(57)【要約】【課題】  光学系中に設置した被検体の測定面である第１測定面と第２測定面間の傾きを検出し測定する。【解決手段】  レーザ光源１からの光束をコリメータレンズ３経由で２つの被検体４、７に向かわせる。被検体４の第１測定面５と他方の被検体７の第２測定面８で反射した反射光を往路に戻し、ビームスプリッタ２からＣＣＤなどの受光部６にスポットとして投影する。この投影される２つのスポット光は、被検体測定面５、８間の傾き角に応じてその外周部から外周部までの距離ｘが変化する。この受光部６上に投影されるスポット光の外周部間距離ｘと、スポットの径ｙを検出してその比ｙ／ｘを求め、その値を被検体測定面５、８間の傾きとして表示部に表示する。   【選択図】      図１
2008275492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源からの光束をコリメータレンズ経由で被検体に向かわせ、その第１測定面と第２測定面からの反射光を前記コリメータレンズ経由で受光部にスポットとして投影する光学系と、この光学系で受光部に投影される両反射光によるスポットの外周部間距離ｘとスポット径ｙの比ｙ／ｘを算出し、それを両測定面間の傾斜角として表示部に表示するようにした制御部と、を備えたことを特徴とするオートコリメータ。
【請求項２】
レーザ光源からの光束をコリメータレンズ経由で被検体に向かわせ、その第１測定面と第２測定面からの反射光を前記コリメータレンズ経由で受光部にスポットとして投影する光学系と、この光学系で受光部に投影される両反射光によるスポットの外周部間距離ｘとスポット径ｙの比ｙ／ｘに対応する値が量測定面間の傾斜角θとして予め記憶されているメモリと、前記被検体からの両反射光がスポットとして前記受光部に投影されたとき、そのｙ／ｘと対応する値をメモリから検索し、それを両測定面間の傾斜角θとして表示部に表示するようにした制御部と、を備えたことを特徴とするオートコリメータ。
【請求項３】
スポット外周部間の距離ｘとスポット径ｙの比ｙ／ｘに対応する値を、被検体測定面からの反射光口径やコリメータレンズの明るさ毎に記憶させたメモリとしたことを特徴とする請求項２記載のオートコリメータ。
【請求項４】
第１測定面と第２測定面間の傾き間隔ｄを駆動部によって順次変化し、間隔ｄ毎の第１と第２測定面からの反射光が得られるようにした２つの基準体を光学系中に設置し、この設定された間隔ｄ１、ｄ２、・・・ｄｎ毎に受光部上に投影される両スポットの外周部間距離ｘとスポット径ｙを算出し、その比ｙ／ｘを間隔ｄ１、ｄ２、・・・ｄｎ毎の傾斜角θ１、θ２、・・・θｎとして予め記憶したメモリとしたことを特徴とする請求項２記載のオートコリメータ。
【請求項５】
断面形状を楔形として構成し配置した基準体としたことを特徴とする請求項４記載のオートコリメータ。
【請求項６】
レーザ光源からの光束を投光用コリメータレンズを経て第１ビームスプリッタで反射し、さらにその光束を第２ビームスプリッタで二分して第１測定光学系と第２測定光学系として夫々基準体の同一面上を照射し、その両反射光を往路に戻して第１ビームスプリッタから受光用コリメータレンズを経て受光部にスポットとして投影するようにした光学系と、前記第２測定光学系中に設置され、その反射面角度ｒを順次変更して反射面角度ごとの測定光で前記基準体を照射するようにした測定ミラーと、この測定ミラーによって設定される反射角ｒ０、ｒ１、・・・ｒｎ毎に受光部上に投影される反射光スポットと第１測定光学系による反射光スポットを受光部上に投影し、両スポットの外周部間距離ｘとスポット径ｙの比ｙ／ｘを求めてその値を各反射角ｒ０、ｒ１、・・・ｒｎに応じた傾斜角θ０、θ１、・・・θｎとして予め記憶したメモリと、前記基準体に代わって設置される被検体第１測定面と第２測定面からの反射光がスポットとして前記受光部上に投影されたとき、そのｙ／ｘ値でメモリを検索し、それを両測定面間の傾斜角θとして表示部に表示するようにした制御部と、を備えたことを特徴とするオートコリメータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はオートコリメータに関するもので、特に光学系中に設置する被検体の２つの測定面間の傾きを高精度で測定できるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
金属やガラス、プラスチックなど各種材料を被検体とし、この被検体の向かい合わせにした２つの測定面間の傾きを測定することが多分野で行われている。
被検体の向かい合わせになった測定面間の傾きを測定するものとしてオートコリメータが知られている。このオートコリメータを図１０の説明図を用いて簡単に説明する。図Ａにおいて被検体としての透明なガラス板５０は、その表面５１が第１測定面として使用され、裏面５２は第２測定面として使用される。両測定面５１、５２間には角θの傾きが生じていて、このようなガラス板５０の上面から、例えば緑色の波長の光（λ＝０．５４μｍ）の光源５３で照射する。するとその光はレンズ５４、クロス線付のスクリーン５５、ビームスプリッタ５６、コリメータレンズ５７を経て平行光束となりガラス板５０に向かう。そのためスクリーン５５のクロス線５８は、第１測定面５１と第２測定面５２で反射し第１クロス線５９と第２クロス線６０となってコリメータレンズ５７に戻り、ビームスプリッタ５６で反射して図Ｂのように受光面６１に投影される。受光面６１に投影されるクロス線５８の像は第１測定面５１と第２測定面５２間の傾きθに応じて、夫々異なる位置に投影される。
図Ｂはこの状態を示したもので、第１クロス線５９と第２クロス線６０が寸法ｗ１の差を持って受光面６１に投影された状態となっている。つまりガラス板５０の向かい合わせの２つの測定面５１、５２が持つ傾きθによってクロス線５８はｗ１の差を持って受光面６１に投影される。傾きθが大きくなればｗ１の値も大きくなり、逆に２つのクロス線５９、６０が重なり合ってｗ１＝０になれば、傾きθも０となって第１測定面５１と第２測定面５２間は傾きがない平行状態と判断される。従がってｗ１の値を計測すれば、ある程度の精度で傾き角θを推定出来る。またｗ１を視認すれば経験的に傾き角θの値を推定することが出来る。
【０００３】
しかし傾き角θが小さく、クロス線５９、６０が接近して受光面６１に投影されたときは、図Ｃのように２つのクロス線５９、６０は一部が互いに重なり合って表示され、両者間の差ｗ２（ｗ１＞ｗ２）を判別することが難しくなる。特にｗ２の値が２点間の分解限界であるレーリーリミットより小さい場合には、クロス線５９、６０を判定することは相当困難となる。このようにｗ２の値が０に近づくほどその検出は難しくなるから、誤差となって生じる範囲が一定せず、個人差も生じる様になる。従がってθの値が大きいときはある程度の精度で傾きを測定することが出来るが、θの値が小さくなって２つのクロス線間の差ｗ２が小さくなると測定精度は大まかとなる。このようにこれまでのオートコリメータで２つの向かい合った測定面が持つ傾きを測定しようとすると、両者間の傾きが０に近づくほど測定精度はあいまいになるという傾向にあり、微小な値のθを必要とする測定の場合、致命的であった。またこのｗ２の値は０に対してどのくらいの値を持つ傾き角θとなるのか、或いは図Ｂで示したｗ１による傾き角θはどのくらいの値となるのか、ということは経験的に推定できたとしても、デジタル的な数値として捉えることはできない。
また被測定物の傾きを測定するオートコリメータとして特許文献１が知られている。この文献１によれば被測定物の測定部位を拡大して確認できるようにするため顕微鏡を使用することが記されている。しかし顕微鏡を用いて測定部位を確認しようとすると、測定部位が極めて微細な領域にあるため確認が困難になる場合が多く発生してしまう。そのためこの特許文献１では被測定物に平行光を照射し、この平行光束中に出し入れ自在な顕微鏡を設置し、顕微鏡で位置決めを行った後に被測定物の傾きを測定するようにしている。しかしこの文献１には顕微鏡を位置決めできるようにした光学系については開示されているが、被測定物の傾きを測定するときの精度向上手段については何も開示されていない。それも微細な傾きを精度を維持したまま測定できるようにした具体的な方法については何も触れられていない。
【特許文献１】特開２００３−１４８９３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って本発明の課題は上記問題を解決して、被検体測定面間の傾きが０に近いような微細な場合でも測定精度を維持したままで測定できるようにした高精度のオートコリメータを得ることである。そして被検体の傾きが大きくなったような場合でも、同じように測定精度を維持したまま測定できるようにすることである。さらに傾斜角θの大小にかかわらず、測定結果をデジタル的な数値として捉えることができるようにすることである。
そのため本発明では、（ａ）受光部に投影される２つの反射光スポットを用いて、その傾きを高精度に検出できるようにする。（ｂ）使用する光源の波長（λ）、コリメータレンズに入射する被検体測定面からの反射光口径やコリメータレンズの明るさ、被検体測定面の表面加工精度など、測定時の条件に変動があったとしても対処できるようにする。（ｃ）測定する傾斜角の精度を必要に応じて随時チェックできるようにして精度を維持できるようにする。それらによってオートコリメータとしての機能を高め、汎用性と操作性を向上できるようにする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため本発明は、レーザ光源からの光束をコリメータレンズ経由で被検体に向かわせ、その第１測定面と第２測定面からの反射光を前記コリメータレンズ経由で受光部にスポットとして投影する光学系と、この光学系で受光部に投影される両反射光によるスポットの外周部間距離ｘとスポット径ｙの比ｙ／ｘを算出し、それを両測定面間の傾斜角として表示部に表示するようにした制御部と、を備えたことを特徴とする。
請求項２の発明によるものは、レーザ光源からの光束をコリメータレンズ経由で被検体に向かわせ、その第１測定面と第２測定面からの反射光を前記コリメータレンズ経由で受光部にスポットとして投影する光学系と、この光学系で受光部に投影される両反射光によるスポットの外周部間距離ｘとスポット径ｙの比ｙ／ｘに対応する値が両測定面間の傾斜角θとして予め記憶されているメモリと、前記被検体からの両反射光がスポットとして前記受光部に投影されたとき、そのｙ／ｘと対応する値をメモリから検索し、それを両測定面間の傾斜角θとして表示部に表示するようにした制御部と、を備えたことを特徴とする。
請求項３の発明によるものは請求項２記載のオートコリメータにおいて、スポット外周部間の距離ｘとスポット径ｙの比ｙ／ｘに対応する値を、被検体測定面からの反射光口径やコリメータレンズの明るさ毎に記憶させたメモリとしたことを特徴とする。
請求項４の発明によるものは請求項２記載のオートコリメータにおいて、第１測定面と第２測定面間の傾き間隔ｄを駆動部によって順次変化し、間隔ｄ毎の第１と第２測定面からの反射光が得られるようにした２つの基準体を光学系中に設置し、この設定された間隔ｄ１、ｄ２、・・・ｄｎ毎に受光部上に投影される両スポットの外周部間距離ｘとスポット径ｙを算出し、その比ｙ／ｘを間隔ｄ１、ｄ２、・・・ｄｎ毎の傾斜角θ１、θ２、・・・θｎとして予め記憶したメモリとしたことを特徴とする。
請求項５の発明によるものは請求項４記載のオートコリメータにおいて、断面形状を楔形として構成し配置した基準体としたことを特徴とする。
請求項６の発明によるものは、レーザ光源からの光束を投光用コリメータレンズを経て第１ビームスプリッタで反射し、さらにその光束を第２ビームスプリッタで二分して第１測定光学系と第２測定光学系として夫々基準体の同一面上を照射し、その両反射光を往路に戻して第１ビームスプリッタから受光用コリメータレンズを経て受光部にスポットとして投影するようにした光学系と、前記第２測定光学系中に設置され、その反射面角度ｒを順次変更して反射面角度ごとの測定光で前記基準体を照射するようにした測定ミラーと、この測定ミラーによって設定される反射角ｒ０、ｒ１、・・・ｒｎ毎に受光部上に投影される反射光スポットと第１測定光学系による反射光スポットを受光部上に投影し、両スポットの外周部間距離ｘとスポット径ｙの比ｙ／ｘを求めてその値を各反射角ｒ０、ｒ１、・・・ｒｎに応じた傾斜角θ０、θ１、・・・θｎとして予め記憶したメモリと、前記基準体に代わって設置される被検体の第１速底面と第２速底面からの反射光がスポットとして前記受光部上に投影されたとき、そのｙ／ｘ値でメモリを検索し、それを両測定面間の傾斜角θとして表示部に表示するようにした制御部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明はレーザ光源からの光束をコリメータレンズ経由で被検体に向かわせ、その第１測定面と第２測定面からの反射光をコリメータレンズ経由で受光部にスポットとして投影し、投影された両反射光によるスポットの外周部間距離ｘとスポット径ｙの比ｙ／ｘを算出し、それを両測定面間の傾斜角として表示するようにしたことを基本としている。それによって２つの測定面からの反射光によるスポットを受光部上で検出するだけで、２つの測定面間に傾斜角の大小があってとしても測定精度を維持したまま同じ条件で測定作業を進めることが出来る。それも傾斜角の大小にかかわらずに測定結果を数値として表示できるので、評価作業を一定化することが出来る。
また使用する光源の波長（λ）やコリメータレンズの明るさなど測定時の条件に変動があったとしても、それら変動要素を予め想定したデータ群を準備しておくことによって、所定の対応する傾斜角を求めることが出来る。さらに測定する傾斜角の精度はオートコリメータが設置されている環境に合わせてチェックできるようにしたので、その測定精度を維持することが出来る。これらによってオートコリメータとしての機能を高め、汎用性と操作性を向上することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明によるものは前記したようにレーザ光源からの光束をコリメータレンズ経由で被検体に向かわせ、その第１測定面と第２測定面からの反射光をコリメータレンズ経由で受光部にスポットとして投影し、投影された両反射光によるスポットの外周部間距離ｘとスポット径ｙの比ｙ／ｘを算出し、それを傾斜角として表示するようにしたことを基本としている。以下にこの発明によるオートコリメータについて添付図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
図１は実施例１によるオートコリメータの全体構成を示した説明用の概略図である。図においてレーザ光源１からの光束ｂはビームスプリッタ２を経てコリメータレンズ３に向かう。コリメータレンズ３を通過した光束ｂは平行光束となり、ガラス板などによる１つ目の被検体４を照射し、その裏面の第１測定面５で反射する。第１測定面５で反射した光束ｂは直径がφとなって往路を戻り、コリメータレンズ３に入射してビームスプリッタ２で反射しＣＣＤなどによる受光部６にスポットとして集光する。図ではこの集光したスポット位置をｐ１として示してある。１つ目の被検体４を通過した光は、この被検体４と向かい合わせになって設置されている２つ目の被検体７に向かい、その表面の第２測定面８で反射する。第２測定面８が第１測定面５に対して任意の角度θで傾いていれば、第２測定面８で反射した光は２θの傾きを持ってコリメータレンズ３に戻り、ビームスプリッタ２で反射して受光部６にスポットとして集光する。図ではこの集光したスポットの位置をｐ２として示してある。
両被検体４、７は夫々枠９、１０に収容され、測定台１１上に設置される。受光部６の位置ｐ１、ｐ２で受光したスポットは制御部１３を経て表示部１４に伝えられ表示される。このときの表示画面１４ａを図２に示したが、受光部６が２つのスポットｓ１、ｓ２を受光すると、制御部１３はその一方のスポットｓ１の最外周部位置からもう一つのスポットｓ２の最外周部位置までの距離ｘを
ｘ＝ｆ×ｔａｎ２θ・・・・・（１）
ｆ＝コリメータレンズ３の焦点距離
によって算出する。
図２は表示部１４の画面１４ａを示した説明図で、上記したスポット外周部間距離ｘを参考のために示してある。図１において１５はキーボードやマウスなどの入力部、１６は外部メモリやプリンタなどの出力部である。また被検体４、７は向かい合わせの２枚１組で２つの測定面５、８を作る例となっているが、図１０のように１つの被検体５０の表裏面を２つの測定面として利用する場合も同様に扱うことが出来る。
【０００９】
レーザ光源１からの光束ｂをコリメータレンズ３経由で２つの被検体４、７を照射し、その一方の被検体４の第１測定面５からの反射光と、他方の被検体７の第２測定面８からの反射光をコリメータレンズ３経由で受光部６に投影するようにした光学系が、受光部６の位置ｐ１、ｐ２にスポットｓ１、ｓ２を投影したとき、制御部１３は前記のように（１）式によってスポットｓ１、ｓ２の最外周部間の距離ｘを算出する。制御部１３はこのｘの算出に合わせてさらにスポットｓの直径ｙを次式によって算出する。図２は上記した様に表示画面１４ａの説明図であるが参考のためスポットの径もｙとして表示してある。
ｙ＝１．２２×Ｆλ
＝１．２２×（ｆ／φ）×λ・・・・・（２）
１．２２＝定数
φ＝被検体反射面からの反射光口径
制御部１３は算出されたｘとｙの値からその比ｙ／ｘを求めて、それを２つの反射面５、８間の傾斜角θ'として表示部１４に表示する。即ち、２つの反射面５、８間によって作り出される傾き角の差によって受光部６に投影される２つのスポットｓ１、ｓ２の外周部間距離ｘは変化する。
このスポットｓについて図３を用いてさらに説明する。この図は表示部１４に表示されるスポットｓの説明図となっていて、受光部６に投影されたスポットｓの径がｙで距離がｘ１として検出されると、制御部１３は「ｙ／ｘ１」を算出し、図の第１列１８ａのように「０．９」を得る。そしてこの「０．９」を反射面５、８間の傾斜角θ'として表示画面１４ａに表示する。「０．９」という値が表示されると、それは「１」に近い値であることから、傾斜角θ'は「０」に近い値であると推定される。同じようにスポットｓの径がｙで距離がｘ２であったとすれば、制御部１３は「ｙ／ｘ２」を算出し、図３第２列１８ｂのように「０．８」を得る。そしてこの「０．８」という値を両反射面５、８間の傾斜角θ'として表示画面１４ａに表示する。以下同じようにしてｘ３、ｘ４、ｘ５、・・・ｘｎであった時の「ｙ／ｘ］を算出し、その値を傾斜角θ'として表示画面１４ａに表示する。こうして得られる傾斜角θ'は「ｙ／ｘ」によるものであるから、実際の傾斜角θとは異なる。従がって実際の傾斜角θに対する仮の傾斜角θ'として扱うことになる。しかし仮の傾斜角θ'が得られれば真の傾斜角θは経験的に推定することが出来る。
また上記の説明はｘとｙを求めてその比ｙ／ｘを算出し、得られた値を仮の傾斜角θ'とするものであったが、スポットｓのｘとｙが得られれば楕円に近似することが出来るので、数式的に楕円の離芯率を「ｙ／ｘ」とみなせば、その値を仮の傾斜角θ'として上記の例と同じように扱うことが出来る。
このように実施例１では、受光部６に投影される２つのスポットｓ１、ｓ２を検出してそのｘとｙを求め、両者の比を算出して仮の傾斜角θ'として表示部１４に表示するようにしている。そしてこの表示された仮の傾斜角θ'に基づき、２つの反射面５、８間の実際の傾斜角θを推定するようにすれば、予備的な評価作業としての成果を得ることが出来る。しかしこの仮傾斜角θ'の表示は両反射面５、８間の傾斜角の大小にかかわらず常に数値として捉えることができるから、それを確認することで測定結果の把握を一定化し、標準的な作業を進めることが出来る。
【００１０】
次に上記した仮の傾斜角θ'を真の傾斜角θに換算し、正確な測定結果を得るための換算表について説明する。この換算表は表示画面１４ａに表示された仮傾斜角θ'、例えば「０．９」を真の傾斜角θに換算するために予め用意されるもので、ｘの値をｘ１、ｘ２、ｘ３、・・・ｘｎのように変更した時の夫々のｙ／ｘを事前に実験によって算出し、それを傾斜角θ１、θ２、θ３、・・・θｎとして、ｙ／ｘ値と共に記入して作成したものである。このような換算表を準備しておけば表示画面１４ａに仮の傾斜角θ'が表示されれば、対応する真の傾斜角θを換算表から探索することが出来る。
図４と５は上記換算表に真の傾斜角θなどのデータ群を書き込む時の方法を説明するもので、図４は図１と同様にオートコリメータの説明図、図５は換算表にデータを書き込む時の作業内容を説明する図である。図４においてレーザ光源１からの光束ｂはビームスプリッタ２、コリメータレンズ３を経て平行光束となり、基準体４ａ、７ａに向かう。この基準体４ａ、７ａは図１の被検体４、７と同じか、或いは同等の材質で形成され、被検体４、７に代わって測定台１１上に設置される。そしてその第１測定面５ａと第２測定面８ａは完全平面の原器として使用され、夫々枠９、１０に収容される。基準体第１測定面５ａと第２測定面８ａで反射した光は、口径φの平行な光束のままコリメータレンズ３に戻り、ビームスプリッタ２で反射しＣＣＤなどの受光部６にスポットとして集光する。図ではこの集光したスポット位置をｐ０として示してある。２つの反射面５ａ、７ａは完全平面であるから、両者が平行に設置されていれば第１測定面５ａからの反射光スポットｓ１と第２測定面８ａからの反射光スポットｓ２は同じ位置ｐ０に集光する。基準体４ａの収容枠９には例えばマイクロメータと同様な構造の駆動部１７が取り付けられていて、これを操作して回転すると基準体４ａの駆動部１７側は他方の基準体７ａに対して浮き上がり、第１測定面５ａと第２測定面８ａ間の傾き間隔ｄ（図５の欄１８）を変化させる。逆にこの駆動部１７を操作することで、２つの反射面５ａ、８ａからのスポットが同じ位置ｐ０に集光するよう調整できる。こうして２つの反射面５ａ、８ａが平行になるよう調整した基準体４ａ、７ａを原器として使用するが、これはオートコリメータの測定台１１を設置する室内の床の傾きや、室内温度、微小振動の有無など設置環境に合わせて事前に調整できることにもなる。
この調整された基準体４ａ、７ａの状態を示したのが図５の第１横列１９ａの欄１８である。この欄１８は２つの基準体４ａ、７ａの調整状態を正面図として示していて、この場合、反射面５ａ、８ａ間の傾き間隔は「ｄ＝０」となっている。この「ｄ＝０」を表示すため駆動部１７に付随しているメータ１７ａ（図４）を０にセットする。この「ｄ＝０」のとき２つのスポットｓ１、ｓ２は図５の表示画面１４ａの欄のように１つに重なって表示される。そのため一方のスポットｓ１の外周部と他方のスポットｓ２の外周部間距離ｘは０であるから、「ｘ＝１」、「ｙ＝１」が制御部１３で算出され、さらにｙ／ｘによって「１」が求められる。図５ではこの状態を右側欄１３ａに示した。従がって２つのスポットｓ１、ｓ２が重なって一致した状態で受光部６に投影されたときは、この第１横列１９ａのように制御部１３によって「ｘ＝１」、「ｙ＝１」、「ｙ／ｘ＝１」が算出され、換算表を表している右欄２０には「ｙ／ｘ＝１」に対応する値として「θ０」が表記される。つまり「ｙ／ｘ＝１」が仮の傾斜角として表示されたときは、その「１」を確認して測定面間隔「ｄ＝０」と対応する値の「θ０」を真の傾斜角として換算表２０に記入する。
【００１１】
以上の作業が終了すると換算表２０の第２列目１９ｂの記入作業に進む。第２列目１９ｂではまず図４の駆動部１７を動作して回転し、メータ１７ａを見ながら第２測定面８ａに対する第１測定面５ａの傾き間隔ｄを拡げ、例えば「ｄ＝１」とする。「ｄ＝１」に拡げられると第１測定面５ａからの反射光スポットｓ１と第２測定面８ａからの反射光スポットｓ２は受光部６上で投影位置を変え、例えば図５第２列目１９ｂの表示画面１４ａの欄のようになり、スポットｓ１、ｓ２の外周部間距離はｘ１となる。このｘ１とｙの値が前記（１）、（２）式により算出されると、「ｘ１＝１．１」、「ｙ＝１」が制御部１３で算出され、さらに「ｙ／ｘ１」が求められて「０．９」が仮の傾斜角として欄１３ａのように算出され、その値が図３の第１列１８ａのように表示される。この表示された「０．９」を確認して換算表２０に、反射面間隔「ｄ＝１」に対応する値として「０．９＝θ１」を記入する。これで測定面５ａ、８ａ間の傾き間隔が「ｄ＝１」の時の真の傾斜角「θ１」を換算表２０の第２列目１９ｂに記入する作業が終了する。
【００１２】
第２列目１９ｂの換算表２０記入作業が終わると次の第３列目１９ｃの作業に進む。第３列目１９ｃではまず図４の駆動部１７を操作して回転し、メータ１７ａを見ながら第２測定面８ａに対する第１測定面５ａの傾き間隔ｄを拡げ、例えば「ｄ＝２」にする。「ｄ＝２」に拡げられると第２測定面５ａからの反射光スポットｓ１と第２測定面８ａからの反射光スポットｓ２は受光部６上で投影位置を変え、例えば図５の表示画面１４ａの欄のようになり、スポットｓ１、ｓ２の外周部間距離はｘ２となる。このｘ２とｙの値が算出されると、例えば「ｘ２＝１．２」、「ｙ＝１」が算出され、さらにこの値に基づき「ｙ／ｘ２」が求められて欄１３ａのように「０．８」が仮傾斜角として算出される。仮傾斜角が「０．８」と算出され、それが図３の第２列１８ｂのように表示画面１４ａに表示されると、それを確認して換算表２０に、測定面間隔「ｄ＝２」に対応する値として
「０．８＝θ２」を記入する。これで測定面５ａ、８ａ間の傾き間隔が「ｄ＝２」の時の真の傾斜角「θ２」を第３列目１９ｃのように記入する作業が終了する。
同様にして第４列目１９ｄの記入作業に進み、第２測定面８ａに対する第１測定面５ａの傾き間隔を例えば「ｄ＝３」に拡げ、第１測定面５ａからの反射光スポットｓ１と第２測定面８ａからの反射光スポットｓ２の外周部間距離をｘ３とする。このｘ３とｙの値が得られると「ｘ３＝１．３」、「ｙ＝１」が算出され、さらにｙ／ｘ３が求められて欄１３ａのように「０．７」が仮傾斜角として算出される。この値が図３の第３列１８ｃのように表示画面１４ａに表示されるのを確認して、換算表２０に測定面間隔「ｄ＝３」に対応する値として「０．７＝θ３」を記入する。これで測定面５ａ、８ａ間の傾き間隔がｄ＝３の時の真の傾斜角「θ３」が第４列目１９ｄのように記入する作業が終了する。以下同じようにして必要な真の傾斜角θの値を順次換算表２０に記入していく。
【００１３】
上記のように換算表２０の作成に際しては被検体と同じか、或いは同等の材質で形成した基準体４ａ、７ａを原器として用意し、その２つの反射面５ａ、８ａ間の傾き間隔ｄを駆動部１７によって順次変化させる。そして間隔ｄ１、ｄ２、・・・ｄｎ毎に変化する受光部６上の２つの反射光スポットｓ１、ｓ２の外周部間距離ｘと、スポット径ｙを（１）、（２）式により求めてその比ｙ／ｘを仮の傾斜角として算出し表示する。そしてその表示された値を確認してその値と対応する真の傾斜角をθ１、θ２、・・・θｎとして換算表２０に記入していく。
実際に被検体間４、７間の傾斜角θを求めるときは、原器としての基準体４ａ、７ａを測定台１１上から外して被検体４、７を設置する。そしてその反射面５、８からの反射光を受光部６に向かわせれば、２つの測定面が持つ傾斜角に応じたスポットｓ１、ｓ２が投影される。このスポットｓ１、ｓ２のｘとｙの値を検出し、その比ｙ／ｘを求めて仮傾斜角として表示画面１４ａに表示する。そして表示された傾斜角に基づき基準体４ａ、７ａを用いて作成した換算表２０を探索すれば、真の傾斜角θを得ることが出来る。
このように基準体の２つの測定面が持つ傾斜角に応じた値を予め算出し、それを表記した換算表２０を用意することによって、受光部６に投影されるスポットｓ１、ｓ２のｘとｙを求めるだけで必要とする真の傾斜角θを得ることが出来る。しかもその結果はｘとｙ値の検出に変動が生じたとしても、原器を使用して得た結果を照合することになるから精度がばらつくことはない。尚、図４において制御部１３内に示した２１はメモリで、その詳細については次の実施例２で説明する。同様に図の照明ユニット２２についても後に説明する。
【００１４】
次に図６を用いて基準体４ａ、７ａの具体的構成例について説明する。図において基準体４ａ、７ａは夫々枠９、１０に収容され、両枠は金具で連結される。一方の枠９にはメータ付の駆動部１７が取り付けられ、それを回転操作することで基準体７ａに対する他方の基準体４ａの取り付け角度が変化する。他方の枠１０には受け部２３ａが設けられ、図８で説明するスケール２３が設置される。また基準体４ａの第１測定面５ａに対する反対側の面５ｂは傾斜面として形成され、基準体４ａを断面にしたときの形状が楔形となるよう構成される。同じように基準体７ａの第２測定面８ａに対する反対側の面８ｂは傾斜面として形成され、基準体７ａを断面にしたときの形状が楔形となるよう構成される。
今、図６のように第１測定面５ａと第２測定面８ａが互いに平行になるよう調整されているとしたとき、図４の光源１からの光を両基準体４ａ、７ａに向かわせると、基準体４ａの傾斜面５ｂで反射した光２４は斜光線となってカットされ、図４のコリメータレンズ３に戻ることが出来ない。これに対し第１測定面５ａで反射する光２５は第１測定面５ａと直交する垂直な光としてコリメータレンズ３に向かい、スポットｓ１として受光部６に投影される。
基準体４ａを通過し他方の基準体７ａに向かった光の内、第２測定面８ａで反射する光２６は第２測定面８ａと直交する垂直な光となってコリメータレンズ３に向かい、スポットｓ２として受光部６に投影される。これに対し傾斜面８ｂで反射する光２７は斜光線となってカットされ、コリメータレンズ３に戻ることが出来ない。
上記のように２つの基準体４ａ、７ａを、その断面形状が楔形となるよう構成することで、各基準体４ａ、７ａが持つ２つの反射面で反射する光束の一方を斜光線としてカットできるので、スポットｓ１、ｓ２の判定時に有効である。このように構成した基準体４ａ、７ａを、被検体の測定時に必要に応じて測定台１１上に設置し、換算表２０に記入した値と現在の値が一致しているかを確認するようにすれば、検出する傾き角の精度を現在設定されている環境に合わせてチェック出来るので、その精度を維持し保証できるようになる。
【実施例２】
【００１５】
次に実施例２について説明する。この実施例２によるものは上記した換算表２０をメモリ２１として制御部１３内に収容し、真の傾斜角θを直接表示部１４に表示できるようにしたものである。まず図７を用いてメモリ２１と表示画面１４ａの関係について説明する。図において左欄は表示画面１４ａを表していて、表示される２つのスポットｓ１、ｓ２の位置関係を表している。図の右欄はメモリ２１で、その左側欄２１ａはｙ／ｘの値、右側欄２１ｂは傾斜角θが夫々記憶される。このメモリ２１は図４の制御部１３内に収容されるが、ハードディスク、ＵＳＢメモリ、チップメモリ、メモリ基盤など各種のものを採用することができる。
図７第１横列２８ａの表示画面１４ａは、２つのスポットｓ１、ｓ２の外周部間距離がｘ１、直径がｙとして検出された場合である。この第１列２８ａの状態が基準体測定面５ａ、８ａからの反射光スポットｓ１、ｓ２として受光部６に投影されたときは、メモリ２１の左欄２１ａに算出された「ｙ／ｘ１＝０．９」が記憶され、右欄２１ｂにはそのときの傾斜角として「θ１」が記憶される。それによって基準体４ａ、７ａに代わって被検体４、７を光学系中に設置し、その反射面からのスポットｓ１、ｓ２が直径ｙ、両者間の外周部距離がｘ１として検出されたときは、メモリ２１の第１列２８ａから「ｙ／ｘ１＝０．９」が検索され、そのときの傾きは「θ１」として読み出される。そして表示部１４に反射面５、８間の傾きはθ１として表示される。実際に表示部１４に表示する方法は既知の方法で表示すればよいので、その説明は省略するが専用の表示画面を設置するようにしても良い。  
以上のように２つの被検体測定面５、８からの反射光スポットｓ１、ｓ２が受光部６に投影されたとき、その外周部間距離がｘ１、スポットの径がｙと検出されれば、メモリ２１のデータ群から第1の列２８ａが検索され、それによって傾きθ１が求められて表示部１４に表示される。
【００１６】
図７の第２列目２８ｂの左側は、基準体測定面５ａ、８ａからの２つのスポットｓ１、ｓ２の直径がｙで、外周部間距離がｘ２として検出され時の状態が画面１４ａに表示された場合を示している。この第２列２８ｂの状態が受光部６で検出されたときは、メモリ２１の左欄２１ａに算出された「ｙ／ｘ２＝０．８」が記憶され、右欄２１ｂにはその時の傾斜角として「θ２」が記憶される。それによって基準体４ａ、７ａに代わって被検体４、７を光学系中に設置し、その測定面からのスポットｓ１、ｓ２が直径ｙ、両者間の外周部距離がｘ２として検出されたときは、メモリ２１のデータ群から第２列２８ｂが検索され、２つの測定面角度「θ２」が読み出されて表示部１４に表示される。
以下同じ様に第３列２８ｃ、第４列２８ｄ、第５列２８ｅの状態が基準体測定面５ａ、８ａからのスポットｓ１、ｓ２として検出され、その外周間距離がｘ３、ｘ４、ｘ５として求められれば、それぞれのｙ／ｘ値と傾斜角「θ３」、「θ４」、「θ５」がメモリ２１に記憶される。同様にスポットｓ１、ｓ２間の距離がｘｎとして検出されたときはｙ／ｘｎと傾斜角「θｎ」がメモリ２１ｎに記憶される。
【００１７】
スポットｓの直径ｙは、前記（２）式からも分かるように光源１の波長λ、コリメータレンズ３の明るさやコリメータレンズ３に入射する被検体測定面からの反射光口径φによって変動する。また被検体４、７の測定面５、８の加工精度、例えば研磨加工されている場合やコーティング処理されている場合などによっても変動する。従がってこれら変動要素に応じて予め算出した値θを記憶したメモリ２１を用意し、それを制御部１３内に設置して使用するようにすれば、変動要素に応じた測定結果を得ることが出来る。
【００１８】
上記のようにこの実施例２では両被検体４、７の第１測定面５と第２測定面８間の傾斜角θに応じて変化する受光部６上の２つの反射光によるスポットの外周部間距離ｘとスポット径ｙの比ｙ／ｘを求め、それに応じた値を予め記憶してあるメモリ２１のデータ群から、対応する傾斜角θを選択的に検索するようにしたことを大きな特徴としている。それによってｘやｙの値を検出するだけで２つの被検体測定面間の傾きθを求めることが出来る。また光源の波長λやコリメータレンズ３の明るさ、測定面からの反射光口径、被検体測定面８の表面加工精度など変動要素に応じたメモリ２１を準備することで、スポットの明るさや大きさなどが変化したとしても、対応する傾き角をメモリ２１のデータ群から検索することが出来る。
【００１９】
次に図５、７で説明した傾斜角θの検出をさらに精度を上げて算出する場合について説明する。図４において単色光を発する照明ユニット２２は光学系ユニット３０の下部に設置され、２つの基準体４ａ、７ａを照明する。すると駆動部１７などによって両者４ａ、７ａ間に傾きθが与えられていれば、第１測定面５ａと第２測定面８ａからの反射光は互いに干渉して干渉縞を発生する。この干渉縞はλ／２毎に発生し、その発生状態も基準体４ａ上から視認することが出来る。この干渉縞と傾斜角θの関係について図８を用いて説明する。
【００２０】
図８においてＡは向かい合わせにして光学系中に設置される２つの基準体４ａ、７ａを平面的に示したもので、３つの干渉縞３１ａ、３１ｂ、３１ｃが発生している例となっている。２３はスケールで図４の測定台１１上に基準体４ａ、７ａと一緒に設置されたもので、このスケール２３の目盛りを確認することで各干渉縞３１間の間隔Ｌを測定することが出来る。図Ｂは図Ａの基準体４ａ、７ａを正面から見たときのもので、両者間には右側でｄｎ２の傾き間隔があり、左側にはｄｎ１の間隔がある。このような例で両基準体４ａ、７ａ間の傾斜角θｎ１を求めようとすれば、
θｎ１＝ａｒｃｔａｎ（ｄｎ２−ｄｎ１）／Ｌ
＝ａｒｃｔａｎ（λ／２）／Ｌ・・・・・（３）
で求められる。
仮に干渉縞３１ａ、３１ｂ間の間隔をＬ＝３０ｍｍとし、λを前記の例にならってλ＝０．５４μｍとすれば、θｎ１＝（０．５４／２）μｍ／３０ｍｍ＝１．８６秒となる。この１．８６秒が駆動部１７によって両基準体４ａ、７ａ間に設定された傾き角θｎ１となる。この状態で照明ユニット２２を消灯し、光学系ユニット３０の光源１からの光を与えれば、図５、７で説明したスポットｓ１、ｓ２によるｘとｙが検出される。これで傾斜角θｎ１（１．８６秒）のときの正確なｘとｙ、それとｙ／ｘが算出されてメモリ２１に記憶される。
【００２１】
上記のように単色光の照明ユニット２２を設置して基準体４ａ、７ａを照明し干渉縞３１を発生させて、その間隔Ｌをスケール２３で測定すれば正確な傾斜角θの値を求めることが出来る。従がって駆動部１７を操作して傾き間隔ｄを順次変え、そのときの干渉縞３１間の間隔に応じてｘとｙ、ｙ／ｘを算出してメモリ２１に記憶するようにすれば、被検体４、７の傾斜角を測定していくことが出来る。図６で説明した受け部２３ａは測定台１１上に設置するスケール２３を枠１０上に設置するようにした部分で、発生した干渉縞３１の間隔Ｌを干渉縞３１の近くで測定できるようにするものである。勿論、干渉縞３１の間隔Ｌはスケール２３で測定するだけでなく干渉計で測定するようにすれば、より正確な測定を実施することができる。
【００２２】
図８Ｃは図８Ａの基準体４ａ、７ａに変えて被検体４、７を設置したときを示している。図８Ａでは平面性の保証された原器としての基準体４ａ、７ａとしてあるため、発生する干渉縞３１ａ、３１ｂ、３１ｃはみな同じ形状、姿勢となる。つまり第１測定面５ａ第２、測定面８ａのどの位置（例えば図８Ｃの仮想線ｇ１、ｇ２、ｇ３・・・）で測定しても同じ結果が得られる。
これに対し図８Ｃは被検体４、７を測定台１１に設置して、干渉縞３１を発生させた状態を図８Ａに合わせた状態で示している。しかしこの発生した干渉縞３１ｄ、３１ｅ、３１ｆは、いずれもその形状、姿勢が異なるものとなる。これは被検体の第１測定面５と第２測定面８は平面性が保証されてなく、歪みや凹凸が生じているためで、このような場合、被検体の傾斜角をどの位置で測定すればよいのかが問われる。例えば図８Ｃの任意の仮想線ｇ１、ｇ２、ｇ３・・・を傾斜角の測定位置にしたとすれば、その位置毎に測定結果が異なってしまう恐れが生じる。そのため最適測定位置の選択が必要となる。しかし干渉縞３１を発生し、それを視認することで歪みや凹凸が生じていることを確認出来るので、測定位置の選択が必要なことを判断できる。また最適測定位置を選択する時の目安としても干渉縞３１を使用することが出来る。
【実施例３】
【００２３】
次に図９を用いて実施例３について説明する。この実施例は図８で説明した干渉縞３１による傾斜角θなどのデータ群書き込みを測定ミラーで行うようにしたものである。図８Ｂにおいてｄｎ１に対するｄｎ２の値が大きくなると、つまり図５の欄１８に示したｄの値が大きくなると図８Ａの干渉縞３１間距離Ｌの値は小さくなる。すると干渉縞３１ａ、３１ｂ、３１ｃは互いに接近してその境目の判定が難しくなり、Ｌ値の特定化に支障が生じるようになる。Ｌの値が不安定であれば前記（３）式による計算結果も不安定となる。従がってこの実施例３によるものは、ｄの値が大きくなって傾斜角θが大きくなった場合に好適な方法を提供するものである。例えば傾斜角θが０．２秒から５秒までというようなθ値の場合には図８による方法を適用し、それ以上のθ値のときは図９の実施例を採用するというように使い分ければ、両者の特長を活かすことが出来る。
【００２４】
図９においてレーザ光源１からの光は投光用コリメータレンズ３ａを経て平行光束となり、第１ビームスプリッタ３２で反射し、さらに第２ビームスプリッタ３３で二分され、一方はそのまま直進して第１測定光学系３４となり基準体４ａ面を照射する。第２ビームスプリッタ３３で反射した他方の光は第２測定光学系３５となって測定ミラー３６に向かい、そこで反射されて基準体４ａ面を照射する。基準体４ａは１枚で構成され、その表面が前記した第１測定面５ａとして作用する。この基準体表面を照射した第１測定光学系３４と第２測定光学系３５からの反射光は往路を戻り、第１ビームスプリッタ３２から受光用コリメータレンズ３ｂを経て受光部６に向かう。従がって第２ビームスプリッタ３３と測定ミラー３６の反射面が平行に設置され、しかも測定ミラー３６の反射面が基準体４ａ面に対し９０度に設置されていれば、第１測定光学系３４と第２測定光学系３５による基準体４ａ表面からの反射光は、受光部６の同一位置（例えば図４の位置ｐ０）にスポットとして集光する。
このような光学系ユニット３０ａ中の第２測定光学系３５光路中に設置される測定ミラー３６は、その反射面の角度を任意に変更できるよう回転台３７上に取り付けられる。回転台３７は駆動部１７ｂと連結していて、駆動部１７ｂは例えばマイクロメータと同様な構造となっており、そのつまみ１７ｃを回転すると回転台３７が所定量回転するようになっている。この回転量を把握するため図４に示したメータ１７ａと同様なものが設置されるが図９では省略されている。
つまみ１７ｃを操作して回転台３７を回転すると、測定ミラー３６の反射面角度ｒが変化し、基準体４ａに向かう第２測定光学系３５の光束方向はを変化し、基準体４ａ上の照射位置を変える。従がって反射面角度をｒ０、ｒ１、・・・ｒｎと順次変更していけば、反射面角度ｒに応じた照射位置が得られ、その照射位置からの反射光が受光部６に向かうようになる。
【００２５】
例えば反射面角度がｒ０に設定されているときは、つまり測定ミラー３６から基準体４ａ面に向かう照射光束が基準体４ａ面に対し９０度になるよう設定されていれば、図５に示した第１横列１９ａと同様に「ｄ＝０」としての処理が進められる。具体的には第１測定光学系３４による基準体４ａ面からの反射光スポットｓ１と、第２測定光学系３５による反射光スポットｓ２は受光部６の同じ位置に集光するから、制御部１３はスポットｓ１、ｓ２の外周部間距離をｘ、スポットｓ１、ｓ２の径をｙとして検出し、「ｙ／ｘ＝１」から対応する傾斜角を「θ０」としてメモリ２１に記憶する。
つまみ１７ｃを操作して回転台３７を回転し測定ミラー３６の反射面角度をｒ１に設定すると、基準体４ａ面に向かう照射光束はその角度を変え、図５の第２横列１９ｂのように「ｄ＝１」としての処理を進める。具体的には第２測定光学系３５による基準体４ａ面からの反射光スポットｓ２は、第１横列１９aの時の受光部集光位置から測定ミラー３６の反射面角度がｒ１に変化した分に相当するだけ移動する。それによってスポットｓ１、ｓ２の外周部間距離はｘ１、スポット径はｙとして検出され、「ｙ／ｘ１＝０．９」から対応する傾斜角が「θ１」としてメモリ２１に記憶される。同様に測定ミラー３６の反射面角度がｒ２に設定されると、図５の第３横列１９ｃのように「ｄ＝２」としての処理が進められ、スポットｓ１、ｓ２の外周部間距離はｘ２、スポット径はｙとして検出され、「ｙ／ｘ２＝０．８」から対応する傾斜角が「θ２」としてメモリ２１に記憶される。
以下同じようにして測定ミラー３６の反射面角度を、ｒ３、ｒ４、・・・ｒｎのように順次変化させながら第１測定光学系３４と第２測定光学系３５を用いて基準体４ａ面を照射する。そしてその反射光からスポット外周部間の距離ｘと径ｙの比ｙ／ｘを求め、その値を反射角ｒ３、ｒ４、・・・ｒｎに応じた傾斜角θ３、θ４、・・・θｎとしてメモリ２１に記憶していけば、前記した実施例２と同じようなメモリ２１を得ることが出来る。
【００２６】
このようにして用意したメモリ２１を用いて実際に被検体の傾斜角を求めるときについて説明する。まず原器としての基準体４ａを測定台１１上から外して代わりに第１と第２の測定面を持った被検体４、７を設置する。そしてつまみ１７ｃを操作して測定ミラー３６の反射面角度をｒ０にリセットし、被検体反射面５、８からの反射光をスポットとして受光部６に向かわせる。すると２つの反射面が持つ傾斜角に応じたスポットｓ１、ｓ２が投影されるから、そのスポットｓ１、ｓ２によるｙ／ｘ値を求め、対応するデータをメモリ２１から検索すれば所定の傾斜角θを得ることが出来る。
このようにこの実施例３では第１測定光学系３４と第２測定光学系３５を設け、第２測定光学系３５の測定ミラー３６反射面角度を変更することでｄ値に対応できるようにした。それによってｄ値が大きくなって干渉縞３１による測定が難しくなった場合でも対処することが出来る。尚、図において第１測定光学系３４と第２測定光学系３５中に設けた絞り３８は、両光学系３４、３５の光束径を調整するものである。
【００２７】
以上、本発明のオートコリメータについて説明してきた。これら実施例において光学系全体は縦型のものとしてあるが、９０度回転して横型とすれば被検体４、７に対する光学系は水平方向からの光となる。また光学系３０は基本的な要素だけを例示してあり、光学系中に通常設置される各種の部材、例えばコリメータレンズ３と被検体４間に設置する絞りなどについては省略してあり詳しく説明していない。同様に第１測定面５と第２測定面間８の傾斜角を変える駆動体１７の構造や回転台３７の構造などについては、既存のものの組み合わせや許容範囲内での設計を加えたものを採用することが出来る。また制御部１３や表示部１４は一般のパソコンに置き換えることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本願によるオートコリメータの全体構成を示した説明用の概略図。
【図２】表示部の画面を示した説明図。
【図３】表示部に表示されるスポットの説明図。
【図４】オートコリメータの説明図。
【図５】換算表にデータを書き込むときの内容説明図。
【図６】基準体の具体的構成例を示した図。
【図７】メモリと表示画面を説明する図。
【図８】傾斜角と干渉縞の関係を説明する図。
【図９】実施例３の説明図。
【図１０】従来のオートコリメータを説明する図。
【符号の説明】
【００２９】
１・・・レーザ光源      ２・・・ビームスプリッタ      ３・・・コリメータレンズ    ４・・・被検体      ５・・・第１測定面      ６・・・受光部      ７・・・被検体    ８・・・第２測定面      １１・・・測定台      １３・・・制御部      １４・・・表示部      １７・・・駆動部      ２０・・・換算表      ２１・・・メモリ      ２２・・・照明ユニット      ２３・・・スケール      ３０・・・光学系ユニット      ３１・・・干渉縞      ３２・・・第１ビームスプリッタ      ３３・・・第２ビームスプリッタ      ３４・・・第１測定光学系      ３５・・・第２測定光学系      ３６・・・測定ミラー      ３７・・・回転台      ５０・・・ガラス板      ５１・・・第１測定面      ５２・・・第２測定面      ５３・・・光源      ５５・・・スクリーン      ５７・・・コリメータレンズ      ５８・・・クロス線      ５９・・・第１クロス線      ６０・・・第２クロス線      ６１・・・受光面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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