像の位置から
前記コリメータレンズ前方の反射部材の傾きを検出する
光電式オートコリメータにおいて、前記ターゲットをＸ
方向とＹ方向とのターゲットからなる十字状ターゲット
とし、
前記光電変換装置を、
前記第１光路分岐手段の他方の光路上に配置した第２光
路分岐手段と、該第２光路分岐手段により分岐された一
方の光路上に配設した第１光電変換素子と、前記Ｘ方向
のターゲットのみを前記第１光電変換素子上に結像する
第１トーリックレンズと、前記第２光路分岐手段により
分岐された他方の光路上に配設した第２光電変換素子と
、前記Ｙ方向のターゲットのみを前記第２光電変換素子
上に結像する第２トーリックレンズとにより構成し、前
記反射部材の傾きを前記Ｘ方向、Ｙ方向にて検出するこ
とを第１の諜ツ解決の手段とするものであり、更に第２
の課題解決のために、前記ターゲットからの光は少なく
とも２つの波長を含み、
前記コリメータレンズの前方に波長分離により２つの光
路に分岐する第３光路分岐手段を設けると共に、前記波
長分離により分岐された２つの光路上にそれぞれ配置さ
れた反射部材による反射光を、前記第３光路分岐手段に
入射させて合成した後、前記コリメータレンズに入射さ
せる合成光学部材とを設け、
前記光電変換装置はさらに、前記第１光路分岐手段と前
記第２光路分岐手段との間に設けられた波長分離により
２つの光路に分岐する第４光路分岐手段と、前記第４光
路分岐手段で分岐された光路のうち前記第２光路分岐手
段の配置されていない方の光路に配置した第５光路分岐
手段と、該第５光路分岐手段により分岐された一方の光
路上に配設した第３光電変換素子と、前記Ｘ方向のター
ゲットのみを前記第３光電変換素子上に結像する第３ト
ーリックレンズと、前記第５光路分岐手段により分岐さ
れた他方の光路上に配設した第４光電変換素子と、前記
Ｙ方向のターゲットのみを前記第４光電変換素子上に結
像する第４トーリックレンズと、を有し、前記２つの光
路上にそれぞれ配置された反射部材の傾きを、前記Ｘ方
間、Ｙ方向にて検出することを課題解決の手段とするも
のである．
〔作用〕
本発明においては前記第１の目的を解決させるために十
字状ターゲットの互いに直交するＸ方向ターゲット及び
Ｙ方向ターゲットにそれぞれ直交する方向を母線又は最
大主径線とする円柱レンズ又はトーリックレンズを採用
している。Furthermore, in addition to the first purpose mentioned above, we have expanded the measurement capability range of the photoelectric autocollimator, and we have expanded the range of measurement capabilities of the photoelectric autocollimator.
The second objective is to provide a photoelectric autocollimator that has an optical unit that can simultaneously measure relative angular changes at two locations on the axis in real time. [
Means for Solving the Problem] For the above purpose, the present invention includes a collimator lens, a first optical path branching means installed behind the collimator lens, and one optical path branched by the first optical path branching means. a target disposed at a focal position of the light beam of the collimator lens;
On the other optical path branched by the optical path branching means,
and a photoelectric conversion device for detecting the image position of the target, which is disposed at a rear focal position of the collimator lens, and detects the inclination of the reflecting member in front of the collimator lens from the position of the target image based on the output of the photoelectric conversion device. In the photoelectric autocollimator for detection, the target is
A cross-shaped target consisting of targets in the direction and the Y direction, and the photoelectric conversion device is branched by a second optical path branching means arranged on the other optical path of the first optical path branching means, and a first photoelectric conversion element disposed on one optical path, a first toric lens that images only the target in the X direction onto the first photoelectric conversion element, and a second optical path branched by the second optical path branching means. It is composed of a second photoelectric conversion element disposed on the other optical path and a second toric lens that images only the target in the Y direction onto the second photoelectric conversion element, and the inclination of the reflecting member is adjusted to the X The first method is to detect in the Y direction, and the second method is to detect in the Y direction.
In order to solve the problem, the light from the target includes at least two wavelengths, and a third optical path branching means is provided in front of the collimator lens to branch into two optical paths by wavelength separation, and the light from the target is split by wavelength separation into two optical paths. The photoelectric conversion device further comprises: a combining optical member that causes the reflected light from the reflecting members respectively arranged on the two optical paths to be incident on the third optical path branching means to be synthesized, and then to be incident on the collimator lens; , a fourth optical path branching means which is provided between the first optical path branching means and the second optical path branching means and which branches into two optical paths by wavelength separation; and among the optical paths branched by the fourth optical path branching means. a fifth optical path branching means disposed on the optical path on which the second optical path branching means is not disposed; a third photoelectric conversion element disposed on one optical path branched by the fifth optical path branching means; a third toric lens that images only the target in the X direction onto the third photoelectric conversion element; a fourth photoelectric conversion element disposed on the other optical path branched by the fifth optical path branching means; a fourth toric lens that images only a target in the direction on the fourth photoelectric conversion element, and the inclination of the reflecting member arranged on the two optical paths is adjusted in the X direction and the Y direction. The method of solving the problem is to detect the [Operation] In order to solve the first object, the present invention provides a cylindrical lens or a toric lens whose generatrix or maximum principal axis is in a direction perpendicular to the mutually orthogonal X-direction target and Y-direction target of the cross-shaped target. is adopted.
まず、第１図（Ｃ）に基づき、十字状ターゲ一・｝３ａ
、円柱レンズ８、および光電変換素子１０の作用を説明
する。ただし第１図（Ｃ）は視覚的に解り易くするため
に途中の光学系を省略し、ターゲット側の光学系をコリ
メータレンズ５の前方に配置した。First, based on FIG. 1(C), cross-shaped target 1.}3a
, the functions of the cylindrical lens 8 and the photoelectric conversion element 10 will be explained. However, in FIG. 1(C), in order to make it easier to understand visually, the optical system in the middle is omitted, and the optical system on the target side is placed in front of the collimator lens 5.
ターゲット板３上の十字状ターゲット３ａからの光は不
図示の反射部材を介して２度コリメータレンズ５を透過
し、円柱レンズ８に導かれる。円柱レンズ８の母線はＹ
方向になしてあるので円柱レンズの持つ母線と直交する
方向に発散する特性により光電変換素子１０上ではＸ方
向のターゲソ１−３ａ” ■のみが結像される。いまこ
こで反射部材が傾いたとすると、光電変換素子１０上で
はＸ方向のターゲット３ａ″■が結像される。よって光
電変換素子１０の受光エレメント列１０’ はピッチン
グすなわちＹ方向の像移動量δ■を検知される。しかし
ながらヨーイングすなわちＸ方向の像移動量δＨは検知
されない．
次に第１図（Ｄ）に基づき十字状ターゲット３ａ、円柱
レンズ９、および光電変換素子１１の作用を説明する。The light from the cross-shaped target 3a on the target plate 3 passes through the collimator lens 5 twice through a reflection member (not shown), and is guided to the cylindrical lens 8. The generatrix of the cylindrical lens 8 is Y
Since the cylindrical lens has a characteristic of diverging in the direction perpendicular to the generatrix, only the target beam 1-3a'' in the X direction is imaged on the photoelectric conversion element 10.If the reflecting member is tilted at this point, Then, the target 3a''■ in the X direction is imaged on the photoelectric conversion element 10. Therefore, the pitching of the light-receiving element array 10' of the photoelectric conversion element 10, that is, the amount of image movement δ■ in the Y direction is detected. However, yawing, that is, image movement amount δH in the X direction is not detected. Next, the functions of the cross-shaped target 3a, the cylindrical lens 9, and the photoelectric conversion element 11 will be explained based on FIG. 1(D).
但し第１図（Ｄ）は第１図（Ｃ）と同様に説明のため主
要部のみ抽出した図である。However, like FIG. 1(C), FIG. 1(D) is a diagram in which only the main parts are extracted for explanation.
ターゲット板３上の十字状ターゲット３ａからの光は不
図示の反射部材を介して２度コリメータレンズ５を透過
し、円柱レンズ９に導かれる。円柱レンズ９の母線はＸ
方向になしてあるので円柱レンズの持つ母線と直交する
方向に発散する特性により、光電変換素子ｌｌ上でぱＹ
方向のターゲット３ａ’Ｈのみが結像される。いまここ
で反射部材が傾いたとすると光電変換素子１１上ではＸ
方向のターゲット３ａ″Ｈが結像される。よって光電変
換素子１ｌの受光エレメント列１１ はヨーイングすな
わちＸ方間の像移動量δＨを検知する。しかしながらビ
ソチングすなわちＹ方向の像移動量δＶは検知されない
。The light from the cross-shaped target 3a on the target plate 3 passes through the collimator lens 5 twice through a reflection member (not shown), and is guided to the cylindrical lens 9. The generatrix of the cylindrical lens 9 is X
Since the cylindrical lens has a characteristic of diverging in the direction perpendicular to the generatrix, it causes
Only the target 3a'H in the direction is imaged. If the reflective member is tilted here and now, on the photoelectric conversion element 11,
The target 3a''H in the direction is imaged. Therefore, the light receiving element array 11 of the photoelectric conversion element 1l detects yawing, that is, the amount of image movement δH in the X direction. However, the amount of image movement δV in the Y direction is not detected. .
上記の如く本発明においては十字状ターゲットをＸ方向
のターゲットとＹ方向のターゲットに分離してそれぞれ
検出するように構成したので従来の如く測定範囲が視野
の１／２以下に制限される不都合はない。As described above, in the present invention, the cross-shaped target is separated into an X-direction target and a Y-direction target and is configured to be detected respectively, so there is no problem that the measurement range is limited to less than 1/2 of the field of view as in the past. do not have.
また十字状ターゲットを使用したので視野中心で測定が
可能となるのでワーキングデイスタンスを大きくするこ
とが出来る．
更に本発明では第２の目的を解決させるために、グイク
ロインクフ゜リズムおよび少なくとも２つの異った波長
を含む分光特性を持った光源を採用している。第２図、
第３図、第４図に基づいてその作用を説明する。Also, since a cross-shaped target is used, it is possible to measure at the center of the field of view, so the working distance can be increased. Furthermore, in order to solve the second object, the present invention employs a microink film and a light source having spectral characteristics including at least two different wavelengths. Figure 2,
The operation will be explained based on FIGS. 3 and 4.
第３図において、光電式オートコリメータ本体１０１か
ら出た２つの異った波長を持つ平行光束は光学ユニット
３００のグイクロイノク膜３００Ｃで波長分離によって
分岐され一方は光学ユニット３００内部のミラー面３０
０ｄに進み、他方は外部ミラー６に進む。ミラー面３０
０ｄおよび外部ミラー６で反射された平行光束（測定光
）は再び光学ユニント３００を介して合成され光電式オ
ートコリメータ本体１０１に導かれる。In FIG. 3, parallel light beams with two different wavelengths emitted from the photoelectric autocollimator main body 101 are split by wavelength separation at the optical film 300C of the optical unit 300, and one is split by the mirror surface 30 inside the optical unit 300.
0d, and the other goes to external mirror 6. Mirror surface 30
0d and the parallel light beam (measuring light) reflected by the external mirror 6 are combined again via the optical unit 300 and guided to the photoelectric autocollimator main body 101.
第４図において、光電式オートコリメータ本体１０１か
ら出た２つの異った波長を持つ平行光束は光学ユニット
４００のダイクロイック膜４００Ｃで波長分離によって
分岐されベンタプリズム４００ａによって互いに直交す
る方向に進みそれぞれが外部ミラー６Ａ、６Ｂに到る。In FIG. 4, parallel light beams with two different wavelengths emitted from the photoelectric autocollimator main body 101 are split by wavelength separation by a dichroic film 400C of an optical unit 400, and then proceed in directions orthogonal to each other by a Vanta prism 400a. This leads to external mirrors 6A and 6B.
外部ミラー６Ａ、６Ｂで反射された平行光束（測定光）
は光学ユニノト４００を介して再び合成され光電式オー
トコリメータ本体１０１に導かれる．
第２図において前記の測定光はダイクロイックプリズム
１２によって再び波長分離により分岐されそれぞれの分
岐光は更にハーフプリズム７Ａ，７Ｂによって分光され
、それぞれに対して配置された円柱レンズ８Ａ、９Ａ及
び８Ｂ、９Ｂによって前記第１の目的解決の作用で説明
の通り２つの分岐光のそれぞれのピッチング、ヨーイン
グが測定される。Parallel light beam reflected by external mirrors 6A and 6B (measurement light)
are synthesized again via the optical unit 400 and guided to the photoelectric autocollimator body 101. In FIG. 2, the measurement light is wavelength-separated again by the dichroic prism 12, and each branched light is further split by half prisms 7A, 7B, and cylindrical lenses 8A, 9A, 8B, and 9B are arranged for each. The pitching and yawing of each of the two branched lights are measured as explained in the operation of solving the first objective.
上記の如くの構成であるので従来の光電式オートコリメ
ーターでは不可能であった、同軸上あるいは直交する２
軸上の複数の相対的な角度又はその角度変化を同時にリ
アルタイムに測定することが出来る。Because of the above configuration, two coaxial or orthogonal
Multiple relative angles on the axis or changes in angles thereof can be measured simultaneously in real time.
第１図（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）ＣＤ）は本発明の第１実施例
であって光源１、コンデンサレンズ２を備えた照明系は
ターゲット板３に形成された十字状ターゲッ｝３ａを照
明する。この照明によって十字状ターゲノｌ−３ａを透
過した光はハーフプリズム４で反射されコリメータレン
ズ５によって平行光束にされ、外部ミラー６に導かれる
．外部ミラー６で反射した平行光束は再びコリメータレ
ンズ５に入射して収束光にされ、ハーフプリズム４を透
過した後、ハーフプリズム７に向い、ハーフプリズム７
によって透過および反射をさせられ円柱レンズ８および
９に向う。Figures 1 (A), (B), (C) and CD) show a first embodiment of the present invention, in which an illumination system equipped with a light source 1 and a condenser lens 2 targets a cross-shaped target 3a formed on a target plate 3. illuminate. The light transmitted through the cross-shaped target lens 1-3a by this illumination is reflected by the half prism 4, converted into a parallel beam by the collimator lens 5, and guided to the external mirror 6. The parallel light beam reflected by the external mirror 6 enters the collimator lens 5 again to become a convergent light, passes through the half prism 4, and then heads toward the half prism 7.
The light is transmitted and reflected by the cylindrical lenses 8 and 9.
ここではまず第１図（Ｃ）によりハーフプリズム７を透
過した光、すなわち円柱レンズ８に向う光について説明
する。First, the light transmitted through the half prism 7, that is, the light directed toward the cylindrical lens 8, will be explained with reference to FIG. 1(C).
円柱レンズ８は垂直（Ｙ）方向を母線とした凹レンズで
ある。従ってこの円柱レンズ８を透過した光は水平（Ｘ
）方向のみに発散する。しかるに垂直方向の光と結像位
置が異るので結果として光電変換素子１０の受光面上に
は、水平方向に長手力向を持った一文字形ターゲット像
３ａ’Ｖのみが結像される。この一文字形ターゲット像
３ａＶは外部ミラー６の傾きに従って光電変換素子１０
上の受光面に設けられた受光エレメント列１０′上を移
動する。外部ミラー６の水平面内での傾き、すなわちヨ
ーイング量θＨ、垂直面内での傾きすなわちピッチング
量をθｖ１コリメータレンズ５の焦点距離をｆとすると
き、光電変換素子１０上での一文字型スリット像の移動
量は、ビンチング方向δＶ＝２ ｆθＶヨーイング方向
δＨ＝２ ｆθＨで表わされる。第１図（Ｃ）より明ら
かな様に光電変換素子ＩＯはピッチング方向の像移動量
δＶのみ検知する。なお一文字ターゲット像３ａ■、３
ａ”■は円柱レンズ８の水平方向のパワーによって長手
方向に引伸ばされる。この場合、文字ターゲットの左右
の端部の光量は減少するが、測定範囲を適当に設定すれ
ば問題はない。The cylindrical lens 8 is a concave lens whose generatrix is in the vertical (Y) direction. Therefore, the light transmitted through this cylindrical lens 8 is horizontal (X
) direction only. However, since the imaging position is different from that of the vertical light, as a result, only the one-letter-shaped target image 3a'V having a longitudinal direction in the horizontal direction is imaged on the light-receiving surface of the photoelectric conversion element 10. This single character target image 3aV is transferred to the photoelectric conversion element 10 according to the inclination of the external mirror 6.
It moves on a light-receiving element array 10' provided on the upper light-receiving surface. When the tilt of the external mirror 6 in the horizontal plane, that is, the amount of yawing θH, and the tilt in the vertical plane, that is, the amount of pitching, is θv1, and the focal length of the collimator lens 5 is f, the single-character slit image on the photoelectric conversion element 10 is The amount of movement is represented by the binching direction δV=2 fθV and the yawing direction δH=2 fθH. As is clear from FIG. 1(C), the photoelectric conversion element IO detects only the image movement amount δV in the pitching direction. Furthermore, single character target image 3a■, 3
a''■ is stretched in the longitudinal direction by the horizontal power of the cylindrical lens 8. In this case, the amount of light at the left and right ends of the character target decreases, but there is no problem if the measurement range is set appropriately.
次に第１図（Ｄ）によりハーフプリズム７を反射した光
、すなわち円柱レンズ９に向う光について説明する。円
柱レンズ９は水平方向を母線とした凹レンズである。従
ってこの円柱レンズ９を透過した光は垂直方向のみ発散
される。結果として光電変換素子１１の受光面上には、
垂直方向に長手方向を持った一文字形ターゲット像３ａ
’Ｈが結像される。ターゲット像３ａ’ Ｈは外部ミラ
ー６の傾きに従って光電変換素子ｌｌ上の受光面に設け
られた受光エレメント列１１′上を移動するが、光電変
換素子１１はヨーイング方向の像移動量δＨのみ検知す
る。この様にして光電変換素子１０で得られたピッチン
グ方向の像移動量δ■および光電変換素子１１で得られ
たヨーイング方向の像移動量δＨはコントローラ２００
に伝達され公知の技術による演算回路３０の演算により
外部ミラー６のピッチング量θ■およびヨーイング量θ
Ｈに変換され、表示器４０に表示される。Next, the light reflected from the half prism 7, that is, the light directed toward the cylindrical lens 9, will be explained with reference to FIG. 1(D). The cylindrical lens 9 is a concave lens whose generatrix is in the horizontal direction. Therefore, the light transmitted through this cylindrical lens 9 is diverged only in the vertical direction. As a result, on the light receiving surface of the photoelectric conversion element 11,
Single character target image 3a with longitudinal direction in the vertical direction
'H is imaged. The target image 3a'H moves on the light-receiving element array 11' provided on the light-receiving surface of the photoelectric conversion element ll according to the inclination of the external mirror 6, but the photoelectric conversion element 11 only detects the amount of image movement δH in the yawing direction. . In this way, the image movement amount δ■ in the pitching direction obtained by the photoelectric conversion element 10 and the image movement amount δH in the yawing direction obtained by the photoelectric conversion element 11 are determined by the controller 200.
The pitching amount θ■ and the yawing amount θ of the external mirror 6 are calculated by the calculation circuit 30 using known technology.
H and displayed on the display 40.
第２図は本発明の第２の実施例であって、少なくとも２
つの波長を含んだ分光特性を持つ光源１、コンデンサレ
ンズ２を備えた照明系はターゲット板３上に形成された
十字状ターゲット３ａを照明する．この照明によって十
字形ターゲット３ａを透過した光は、第１の実施例と同
様にハーフプリズム４、コリメータレンズ５を経由して
外部ミラー６に至り、外部ミラー６で反射された後、再
びコリメータレンズ５に入射し、ハーフプリズム４を透
過してグイクロイックプリズム１２に向い、ダイクロイ
ックプリズム１２によって２つの波長に分割される．い
ま便宜的にダイクロインクプリズム１２の透過光の波長
をλ１反射光の波長をλ２とする。ダイクロイックプリ
ズムｌ２の透過光はセンサユニット２ＯＡに向い、反射
光はセンサユ−’−冫｝ ２ ０ Ｂニ同ウ。センサユ
ニ７｝２ＯＡ、２０Ｂ内のハーフプリズム７Ａ、７Ｂ、
円柱レンズ８Ａ，８Ｂ，円柱レンズ９Ａ、９Ｂ，光電変
換素子１０Ａ，ＩＯＢ，光電変換素子１１Ａ、１１Ｂは
使用波長がλ１およびλ２であることを除き、第１の実
施例におけるセンサユニソト２０内のハーフプリズム７
、円柱レンズ８、円柱レンズ９、光電変換素子１０、光
電変換素子１１と同じ働きをする。結局、光電変換素子
１０Ａはピッチング検出素子で使用波長はλ１光電変換
素子１ｌＡはヨーイング検出素子で使用波長はλ１光電
変換素子１０Ｂはピッチング検出素子で使用波長はλ２
光電変換素子１１Ｂはヨーイング検出素子で使用波長は
λ２となる。FIG. 2 shows a second embodiment of the invention, in which at least two
An illumination system comprising a light source 1 having spectral characteristics including two wavelengths and a condenser lens 2 illuminates a cross-shaped target 3a formed on a target plate 3. The light transmitted through the cross-shaped target 3a by this illumination reaches the external mirror 6 via the half prism 4 and the collimator lens 5, as in the first embodiment, and after being reflected by the external mirror 6, the light passes through the collimator lens again. 5, passes through the half prism 4, heads toward the dichroic prism 12, and is split into two wavelengths by the dichroic prism 12. For convenience, it is assumed that the wavelength of the light transmitted through the dichroic ink prism 12 is λ1, and the wavelength of the reflected light is λ2. The transmitted light of the dichroic prism l2 is directed to the sensor unit 2OA, and the reflected light is directed to the sensor unit 2OA. Half prisms 7A, 7B in sensor unit 7} 2OA, 20B,
Cylindrical lenses 8A, 8B, cylindrical lenses 9A, 9B, photoelectric conversion elements 10A, IOB, and photoelectric conversion elements 11A, 11B are half prisms in the sensor unisoto 20 in the first embodiment, except that the wavelengths used are λ1 and λ2. 7
, the cylindrical lens 8, the cylindrical lens 9, the photoelectric conversion element 10, and the photoelectric conversion element 11. In the end, the photoelectric conversion element 10A is a pitching detection element and the wavelength used is λ1 The photoelectric conversion element 11A is a yawing detection element and the wavelength used is λ1 The photoelectric conversion element 10B is a pitching detection element and the wavelength used is λ2
The photoelectric conversion element 11B is a yawing detection element and uses wavelength λ2.
光！変換素子１ ０Ａ，．１ １Ａ，Ｉ ＯＢＳ ｌ
１．Ｂの出力信号は公知の技術による演算回路３１によ
り２ｍのピッチング量、ヨーイング量に換算され、表示
器４ｌに４現象表示される。light! Conversion element 1 0A, . 1 1A, I OBS l
1. The output signal B is converted into a pitching amount and a yawing amount of 2 m by an arithmetic circuit 31 using a known technique, and four phenomena are displayed on the display 4l.
第３図は本発明の第３の実施例であって、第２の実施例
による光電式オートコリメータ本体１０１のコリメータ
レンズ５からは波長がλ，およびλ２を含む平行光束が
射出され光学ユニッ｝３００に向う。光学ユニット３０
０は菱形プリズム３００ａ、４５６プリズム３００ｂよ
り構成され、ダイクロインク膜３００ｃおよびミラー面
３００ｄを有している。光学ユニット３００に入射した
平行光束はグイクロイック膜３００ｃにより波長分離さ
れ、分岐された一方の波長λ，の平行光束はグイクロイ
ソクＭ３ＱＯｃを透過して外部ミラー６に向い、他方の
波長λ２の平行光束はグイクロイック膜で反射されミラ
ー面３００ｄに向う。FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention, in which parallel light beams having wavelengths λ and λ2 are emitted from the collimator lens 5 of the photoelectric autocollimator body 101 according to the second embodiment, and an optical unit is formed. Head to 300. optical unit 30
0 is composed of a rhombic prism 300a and a 456 prism 300b, and has a dichroic ink film 300c and a mirror surface 300d. The parallel light beam incident on the optical unit 300 is wavelength-separated by the microchroic film 300c, one of the branched parallel light beams with a wavelength λ is transmitted through the microchroic M3QOc and directed toward the external mirror 6, and the other parallel light beam with a wavelength λ2 is separated by the microchroic film 300c. It is reflected by the film and heads toward the mirror surface 300d.
ミラー面３００ｄで反射された平行光束は再びダイクロ
イック膜３００ｃで反射され光電式オートコリメータ本
体１０１に戻る。一方、外部ミラー６に向った波長λ，
の平行光束は外部ミラー６で反射され、再びグイクロイ
ソク膜３００ｃを透過して光電式オートコリメータ本体
１０１に戻る。The parallel light beam reflected by the mirror surface 300d is reflected again by the dichroic film 300c and returns to the photoelectric autocollimator main body 101. On the other hand, the wavelength λ toward the external mirror 6,
The parallel light beam is reflected by the external mirror 6, passes through the transparent film 300c again, and returns to the photoelectric autocollimator main body 101.
光電式オートコリメータ本体ｌＯ１に戻った光は、第２
の実施例による手順で波長λ１のピッチング量、波長λ
１のヨーイング量、波長λ２のピッチング量、波長λ２
のヨーイング量に分離され、コントローラ２０１の表示
器４１に外部ミラー６のピソチングおよびヨーイング、
光学ユニット３００のミラー面３００ｄのビンチングお
よびヨーイングとして表示される。この様に本実施例で
は外部ミラー６および光学ユニット３００のミラー面３
００ｄの相対的な角度変化を同時にリアルタイムで測定
できる。なお、外部ミラー６の反射光は光学ユニッ｝３
００を透過するが、光学ユニット３００の角度変化によ
る影響はない．
第４図は本発明の第４の実施例であって、第２の実施例
による光電式オートコリメータ本体ｌＯ１のコリメータ
レンズ５からは波長λ．およびλ：を含む平行光束が射
出され光学ユニット４００に向う．光学ユニノト４００
はペンタプリズム４００ａ，２２．５＠プリズム４００
ｂより構成され接合により一体となっている。その接合
面にはダイクロイック膜４００ｃを有している。光学ユ
ニット４００に入射した平行光束はダイクロイック膜で
波長分離され、分岐された一方の波長λ１の平行光束は
外部ミラー６Ａに向い、他方の波長λ２の平行光束は外
部ミラー６Ｂに向う。外部ミラー６Ａ、６Ｂで反射され
た平行光束シよ逆経路で光学ユニット４００を経て充電
式オートコリメータ本体１０１に戻る。光電式オートコ
リメータ本体１０１に戻った光は第２の実施例による手
順で処理され、コントローラ２０１の表示器４１に外部
ミラー６Ａのピッチングおよびヨーイング、外部ミラー
６Ｂのピッチングおよびヨーイングを同時にリアルタイ
ムで表示する。The light returned to the photoelectric autocollimator main body lO1 is
The pitching amount of wavelength λ1, wavelength λ
1 yawing amount, wavelength λ2 pitching amount, wavelength λ2
The amount of yawing of the external mirror 6 is separated into the amount of yawing, and the amount of yawing of the external mirror 6 is displayed on the display 41 of the controller 201.
This is displayed as binching and yawing of the mirror surface 300d of the optical unit 300. In this way, in this embodiment, the external mirror 6 and the mirror surface 3 of the optical unit 300 are
Relative angle changes of 00d can be measured simultaneously in real time. Note that the reflected light from the external mirror 6 is reflected by the optical unit}3.
00 is transmitted, but there is no effect due to the angle change of the optical unit 300. FIG. 4 shows a fourth embodiment of the present invention, in which a wavelength λ. A parallel light beam including λ and λ is emitted and heads toward the optical unit 400. Optical Uninote 400
is Penta Prism 400a, 22.5 @ Prism 400
b, and are integrated by joining. A dichroic film 400c is provided on the bonding surface. The parallel light beam incident on the optical unit 400 is wavelength-separated by a dichroic film, one of the branched parallel light beams with a wavelength λ1 is directed toward the external mirror 6A, and the other parallel light beam with a wavelength λ2 is directed toward the external mirror 6B. The parallel light beam reflected by the external mirrors 6A and 6B returns to the rechargeable autocollimator main body 101 via the optical unit 400 in a reverse path. The light returned to the photoelectric autocollimator main body 101 is processed according to the procedure according to the second embodiment, and the pitching and yawing of the external mirror 6A and the pitching and yawing of the external mirror 6B are simultaneously displayed in real time on the display 41 of the controller 201. .
尚使用する充電変換素子としてはＣＣＤラインセンサー
が望ましい。A CCD line sensor is preferably used as the charging conversion element.
〔発明の効果］
本発明の第１の実施例によれば測定範囲およびワーキン
グディスタンスが拡大されたことから、より大型の被検
物を測定することが出来る効果がある。本発明の第２の
実施例によれば２組のピッチング量、ヨーイング量を測
定する光電式オートコリメータを実現できる．この第２
の実施例による光電式オートコリメータと第３の実施例
による光学ユニットを組合せることにより、離れた同軸
上２地点の相対的な角度変化を同時にリアルタイムで測
定できると共に第４の実施例による光学ユニットと組合
せることにより、離れた直交２軸上の２地点の相対的な
角度変化を同時にリアルタイムで測定することが可能と
なった。上記の機能は従来のオートコリメータでは実現
できなかったものであり、本発明により被検物の角度挙
動たとえばたわみ量等に関してより多彩な測定を行うこ
とが出来る利点がある。なお第１、および第２の実施例
ではターゲットとして十字状ターゲットを使用している
が、一Ｊｌに、光電的なセンサを持たず、視野内ターゲ
ットの位置を視野目盛で読み取るいわゆる光学読取式の
オートコリメータでは、夕一ゲットに十字状ターゲット
を使用する例が多いため、部品を共通化できるという利
点もある．また部品共通化により、光学読取式のオート
コリメータを光電式オートコリメータに改造するいわゆ
るレトロフィソト対応がより容易になるという利点もあ
る．[Effects of the Invention] According to the first embodiment of the present invention, since the measurement range and working distance are expanded, there is an effect that a larger test object can be measured. According to the second embodiment of the present invention, it is possible to realize two sets of photoelectric autocollimators that measure pitching and yawing amounts. This second
By combining the photoelectric autocollimator according to the embodiment and the optical unit according to the third embodiment, it is possible to simultaneously measure the relative angle changes at two distant coaxial points in real time, and the optical unit according to the fourth embodiment By combining this method, it is now possible to simultaneously measure the relative angular changes of two separate points on two orthogonal axes in real time. The above-mentioned functions could not be achieved with conventional autocollimators, and the present invention has the advantage of being able to perform more diverse measurements regarding the angular behavior of the test object, such as the amount of deflection. Although a cross-shaped target is used as the target in the first and second embodiments, a so-called optical reading type that does not have a photoelectric sensor and reads the position of the target within the field of view using a field of view scale is used. Autocollimators often use a cross-shaped target for the Yuichi target, which has the advantage of being able to use common parts. Another advantage of common parts is that it becomes easier to retrofit an optically readable autocollimator into a photoelectric autocollimator.
第１図（Ａ）は本発明による装置の第１実施例を示す構
成図、
第１図（Ｂ）は本発明に使用される十字状ターゲットを
示す図、
第１図（Ｃ）は本発明の主要部でピッチング測定の原理
を説明する図、
第１図（Ｄ）は本発明の主要部でヨーイング測定の原理
を説明する図、
第２図は本発明による装置の第２実施例を示す構成図、
第３図は本発明による装置の第２実施例と組合せ、同軸
上の２地点の測定を行う第３実施例を示す構成図、
第４図は本発明による装置の第２実施例と組合せ、直交
２軸上２地点の測定を行う第４実施例を示す構成図、
第５図（Ａ）は従来の充電式オートコリメータの構成図
、
第５図（Ｂ）は従来光電式オートコリメータに使用され
ているターゲットの形状を示す図、第５図（Ｃ）は従来
の光電式オートコリメータのターゲット像と充電変換素
子との関係を示す説明図である。
〔主要部分の符号の説明〕
３ａ・・・・・・十字状ターゲット
７、７Ａ，７Ｂ・・・・・・ハーフプリズム８、８Ａ，
８Ｂ，９、９Ａ、９Ｂ・・・・・・円柱レンズＩＯ、Ｉ
ＯＡ，ＩＯＢ，１ １，１ １Ａ，１ １Ｂ・・・・・
・光電変換素子
ｌ２・・・・・・グイクロイックプリズム３００・・・
・・・複合グイクロイックプリズム４００・・・・・・
複合ダイクロイックペンタプリズム。FIG. 1(A) is a block diagram showing a first embodiment of the apparatus according to the present invention, FIG. 1(B) is a diagram showing a cross-shaped target used in the present invention, and FIG. 1(C) is a diagram showing the cross-shaped target used in the present invention. Figure 1 (D) is a diagram explaining the principle of pitching measurement in the main part of the present invention, Figure 2 shows a second embodiment of the device according to the present invention. Fig. 3 is a block diagram showing a third embodiment in which measurement is performed at two points on the same axis in combination with the second embodiment of the device according to the present invention, and Fig. 4 is a second embodiment of the device according to the present invention. Fig. 5 (A) is a block diagram of a conventional rechargeable autocollimator, and Fig. 5 (B) is a conventional photoelectric autocollimator. FIG. 5C is a diagram showing the shape of a target used in a collimator, and is an explanatory diagram showing the relationship between a target image and a charge conversion element of a conventional photoelectric autocollimator. [Explanation of symbols of main parts] 3a...Cross-shaped target 7, 7A, 7B...Half prism 8, 8A,
8B, 9, 9A, 9B...Cylindrical lens IO, I
OA, IOB, 1 1, 1 1A, 1 1B...
・Photoelectric conversion element l2... Gicroic prism 300...
...Composite Guicroic Prism 400...
Composite dichroic pentaprism.
Claims (4)
に設置された第１光路分岐手段と、該第１光路分岐手段
により分岐された一方の光路上であって、前記コリメー
タレンズの光束焦点位置に配置されたターゲットと、前
記第１光路分岐手段により分岐された他方の光路上であ
って、前記コリメータレンズの後側焦点位置に配置され
た前記ターゲットの像位置検出用光電変換装置とを有し
、該光電変換装置の出力による前記ターゲット像の位置
から前記コリメータレンズ前方の反射部材の傾きを検出
する光電式オートコリメータにおいて、前記ターゲット
をＸ方向とＹ方向とのターゲットからなる十字状ターゲ
ットとし、 前記光電変換装置を、 前記第１光路分岐手段の他方の光路上に配置した第２光
路分岐手段と、該第２光路分岐手段により分岐された一
方の光路上に配設した第１光電変換素子と、前記Ｘ方向
のターゲットのみを前記第１光電変換素子上に結像する
第１トーリックレンズと、前記第２光路分岐手段により
分岐された他方の光路上に配設した第２光電変換素子と
、前記Ｙ方向のターゲットのみを前記第２光電変換素子
上に結像する第２トーリックレンズとにより構成し、前
記反射部材の傾きをＸ方向、Ｙ方向にて検出することを
特徴とする光電式オートコリメータ。(1) A collimator lens, a first optical path branching means installed behind the collimator lens, and one optical path branched by the first optical path branching means, disposed at the light beam focus position of the collimator lens. and a photoelectric conversion device for detecting the image position of the target, which is disposed on the other optical path branched by the first optical path branching means and at the rear focal position of the collimator lens, In a photoelectric autocollimator that detects the inclination of the reflecting member in front of the collimator lens from the position of the target image output from the photoelectric conversion device, the target is a cross-shaped target consisting of targets in the X direction and the Y direction, and a photoelectric conversion device, a second optical path branching means disposed on the other optical path of the first optical path branching means; a first photoelectric conversion element disposed on one optical path branched by the second optical path branching means; , a first toric lens that images only the target in the X direction onto the first photoelectric conversion element, and a second photoelectric conversion element disposed on the other optical path branched by the second optical path branching means; A photoelectric auto, comprising a second toric lens that focuses only the target in the Y direction on the second photoelectric conversion element, and detecting the inclination of the reflecting member in the X direction and the Y direction. Collimator.
いて、 前記ターゲットからの光は少なくとも２つの波長を含み
、 前記コリメータレンズの前方に波長分離により２つの光
路に分岐する第３光路分岐手段を設けると共に、前記波
長分離により分岐された２つの光路上にそれぞれ配置さ
れた反射部材による反射光を、前記第３光路分岐手段に
入射させて合成した後、前記コリメータレンズに入射さ
せる合成光学部材とを設け、 前記光電変換装置はさらに、前記第１光路分岐手段と前
記第２光路分岐手段との間に設けられた波長分離により
２つの光路に分岐する第４光路分岐手段と、該第４光路
分岐手段で分岐された光路のうち前記第２光路分岐手段
の配置されていない方の光路に配置した第５光路分岐手
段と、該第５光路分岐手段により分岐された一方の光路
上に配設した第３光電変換素子と、前記Ｘ方向のターゲ
ットのみを前記第３光電変換素子上に結像する第３トー
リックレンズと、前記第５光路分岐手段により分岐され
た他方の光路上に配設した第４光電変換素子と、前記Ｙ
方向のターゲットのみを前記第４光電変換素子上に結像
する第４トーリックレンズと、を有し、前記２つの光路
上にそれぞれ配置された反射部材の傾きを、Ｘ方向、Ｙ
方向にて検出することを特徴とする光電式オートコリメ
ータ。(2) In the photoelectric autocollimator according to claim (1), the light from the target includes at least two wavelengths, and a third optical path branching means is provided in front of the collimator lens to branch into two optical paths by wavelength separation. a synthesizing optical member that is provided, and that makes the reflected light from the reflecting members respectively disposed on the two optical paths branched by the wavelength separation enter the third optical path branching means, synthesize the lights, and then make the lights enter the collimator lens. The photoelectric conversion device further includes: a fourth optical path branching means for branching into two optical paths by wavelength separation provided between the first optical path branching means and the second optical path branching means; A fifth optical path branching means disposed on one of the optical paths branched by the branching means, where the second optical path branching means is not disposed, and a fifth optical path branching means disposed on one of the optical paths branched by the fifth optical path branching means. a third photoelectric conversion element, a third toric lens that images only the target in the X direction on the third photoelectric conversion element, and a third toric lens disposed on the other optical path branched by the fifth optical path branching means. a fourth photoelectric conversion element, and the Y
a fourth toric lens that images only the target in the direction on the fourth photoelectric conversion element, and the inclination of the reflecting member arranged on the two optical paths is determined in the X direction and the Y direction.
A photoelectric autocollimator that detects direction.
リメータにおいて、 前記第１トーリックレンズまたは前記第３トーリックレ
ンズは、前記Ｘ方向にのみパワーを有する円柱レンズで
あり、前記第２トーリックレンズまたは前記第４トーリ
ックレンズは、前記Ｙ方向にのみパワーを有する円柱レ
ンズであることを特徴とするオートコリメータ。(3) In the photoelectric autocollimator according to claim (1) or (2), the first toric lens or the third toric lens is a cylindrical lens having power only in the X direction, and the second toric lens is a cylindrical lens having power only in the X direction. An autocollimator characterized in that the lens or the fourth toric lens is a cylindrical lens having power only in the Y direction.
いて、 前記合成光学部材はその光束入射面の１つを前記第３光
路分岐手段として兼用してなる複合ダイクロイックプリ
ズムもしくは複合ダイクロイックペンタプリズムである
ことを特徴とする光電式オートコリメータ。(4) In the photoelectric autocollimator according to claim (2), the composite optical member is a composite dichroic prism or a composite dichroic pentaprism in which one of its light flux incident surfaces also serves as the third optical path branching means. A photoelectric autocollimator characterized by:
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|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03216511A true JPH03216511A (en) | 1991-09-24 |
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