JP2001133232A - 被検物の傾き測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光源から出射される照射光を有効利用して被
検物を照射する際の照射光の光量を大とし、かつ高解像
度で被検物の傾きを測定することができる測定装置を提
供する。 【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２１と、光源１１の出射光を平行光にして
被検物１９に照射し、その反射光を集光して受光素子２
１に結像するコリメートレンズ１８とを備え、受光素子
２１の結像位置から被検物１９の傾きを測定する。そし
て、光源１１とコリメートレンズ１８との間の光路中に
は集光レンズ１２が配設されている。一方、コリメート
レンズ１８の配設位置は、集光レンズ１２により集光し
た焦点位置の光路後方となっている。これによって、集
光レンズ１２で集光された出射光が、コリメートレンズ
１８を通して被検物１９に効率よく照射され、結像され
る像の画像認識精度が向上する。

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
アップに用いられる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８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８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１７を通過し、さらに、コリメート
レンズ１８を通過して平行光となり、被検物１９に照射
される。

【０００３】被検物１９で反射した反射光は、コリメー
トレンズ１８で集光され、λ／４板１７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２１に結像する。

【０００４】このような構成により、受光素子２１の結
像位置に応じて被検物１９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１９の傾きが測定
される。なお、受光素子２１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９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９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
（ＬＤ）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１７、コ
リメートレンズ１８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２１
に対応する。点灯回路３５は、レーザダイオード（Ｌ
Ｄ）１１の点灯制御を行う。レーザダイオード（ＬＤ）
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】このように構成されたレーザオートコリメ
ータは、レーザダイオード（ＬＤ）１１からの出射光を
全反射ミラー１４で反射させ、この反射光をビームスプ
リッタ１５、λ／４板１７を通過させて、コリメートレ
ンズ１８に集光し被検物１９を照射させる。そして、被
検物１９からの反射光を、再びコリメートレンズ１８、
λ／４板１７及びビームスプリッタ１５を通過させてＣ
ＣＤカメラ３４で撮像するようになっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】レーザーオートコリメ
ータにおいて、光源となるレーザダイオード（ＬＤ）１
１からの出射光は、指向性がある程度あるもののその照
射光の広がりθはかなり大きいものとなっている。その
ため、レーザダイオード（ＬＤ）１１からの出射光のう
ち広がった両端近傍部分の光（＝光軸から離れた角度方
向に照射された光で図８における点線部分が該当）は、
レーザダイオード（ＬＤ）１１から所定の距離をもって
配置された全反射ミラー１４に入射されずコリメートレ
ンズ１８に入射されない。また、全反射ミラー１４に入
射された光も、反射後に広がってしまう部分に関して
は、コリメートレンズ１８に入射されず、このため被検
物１９を照射しない。

【０００９】すなわち、レーザダイオード（ＬＤ）１１
から出射され、全反射ミラー１４、ビームスプリッタ１
５、λ／４板１７を介してコリメートレンズ１８に入射
されて被検物１９を照射する光は、レーザダイオード
（ＬＤ）１１からの出射光のうちの光軸の中央付近に出
射されたものであり、出射光全体から見ると一部であ
る。この結果、上述のレーザオートコリメータは、レー
ザダイオード（ＬＤ）１１からの光を効率よくコリメー
トレンズ１８へ入射させることができず、被検物１９を
照射する光量のロスが大きい。

【００１０】なお、光の広がりに対して、全反射ミラー
１４やビームスプリッタ１５を大きくすると共に、コリ
メートレンズ１８の有効径を大きくすると、その分光量
のロスは少なくなる。しかしながら、このような構成と
すると、装置が大型化してしまうと共に、各光学部品が
高コストとなってしまう。加えて、コリメートレンズ１
８の有効径が大きいと、レンズの収差の劣化を招くこと
となり、検査精度の低下の原因となる。さらに、この収
差の劣化を防止するため、レンズの枚数を増やすとコス
トの上昇を引き起こすこととなる。

【００１１】なお、コリメートレンズ１８の焦点距離を
短くすることでレーザダイオード（ＬＤ）１１からコリ
メートレンズ１８までの距離を短くすると、光軸から離
れた方向へ出射された光が、ある程度コリメートレンズ
１８へ入射されることとなり、レーザダイオード（Ｌ
Ｄ）１１からの出射光の利用効率は上昇する。しかしな
がら、上述のレーザオートコリメータにおいては、レー
ザダイオード（ＬＤ）１１からコリメートレンズ１８ま
での光路長と、ＣＣＤカメラ３４からコリメートレンズ
１８までの光路長を等しく構成する必要がある。このた
め、上述したようにレーザダイオード（ＬＤ）１１とコ
リメートレンズ１８との距離を短くすると、必然的にＣ
ＣＤカメラ３４からコリメートレンズ１８までの光路長
も短くなる。

【００１２】このＣＣＤカメラ３４とコリメートレンズ
１８間の光路長は、被検物１９を撮像する際の解像度に
影響する。すなわち、コリメートレンズ１８とＣＣＤカ
メラ３４間の光路長を短くしてしまうと、被検物１９を
ＣＣＤカメラ３４で撮像した際に解像度（検査精度）が
低下してしまう。

【００１３】本発明の目的は、光源から出射される照射
光を有効利用して被検物を照射する際の照射光の光量を
大とし、かつ高解像度で被検物の傾きを測定することが
できる測定装置を提供することにある。

【００１４】

【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、本発明は、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、光源とコリメートレンズとの間の光路
中に集光レンズを配設し、かつコリメートレンズの配設
位置を集光レンズにより集光した焦点位置の光路後方と
している。これにより、従来の装置のように光源とコリ
メートレンズ間の距離を縮めることなく、光源からの出
射光をより多くコリメートレンズへ入射させることが可
能となり、被検物を照射する光量を大とすることができ
る。

【００１５】また、他の発明は、上述の被検物の傾き測
定装置に加えて、光源としてレーザダイオードを用い、
集光レンズをレーザダイオードからの出射光の８０％以
上が透過可能な位置に配設している。そのため、反射用
のミラーやビームスプリッタ等を通過する際の減衰を考
慮しなければ、出射光の８０％以上をコリメートレンズ
で平行光として、被検物に照射させることが可能とな
る。

【００１６】また、他の発明は、上述の各被検物の傾き
測定装置に加えて、集光レンズは、所望の焦点距離に合
わせて付け替え可能である。そのため、被検物の測定の
精度（被検物を受光素子に結像する際の解像度）を自由
に選択することが可能となる。

【００１７】また、他の発明は、上述の各被検物の傾き
測定装置に加えて、集光レンズの焦点位置またはその近
傍に光を通過させる所定形状の孔を備え孔を通過する以
外の光を遮断する薄板状部材を配設し、受光素子に孔形
状に整形された像を結像可能としている。そのため、非
点隔差が修正され、被検物の傾きを測定する際の受光素
子に結像される像がくっきりとし、検査精度を向上す
る。また、薄板状部材に形成する孔形状を所望の形状と
すれば、検査人が自身の目で直接検査する場合の視認性
が向上することとなり、検査精度を高くすることが可能
となる。

【００１８】また、他の発明は、上述の各被検物の傾き
測定装置に加えて、薄板状部材の光路前方側に、光を拡
散させる拡散板を密着させて配置している。そのため、
被検物の傾きを測定する際の受光素子に結像される像の
輪郭が際立つこととなり、検査精度をさらに向上させる
ことが可能となる。

【００１９】

【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８や図９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。

【００２０】図１は、本発明の傾き測定装置の実施の形
態を示す図である。図１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で集光される。レーザダイオード（ＬＤ）１１
は、１０ｍＷでかつ６３５ｎｍの赤外光を出射するもの
となっている。

【００２１】集光レンズ１２は、プラスティックレンズ
を使用している。この集光レンズ１２は、レーザ光の８
０％以上が透過可能となるようにレーザダイオード（Ｌ
Ｄ）１１の出射角度に合わせた位置に配設されている。
そして、集光レンズ１２によって集光されるレーザ光の
焦点位置またはその近傍には、光を通過させる孔が所定
形状、具体的には円形のピンホール１３ａを備えこの孔
を通過する以外の光を遮断する薄板状部材１３が配設さ
れている。そのため、集光されたレーザ光は、ピンホー
ル１３ａを通過するのみで、他の部分の光は遮断され
る。

【００２２】なお、ピンホール１３ａは、後述する受光
素子２１に結像される像を円形に結像するためのものと
なっていると共に、レーザ光の非点隔差による焦点ずれ
の影響を無くすものとなっている。すなわち、レーザダ
イオード（ＬＤ）１１は、図２に示すように、発光部に
奥行きＬ１があるため、レーザダイオード（ＬＤ）１１
から出射され集光レンズ１２で集光されたレーザ光の像
が楕円形状となる。ピンホール１３ａは、焦点位置近傍
において楕円形状で集光されるレーザ光の端の部分を遮
蔽することによって余分な光をカットする。これによっ
て、ピンホール１３ａ通過後のレーザ光を照射させた像
を、非点隔差による焦点ずれの影響の無いものとし、か
つ円形に整形する。

【００２３】なお、受光素子２１に結像された像に非点
隔差による焦点ずれが生じないと、結像される像がくっ
きりとし、検査精度の向上につながる。すなわち、焦点
ずれが生じずくっきりとした像となると、画像認識によ
って自動的に傾きを検出する場合や、また検査者が直接
自身の目で検査を行う場合の認識精度が向上し、検査精
度が良くなる。

【００２４】また、受光素子２１に結像された像がピン
ホール１３ａの形状に合わせて円形となると、楕円形状
で形成される像に比して、検査者の視認性がさらに向上
する。すなわち、検査者は、検査作業時、後述するＣＣ
Ｄカメラ３４（図４及び図５参照）に撮像する像を、例
えば十字の印の交点をセンター部分を基準として焦点合
わせを行う。その際、検査者にとって、像が楕円形状で
あるより円形状となっている方が、よりセンター位置合
わせが容易となり、検査精度が向上する。

【００２５】上述したようにピンホール１３ａで円形状
に整形されたレーザ光は、反射面がアルミ蒸着により形
成された全反射ミラー１４で反射される。そして、この
反射光の光量の５０％が、ビームスプリッタ１５ａでさ
らに反射される。このように２回反射されたレーザ光
は、バンドパスフィルタ１６及びλ／４板１７を通過し
てコリメートレンズ１８に集光される。そして、この集
光された光は、さらにコリメートレンズ１８で平行光と
なり、被検物１９に照射される。

【００２６】ビームスプリッタ１５ａは、上述した従来
のビームスプリッタ１５と異なる形状を備えており、図
１に示すように台形形状となっている。このため、内部
で反射したレーザ光と正式な光路上を通過していくレー
ザ光との干渉現象が防止され、受光素子２１に結像され
る像がより鮮明なものとなる。

【００２７】なお、図１に示したビームスプリッタ１５
ａは、図において正式な光路の光軸に対して上面と下面
の２辺が平行となっている台形形状で構成されている。
そのため、全ての面が正式な光路と平行となるビームス
プリッタと比較すると、干渉現象を低減させることとな
るが、この上面と下面の内部側で反射したレーザ光は、
正式な光路と重なってしまい干渉現象が若干は起こる。

【００２８】そのため、この干渉現象をさらに減少させ
るために、ビームスプリッタ１５ａを、図３（Ａ）や図
３（Ｂ）に示すような形状としてもよい。すなわち、図
３（Ａ）では、図において正式な光路と左面のみが垂直
となっている。このため、この左面の内部側で反射した
レーザ光のみが正式な光路と重なり干渉することとなる
が、他の３面は正式な光路から外れて干渉しない。ま
た、図３（Ｂ）では、正式な光路と垂直となる面が１つ
も無く、各面の内部側で反射したレーザ光は正式な光路
から外れて干渉しない。このように、ビームスプリッタ
１５ａを台形形状としたり、あるいは正式な光路と垂直
となる面の無い単なる四辺形形状とすることにより、レ
ーザ光の干渉現象を防止することが可能となる。

【００２９】バンドパスフィルタ１６は、特定波長の外
乱光の光学系への侵入をカットすることによって、外乱
光による測定誤差を防止するためのものとなっており、
レーザダイオード（ＬＤ）１１から出射されるレーザ光
の種類（６３５〜６５０ｎｍ，７８０ｎｍ）に応じて脱
着することが可能なものとなっている。さらに、コリメ
ートレンズ１８は、ｆ=１５０でかつＦ／４のレンズが
２枚張り合わせた構成となっており、スクリューネジに
よって図１の矢示Ａ方向に上下動可能となっている。加
えて、コリメートレンズ１８は、用途に応じて交換も可
能となっている。

【００３０】このようにして被検物１９に照射されたレ
ーザ光は、被検物１９で反射し、コリメートレンズ１
８、λ／４板１７及びバンドパスフィルタ１６を通過し
てビームスプリッタ１５ａを透過し、さらにＮＤフィル
タ２０を通過して受光素子２１上に結像される。なお、
このとき、ビームスプリッタ１５ａは所定の直線偏波に
対しては１００％近く通過させるものとなっているた
め、被検物１９から受光素子２１へ向かう所定の直線偏
波とされた反射光の約１００％が透過する。

【００３１】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１８は焦点調整（図１の矢
示Ａ方向＝上下方向）が可能であり、受光素子２１は焦
点調整（図１の矢示Ｂ方向＝上下方向移動）および角度
ゼロ位置調整（図１で左右や紙面表裏方向）が可能とな
っている。

【００３２】このように、本実施の形態の傾き測定装置
は、集光レンズ１２でレーザダイオード（ＬＤ）１１か
らの出射光を集光することにより、レーザ光を無駄無く
コリメートレンズ１８等を介して被検物１９へ照射する
ものとなっている。

【００３３】図４は、本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。なお、この傾き測定装置
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、回路部２２、こ
の回路部２２を支持する基板支柱２２ａ、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。この支持板３７には、他の装置への取り付け部３７
ａが形成されている。なお、照明ユニット３１、ＣＣＤ
カメラ３４、回路部２２及び基板支柱２２ａは、鏡筒と
なるケース３８内に格納されている。

【００３４】照明ユニット３１には、レーザダイオード
１１、集光レンズ１２及びピンホール１３ａが設けられ
た薄板状部材１３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、バンドパスフィ
ルタ１６、λ／４板１７、コリメートレンズ１８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２１に対応する。

【００３５】回路部２２は、図５に示すように、レーザ
ダイオード（ＬＤ）１１の破壊防止のためのスロースタ
ート回路２３、変調回路２４、点灯回路３５を備えてい
る。この回路部２２は、レーザダイオード（ＬＤ）１１
のパワーを制御し、照明光量を最適なものとするように
設計されている。そして、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。

【００３６】図６は、本発明の傾き測定装置の利用形態
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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】なお、上述の実施の形態は、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、上述の実施の形態では、
レーザダイオード（ＬＤ）１１からの出射光を集光レン
ズ１２で集光し、この集光した焦点位置またはその近傍
にピンホール１３ａを備えた薄板状部材１３を配置して
結像される像を整形するものとしたが、孔形状は円形の
ピンホール１３ａに限定されるものではない。さらに、
このピンホール１３ａを備えた薄板状部材１３を廃止
し、集光レンズ１２で集光したレーザ光を直接全反射ミ
ラー１４に入射させる構成としてもよい。

【００４０】また、図７に示すように、この薄板状部材
１３のピンホール１３ａの光路前方に磨りガラス等で形
成された光を拡散させる拡散板１３ｂを配置してもよ
い。この拡散板１３ｂを配置すると、ピンホール１３ａ
を通過したレーザ光を結像させた際の像の輪郭（エッ
ジ）が際立つこととなり、視認性や画像位置検出精度が
さらに向上する。なお、拡散板１３ｂとしては磨りガラ
スの他に梨地状にしたアクリル樹脂等、他の材料・構成
としてもよい。また、拡散板１３ｂは、薄板状部材１３
に密着させるのが好ましいが、僅かに距離を設けて配置
させてもよい。

【００４１】また、さらに、上述の実施の形態は、ＬＤ
１１からの出射光を集光レンズ１２で集光した後、全反
射ミラー１４及びビームスプリッタ１５で２回反射させ
てコリメートレンズ１８に入射させるように構成されて
いるが、全反射ミラー１４やビームスプリッタ１５の双
方もしくは一方を省略し、集光レンズ１２で集光した光
を直接コリメートレンズ１８に入射させたり、あるいは
１回反射させた後コリメートレンズ１８へ入射させるよ
うにしても良い。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の被検物の
傾き測定装置は、光源とコリメートレンズとの間の光路
中に集光レンズを配設したため、光源とコリメートレン
ズ間の距離を縮めずに、光源からの出射光をより多くコ
リメートレンズへ入射させることが可能となる。すなわ
ち、出射光のロスを減少させることにより、被検物を照
射する光量を大として、視認性が良く画像認識精度の高
い測定装置とすることができる。

【００４３】また、集光レンズの焦点位置またはその近
傍に光を通過させる所定形状の孔を備えた薄板状部材を
備えると、受光素子に孔形状に整形された像が結像され
るため、被検物の傾きを測定する際の視認性等が向上
し、検査精度が高いものとなる。さらに、薄板状部材の
光路前方側に、拡散板を密着させて配置すると、結像さ
れる像の輪郭が際立つため、視認性等がさらに向上して
検査精度をより高めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の傾き測定装置の実施の形態を示す図で
ある。

【図２】図１の傾き測定装置の光源から薄板状部材まで
の間の出射光を示す図である。

【図３】（Ａ），（Ｂ）共に、図１の傾き測定装置のビ
ームスプリッタの変形例の一例をそれぞれ示す図であ
る。

【図４】図１の傾き測定装置のユニット構成を示す図で
ある。

【図５】図４のユニット構成のうちの回路部及びその周
辺を示した回路図である。

【図６】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７】本発明の傾き測定装置の実施の形態の変形例を
示す図で、薄板状部材周辺のみを示した図である。

【図８】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９】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 薄板状部材 １３ａ ピンホール １８ コリメートレンズ １９ 被検物 ２１ 受光素子

───────────────────────────────────────────────────── 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 CC21 DD05 FF01 FF04 GG06 GG12 HH03 HH13 JJ03 JJ09 JJ26 LL04 LL13 LL30 LL36 LL46 UU07

Claims (5)

【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、 上記光源と上記コリメートレンズとの間の光路中に集光
   レンズを配設し、かつ上記コリメートレンズの配設位置
   を上記集光レンズにより集光した焦点位置の光路後方と
   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】 前記光源としてレーザダイオードを用
   い、前記集光レンズを上記レーザダイオードからの出射
   光の８０％以上が透過可能な位置に配設したことを特徴
   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】 前記集光レンズは、所望の焦点距離に合
   わせて付け替え可能であることを特徴とする請求項１ま
   たは２記載の被検物の測定装置。
4. 【請求項４】 前記集光レンズの焦点位置またはその近
   傍に光を通過させる所定形状の孔を備え孔を通過する以
   外の光を遮断する薄板状部材を配設し、前記受光素子に
   上記孔形状に整形された像を結像可能としたことを特徴
   とする請求項１，２または３記載の被検物の測定装置。
5. 【請求項５】 前記薄板状部材の光路前方側に、光を拡
   散させる拡散板を密着させて配置したことを特徴とする
   請求項４記載の被検物の測定装置。