JP2001082943A - 被検物の傾き測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高価なビームスプリッタを用いず、低価格か
つ簡単な構成で被検物の傾きを測定すること。また、光
のパワーロスが少なく、しかも干渉現象が生じないよう
にすること。 【解決手段】 この被検物の傾き測定装置は、光源１１
と、受光素子１９と、光源１１の出射光を平行光にして
被検物１８に照射し、その反射光を集光して受光素子１
９に結像するコリメートレンズ１７とを備え、受光素子
１９の結像位置から被検物１８の傾きを測定する。そし
て、被検物１８に傾きが無いとき、被検物１８への入射
光の光軸ａと、被検物１８からの反射光の光軸ｂがＶ字
型になるように配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスクピック
アップの偏光ビームスプリッタ等の被検物の傾き（平行
度）を測定する傾き測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来のレーザオートコリメータ
の基本構成を示す図である。図において、レーザダイオ
ード（ＬＤ）１１から出射された直線偏波（例えばｐ偏
波）のレーザ光は全反射ミラー１４で反射する。さら
に、この直線偏波のレーザ光は、ビームスプリッタ１５
で反射し、λ／４板１６を通過しさらに、コリメートレ
ンズ１７を通過して平行光となり、被検物１８に照射さ
れる。

【０００３】被検物１８で反射した反射光は、コリメー
トレンズ１７で集光され、λ／４板１６を通過して直線
偏波（例えばｓ偏波）となり、ビームスプリッタ１５を
透過して受光素子１９に結像する。

【０００４】このような構成により、受光素子１９の結
像位置に応じて被検物１８の傾きが測定される。例え
ば、被検物の傾きがないときの結像位置が予め分かって
いれば、それとの相対位置から被検物１８の傾きが測定
される。なお、受光素子１９としては、二次元位置検出
素子（ＰＳＤ）または個体撮像素子（ＣＣＤ）が用いら
れる。

【０００５】図７は、従来のレーザオートコリメータの
ユニット構成を示す図である。図において、レーザオー
トコリメータは、照明ユニット３１、プリズムユニット
３２、コリメータユニット３３、ＣＣＤカメラ３４、点
灯回路３５、コネクタ３６から構成され、それらが支持
板３７上に配置固定される。

【０００６】照明ユニット３１には、レーザダイオード
１１が備えられる。プリズムユニット３２には、全反射
ミラー１４、ビームスプリッタ１５が備えられる。コリ
メータユニット３３には、λ／４板１６、コリメートレ
ンズ１７が備えられ、前後可動して焦点調整可能になっ
ている。ＣＣＤカメラ３４は、受光素子１９に対応す
る。点灯回路３５は、レーザダイオード１１の点灯制御
を行う。レーザダイオード１１への電源供給と、ＣＣＤ
カメラ３４の撮像データの出力は、コネクタ３６を介し
て行われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザオートコ
リメータは、ビームスプリッタ１５とλ／４板１６を用
いて被検物への照射光と被検物からの反射光を分離する
構成になっている。この構成は、一般的になっている
が、ビームスプリッタ１５が高価であると共にこのビー
ムスプリッタ１５を保持する機構が必要となり、被検物
の傾きを測定するレーザオートコリメータとしてはもう
少し簡単かつ安価なものが望まれている。

【０００８】また、ビームスプリッタ１５としてハーフ
プリズムを採用すると、レーザダイオード１１から出射
されるレーザ光は、受光素子１９で受光される際には約
１／４の光量となり、光のパワーロスが大きくなる。さ
らに、ビームスプリッタ１５には入出力光に対して平行
（垂直）な面があり、その面からの反射光と入出力光と
の間で干渉現象を起こし、被検物の傾き測定に障害とな
ることがある。

【０００９】本発明の目的は、高価なビームスプリッタ
を用いず、低価格かつ簡単な構成で被検物の傾きを測定
することができると共に、光のパワーロスが少なく、し
かも干渉現象が生じない傾き測定装置を提供することに
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、請求項１記載の発明では、光源と、受光素子と、
光源の出射光を平行光にして被検物に照射し、その反射
光を集光して受光素子に結像するコリメートレンズとを
備え、受光素子の結像位置から被検物の傾きを測定する
被検物の傾き測定装置において、被検物に傾きが無いと
き、被検物への照射光の光軸と、被検物からの反射光の
光軸がＶ字型になるように配置する。これにより、光源
と、受光素子と、コリメートレンズのみで傾き測定装置
を構成することが可能となる。

【００１１】また、請求項２記載の発明では、請求項１
記載の構成において、光源の出射光を反射してコリメー
トレンズに斜め方向から入射させる全反射ミラー、また
は光源の出射光をコリメートレンズに斜め方向から入射
させると共にコリメートレンズで集光された被検物の反
射光を反射して受光素子に結像させる全反射ミラーの少
なくとも一方を備える。このようにすると、Ｖ字角を小
さいままで維持しつつ、光源と受光素子との間の距離を
大きくでき、光源や受光素子の配置が容易となる。

【００１２】さらに、請求項３記載の発明では、光源と
してレーザダイオードを用い、このレーザダイオードと
コリメートレンズとの間に集光レンズを介在させること
によりレーザダイオードから出射させる出射光の開角を
調整し、コリメートレンズに集光させるように構成して
いる。このように、一旦集光レンズでレーザダイオード
の光を集光し、開角を調整しているので、被検物に合っ
たレンズ系を構成することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。なお、図６や図７に示す部材と同一部材に
は同一符号を付して説明し、その説明を省略または簡易
化することとする。

【００１４】図１は、本発明の傾き測定装置の第１の実
施の形態を示す図である。図において、光源となるレー
ザダイオード（ＬＤ）１１から出射したレーザ光は、集
光レンズ１２で集光され、その焦点に配置されたピンホ
ール１３を通過し、所定の入射角（≠０）でコリメート
レンズ１７に入射して平行光となり、被検物１８を所定
の入射角で照射する。被検物１８から所定の反射角で反
射した反射光は、コリメートレンズ１７で集光され、受
光素子１９上に結像する。

【００１５】なお、コリメートレンズ１７は、焦点調整
（図１の矢示Ａ参照）が可能であり、受光素子１９は焦
点調整（図１で上下方向移動）および角度ゼロ位置調整
（図１で左右方向および紙面の表裏方向）が可能となっ
ている。

【００１６】このように、この傾き測定装置は、被検物
１８が傾いていない状態のときに、レーザダイオード１
１の出射光の光軸ａと、被検物１８の反射光の光軸ｂが
Ｖ字型になるように配置する。すなわち、レーザダイオ
ード１１の出射光をコリメートレンズ１７に所定の入射
角で入射することにより、レーザダイオード１１の出射
光と、被検物１８の反射光を異なる光路に設定すること
ができる。

【００１７】ただし、この第１の実施の形態の傾き測定
装置では、被検物１８への照射光が所定の入射角をもつ
ので、レーザダイオード１１および受光素子１９と被検
物１８が近接し、かつ被検物１８までの距離が分かって
いるという条件が必要である。この条件のもとで、被検
物１８からの反射光がコリメートレンズ１７を介して受
光素子１９に結像する位置に応じて、被検物１８の傾き
を測定することが可能となる。ただし、この第１の実施
の形態の傾き測定装置では、後述する照明ユニットと受
光素子１９の配置に十分なスペースをとる必要があり、
Ｖ字角が大きくなる傾向を有する。

【００１８】この第１の実施の形態の傾き測定装置は、
受光素子１９が小さく、照明ユニットも十分小さくでき
る場合や、Ｖ字の角度を大きくとっても性能的に問題の
無い場合に好適となる。

【００１９】なお、図１の傾き測定装置の各部材の数値
は、次のとおりとなっているが、この数値に本発明は限
定されない。レーザダイオード１１は、５ｍＷでかつ６
３５ｎｍの赤外光を出射するものとなっている。集光レ
ンズ１２は、ＮＡ値が０．４５で、焦点距離が３．３ｍ
ｍとなっており、ピンホール１３の穴径は０．２ｍｍ
で、レーザダイオード１１の出射面からピンホール１３
までの距離は２４ｍｍとされている。コリメートレンズ
１７は、ＮＡ値が０．４５、Ｆ値が８、焦点距離が１５
０ｍｍ、外径が２０ｍｍのはり合わせレンズとなってい
る。

【００２０】図２は、第１の実施の形態の傾き測定装置
のユニット構成を示す図である。この第１の実施の形態
の傾き測定装置は、照明・カメラユニット２１と、コリ
メータユニット２２から構成される。照明・カメラユニ
ット２１には、レーザダイオード１１、集光レンズ１
２、ピンホール１３，受光素子１９、レーザダイオード
１１の点灯制御を行う点灯回路３５が備えられている。
コリメータユニット２２には、コリメートレンズ１７が
備えられ、前後可動して焦点調整可能となっている。

【００２１】図３は、本発明の傾き測定装置の第２の実
施の形態を示す図である。図において、レーザダイオー
ド（ＬＤ）１１から出射したレーザ光は、集光レンズ１
２で集光され、その焦点に配置されたピンホール１３を
通過して全反射ミラー１４で反射する。さらに、このレ
ーザ光は、所定の入射角（≠０）でコリメートレンズ１
７に入射して平行光となり、被検物１８を所定の入射角
で照射する。被検物１８から所定の反射角で反射した反
射光は、コリメートレンズ１７で集光され、受光素子１
９上に結像する。

【００２２】なお、全反射ミラー１４は、３軸調整が可
能であり、コリメートレンズ１７は焦点調整（図３の矢
示Ａ参照）が可能であり、受光素子１９は焦点調整（図
３で上下方向移動）および角度ゼロ位置調整（図３で左
右や紙面表裏方向）が可能となっている。

【００２３】図４は、第２の実施の形態の傾き測定装置
におけるユニット構成を示す図である。図において、こ
の傾き測定装置は、照明・カメラユニット２１と、コリ
メータユニット２２から構成される。照明・カメラユニ
ット２１には、レーザダイオード１１、集光レンズ１
２、ピンホール１３、全反射ミラー１４、受光素子１
９、レーザダイオード１１の点灯制御を行う点灯回路３
５が備えられる。コリメータユニット２２にはコリメー
トレンズ１７が備えられ、前後可動して焦点調整可能に
なっている。

【００２４】この第２の実施の形態の傾き測定装置の各
部材の具体的な数値は、第１の実施の形態の場合と同一
となっているが、それらの数値に限定されることはな
い。この第２の実施の形態は、Ｖ字角を小さいままで維
持しつつ、レーザダイオード１１と、受光素子１９との
間の距離を大きくでき、受光素子１９の大きさ等に制約
を受けず、適用範囲が広いものとなる。

【００２５】このように、上述の両実施の形態の傾き測
定装置は、図７に示す従来のレーザオートコリメータの
ユニット構成に比べて、大幅に簡単化することができ
る。この結果、組立工数、組立時間が減少し、組立効率
が向上する。また、製品の価格を低下させることができ
る。また、光の干渉やパワーロスなどを考慮する必要が
減少し、光源を偏波光とするなどの特別な考慮を、それ
ほど必要としないで済むようになる。

【００２６】図５は、本発明の傾き装置装置の利用形態
を説明する図である。ここでは、光ディスクのピックア
ップ部で用いられる偏光ビームスプリッタの平行度を検
査する場合について説明する。

【００２７】光ディスクのピックアップ部は、次のよう
な構成である。レーザダイオード（ＬＤ）５１から出射
された直線偏波（例えばｐ偏波）のレーザ光は、コリメ
ートレンズ５２で平行光となり、偏光ビームスプリッタ
５３で反射し、λ／４板５４を通過して円偏波となり、
対物レンズ５５を介して光ディスク５６に集光する。光
ディスク５６で反射した反射光は、対物レンズ５５で集
光され、λ／４板５４を通過して直線偏波（例えばｓ偏
波）となり、偏光ビームスプリッタ５３を透過し、集光
レンズ５７で集光されてフォトディテクタ（ＰＤ）５８
に受光される。

【００２８】ここで、レーザダイオード５１またはフォ
トディテクタ５８を取り外し、本発明の傾き測定装置を
その位置に配置することにより、偏光ビームスプリッタ
５３の平行度（傾き）を測定することができる。このよ
うに、本発明の傾き測定装置は、極めて限られた小さな
範囲で、かつ被検物の位置（傾き測定装置との距離）が
判明しており、傾きだけが変動するような状況において
の利用に適する。

【００２９】なお、上述の各実施の形態は、本発明の好
適な実施の形態の例であるが、これに限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の
変形実施が可能である。例えば、図３の構成において、
レーザダイオード１１の出射光を反射する全反射ミラー
１４と同様に、受光素子１９の手前に被検物１８の反射
光を反射する全反射ミラーを配置するようにしてもよ
い。

【００３０】また、１つのコリメートレンズ１７とせ
ず、コリメートレンズを２つとし、入射用と出射用に分
けても良い。さらに、集光レンズ１２を設けないように
しても良い。また、被検物１８が平行（基準位置）のと
き、反射光が受光素子１９の中央にくるように配置する
のが好ましいが、傾き方向が常に一方側の場合は、受光
素子１９の一端側に平行時の反射光がくるように構成し
ても良い。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明では、光源の出射光をコリメートレンズに所定の入射
角で入射し、光源の出射光の光軸と、被検物の反射光の
光軸がＶ字型になるように配置することにより、光源
と、受光素子と、コリメートレンズのみで傾き測定装置
を構成することができる。すなわち、偏光ビームスプリ
ッタを用いない簡単かつ安価な傾き測定装置を実現する
ことができる。また、光のパワーロスが少なく、しかも
干渉現象が生じない傾き測定装置とすることができる。

【００３２】また、請求項２記載の発明では、光源と受
光素子との距離を離間させることができる。これによ
り、受光面積の大きな受光素子を用いることができ、被
検物の傾き測定範囲を大きくすることができる。また、
Ｖ字角を小さいままで維持しつつ、光源と受光素子との
間の距離を大きくできるので、光源や受光素子の配置が
容易となる。また、この構成により受光面積の大きな受
光素子を用いることができ、被検物の傾き測定範囲を大
きくすることができる。

【００３３】さらに、請求項３記載の発明では、光源と
してレーザダイオードを用い、このレーザダイオードと
コリメートレンズとの間に集光レンズを介在させること
によりレーザダイオードから出射させる出射光の開角を
調整し、コリメートレンズに集光させるように構成して
いる。このため、光の使用効率が向上し、精度の良い測
定が可能となると共に、一旦集光レンズでレーザダイオ
ードの光を集光し、開角を調整しているので、被検物の
性質、形状にに合ったレンズ系を構成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の傾き測定装置の第１の実施の形態を示
す図である。

【図２】図１の傾き測定装置のユニット構成を示す図で
ある。

【図３】本発明の傾き測定装置の第２の実施の形態を示
す図である。

【図４】図３の傾き測定装置のユニット構成を示す図で
ある。

【図５】本発明の傾き装置装置の利用形態を説明する図
である。

【図６】従来のレーザオートコリメータの基本構成を示
す図である。

【図７】従来のレーザオートコリメータのユニット構成
を示す図である。

【符号の説明】 １１ レーザダイオード（光源） １２ 集光レンズ １３ ピンホール １７ コリメートレンズ １８ 被検物 １９ 受光素子 ２１ 照明・カメラユニット ２２ コリメータユニット ３５ 点灯回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 利幸 長野県諏訪市大字中州4600番地 日新工機 株式会社内 (72)発明者 振旗 寛明 長野県諏訪市大字中州4600番地 日新工機 株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA33 AA35 AA37 CC21 DD00 EE00 EE05 FF01 FF43 GG12 HH03 JJ01 JJ16 JJ26 LL04 LL12 LL30 NN02 PP02 PP03 QQ28

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、受光素子と、上記光源の出射光
   を平行光にして被検物に照射し、その反射光を集光して
   上記受光素子に結像するコリメートレンズとを備え、上
   記受光素子の結像位置から上記被検物の傾きを測定する
   被検物の傾き測定装置において、 上記被検物に傾きが無いとき、上記被検物への照射光の
   光軸と、上記被検物からの反射光の光軸がＶ字型になる
   ように配置したことを特徴とする被検物の傾き測定装
   置。
2. 【請求項２】 前記光源の出射光を反射して前記コリメ
   ートレンズに斜め方向から入射させる全反射ミラー、ま
   たは前記光源の出射光を前記コリメートレンズに斜め方
   向から入射させると共に前記コリメートレンズで集光さ
   れた前記被検物の反射光を反射して前記受光素子に結像
   させる全反射ミラーの少なくとも一方を備えたことを特
   徴とする請求項１記載の被検物の傾き測定装置。
3. 【請求項３】 前記光源としてレーザダイオードを用
   い、このレーザダイオードと前記コリメートレンズとの
   間に集光レンズを介在させることにより前記レーザダイ
   オードから出射させる出射光の開角を調整し、前記コリ
   メートレンズに集光させるように構成したことを特徴と
   する請求項１または２記載の被検物の傾き測定装置。