(57)【要約】【課題】測定時間の短縮化を図ったオートコリメータを提供する。【解決手段】本発明のオートコリメータは、送受信光学系２、コリメータ支持装置３０、コリメータ受光部材４０、アライメント補助系５０、を有し、送受信光学系２は、送信光学装系２０と、受信光学系２１と、を有し、送信光学系２０は、光源２０１と、ターゲット２０２と、第１の光路分岐部材２０３と、コリメータレンズ２０４と、を有し、受信光学系２１は、コリメータレンズ２０４と、第１の光路分岐部材２０２と、を有する。アライメント補助系５０は、第２の光路分岐部材５０１と、結像レンズ５０２と、アライメント受光部材５０３と、を有する。【選択図】  図１
2004219221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信光学系と、受信光学系と、コリメータ支持部と、所定の視野を有するコリメータ受光部と、アライメント補助系とを有し、
前記送信光学系は光源と、前記光源からの光を平行光束にするコリメータレンズとを備え、反射部材に平行光束を送信し、
前記受信光学系は、前記反射部材からの反射光を集光する前記コリメータレンズを備え、該反射光を前記コリメータ受光部に結像し、
前記コリメータ支持部は、前記送信光学系及び／又は前記受信光学系の位置を調整可能に保持し、
前記アライメント補助系は、前記コリメータレンズと前記反射部材との間に配置され、前記反射部材から前記コリメータレンズヘ向かう反射光の少なくとも一部を反射させるアライメント用反射部材と、該アライメント用反射部材で反射された光を結像する結像レンズと、該結像レンズによる像を受光するアライメント受光部とを備え、
前記アライメント受光部の視野は、前記コリメータ受光部の視野と比較して広角であること
を特徴とするオートコリメータ。
【請求項２】
請求項１に記載のオートコリメータであって、前記結像レンズの焦点距離は、前記コリメータレンズの焦点距離より短いこと
を特徴とするオートコリメータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のオートコリメータであって、前記アライメント補助系は、前記コリメータレンズの前記反射部材側に着脱可能に設けられていること
を特徴とするオートコリメータ。
【請求項４】
請求項１または２に記載のオートコリメータであって、前記アライメント補助系の前記アライメント用反射部材が、前記反射部材から前記コリメータレンズヘ向かう光路上から挿抜可能に保持されていること
を特徴とするオートコリメータ。
【請求項５】
オートコリメータに着脱可能に取付けるための着脱部、アライメント用反射部材、前記アライメント反射部材で反射された反射光を結像する結像レンズと、該結像レンズによる像を受光するアライメント受光部とを備えることを特徴とするアライメント補助装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、被測定物の検査用として使用するオートコリメータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被測定物の傾斜角度や被測定物の表面の凹凸等を測定するために、さまざまな手段が取られてきた。その一つとして、被測定物の表面に反射部材を立て、その反射部材に平行光束を投光し、その反射光を基に被測定物の傾斜角、表面の凹凸等を求めるオートコリメータがある。
【０００３】
図５は、従来のオートコリメータ（例えば、特許文献１）の概略構成図である。従来のオートコリメータは、光源２０１、光源２０１からの送信光の一部を通過させるパターンが形成されたターゲット２０２、送信光の一部を被測定物方向に反射する第１の光路分岐部材２０３（ハーフミラー）、コリメータレンズ２０４を含む送受信光学系２と、反射部材１０と、送受信光学系２の位置を調整するコリメータ支持装置３０と、コリメータ受光装置（観測記録用のＣＣＤカメラ）４０とからなる。
【０００４】
まず、光源２０１からの送信光をターゲット２０２に設けられたスリットを通過させ、この光を第１の光路分岐部材２０３で分岐する。次に、分岐された一方の光をコリメータレンズ２０４で平行光束として、被測定物１１に載置された反射部材１０に照射させる。
【０００５】
被測定物１１に載置された反射部材１０で反射された平行光束は、コリメータレンズ２０４に入射し、コリメータレンズ２０４によって集光され、コリメータレンズ２０４の焦点位置に配置されたコリメータ受光装置（ＣＣＤカメラ）４０により受光される。
【０００６】
コリメータ受光装置４０は、直線状或いは平面状に配置された受光素子を含む。反射部材１０が載置されている被測定物体が傾斜している場合、または、被測定物に凹凸がある場合には、コリメータ受光装置４０に記録される像は、受光素子の、傾斜や凹凸のない場合の像の位置からずれた位置に観測される。このずれ量とコリメータレンズ２０４の焦点距離から、反射部材１０の傾斜角を求めることができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平０３−２１６５１１号公報「光電式オートコリメータ」
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、反射部材１０が載置されている被測定物体の傾斜や凹凸が大きい場合には、コリメータレンズ２０４から照射された平行光束と、反射部材１０で反射された平行光束との角度が大きくなる。この場合、反射光による像がコリメータレンズ２０４の焦点位置に配置されたコリメータ受光装置４０の視野に留まるように、コリメータ支持装置３０によって、送受信光学系２の位置を調整しなければならない。
【０００９】
しかし、被測定物の傾斜や凹凸が大きすぎると、反射光が、コリメータ受光装置４０によって受光できない場合がある。
【００１０】
このような状態を避けるためには、さらに、反射部材１０の位置及び角度の調整、すなわち反射部材１０のアライメントが必要となる。しかし、反射部材１０がコリメータレンズ２０４の焦点距離ｆ１に比べて充分離れた距離に設置された場合、反射光が結ぶ像をコリメータ受光装置４０の視野内に入れる動作は、測定視野が狭い受光装置４０の視野に入れるための反射部材１０の微小角度の調整となり、時間がかかる。本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その課題は角度測定を行う前の調整時間の短縮化をはかることにある。具体的には、反射部材１０の傾斜角が大きく、受光装置４０の視野で受光できない場合でも、反射部材１０からの反射光が受光装置４０の視野に入るように、短時聞で位置の調整（アライメント）を行うことが可能なオートコリメータ及びアライメント補助装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明のオートコリメータは、送信光学系と、受信光学系と、コリメータ支持部と、所定の視野を有するコリメータ受光部と、アライメント補助系とを有する。
【００１２】
前記送信光学系は光源と、前記光源からの光を平行光束にするコリメータレンズとを備え、反射部材に平行光束を送信する。
【００１３】
前記受信光学系は、前記反射部材からの反射光を集光する前記コリメータレンズを備え、該反射光を前記コリメータ受光部に結像する。
【００１４】
前記コリメータ支持部は、前記送信光学系及び／又は前記受信光学系の位置を調整可能に保持する。
【００１５】
前記アライメント補助系は、前記コリメータレンズと前記反射部材との聞に配置され、前記反射部材から前記コリメータレンズヘ向かう反射光の少なくとも一部を反射させるアライメント用反射部材と、該アライメント用反射部材で反射された光を結像する結像レンズと、該結像レンズによる像を受光するアライメント受光部とを備える。
【００１６】
前記アライメント受光部の視野は、前記コリメータ受光部の視野と比較して広角である。
【００１７】
請求項２に係る本発明のオートコリメータは、請求項１に記載のオートコリメータであって、前記結像レンズの焦点距離は、前記コリメータレンズの焦点距離より短いことを特徴とする。
【００１８】
請求項３に係る発明のオートコリメータは、請求項１または２に記載のオートコリメータであって、前記アライメント補助系は、前記コリメータレンズの前記反射部材側に着脱可能に設けられていることを特徴とする。
【００１９】
請求項４に係る発明のオートコリメータは、請求項１または２に記載のオートコリメータであって、前記アライメント補助系の前記アライメント用反射部材が、前記反射部材から前記コリメータレンズヘ向かう光路上から挿抜可能に保持されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項５に係る発明のアライメント補助装置は、オートコリメータに着脱可能に取付けるための着脱部、アライメント用反射部材、前記アライメント反射部材で反射された反射光を結像する結像レンズと、該結像レンズによる像を受光するアライメント受光部とを備えることを特徴とする。
【００２１】
【実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態に係るオートコリメータの概略構成図である。
【００２３】
ここで、被測定物１１上に、平行な入射光を平行な反射光とする反射部材１０が、立てられている。
【００２４】
本発明の一実施形態のオートコリメータは、送受信光学系２とコリメータ支持装置３０とコリメータ受光装置４０とアライメント補助系５０とを有する。
【００２５】
送受信光学系２は、送信光学系２０と受信光学系２１とを有する。
【００２６】
送信光学系２０は、光源２０１と、光源２０１からの送信光の一部を通過させるパターンが形成されたターゲット２０２と、ターゲット２０２を通過した前記送信光の一部を分岐させる第１の光路分岐部材２０３と、第１の光路分岐部材２０３で分岐され、反射部材１０の方向に向かう送信光を平行光束にするコリメータレンズ２０４とを有する。
【００２７】
受信光学系２１は、反射部材１０からの反射光を集光するコリメータレンズ２０４と、第１の光路分岐部材２０３とを有する。
【００２８】
コリメータ支持装置３０は、送受信光学系２の位置を調整可能に保持する。
【００２９】
コリメータ受光装置４０は、コリメータレンズ２０４の物側焦点位置に設置され、コリメータレンズ２０４による結像を受光する。
【００３０】
アライメント補助系５０は、反射部材１０からの反射光の一部を分岐させる第２の光路分岐部材５０１と、結像レンズ５０２と、結像レンズ５０２の像側焦点位置に設置され結像レンズ５０２による結像を受光するアライメント受光部材５０３とを有する。
【００３１】
なお、コリメータ受光装置４０及びアライメント受光部材５０３は、ＣＣＤカメラであってもよい。また、視野の中央に十字線などの目印のついた接眼レンズや、すりガラス面であってもよい。
【００３２】
また、図２に示すように、アライメント補助系５０は、さらに、着脱部５０４を有し、着脱部５０４を介して、コリメータレンズ２０４の反射部材１０側に着脱可能に設けられている。
【００３３】
また、アライメント補助系５０の視野を、受光装置４０の視野より広角とするために、結像レンズ５０２の焦点距離ｆ２は、コリメータレンズ２０４の焦点距離ｆ１より短いものとする。
【００３４】
以上、本実施形態が適用されたオートコリメータの構成を説明した。
【００３５】
次に、上記構成のオートコリメータの動作を説明する。
【００３６】
光源２０１から出た送信光の一部はターゲット２０２上にあるスリットを透過し、第１の光路分岐部材２０３に至る。その送信光の一部はさらに第１の光路分岐部材２０３により反射され、コリメータレンズ２０４を透過し、平行光束となって、反射部材１０に到達する。
【００３７】
反射部材１０で反射された平行光束の一部は、第２の光路分岐部材５０１を透過し、さらにコリメータレンズ２０４及び第１の光路分岐部材２０３を透過し、コリメータ受光装置４０に至る。
【００３８】
また、反射部材１０で反射された平行光束の他の一部は、第２の光路分岐部材５０１で反射され、結像レンズ５０２に入射し、結像レンズ５０２によって集光される。そして、アライメント受光部材５０３に像を結ぶ。
【００３９】
操作者は、アライメント受光部材５０３上に現れた像を観察する。コリメータレンズ２０４を透過した送信光はターゲット２０２に設けられたスリットを通過した光なので、反射部材１０で反射され、さらにアライメント補助系の受光部材５０３に結像した像もターゲット２０２のスリットパターンの像と同じ形状となる。例えば、ターゲット２０２のスリットパターンが十字形とすると、操作者は、受光部材５０３に投影された十字形の中心が受光部材５０３の視野の中心付近となるようにコリメータ支持装置３０の位置を調整するか、又は反射部材１０の角度を調整する。また、受光部材５０３にメモリ或いは同心円状のマークを設け、十字形の中心が所定範囲に入るまでコリメータ支持装置３０或いは反射部材１０を調整してもよい。このようにして、アライメント補助系を用いた位置合わせが終了する。
【００４０】
その後、操作者は、コリメータ受光装置４０の視野の中に、反射部材１０からの像が来ていることを確認して、アライメント補助系５０を送受信光学系から取り外す。さらに、操作者は、受光装置４０の視野の中心に十字形の中心が来るようにコリメータ支持装置３０を微調整し、測定前の位置合わせが完了する。このように位置合わせをした後に反射部材１０の傾斜角を測定する。
【００４１】
以上、本実施形態が適用されたオートコリメータの動作を説明した。
【００４２】
本実施形態のオートコリメータによって、次のような効果を得られる。
【００４３】
アライメント補助系５０の視野を、受光装置４０の視野より広角としたために、反射部材１０の傾斜角が大きく受光装置４０の視野から外れる場合でも、アライメント補助系５０によって、広範囲の位置合わせが短時間で容易に出来る。
【００４４】
図３に示すように、反射部材１０が鉛直面からθだけ傾いた場合にコリメータ受光装置４０とアライメント受光部材５０３に映る像と、傾いていない場合の像との位置のずれは、それぞれ「ａ」、「ａ’」となる。ここに「ａ」は、コリメータ受光装置４０に映る、傾いた場合と傾かない場合の像の位置のずれである。また、「ａ’」は、アライメント受光部材５０３に映る、傾いた場合と傾かない場合の像の位置のずれである。
【００４５】
ここに、簡単な幾何学的な考察から、関係式
ｔａｎ（２θ）＝ａ／ｆ１＝ａ’／ｆ２；  ａ’＝ａｆ２／ｆ１
となり、ｆ２＜ｆ１ならばａ’＜ａ，であるといえる。これは、同じ反射部材の傾きθであっても、アライメント受光部材５０３に現れる像のずれ「ａ’」は、コリメータ受光装置４０に現れる像のずれ「ａ」より小さいこと示している。言い換えれば、コリメータ受光装置４０に現れないほど外れてしまった像であっても、アライメント受光部材５０３では、観測できる可能性があり、アライメントが可能であることを示唆している。
【００４６】
例えば、ｆ１が４００ｍｍ程度の場合、ｆ２はｆ１の１／１０程度の４０ｍｍくらいが適当である。ここで、更に、コリメータ受光装置４０（例えば、ＣＣＤカメラ）の有効径がΦ８ｍｍ程度であり、Φ２５ｍｍのすりガラスをアライメント受光部材５０３に用いるとする。アライメント補助系５０を装着した場合は、装着しない場合のオートコリメータの測定範囲の、約３０倍の範囲からアライメントが可能となる。これは、オートコリメータの測定範囲が±１０分であれば、±５度からのアライメントが可能となる。
【００４７】
また、本実施形態では、アライメント補助系５０をコリメータレンズ２０４の外側に配置したため、構成が簡単で着脱を容易とすることが出来る。また、アライメント終了後にアライメント補助系５０を外して測定をすることが出来るため、アライメント補助系の光束の分岐による光量損失が無く、測定時にコリメータ受光装置４０が受光する光量が減少しない。そのため、光量の減少による測定誤差を抑えられる。
【００４８】
尚、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
【００４９】
図４にその一例を示す。前述の実施形態において、アライメント補助系５０は脱着可能であった。また、第２の光路分岐部材５０１は、アライメント補助系５０に固定されて設置されていた。本実施形態の変形例では、図４に示す様に、アライメント補助系５０を送受信系２に固定し、第２の光路分岐部材５０１をアライメント補助系５０の中で移動可能に保持できるようにした。その他の構成は、図２の場合と同じである。
【００５０】
その動作は、まず、第２の光路分岐部材５０１を反射部材１０からの反射光の光路から外れた状態（図４の点線の位置）に維持する。この操作は、操作者が手動で行なうことも、装置に自動的に行なわせることも可能である。そして、光源２０１から出射し、ターゲット２０２、第１の光路分岐部材２０３、コリメータレンズ２０４を透過し、反射部材１０で反射した反射光が、再び、コリメータレンズ２０４と第１の光路分岐部材２０３とを透過し、コリメータ受光装置４０の視野に像を結ぶかどうかを観察する。コリメータ受光装置４０の視野に像を結ばない場合は、第２の光路分岐部材５０１を、反射部材１０からの反射光の光路上に、手動或いは自動で移動させる（図４の実線の状態）。この後は、上記実施例で述べたものと同様の動作を行ない、反射光がコリメータ受光装置４０の視野に像を結ぶまで、コリメータ支持装置３０と反射部材１０の位置や角度を調整する。そして、反射光がコリメータ受光装置４０の視野に像を結ぶのを確認して、第２の光路分岐部材５０１を反射部材１０からの反射光の光路から外れた状態に、手動或いは自動で戻す。
【００５１】
上記の変形例の構成及び動作では、アライメント補助系を着脱する手間がないため、更に迅速なコリメータのアラインメントが期待できる。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、本発明によれば、被測定物の傾斜角度の測定の前に行う、調整時間の短縮化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態が適用されたオートコリメータの構成図である。
【図２】図１に示すアラインメント補助系５０の構成図である。
【図３】本実施形態が適用されたオートコリメータの原理を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態の変形例の構成図である。
【図５】従来のオートコリメータの構成図である。
【符号の説明】２…送受信光学系、１０…反射部材、１１…被測定物、２０…送信光学系、２１…受信光学系、３０…コリメータ支持装置、４０…コリメータ受光装置、５０…アライメント補助系、２０１…光源、２０２…ターゲット、２０３…第１の光路分岐部材、２０４…コリメータレンズ、５０１…第２の光路分岐部材、５０２…結像レンズ、５０３…アライメント受光部材、５０４…着脱部。
【図１】
2004219221.tif 000003
【図２】
2004219221.tif 000004
【図３】
2004219221.tif 000005
【図４】
2004219221.tif 000006
【図５】
2004219221.tif 000007