(57)【要約】【課題】  被測定対象物の傾き角を測定する角度測定装置において、非平坦面を有する被測定対象物の傾きを正確に測定する。【解決手段】  レーザ光源１０から出射される光を発散レンズ２０により発散させ、発散光のうち光束中心部分の光をスリット板３０の光通過孔３０Ａを通過させる。そして、コリメータレンズ４０を通して平行光に変えてレンズＬ及び組付治具Ｊの環状平面部Ｆに照射する。このようにすることで、装置から出射される平行光の光強度分布が略均一とされるから、平行光の光軸ＬＣをレンズの中心軸に一致させなくとも正確に傾き角を測定することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光手段からの光を光分岐手段及びコリメータレンズを介して平行光に変換してその平行光を被測定対象物に照射し、前記被測定対象物からの反射光を光分岐手段により前記投光手段からの光とは別の方向に分岐させて撮像手段の撮像面に集光し、この撮像面における集光スポット位置に応じて出力される前記撮像手段からの撮像信号に基づいて前記被測定対象物の傾きを測定する角度測定装置において、
前記投光手段は、
光を出射する投光素子と、
前記投光素子からの光を入射するとともに、その光のうち光束中心部分の光を発散させて出射するビーム整形手段とを備えており、
前記ビーム整形手段は、出射した光の光軸が前記コリメータレンズの中心軸に一致するように配されていることを特徴とする角度測定装置。
【請求項２】
前記ビーム整形手段は、
前記投光素子からの光を発散させる発散レンズと、
前記発散レンズからの発散光のうち光束中心部分の光を通過させる光通過孔を有するスリット板とから構成されており、
前記発散レンズの中心軸と、前記光通過孔の中心軸と、前記コリメータレンズの中心軸とが一致するように配されているとともに、前記投光素子は出射される光の光軸がこれらの中心軸に一致するように配されていることを特徴とする請求項１記載の角度測定装置。
【請求項３】
前記ビーム整形手段は、
前記投光素子からの光を収束させる集光レンズと、
光入射面が前記集光レンズからの光の焦点位置に一致させた位置に配され、この光を所定の放射角度で発散させるホログラフィックディフューザーと、
前記ホログラフィックディフューザーから出射される発散光のうち光束中心部分の光を透過させる光通過孔を有するスリット板とから構成されており、
前記集光レンズの中心軸と、前記光通過孔の中心軸と、前記コリメータレンズの中心軸とが一致するように配されているとともに、前記投光素子は出射される光の光軸がこれらの中心軸に一致するように配されていることを特徴とする請求項１に記載の角度測定装置。
【請求項４】
投光手段からの光を光分岐手段及びコリメータレンズを介して平行光に変換しその平行光を光ピックアップ装置に備えられ周縁に環状平面部を有する光ピックアップレンズに照射し、前記環状平面部からの反射光を光分岐手段により前記投光手段からの光とは別の方向に分岐させて撮像手段の撮像面に集光し、この撮像面における集光スポット位置に応じて出力される前記撮像手段からの撮像信号に基づいて前記光ピックアップレンズの傾きを測定するものにおいて、
前記投光手段は、
光を出射する投光素子と、
前記投光素子からの光を入射するとともに、その光のうち光束中心部分の光を発散させて出射するビーム整形手段とを備え、
前記ビーム整形手段は、出射した光の光軸が前記コリメータレンズの中心軸に一致するように配されており、
前記コリメータレンズから出射される平行光のビーム径は前記環状平面部の外径よりも大きくされていることを特徴とする光ピックアップレンズの傾き測定装置。
【請求項５】
前記ビーム整形手段は、
前記投光素子からの光を発散させる発散レンズと、
前記発散レンズからの発散光のうち光束中心部分の光を通過させる光通過孔を有するスリット板とから構成されており、
前記発散レンズの中心軸と、前記光通過孔の中心軸と、前記コリメータレンズの中心軸とが一致するように配されているとともに、前記投光素子は出射される光の光軸がこれらの中心軸に一致するように配されていることを特徴とする請求項４に記載の光ピックアップレンズの傾き測定装置。
【請求項６】
前記ビーム整形手段は、
前記投光素子からの光を収束させる集光レンズと、
光入射面が前記集光レンズからの光の焦点位置に一致させた位置に配され、この光を所定の放射角度で発散させるホログラフィックディフューザーと、
前記ホログラフィックディフューザーから出射される発散光のうち光束中心部分の光を透過させる光通過孔を有するスリット板とから構成されており、
前記集光レンズの中心軸と、前記光通過孔の中心軸と、前記コリメータレンズの中心軸とが一致するように配されているとともに、前記投光素子は出射される光の光軸がこれらの中心軸に一致するように配されていることを特徴とする請求項４に記載の光ピックアップレンズの傾き測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定対象物の傾きを測定する角度測定装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から被測定対象物の傾き角を測定する角度測定装置として、例えば図４に示すようにオートコリメータを用いたものがある。これは、投光手段たるレーザ光源１１０からの光をコリメータレンズ１２０により平行光に変え、この平行光をビームスプリッタ１３０を介してワークＷに照射し、反射光をビームスプリッタ１３０を介して収束レンズ１４０により集光し、ＣＣＤ１５０の撮像面上に形成された受光スポットに基づいてワークＷの傾き角を測定する構成とされている。
【０００３】
具体的には、ワークＷに傾きが無いとした場合の撮像面上における受光スポット位置を基準位置として、この基準位置から実測時に形成された受光スポットまでの距離を求めることでワークＷの傾き角を検出している。また、撮像面上に形成される受光スポットは厳密には点ではなく複数画素に亘って構成されているから、例えば各画素の受光量に重みを付けてその重心位置に一致する画素を受光スポットとしている。
【０００４】
この種の角度測定装置は例えば光ピックアップ装置に適用されており、光ピックアップレンズＬ（以下、レンズＬという）の組付けが正しく行なわれているか否か、即ち、レンズＬが支持部材（図示せず）に水平状態で取り付けられているか否かを判断するために使用されている。
【０００５】
ところで、レンズＬは光源からの光をディスクに集光する集光レンズで構成されていることから、レンズ表面が平坦面でないために傾き角を正確に測定することができない。そこで、レンズＬの周縁部に取りつけられている組付治具Ｊの環状平面部Ｆ（組付治具Ｊに相当する部分がレンズＬに一体的に形成されている場合には、レンズＬにおける環状平面部Ｆ）にコリメータレンズ１２０からの平行光を照射し、その反射光により形成された受光スポットに基づいてレンズの傾きを測定している。
尚、このような場合には、レンズ周囲の環状平面部Ｆの形状を点対称形状に限定し、かつ、環状平面部Ｆの各部に均等に光を照射しなければならない。さもなければ、レンズＬが水平状態であったとしても撮像面上に形成される受光スポットを構成する各画素の受光量に偏りが生じ、受光スポットとされる画素が本来受光スポットとされるべき画素と異なり、正確な傾き角の測定が行なわれなくなるからである。
【特許文献１】特開平１０−９０５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
さて、上記角度測定装置のコリメータレンズ１２０から出射された平行光のうちＡ軸（光軸ＬＣと直交する軸）上における光強度Ｉの分布（以下、光強度分布という）は図面下部に示すように一般にガウシアンである、即ち、光軸ＬＣ部分の光強度Ｉが最も高く、周縁部分に向かって低くなっている。
このような光強度分布を有する光を上述したレンズＬの傾き角の測定に用いた場合、装置から出射される平行光の光軸ＬＣがレンズＬの中心軸に一致していないと環状平面部Ｆの各部に照射される光の強度に偏りが生じるため、正確にレンズＬの傾き角を測定することができないという問題が生ずる。
【０００７】
ここで、平行光の光軸ＬＣとレンズＬの中心軸とを一致させるように調整すればよいのであるが、このような光学系の調整は非常に高い精度が求められるため、その調整作業は非常に困難であり、結局、両者の不一致は避けられないものとなる。以上のような事情から、上記の角度測定装置では正確なレンズＬの傾き角の測定を行なうことができない。
【０００８】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、被測定対象物の傾き角を正確に測定することができる角度測定装置等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、コリメータレンズにより平行光とされた投光手段からの光を被測定対象物に照射すると共に、その反射光を撮像手段に集光し、この撮像手段における集光スポット位置に基づいて前記被測定対象物の傾きを測定する角度測定装置において、
前記投光手段は、
光を出射する投光素子と、
前記投光素子からの光を入射するとともに、その光のうち光束中心部分の光を発散させて出射するビーム整形手段とを備えており、
前記ビーム整形手段は、出射した光の光軸が前記コリメータレンズの中心軸に一致するように配されているところに特徴を有する。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記ビーム整形手段は、
前記投光素子からの光を発散させる発散レンズと、
前記発散レンズからの発散光のうち光束中心部分の光を通過させる光通過孔を有するスリット板とから構成されており、
前記発散レンズの中心軸と、前記光通過孔の中心軸と、前記コリメータレンズの中心軸とが一致するように配されているとともに、前記投光素子は出射される光がこれらの中心軸に一致するように配されているところに特徴を有する。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記ビーム整形手段は、
前記投光素子からの光を収束させる集光レンズと、
光入射面が前記集光レンズからの光の焦点位置に一致させた位置に配され、この光を所定の放射角度で発散させるホログラフィックディフューザと、
前記ホログラフィックディフューザーから出射される発散光のうち光束中心部分の光を透過させる光通過孔を有するスリット板とから構成されており、
前記集光レンズの中心軸と、前記光通過孔の中心軸と、前記コリメータレンズの中心軸とが一致するように配されているとともに、前記投光素子は出射される光の光軸がこれらの中心軸に一致するように配されているところに特徴を有する。
【００１２】
請求項４の発明は、投光手段からの光を光分岐手段及びコリメータレンズを介して平行光に変換してその平行光を、光ピックアップ装置に備えられ周縁に環状平面部を有する光ピックアップレンズに照射し、前記環状平面部からの反射光を光分岐手段により前記投光手段からの光とは別の方向に分岐させて撮像手段の撮像面に集光し、この撮像面における集光スポット位置に応じて出力される前記撮像手段からの撮像信号に基づいて前記光ピックアップレンズの傾きを測定するものにおいて、
前記投光手段は、
光を出射する投光素子と、
前記投光素子からの光を入射するとともに、その光のうち光束中心部分の光を発散させて出射するビーム整形手段とを備え、
前記ビーム整形手段は、出射した光の光軸が前記コリメータレンズの中心軸に一致するように配されており、
前記コリメータレンズから出射される平行光のビーム径は前記環状平面部の外径よりも大きくされているところに特徴を有する。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項４に記載のものにおいて、前記ビーム整形手段は、
前記投光素子からの光を発散させる発散レンズと、
前記発散レンズからの発散光のうち光束中心部分の光を通過させる光通過孔を有するスリット板とから構成されており、
前記発散レンズの中心軸と、前記光通過孔の中心軸と、前記コリメータレンズの中心軸とが一致するように配されているとともに、前記投光素子は出射される光の光軸がこれらの中心軸に一致するように配されているところに特徴を有する。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項５に記載のものにおいて、前記ビーム整形手段は、
前記投光素子からの光を収束させる集光レンズと、
光入射面が前記集光レンズからの光の焦点位置に一致させた位置に配され、この光を所定の放射角度で発散させるホログラフィックディフューザと、
前記ホログラフィックディフューザーから出射される発散光のうち光束中心部分の光を透過させる光通過孔を有するスリット板とから構成されており、
前記集光レンズの中心軸と、前記光通過孔の中心軸と、前記コリメータレンズの中心軸とが一致するように配されているとともに、前記投光素子は出射される光の光軸がこれらの中心軸に一致するように配されているところに特徴を有する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、投光手段からの光のうち光強度がピークとされており、かつ、均一な光束中心部分の光をビーム整形手段により発散させてこの光をコリメータレンズに通しているから、出射される平行光の光強度分布を略均一とすることができる。
これにより、コリメータレンズからの平行光を被測定対象物に照射することで被測定対象物各部に均等に光が照射されるから、平行光の光軸と被測定対象物の中心位置とを一致させずとも被測定対象物の傾きを正確に測定することができる（請求項１の発明）。
【００１６】
また、光ピックアップレンズに適用した場合には、環状平面部全体に装置からの平行光が均等に照射されるようにすることで正確な傾き測定を行なうことができる（請求項３の発明）。
【００１７】
ビーム整形手段として具体的には、発散レンズとスリット板を備え、投光手段からの光を発散レンズにより発散させ、発散させた光のうち光束中心部分の光をスリット板に備えられた光通過孔に通し、この光通過孔を通過した光をコリメータレンズに入射させるように構成することができる。
このような構成とすれば、投光手段から近い位置で発散レンズにより光を発散させることにより、発散レンズの径を小さくすることができ、結果として装置の小型化を図ることができる（請求項２及び請求項４の発明）。
【００１８】
また、ビーム整形手段の他の具体的構成として、集光レンズ、ホログラフィックディフューザー及びスリット板を用いた構成としてもよい（請求項３及び請求項６の発明）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
＜実施形態１＞
本発明に係る角度測定装置の一実施形態について図１及び図２を参照して説明する。この角度測定装置は、レーザ光源１０（投光素子）、発散レンズ２０、光通過孔３０Ａを有するスリット板３０、コリメータレンズ４０、ビームスプリッタ５０、収束レンズ６０、２次元ＣＣＤ７０（撮像手段）及びＣＰＵ８０を備えている。
【００２０】
レーザ光源１０から出射された光は発散レンズ２０により発散光とされ、この発散光の一部がスリット板３０の光通過孔３０Ａを通過してコリメータレンズ４０により平行光とされる。そして、この平行光はビームスプリッタ５０で反射して装置外部に出射し、ワークＷに照射される。ワークＷからの反射光は装置内部に入射し、ビームスプリッタ５０を介して収束レンズ６０により集光されてＣＣＤ７０の撮像面に受光スポットを形成する。ＣＣＤ７０は撮像面を構成する各画素の受光量に基づいたディジタル信号列からなる撮像信号をＣＰＵ８０に出力している。尚、コリメータレンズ４０からの平行光のビーム径がワークＷのうち光が照射される面よりも大きくされるように、例えばスリット板３０とコリメータレンズ４０との距離が調整されている。
【００２１】
ＣＰＵ８０は、ＣＣＤ７０から受けた撮像信号に基づいてワークＷの傾き角を検出する。具体的な検出方法としては、例えばワークＷに傾きが無いとするときの撮像面における受光スポット位置を基準位置（撮像面の中央とするのが望ましい。）にして測定時の受光スポット位置と基準位置との距離から傾き角を検出する。
ところで、受光スポットは複数画素に亘って構成されるのが一般的であるから、実際には受光スポットを構成する画素のうち１つの画素を代表して受光スポットの中心として決定し、上記の方法で傾き角を測定している。
上記受光スポットの中心の決定方法としては、撮像面上における面積重心位置又は体積重心位置を求め、この重心位置に相当する画素を受光スポットの中心とする方法と、最大受光量とされる画素を受光スポットの中心として決定する方法とがあり、どちらの方法を用いても良い。
【００２２】
ところで、上記レーザ光源１０、発散レンズ２０、スリット板３０及びコリメータレンズ４０は次のように配置されている。即ち、レーザ光源１０から出射される光の光軸と、発散レンズ２０の中心軸と、光通過孔３０Ａの中心軸と、コリメータレンズ４０の中心軸とがが一致するように配置されているとともに、レーザ光源１０は出射される光の光軸が、前記中心軸に一致するように配されている。
【００２３】
本実施形態の構成は以上であり、以下その作用について説明する。
レーザ光源１０から出射された光は上述したように平行光とされてワークＷに照射され、その反射光がビームスプリッタ５０及び集光レンズ６０を介してＣＣＤ７０の撮像面に照射されて、受光スポットを形成する。そして、ＣＰＵ８０はＣＣＤ７０からの撮像信号に基づいてワークＷの傾き角の測定を行なう。
【００２４】
さて、ワークＷに照射される平行光のうちＡ軸（光軸ＬＣと直交する軸）上における光強度Ｉの分布（以下、光強度分布という）は図１の下部に示すように略均一とされている。これは、レーザ光源１０からの光を発散レンズ２０により発散させ、発散光のうち光軸部分の光（光束中心部分の光）を光通過孔３０Ａに通したことで実現されており、以下に平行光の光強度分布が均一とされるまでの過程を示す。
【００２５】
レーザ光源１０から出射される光の強度分布は図３に示すように一般にガウシアンである。レーザ光源１０からの光が発散レンズにより発散されたことで、光強度分布は光軸ＬＣに対して直交方向に引き伸ばされて光強度Ｉのピーク領域が広がる（図１中（1）の部分、図２（Ａ）参照）。この発散光のうち、光強度Ｉがピークとされている光（図中Ａに示す領域）のみを光通過孔３０Ａに通しているから、これを通過した光の強度分布は略均一とされる（図１中（2）の部分、図２（Ｂ）参照）。従って、この発散光をコリメータレンズ４０に通しても光強度Ｉの均一性は保たれたままで平行光とされる（図１中（3）の部分、図２（Ｃ）参照）。
尚、本実施形態では、スリット板３０によりレーザ光源１０（投光素子）からの光のうち光軸部分の光（光束中心部分の光）を光通過孔３０Ａに通過させるとともにコリメータレンズ４０へ入射させ、それ以外の光はスリット板３０で遮断してコリメータレンズへの入射を禁止している。これは、光軸部分の光（光束中心部分に光）以外の光がコリメータレンズ４０に入射すると出射される平行光の光強度分布に偏りが生じるからであり、これを防止するためにスリット板３０により光軸部分の光以外の光を遮断することが必要とされる。
【００２６】
ここで、ワークＷを従来技術の説明で示した光ピックアップレンズＬとした場合、装置から出射された平行光はレンズＬ及び組付治具Ｊの環状平面部Ｆ全体に照射され、環状平面部Ｆからの反射光によりＣＣＤ７０の撮像面上に受光スポットが形成される。このとき、平行光の光軸ＬＣとレンズＬの中心軸とが一致しているか否かに関係無く環状平面部Ｆの各部には均等に光が照射される。従って、レンズＬが水平状態であれば、撮像面の基準位置にある画素が受光スポットに決定されるから、傾き角が０°と判断される。また、レンズＬが傾いている場合には、撮像面上の受光スポットが基準位置からずれるから、そのずれ量に基づいて傾き角が測定される。
【００２７】
本実施形態では、装置から出射される平行光の光強度分布を略均一にしているから、従来の問題点であったレンズＬの中心軸と平行光の光軸ＬＣとの不一致に起因して正確な傾き測定が行なわれないといった不具合が解消され、もって、正確な傾き測定を行なうことができる。
【００２８】
＜実施形態２＞
本実施形態では、図３に示すように、ビーム整形手段を集光レンズ３１、ホログラフィックディフューザー３２及びスリット板で構成しているところが実施形態１と相違している。その他の構成は同一であるから同一部分の説明を省略するとともに、同一の作用・効果についての説明も省略する。
【００２９】
集光レンズ３１とホログラムディフューザーとの離間距離は集光レンズ３１の焦点距離と同一距離に設定されており、ホログラフィックディフューザー３２とスリット板３０との離間距離は、このホログラフィックディフューザー３２のホログラムパターンによって決定される拡散角度に基づいて設定されている。換言すると、拡散角度が増大するほど離間距離が小さくなり、逆に拡散角度が減少するほど離間距離が大きく設定されることとなる。
また、集光レンズ３１の中心軸と、光通過孔の中心軸と、コリメータレンズの中心軸とが一致するように配されているとともに、投光素子は出射される光の光軸がこれらの中心軸に一致するように配されている。さらに、本実施形態では、ホログラフィックディフューザー３２は、その入出射面が光軸に対して直交するように配置されている。
【００３０】
投光素子からの光を一旦集光レンズ３１にて収束させ、その収束光をホログラフィックディフューザー３２の入射面に入射させるようにした理由としては以下に示すことが挙げられる。
仮に、投光素子からの光を直接にホログラフィックディフューザー３２へ入射させた場合、その入射面からみた仮想的な光源は面光源をなす。従って、複数の点光源が存在し、これら点光源からの発散光がそれぞれ拡散されることとなるから、光束を構成する各光線の進行方向が無秩序的となって、コリメータレンズで平行光に変換することができなくなる。
このような事情により、集光レンズ３１にて投光素子からの光をホログラフィックディフューザー３２の入射面に集光させ、入射面において仮想的に形成される光源を点光源としているのである。
【００３１】
ホログラフィックディフューザー３２（ホログラフィック光学素子あるいはホログラム光拡散体ともいう）は、例えばシート状に形成されたポリカーボネイトを基板として、この基板の表面（入出射面）に形成された無数の溝（溝の深さは、例えば、約５μｍとされている）によりホログラムパターンが構成されている。
このホログラムパターンは拡散角度を決定付けており、ホログラムパターンのことなる複数のディフューザー３２の中から所望の拡散角度に合致したものを適宜選択することができる。
【００３２】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態では、レーザ光光源１０からの光を発散レンズ２０により発散させた後にスリット板３０の光通過孔を通過させる構成としていたが、例えば発散レンズ２０とスリット板３０との配置位置を入れ替えて、レーザ光源１０からの光をスリット板３０の光透過孔３０Ａに通し、その後に発散レンズ２０により光強度分布が均一な光を発散させる構成としても良い。
【００３３】
（２）また、上記実施形態では、光ピックアップ装置の光ピックアップレンズの傾き測定に適用した例を示したが、これ以外のものの傾きを測定するために使用することもできる。
【００３４】
（３）また、上記実施形態では、レーザ光源１０からの光をコリーメータレンズ４０により平行光に変換してから、その平行光をビームスプリッタ５０で反射させてレンズＬに照射する構成としていたが、レーザ光源１０からの光をビームスプリッタ５０で反射させた後にコリメータレンズ４０で平行光に変換し、その平行光をレンズＬに照射する構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施形態１に係る光ピックアップレンズの傾き測定装置の構成を示した図
【図２】（Ａ）スリット板に照射された光の光強度分布を示した図  （Ｂ）光通過孔を通過した光の光強度分布を示した図  （Ｃ）コリメータレンズを透過した光の光強度分布を示した図
【図３】実施形態２に係る光ピックアップレンズの傾き測定装置の構成を示した図
【図４】従来の光ピックアップレンズの傾き測定装置の構成を示した図
【符号の説明】
【００３６】
１０…レーザ光源
２０…発散レンズ
３０…スリット板
３０Ａ…光通過孔
４０…コリメータレンズ
５０…ビームスプリッタ
６０…収束レンズ
７０…ＣＣＤ
８０…ＣＰＵ
Ｆ…環状平面部
Ｊ…組付治具
Ｌ…光ピックアップレンズ
ＬＣ…光軸
Ｗ…ワーク
【図１】
2004317480.tif 000003
【図２】
2004317480.tif 000004
【図３】
2004317480.tif 000005
【図４】
2004317480.tif 000006