JP2001324314A

JP2001324314A - 測定装置

Info

Publication number: JP2001324314A
Application number: JP2000139554A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Furuhata; 寛明振旗; Hideyuki Kondo; 秀幸近藤; Isamu Harada; 勇原田
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Sankyo Corp
Priority date: 2000-05-12
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2001-11-22

Abstract

(57)【要約】【課題】被検査面からの反射光に基いて、被検査面の
傾斜角度、平面性や面の粗さ等を測定する測定装置にお
いて、被検査面が狭くても正確に測定を行うことのでき
る構成を提案すること。【解決手段】測定装置１において、光源２からコリメ
ートレンズ６に至る光路には、第１の集光レンズ３１お
よび第２の集光レンズ３２からなる集光光学系３が配置
されているため、光源２から出射された光は、集光光学
系３によってコリメートレンズ６の有効径より絞られた
後、コリメートレンズ６に入射し、このコリメートレン
ズ６から平行光化されて被検査面７１、７２に投射され
る。このため、被検査面７１、７２に投射される平行光
束の径が小さいため、被検査面７２が狭い場合でも、被
検査面７２以外に光が照射されることはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検査面の傾斜角
度、平面性、面の粗さ等を光学的に測定する測定装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】板ガラスなどの被検査体の平行平面など
の傾斜角度、平面性、面の粗さ等を光学的に測定するた
めの測定装置（オートコリメータ）としては、特許公報
第２７４８１７５号に開示されたものなどがあるが、い
ずれの測定装置においても、基本的には、光源から出射
された光をコリメートレンズで平行光にして被検査面に
投射し、被検査面からの反射光をコリメートレンズで集
光してその焦点位置に結像したスポット像を観察する。

【０００３】例えば、図３に示す測定装置１００は、レ
ーザ光を出射する光源２と、出射されたレーザ光を被検
査体７に向けて反射するプリズム５と、このプリズム５
で反射されたレーザ光を平行光にして被検査体７に投射
するコリメートレンズ６１と、被検査体７からの反射光
をコリメートレンズ６１およびプリズム５を介して受光
する撮像素子８とから構成されている。

【０００４】このように構成された測定装置１００にお
いて、光源２と撮像素子８は、コリメートレンズ６１に
対して共役な位置に配置されている。このため、光源２
から出射された光は、被検査体の被検査面７２で反射し
た後、光源２の反射像であるスポット像を撮像素子８の
受光面８１に形成する。従って、予め正確な平行平面か
らの反射光を結像させたスポット像の中心位置を基準位
置として求めておき、この中心位置と、被検査体７の被
検査面７２からの反射光から得たスポット像の中心位置
とをビデオモニタ（図示せず）上で比較したとき、中心
位置が重なっていれば、被検査面７２が傾いていないと
判定することができ、中心位置がずれていれば、そのず
れ量とコリメートレンズ６１の焦点距離から被検査面７
２の傾斜角度を求めることができる。また、結像した像
が歪まずに鮮明に見えれば平面度および面の粗さが良好
であると判定することができる。

【０００５】ここで、光源２の位置は、コリメートレン
ズ６１に入射する光の径がコリメートレンズ６１の有効
径と一致するように設定されているので、被検査体７に
投射される平行光束の径は、コリメートレンズ６１の有
効径と一致する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３に
示す測定装置１００では、被検査体７に投射される平行
光束の径がコリメートレンズ６１の有効径と一致するほ
ど大きいため、例えば、被検査体７の２つの被検査面７
１、７２のうち、狭い方の被検査面７１を検査するとき
に、隣接する被検査面７２の方にも光が投射される。そ
の結果、被検査面７２からの余計な反射光も撮像素子８
に集光してしまい、正確な測定ができないという問題点
がある。

【０００７】そこで、狭い被検査面７１を検査するとき
には、これまで使っていたコリメートレンズ６１を、図
４に示すように、径の小さなコリメートレンズ６２に交
換する方法が考えられる。このような小径のコリメート
レンズ６２を用いれば、光源２から出射されたレーザ光
（二点鎖線で示す光束）のうち、その一部のみを被検査
面７１に照射することができるので、被検査面７２から
の反射光などといった余計な光が撮像素子８に入射しな
い。

【０００８】しかしながら、径の小さなコリメートレン
ズ６２を用いると、コリメートレンズ６２と被検査体７
とが離れているときに被検査面７１がわずかに傾いてい
るだけで被検査面７１からの反射光が、矢印Ｅで示すよ
うに、コリメートレンズ６２から外れてしまう。その結
果、撮像素子８に届く光量が減ってしまうため、被検査
面７１の平行度などを正確に測定できなくなるという問
題点がある。

【０００９】なお、図３に示す測定装置１００を用いる
場合でも、被検査面７１以外をマスキングすれば、被検
査面７１以外からの反射光が撮像素子８に届くのを防止
でき、かつ、コリメートレンズ６１と被検査面７１との
距離が長くても、十分な光量の光が撮像素子８に届く
が、被検査面７１の形状に合わせて周囲をその都度マス
キングすると、測定の効率が著しく低下するという問題
点がある。

【００１０】以上の問題に鑑みて、本発明の課題は、被
検査面からの反射光に基いて、被検査面の傾斜角度、平
面性や面の粗さ等を測定する測定装置において、被検査
面が狭くても正確に測定を行うことのできる構成を提案
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明では、光源と、該光源から出射された出射
光を平行光化して被検査体の被検査面に入射させるコリ
メートレンズと、前記被検査面の反射光を当該コリメー
トレンズを通して受光する受光器とを有する測定装置に
おいて、前記光源から前記コリメートレンズに至る光路
上には、前記光源からの出射光束の径を前記コリメート
レンズの有効径より絞る集光手段を有することを特徴と
する。

【００１２】本発明において、光源から出射された光
は、まず、集光手段によってコリメートレンズの有効径
より絞られた後、コリメートレンズに入射し、このコリ
メートレンズから平行光化されて被検査面に投射され
る。このため、被検査面に投射される平行光束の径が小
さいため、被検査面が狭い場合でも、被検査面以外に光
が照射されない。従って、被検査面以外をマスキングす
るという手間のかかる作業を行わなくても、余計な光が
受光器で受光されないので、正確な測定を行うことがで
きる。また、被検査面に投射される平行光束の径は、コ
リメートレンズの有効径よりも小さいので、コリメート
レンズと被検査体との距離が長く、かつ、被検査面が多
少傾いていても、被検査面からの反射光はコリメートレ
ンズに入射する。このため、受光器には、コリメートレ
ンズを通して十分な光量の光が届くので、被検査面の平
行度などを正確に測定できる。

【００１３】本発明において、前記光源からの出射光
は、前記コリメートレンズの略中央部分を透過すること
が好ましい。このように構成すると、コリメートレンズ
と被検査体との距離が長く、かつ、被検査面が傾いてい
ても、被検査面からの反射光はコリメートレンズから外
れることなく確実に入射する。このため、コリメートレ
ンズを介して受光器には、光量が十分な光が届くので、
被検査面の平行度などを正確に測定できる。

【００１４】本発明において、前記集光手段は、少なく
とも、前記光源の出射光のすべてを集光する第１の集光
レンズと、第１の集光レンズからの出射光束の径を前記
コリメートレンズの有効径より絞る第２の集光レンズと
を備えていることが好ましい。このように構成すると、
光源から出射された光を無駄なく被検査体に投射するこ
とができるので、受光器には、光量が十分な光が届く。
それ故、被検査面の平行度などを正確に測定できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
の測定装置を説明する。なお、本発明の測定装置は、基
本的な構成が従来のものと共通するので、共通する部分
には同一の符号を付してある。

【００１６】［実施の形態１］図１は、本発明の実施の
形態１に係る測定装置に搭載されている光学系の要部を
示す概略構成図である。

【００１７】図１に示すように、本形態の測定装置１
は、平行平板部を備える被検査体７の上面を被検査面７
１、７２として、その傾斜角度、平面性と面の粗さ等を
測定するものであり、レーザ光を出射するレーザダイオ
ードからなる光源２と、この光源２から出射されたレー
ザ光を被検査体７に向けて反射するプリズム５と、この
プリズム５から出射された出射光を平行光束に変換して
被検査面７１、７２に入射させるコリメートレンズ６と
を有している。

【００１８】また、測定装置１において、被検査面７
１、７２で反射した光は、コリメートレンズ６に入射し
た後、プリズム５に向けて出射され、プリズム５を透過
した光は、撮像素子８の受光面８１上で結像する。

【００１９】本形態において、光源２からコリメートレ
ンズ６に至る光路のうち、光源２とプリズム５との間に
は、第１の集光レンズ３１と第２の集光レンズ３２とか
らなる集光光学系３（集光手段）が配置され、この集光
光学系３の光軸中心は、コリメートレンズ６の光軸中心
と重なっている。

【００２０】この集光光学系３において、第１の集光レ
ンズ３１は、光源２からの出射光をすべて取り込んで平
行光にするものであり、第２の集光レンズ３２は、第１
の集光レンズ３１で平行光化された光を焦点２１に集光
させた後、所定の開口数に光束を絞った状態でプリズム
５を経由してコリメートレンズ６に入射させる。従っ
て、コリメートレンズ６には、集光光学系３によってコ
リメートレンズ６の有効径よりも径を絞った光束が入射
するので、コリメートレンズ６からは、このコリメート
レンズ６の有効光束より径の小さな平行光束が被検査体
７の被検査面７１、７２に向けて出射される。

【００２１】ここで、焦点２１と撮像素子８の受光面８
１とは、コリメートレンズ６に対して共役な位置である
ため、光源２から出射された光は、被検査体７の被検査
面７１、７２で反射して撮像素子８で受光され、その受
光面８１上にスポット像を形成する。従って、予め正確
な平行平面からの反射光を結像させたスポット像の中心
位置を基準位置として求めておき、この中心位置と、被
検査体７の被検査面７１、７２からの反射光から得たス
ポット像の中心位置とをビデオモニタ（図示せず）上で
比較したとき、中心位置が重なっていれば、被検査面７
１、７２が傾いていないと判定することができ、中心位
置がずれていれば、そのずれ量とコリメートレンズ６の
焦点距離から被検査面７１、７２の傾斜角度を求めるこ
とができる。また、結像した像が歪まずに鮮明に見えれ
ば平面度および面の粗さが良好であると判定することが
できる。

【００２２】また、本形態の測定装置１において、コリ
メートレンズ６からは、集光光学系３によって、このコ
リメートレンズ６の有効光束より径の小さな平行光束が
被検査体７の被検査面７１、７２に向けて出射されるよ
うに構成されている。このため、コリメートレンズ６か
らの出射光は、広い被検査面７２に限らず、狭い被検査
面７１であっても、この被検査面７１に限定して照射さ
れ、周囲にまで照射されない。従って、撮像素子８は、
余計な像まで撮像しないので、正確な測定を行うことが
できる。

【００２３】また、被検査面７１以外をマスキングする
という手間のかかる作業を行わなくてもよいので、測定
を効率よく行うことができる。

【００２４】さらに、被検査面７１、７２に投射される
平行光束の径は、コリメートレンズ６の有効径よりも小
さいので、図１に示すように、被検査面７１のように一
段低い位置にあるためコリメートレンズ６との距離を縮
めることができない場合に、被検査面７１が多少傾いて
いても、被検査面７１からの反射光はコリメートレンズ
６に入射する。すなわち、図４に矢印Ｅで示す範囲の光
も、コリメートレンズ６に入射するので、測定に寄与す
る有効光束Ｌｍが大きい。このため、撮像素子８には、
コリメートレンズ６を通して十分な光量の光が届くの
で、被検査面７１の平行度などを正確に測定できる。

【００２５】さらにまた、集光光学系３から出射された
光は、コリメートレンズ６の略中央部分を通るため、被
検査面７１がいずれの方向に傾いている場合でも、被検
査面７１からの反射光は、コリメートレンズ６から外れ
ることなく、コリメートレンズ６に入射して撮像素子８
に導かれる。

【００２６】また、集光光学系３は、光源２からの出射
光をすべて集光する第１の集光レンズ３１と、第１の集
光レンズ３１からの出射光を所定の開口数に絞る第２の
集光レンズ３２とから構成されているので、光源２から
出射された光は、すべてコリメートレンズ６を介して被
検査体７に投射される。従って、撮像素子８に届く光量
が大きいので、明るい像を得ることができる。それ故、
被検査面７１、７２の平行度などを正確に測定すること
ができる。

【００２７】［実施の形態２］図２は、本発明の実施の
形態２に係る測定装置に搭載されている光学系の要部を
示す概略構成図である。なお、本形態の測定装置は、基
本的な構成が実施の形態１と共通するので、共通する部
分には同一の符号を付してそれらの詳細な説明を省略す
る。

【００２８】図２に示すように、本形態の測定装置１
も、平行平板部を備える被検査体７の上面を被検査面７
１、７２として、その傾斜角度、平面性と面の粗さ等を
測定するものであり、レーザ光を出射するレーザダイオ
ードからなる光源２と、この光源２から出射されたレー
ザ光を被検査体７に向けて反射するミラー５１と、この
ミラー５１で反射された光を平行光束に変換して被検査
面７１、７２に入射させるコリメートレンズ６とを有し
ている。

【００２９】また、測定装置１において、被検査面７
１、７２で反射した光は、コリメートレンズ６に入射し
た後、ミラー５１から外れた光路を辿って撮像素子８の
受光面８１上で結像する。

【００３０】本形態においても、光源２からコリメート
レンズ６に至る光路のうち、光源２とミラー５１との間
には、第１の集光レンズ３１と第２の集光レンズ３２と
からなる集光光学系３（集光手段）が配置され、この集
光光学系３の光軸中心は、コリメートレンズ６の光軸中
心と重なっている。この集光光学系３においても、第１
の集光レンズ３１は、光源２からの出射光をすべて取り
込んで平行光にするものであり、第２の集光レンズ３２
は、第１の集光レンズ３１で平行光化された光を焦点２
１に集光させた後、所定の開口数に光束を絞った状態で
ミラー５１を経由してコリメートレンズ６に入射させ
る。

【００３１】また、本形態でも、焦点２１と撮像素子８
の受光面８１とは、コリメートレンズ６に対して共役な
位置であるため、光源２から出射された光は、被検査体
７の被検査面７１、７２で反射して撮像素子８で受光さ
れ、その受光面８１上にスポット像を形成する。従っ
て、実施の形態１と同様、被検査体７の被検査面７１、
７２からの反射光から得たスポット像をビデオモニタ
（図示せず）上で観察すれば、被検査面７１、７２の傾
斜角度などを求めることができる。

【００３２】また、本形態の測定装置１において、コリ
メートレンズ６からは、集光光学系３によって、このコ
リメートレンズ６の有効光束より径の小さな平行光束が
被検査体７の被検査面７１、７２に向けて出射されるた
め、狭い被検査面７１であっても、この被検査面７１に
限定して平行光が照射されるので、正確な測定を行うこ
とができるなど、実施の形態１と同様な効果を奏する。

【００３３】また、本形態では、光源２からのレーザ光
は、ミラー５１によりコリメートレンズ６に対して斜め
に入射するので、プリズム５などの光学素子を用いなく
ても反射光の光路を分離することができる。このため、
測定装置１の光学系の簡素化ができる［その他の実施の形態］上記の実施の形態１、２では、
第１の集光レンズ３１と第２の集光レンズ３２からなる
集光光学系３により、被検査面７１、７２に投射される
平行光束の径を小さくしたが、所定の開口数の集光レン
ズが入手困難な場合や、更に細い光束を得たい場合は、
第２の集光レンズ３２とコリメートレンズ６との間など
に、ピンホール（遮蔽板）を配置すれば、遮断された分
の光量は減ってしまうが、被検査面７１、７２に投射す
る平行光束の径をさらに絞ることができる。

【００３４】また、ピンホールを第２の集光レンズ３２
とコリメートレンズ６との間の焦点２１に配置すれば、
集光レンズによる収差等で劣化した光束の周辺部を取り
除けるので、中央の質の良い光束を利用して被検査面７
１、７２に平行光束を投射することができる。

【００３５】さらに、集光光学系３は、第１の集光レン
ズ３１と第２の集光レンズ３２を１つの集光レンズで兼
用しても、光源２からの出射光を所定の開口数に光束を
絞った状態でコリメートレンズ６に入射させることがで
きる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る測定
装置では、光源から出射された光は、集光手段によって
コリメートレンズの有効径より絞られた後、コリメート
レンズに入射し、このコリメートレンズから平行光化さ
れて被検査面に投射される。このため、被検査面に投射
される平行光束の径が小さいため、被検査面が狭い場合
でも、被検査面以外に光が照射されない。従って、被検
査面以外をマスキングするという手間のかかる作業を行
わなくても、余計な光が受光器で受光されないので、正
確な測定を行うことができる。また、被検査面に投射さ
れる平行光束の径は、コリメートレンズの有効径よりも
小さいので、コリメートレンズと被検査体との距離が長
く、かつ、被検査面が多少傾いていても、被検査面から
の反射光はコリメートレンズに入射する。このため、受
光器には、コリメートレンズを通して十分な光量の光が
届くので、被検査面の平行度などを正確に測定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る測定装置の概略構
成図である。

【図２】本発明の実施の形態２に係る測定装置の概略構
成図である。

【図３】従来の実施例に係る測定装置の概略構成図であ
る。

【図４】従来の別の実施例に係る測定装置の概略構成図
である。

【符号の説明】

１測定装置２光源３集光光学系（集光手段）５プリズム６コリメートレンズ７被検査体８撮像素子２１焦点３１第１の集光レンズ３２第２の集光レンズ５１ミラー７１、７２被検査面８１撮像素子の受光面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者原田勇長野県諏訪郡下諏訪町5329番地株式会社三協精機製作所内Ｆターム(参考） 2F065 AA37 AA47 AA50 BB01 CC21 DD00 DD04 FF01 FF61 GG06 HH03 JJ03 JJ26 LL00 LL12 SS13 UU01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、該光源から出射された出射光を
平行光化して被検査体の被検査面に入射させるコリメー
トレンズと、前記被検査面からの反射光を当該コリメー
トレンズを通して受光する受光器とを有する測定装置に
おいて、前記光源から前記コリメートレンズに至る光路上には、
前記光源からの出射光束の径を前記コリメートレンズの
有効径より絞る集光手段を有することを特徴とする測定
装置。
【請求項２】請求項１において、前記光源からの出射
光は、前記コリメートレンズの略中央部分を透過するこ
とを特徴とする測定装置。
【請求項３】請求項１または２において、前記集光手
段は、少なくとも、前記光源の出射光のすべてを集光す
る第１の集光レンズと、第１の集光レンズからの出射光
束の径を前記コリメートレンズの有効径より絞る第２の
集光レンズとを備えていることを特徴とする測定装置。