JP2008275492A - Autocollimator - Google Patents

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公夫 小俣
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To detect and measure tilt between a first measuring surface and second measuring surface which are measuring surfaces of a subject installed in an optical system. <P>SOLUTION: Luminous flux from a laser light source 1 is travelled to the two subjects 4, 7 through a collimator lens 3. Reflected light reflected on the first measuring surface 5 of the subject 4 and the second measuring surface 8 of the other subject 7 is returned to an outward path, and is projected to a light receiving part 6 such as a CCD from a beam splitter 2 as a spotlight. A distances x of the two projected spotlight from an outer circumference part to another outer circumference part changes depending on an inclination angle between the measuring surfaces 5, 8 of the subject. The distance between the outer circumference parts of the spotlight projected on the light receiving part 6 and a diameter y of the spotlight are detected to obtain a ratio y/x. The value is displayed on a display part as the tilt of the measuring surfaces 5, 8 of the subject. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明はオートコリメータに関するもので、特に光学系中に設置する被検体の2つの測定面間の傾きを高精度で測定できるようにしたものである。 The present invention relates to an autocollimator, and in particular, can measure the inclination between two measurement surfaces of a subject installed in an optical system with high accuracy.

金属やガラス、プラスチックなど各種材料を被検体とし、この被検体の向かい合わせにした2つの測定面間の傾きを測定することが多分野で行われている。
被検体の向かい合わせになった測定面間の傾きを測定するものとしてオートコリメータが知られている。このオートコリメータを図10の説明図を用いて簡単に説明する。図Aにおいて被検体としての透明なガラス板50は、その表面51が第1測定面として使用され、裏面52は第2測定面として使用される。両測定面51、52間には角θの傾きが生じていて、このようなガラス板50の上面から、例えば緑色の波長の光(λ=0.54μm)の光源53で照射する。するとその光はレンズ54、クロス線付のスクリーン55、ビームスプリッタ56、コリメータレンズ57を経て平行光束となりガラス板50に向かう。そのためスクリーン55のクロス線58は、第1測定面51と第2測定面52で反射し第1クロス線59と第2クロス線60となってコリメータレンズ57に戻り、ビームスプリッタ56で反射して図Bのように受光面61に投影される。受光面61に投影されるクロス線58の像は第1測定面51と第2測定面52間の傾きθに応じて、夫々異なる位置に投影される。
図Bはこの状態を示したもので、第1クロス線59と第2クロス線60が寸法w1の差を持って受光面61に投影された状態となっている。つまりガラス板50の向かい合わせの2つの測定面51、52が持つ傾きθによってクロス線58はw1の差を持って受光面61に投影される。傾きθが大きくなればw1の値も大きくなり、逆に2つのクロス線59、60が重なり合ってw1=0になれば、傾きθも0となって第1測定面51と第2測定面52間は傾きがない平行状態と判断される。従がってw1の値を計測すれば、ある程度の精度で傾き角θを推定出来る。またw1を視認すれば経験的に傾き角θの値を推定することが出来る。
In various fields, various materials such as metal, glass, and plastic are used as an object, and the inclination between two measurement surfaces facing each other is measured.
An autocollimator is known as a device for measuring the inclination between measurement surfaces facing each other of a subject. The autocollimator will be briefly described with reference to the explanatory diagram of FIG. In FIG. A, a transparent glass plate 50 as an object has a front surface 51 used as a first measurement surface and a back surface 52 used as a second measurement surface. An inclination of an angle θ is generated between the two measurement surfaces 51 and 52, and the light source 53 of light having a wavelength of green (λ = 0.54 μm) is irradiated from the upper surface of such a glass plate 50, for example. Then, the light passes through the lens 54, the screen 55 with a cross line, the beam splitter 56, and the collimator lens 57 to become a parallel light beam and travels toward the glass plate 50. Therefore, the cross line 58 of the screen 55 is reflected by the first measurement surface 51 and the second measurement surface 52, returns to the collimator lens 57 as the first cross line 59 and the second cross line 60, and is reflected by the beam splitter 56. It is projected on the light receiving surface 61 as shown in FIG. The image of the cross line 58 projected on the light receiving surface 61 is projected at different positions according to the inclination θ between the first measurement surface 51 and the second measurement surface 52.
FIG. B shows this state, in which the first cross line 59 and the second cross line 60 are projected onto the light receiving surface 61 with a difference of the dimension w1. That is, the cross line 58 is projected onto the light receiving surface 61 with a difference of w1 due to the inclination θ of the two measurement surfaces 51 and 52 facing each other of the glass plate 50. When the inclination θ increases, the value of w1 also increases. Conversely, when the two cross lines 59 and 60 overlap and w1 = 0, the inclination θ also becomes 0 and the first measurement surface 51 and the second measurement surface 52 It is determined that there is no inclination in the parallel state. Accordingly, if the value of w1 is measured, the inclination angle θ can be estimated with a certain degree of accuracy. If w1 is visually recognized, the value of the inclination angle θ can be estimated empirically.

しかし傾き角θが小さく、クロス線59、60が接近して受光面61に投影されたときは、図Cのように2つのクロス線59、60は一部が互いに重なり合って表示され、両者間の差w2(w1>w2)を判別することが難しくなる。特にw2の値が2点間の分解限界であるレーリーリミットより小さい場合には、クロス線59、60を判定することは相当困難となる。このようにw2の値が0に近づくほどその検出は難しくなるから、誤差となって生じる範囲が一定せず、個人差も生じる様になる。従がってθの値が大きいときはある程度の精度で傾きを測定することが出来るが、θの値が小さくなって2つのクロス線間の差w2が小さくなると測定精度は大まかとなる。このようにこれまでのオートコリメータで2つの向かい合った測定面が持つ傾きを測定しようとすると、両者間の傾きが0に近づくほど測定精度はあいまいになるという傾向にあり、微小な値のθを必要とする測定の場合、致命的であった。またこのw2の値は0に対してどのくらいの値を持つ傾き角θとなるのか、或いは図Bで示したw1による傾き角θはどのくらいの値となるのか、ということは経験的に推定できたとしても、デジタル的な数値として捉えることはできない。
また被測定物の傾きを測定するオートコリメータとして特許文献1が知られている。この文献1によれば被測定物の測定部位を拡大して確認できるようにするため顕微鏡を使用することが記されている。しかし顕微鏡を用いて測定部位を確認しようとすると、測定部位が極めて微細な領域にあるため確認が困難になる場合が多く発生してしまう。そのためこの特許文献1では被測定物に平行光を照射し、この平行光束中に出し入れ自在な顕微鏡を設置し、顕微鏡で位置決めを行った後に被測定物の傾きを測定するようにしている。しかしこの文献1には顕微鏡を位置決めできるようにした光学系については開示されているが、被測定物の傾きを測定するときの精度向上手段については何も開示されていない。それも微細な傾きを精度を維持したまま測定できるようにした具体的な方法については何も触れられていない。
特開2003−148939号公報
However, when the inclination angle θ is small and the cross lines 59 and 60 approach each other and are projected onto the light receiving surface 61, the two cross lines 59 and 60 are displayed so as to partially overlap each other as shown in FIG. It is difficult to determine the difference w2 (w1> w2). In particular, when the value of w2 is smaller than the Rayleigh limit that is the decomposition limit between two points, it is considerably difficult to determine the cross lines 59 and 60. Thus, since the detection becomes more difficult as the value of w2 approaches 0, the range that is generated as an error is not constant, and individual differences also occur. Therefore, when the value of θ is large, the inclination can be measured with a certain degree of accuracy. However, when the value of θ is small and the difference w2 between the two cross lines is small, the measurement accuracy is rough. Thus, when trying to measure the inclination of two opposing measurement surfaces with the conventional autocollimator, the measurement accuracy tends to become ambiguous as the inclination between the two approaches 0, and a small value of θ can be obtained. In the case of the necessary measurements, it was fatal. Also, it was possible to empirically estimate how much the value of w2 is the inclination angle θ with respect to 0 or how much the inclination angle θ due to w1 shown in FIG. B is. However, it cannot be understood as a digital number.
Patent Document 1 is known as an autocollimator for measuring the inclination of an object to be measured. According to this document 1, it is described that a microscope is used so that the measurement site of the object to be measured can be enlarged and confirmed. However, if the measurement site is to be confirmed using a microscope, the measurement site is often in a very fine region, so that confirmation is often difficult. Therefore, in this patent document 1, parallel light is irradiated to the object to be measured, a microscope that can be taken in and out of the parallel light beam is installed, and after positioning with the microscope, the inclination of the object to be measured is measured. However, this document 1 discloses an optical system that can position the microscope, but does not disclose any means for improving accuracy when measuring the tilt of the object to be measured. No mention is made of a specific method that enables measurement of a fine tilt while maintaining accuracy.
JP 2003-148939 A

従って本発明の課題は上記問題を解決して、被検体測定面間の傾きが0に近いような微細な場合でも測定精度を維持したままで測定できるようにした高精度のオートコリメータを得ることである。そして被検体の傾きが大きくなったような場合でも、同じように測定精度を維持したまま測定できるようにすることである。さらに傾斜角θの大小にかかわらず、測定結果をデジタル的な数値として捉えることができるようにすることである。
そのため本発明では、(a)受光部に投影される2つの反射光スポットを用いて、その傾きを高精度に検出できるようにする。(b)使用する光源の波長(λ)、コリメータレンズに入射する被検体測定面からの反射光口径やコリメータレンズの明るさ、被検体測定面の表面加工精度など、測定時の条件に変動があったとしても対処できるようにする。(c)測定する傾斜角の精度を必要に応じて随時チェックできるようにして精度を維持できるようにする。それらによってオートコリメータとしての機能を高め、汎用性と操作性を向上できるようにする。
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problem and to obtain a high-precision autocollimator that can perform measurement while maintaining measurement accuracy even when the inclination between the object measurement surfaces is close to zero. It is. Then, even when the inclination of the subject becomes large, it is possible to perform measurement while maintaining the measurement accuracy in the same manner. Further, the measurement result can be understood as a digital numerical value regardless of the inclination angle θ.
Therefore, in the present invention, (a) the two reflected light spots projected on the light receiving unit are used to detect the inclination with high accuracy. (B) The measurement conditions such as the wavelength (λ) of the light source used, the aperture of the reflected light from the object measurement surface incident on the collimator lens, the brightness of the collimator lens, and the surface processing accuracy of the object measurement surface vary. Be able to deal with it if any. (C) The accuracy of the inclination angle to be measured can be checked as needed so that the accuracy can be maintained. By doing so, the function as an autocollimator is enhanced so that versatility and operability can be improved.

上記課題を解決するため本発明は、レーザ光源からの光束をコリメータレンズ経由で被検体に向かわせ、その第1測定面と第2測定面からの反射光を前記コリメータレンズ経由で受光部にスポットとして投影する光学系と、この光学系で受光部に投影される両反射光によるスポットの外周部間距離xとスポット径yの比y/xを算出し、それを両測定面間の傾斜角として表示部に表示するようにした制御部と、を備えたことを特徴とする。
請求項2の発明によるものは、レーザ光源からの光束をコリメータレンズ経由で被検体に向かわせ、その第1測定面と第2測定面からの反射光を前記コリメータレンズ経由で受光部にスポットとして投影する光学系と、この光学系で受光部に投影される両反射光によるスポットの外周部間距離xとスポット径yの比y/xに対応する値が両測定面間の傾斜角θとして予め記憶されているメモリと、前記被検体からの両反射光がスポットとして前記受光部に投影されたとき、そのy/xと対応する値をメモリから検索し、それを両測定面間の傾斜角θとして表示部に表示するようにした制御部と、を備えたことを特徴とする。
請求項3の発明によるものは請求項2記載のオートコリメータにおいて、スポット外周部間の距離xとスポット径yの比y/xに対応する値を、被検体測定面からの反射光口径やコリメータレンズの明るさ毎に記憶させたメモリとしたことを特徴とする。
請求項4の発明によるものは請求項2記載のオートコリメータにおいて、第1測定面と第2測定面間の傾き間隔dを駆動部によって順次変化し、間隔d毎の第1と第2測定面からの反射光が得られるようにした2つの基準体を光学系中に設置し、この設定された間隔d1、d2、・・・dn毎に受光部上に投影される両スポットの外周部間距離xとスポット径yを算出し、その比y/xを間隔d1、d2、・・・dn毎の傾斜角θ1、θ2、・・・θnとして予め記憶したメモリとしたことを特徴とする。
請求項5の発明によるものは請求項4記載のオートコリメータにおいて、断面形状を楔形として構成し配置した基準体としたことを特徴とする。
請求項6の発明によるものは、レーザ光源からの光束を投光用コリメータレンズを経て第1ビームスプリッタで反射し、さらにその光束を第2ビームスプリッタで二分して第1測定光学系と第2測定光学系として夫々基準体の同一面上を照射し、その両反射光を往路に戻して第1ビームスプリッタから受光用コリメータレンズを経て受光部にスポットとして投影するようにした光学系と、前記第2測定光学系中に設置され、その反射面角度rを順次変更して反射面角度ごとの測定光で前記基準体を照射するようにした測定ミラーと、この測定ミラーによって設定される反射角r0、r1、・・・rn毎に受光部上に投影される反射光スポットと第1測定光学系による反射光スポットを受光部上に投影し、両スポットの外周部間距離xとスポット径yの比y/xを求めてその値を各反射角r0、r1、・・・rnに応じた傾斜角θ0、θ1、・・・θnとして予め記憶したメモリと、前記基準体に代わって設置される被検体の第1速底面と第2速底面からの反射光がスポットとして前記受光部上に投影されたとき、そのy/x値でメモリを検索し、それを両測定面間の傾斜角θとして表示部に表示するようにした制御部と、を備えたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention directs a light beam from a laser light source to a subject via a collimator lens and spots reflected light from the first measurement surface and the second measurement surface on the light receiving unit via the collimator lens. And the ratio y / x of the spot outer periphery distance x to the spot diameter y due to the both reflected lights projected onto the light receiving section with this optical system, and the tilt angle between the two measurement surfaces is calculated. And a control unit configured to display on the display unit.
According to the invention of claim 2, the light beam from the laser light source is directed to the subject via the collimator lens, and the reflected light from the first measurement surface and the second measurement surface is spotted on the light receiving unit via the collimator lens. A value corresponding to the ratio y / x of the distance x between the outer peripheral portions of the spots and the spot diameter y due to both reflected lights projected onto the light receiving unit by this optical system is the inclination angle θ between the two measurement surfaces. When both reflected light from the memory stored in advance and the reflected light from the subject are projected as a spot on the light receiving unit, the value corresponding to y / x is retrieved from the memory, and the inclination between the two measurement surfaces is retrieved. And a control unit configured to display the angle θ on the display unit.
According to a third aspect of the present invention, in the autocollimator according to the second aspect, a value corresponding to the ratio y / x of the distance x between the spot outer peripheries and the spot diameter y is set to a reflected light aperture from the subject measurement surface or a collimator. The memory is stored for each brightness of the lens.
According to a fourth aspect of the present invention, in the autocollimator according to the second aspect, the inclination interval d between the first measurement surface and the second measurement surface is sequentially changed by the drive unit, and the first and second measurement surfaces for each interval d. Two reference bodies in which reflected light from the light is obtained are installed in the optical system, and between the outer peripheries of both spots projected on the light receiving part for each of the set intervals d1, d2,. A distance x and a spot diameter y are calculated, and a ratio y / x is stored in advance as inclination angles θ1, θ2,... Θn for intervals d1, d2,.
According to a fifth aspect of the present invention, in the autocollimator according to the fourth aspect of the present invention, the reference body is constructed and arranged in a wedge shape in cross section.
According to the sixth aspect of the present invention, the light beam from the laser light source is reflected by the first beam splitter through the projection collimator lens, and the light beam is further divided into two by the second beam splitter. An optical system that irradiates the same surface of the reference body as the measurement optical system, returns both reflected lights to the outward path, and projects them as spots onto the light receiving section from the first beam splitter through the light receiving collimator lens, A measurement mirror that is installed in the second measurement optical system and that sequentially changes the reflection surface angle r to irradiate the reference body with measurement light for each reflection surface angle, and a reflection angle set by the measurement mirror A reflected light spot projected on the light receiving unit and a reflected light spot by the first measuring optical system are projected on the light receiving unit for each of r0, r1,. A ratio y / x of the diameter y is obtained and the value is stored in advance as inclination angles θ0, θ1,... Θn corresponding to the respective reflection angles r0, r1,. When the reflected light from the first speed bottom surface and the second speed bottom surface of the subject to be installed is projected as a spot on the light receiving unit, the memory is searched with the y / x value, and it is calculated between the two measurement surfaces. And a control unit configured to display the tilt angle θ on the display unit.

本発明はレーザ光源からの光束をコリメータレンズ経由で被検体に向かわせ、その第1測定面と第2測定面からの反射光をコリメータレンズ経由で受光部にスポットとして投影し、投影された両反射光によるスポットの外周部間距離xとスポット径yの比y/xを算出し、それを両測定面間の傾斜角として表示するようにしたことを基本としている。それによって2つの測定面からの反射光によるスポットを受光部上で検出するだけで、2つの測定面間に傾斜角の大小があってとしても測定精度を維持したまま同じ条件で測定作業を進めることが出来る。それも傾斜角の大小にかかわらずに測定結果を数値として表示できるので、評価作業を一定化することが出来る。
また使用する光源の波長(λ)やコリメータレンズの明るさなど測定時の条件に変動があったとしても、それら変動要素を予め想定したデータ群を準備しておくことによって、所定の対応する傾斜角を求めることが出来る。さらに測定する傾斜角の精度はオートコリメータが設置されている環境に合わせてチェックできるようにしたので、その測定精度を維持することが出来る。これらによってオートコリメータとしての機能を高め、汎用性と操作性を向上することが出来る。
In the present invention, a light beam from a laser light source is directed to a subject via a collimator lens, and reflected light from the first measurement surface and the second measurement surface is projected as a spot on a light receiving unit via a collimator lens. It is based on the fact that the ratio y / x of the distance x between the outer peripheral portions of the spots due to the reflected light and the spot diameter y is calculated and displayed as the inclination angle between the two measurement surfaces. As a result, only by detecting a spot due to the reflected light from the two measurement surfaces on the light receiving unit, the measurement operation proceeds under the same conditions while maintaining the measurement accuracy even if there is an inclination angle between the two measurement surfaces. I can do it. Since the measurement result can be displayed as a numerical value regardless of the inclination angle, the evaluation work can be made constant.
Even if there are fluctuations in the measurement conditions such as the wavelength (λ) of the light source used and the brightness of the collimator lens, a predetermined corresponding inclination can be obtained by preparing a data group that assumes these fluctuation factors in advance. You can find the corner. Furthermore, since the accuracy of the inclination angle to be measured can be checked in accordance with the environment where the autocollimator is installed, the measurement accuracy can be maintained. By these, the function as an autocollimator can be improved and versatility and operativity can be improved.

本発明によるものは前記したようにレーザ光源からの光束をコリメータレンズ経由で被検体に向かわせ、その第1測定面と第2測定面からの反射光をコリメータレンズ経由で受光部にスポットとして投影し、投影された両反射光によるスポットの外周部間距離xとスポット径yの比y/xを算出し、それを傾斜角として表示するようにしたことを基本としている。以下にこの発明によるオートコリメータについて添付図面に基づいて説明する。 As described above, according to the present invention, the light beam from the laser light source is directed to the subject via the collimator lens, and the reflected light from the first measurement surface and the second measurement surface is projected as a spot on the light receiving portion via the collimator lens. Then, the ratio y / x of the distance x between the outer peripheral portions of the spots and the spot diameter y by the projected both reflected lights is calculated and displayed as an inclination angle. Hereinafter, an autocollimator according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は実施例1によるオートコリメータの全体構成を示した説明用の概略図である。図においてレーザ光源1からの光束bはビームスプリッタ2を経てコリメータレンズ3に向かう。コリメータレンズ3を通過した光束bは平行光束となり、ガラス板などによる1つ目の被検体4を照射し、その裏面の第1測定面5で反射する。第1測定面5で反射した光束bは直径がφとなって往路を戻り、コリメータレンズ3に入射してビームスプリッタ2で反射しCCDなどによる受光部6にスポットとして集光する。図ではこの集光したスポット位置をp1として示してある。1つ目の被検体4を通過した光は、この被検体4と向かい合わせになって設置されている2つ目の被検体7に向かい、その表面の第2測定面8で反射する。第2測定面8が第1測定面5に対して任意の角度θで傾いていれば、第2測定面8で反射した光は2θの傾きを持ってコリメータレンズ3に戻り、ビームスプリッタ2で反射して受光部6にスポットとして集光する。図ではこの集光したスポットの位置をp2として示してある。
両被検体4、7は夫々枠9、10に収容され、測定台11上に設置される。受光部6の位置p1、p2で受光したスポットは制御部13を経て表示部14に伝えられ表示される。このときの表示画面14aを図2に示したが、受光部6が2つのスポットs1、s2を受光すると、制御部13はその一方のスポットs1の最外周部位置からもう一つのスポットs2の最外周部位置までの距離xを
x=f×tan2θ・・・・・(1)
f=コリメータレンズ3の焦点距離
によって算出する。
図2は表示部14の画面14aを示した説明図で、上記したスポット外周部間距離xを参考のために示してある。図1において15はキーボードやマウスなどの入力部、16は外部メモリやプリンタなどの出力部である。また被検体4、7は向かい合わせの2枚1組で2つの測定面5、8を作る例となっているが、図10のように1つの被検体50の表裏面を2つの測定面として利用する場合も同様に扱うことが出来る。
FIG. 1 is a schematic diagram for explanation showing the overall configuration of the autocollimator according to the first embodiment. In the figure, the light beam b from the laser light source 1 travels to the collimator lens 3 through the beam splitter 2. The light beam b that has passed through the collimator lens 3 becomes a parallel light beam, irradiates the first subject 4 such as a glass plate, and is reflected by the first measurement surface 5 on the back surface thereof. The light beam b reflected by the first measurement surface 5 has a diameter of φ and returns in the forward direction, enters the collimator lens 3, is reflected by the beam splitter 2, and is condensed as a spot on the light receiving unit 6 such as a CCD. In the figure, this condensed spot position is indicated as p1. The light that has passed through the first subject 4 is directed to the second subject 7 that is placed facing the subject 4 and reflected by the second measurement surface 8 on the surface thereof. If the second measurement surface 8 is inclined at an arbitrary angle θ with respect to the first measurement surface 5, the light reflected by the second measurement surface 8 returns to the collimator lens 3 with an inclination of 2θ, and the beam splitter 2 The light is reflected and condensed as a spot on the light receiving unit 6. In the figure, the position of the condensed spot is indicated as p2.
Both subjects 4 and 7 are accommodated in frames 9 and 10, respectively, and placed on the measurement table 11. The spots received at the positions p1 and p2 of the light receiving unit 6 are transmitted to the display unit 14 via the control unit 13 and displayed. The display screen 14a at this time is shown in FIG. 2, but when the light receiving unit 6 receives the two spots s1 and s2, the control unit 13 starts from the outermost peripheral position of the one spot s1 to the outermost position of the other spot s2. The distance x to the outer circumference position
x = f × tan 2θ (1)
f = calculated from the focal length of the collimator lens 3
FIG. 2 is an explanatory view showing a screen 14a of the display unit 14, and the above-mentioned distance x between the outer periphery portions of the spots is shown for reference. In FIG. 1, 15 is an input unit such as a keyboard and a mouse, and 16 is an output unit such as an external memory or a printer. Further, the specimens 4 and 7 are examples in which two measurement surfaces 5 and 8 are formed by a pair of two facing each other, but the front and back surfaces of one subject 50 are used as two measurement surfaces as shown in FIG. It can be handled in the same way when used.

レーザ光源1からの光束bをコリメータレンズ3経由で2つの被検体4、7を照射し、その一方の被検体4の第1測定面5からの反射光と、他方の被検体7の第2測定面8からの反射光をコリメータレンズ3経由で受光部6に投影するようにした光学系が、受光部6の位置p1、p2にスポットs1、s2を投影したとき、制御部13は前記のように(1)式によってスポットs1、s2の最外周部間の距離xを算出する。制御部13はこのxの算出に合わせてさらにスポットsの直径yを次式によって算出する。図2は上記した様に表示画面14aの説明図であるが参考のためスポットの径もyとして表示してある。
y=1.22×Fλ
=1.22×(f/φ)×λ・・・・・(2)
1.22=定数
φ=被検体反射面からの反射光口径
制御部13は算出されたxとyの値からその比y/xを求めて、それを2つの反射面5、8間の傾斜角θ'として表示部14に表示する。即ち、2つの反射面5、8間によって作り出される傾き角の差によって受光部6に投影される2つのスポットs1、s2の外周部間距離xは変化する。
このスポットsについて図3を用いてさらに説明する。この図は表示部14に表示されるスポットsの説明図となっていて、受光部6に投影されたスポットsの径がyで距離がx1として検出されると、制御部13は「y/x1」を算出し、図の第1列18aのように「0.9」を得る。そしてこの「0.9」を反射面5、8間の傾斜角θ'として表示画面14aに表示する。「0.9」という値が表示されると、それは「1」に近い値であることから、傾斜角θ'は「0」に近い値であると推定される。同じようにスポットsの径がyで距離がx2であったとすれば、制御部13は「y/x2」を算出し、図3第2列18bのように「0.8」を得る。そしてこの「0.8」という値を両反射面5、8間の傾斜角θ'として表示画面14aに表示する。以下同じようにしてx3、x4、x5、・・・xnであった時の「y/x]を算出し、その値を傾斜角θ'として表示画面14aに表示する。こうして得られる傾斜角θ'は「y/x」によるものであるから、実際の傾斜角θとは異なる。従がって実際の傾斜角θに対する仮の傾斜角θ'として扱うことになる。しかし仮の傾斜角θ'が得られれば真の傾斜角θは経験的に推定することが出来る。
また上記の説明はxとyを求めてその比y/xを算出し、得られた値を仮の傾斜角θ'とするものであったが、スポットsのxとyが得られれば楕円に近似することが出来るので、数式的に楕円の離芯率を「y/x」とみなせば、その値を仮の傾斜角θ'として上記の例と同じように扱うことが出来る。
このように実施例1では、受光部6に投影される2つのスポットs1、s2を検出してそのxとyを求め、両者の比を算出して仮の傾斜角θ'として表示部14に表示するようにしている。そしてこの表示された仮の傾斜角θ'に基づき、2つの反射面5、8間の実際の傾斜角θを推定するようにすれば、予備的な評価作業としての成果を得ることが出来る。しかしこの仮傾斜角θ'の表示は両反射面5、8間の傾斜角の大小にかかわらず常に数値として捉えることができるから、それを確認することで測定結果の把握を一定化し、標準的な作業を進めることが出来る。
The light beam b from the laser light source 1 is irradiated to the two subjects 4 and 7 via the collimator lens 3, the reflected light from the first measurement surface 5 of one subject 4 and the second of the other subject 7. When the optical system that projects the reflected light from the measurement surface 8 onto the light receiving unit 6 via the collimator lens 3 projects the spots s1 and s2 on the positions p1 and p2 of the light receiving unit 6, the control unit 13 Thus, the distance x between the outermost peripheral portions of the spots s1 and s2 is calculated by the equation (1). In accordance with the calculation of x, the control unit 13 further calculates the diameter y of the spot s by the following equation. FIG. 2 is an explanatory diagram of the display screen 14a as described above, but the spot diameter is also displayed as y for reference.
y = 1.22 × Fλ
= 1.22 × (f / φ) × λ (2)
1.22 = constant
φ = Reflected light aperture control unit 13 from the subject reflection surface calculates the ratio y / x from the calculated values of x and y, and displays it as the inclination angle θ ′ between the two reflection surfaces 5 and 8. Displayed on the unit 14. That is, the distance x between the outer peripheries of the two spots s1 and s2 projected on the light receiving unit 6 varies depending on the difference in inclination angle created between the two reflecting surfaces 5 and 8.
This spot s will be further described with reference to FIG. This figure is an explanatory diagram of the spot s displayed on the display unit 14. When the diameter of the spot s projected on the light receiving unit 6 is detected as y and the distance is detected as x1, the control unit 13 displays “y / x1 "is calculated, and" 0.9 "is obtained as shown in the first column 18a of the figure. Then, “0.9” is displayed on the display screen 14 a as the inclination angle θ ′ between the reflecting surfaces 5 and 8. When a value of “0.9” is displayed, it is a value close to “1”, so that the inclination angle θ ′ is estimated to be a value close to “0”. Similarly, if the diameter of the spot s is y and the distance is x2, the control unit 13 calculates “y / x2” and obtains “0.8” as shown in the second column 18b of FIG. The value “0.8” is displayed on the display screen 14 a as the inclination angle θ ′ between the reflecting surfaces 5 and 8. In the same manner, “y / x” when x3, x4, x5,..., Xn is calculated, and the value is displayed on the display screen 14a as the inclination angle θ ′. Since 'is due to "y / x", it is different from the actual inclination angle θ. Therefore, it is treated as a temporary inclination angle θ ′ with respect to the actual inclination angle θ. However, if the temporary inclination angle θ ′ is obtained, the true inclination angle θ can be estimated empirically.
In the above description, x and y are obtained and the ratio y / x is calculated, and the obtained value is set as a temporary inclination angle θ ′. If x and y of the spot s are obtained, an ellipse is obtained. Therefore, if the eccentricity of the ellipse is regarded as “y / x” mathematically, the value can be treated as a temporary inclination angle θ ′ in the same manner as in the above example.
As described above, in the first embodiment, the two spots s1 and s2 projected on the light receiving unit 6 are detected to obtain the x and y, the ratio between the two is calculated, and the provisional tilt angle θ ′ is obtained on the display unit 14. It is trying to display. If the actual inclination angle θ between the two reflecting surfaces 5 and 8 is estimated based on the displayed temporary inclination angle θ ′, a result as a preliminary evaluation work can be obtained. However, the display of this temporary inclination angle θ ′ can always be taken as a numerical value regardless of the magnitude of the inclination angle between the reflecting surfaces 5, 8. Work can be advanced.

次に上記した仮の傾斜角θ'を真の傾斜角θに換算し、正確な測定結果を得るための換算表について説明する。この換算表は表示画面14aに表示された仮傾斜角θ'、例えば「0.9」を真の傾斜角θに換算するために予め用意されるもので、xの値をx1、x2、x3、・・・xnのように変更した時の夫々のy/xを事前に実験によって算出し、それを傾斜角θ1、θ2、θ3、・・・θnとして、y/x値と共に記入して作成したものである。このような換算表を準備しておけば表示画面14aに仮の傾斜角θ'が表示されれば、対応する真の傾斜角θを換算表から探索することが出来る。
図4と5は上記換算表に真の傾斜角θなどのデータ群を書き込む時の方法を説明するもので、図4は図1と同様にオートコリメータの説明図、図5は換算表にデータを書き込む時の作業内容を説明する図である。図4においてレーザ光源1からの光束bはビームスプリッタ2、コリメータレンズ3を経て平行光束となり、基準体4a、7aに向かう。この基準体4a、7aは図1の被検体4、7と同じか、或いは同等の材質で形成され、被検体4、7に代わって測定台11上に設置される。そしてその第1測定面5aと第2測定面8aは完全平面の原器として使用され、夫々枠9、10に収容される。基準体第1測定面5aと第2測定面8aで反射した光は、口径φの平行な光束のままコリメータレンズ3に戻り、ビームスプリッタ2で反射しCCDなどの受光部6にスポットとして集光する。図ではこの集光したスポット位置をp0として示してある。2つの反射面5a、7aは完全平面であるから、両者が平行に設置されていれば第1測定面5aからの反射光スポットs1と第2測定面8aからの反射光スポットs2は同じ位置p0に集光する。基準体4aの収容枠9には例えばマイクロメータと同様な構造の駆動部17が取り付けられていて、これを操作して回転すると基準体4aの駆動部17側は他方の基準体7aに対して浮き上がり、第1測定面5aと第2測定面8a間の傾き間隔d(図5の欄18)を変化させる。逆にこの駆動部17を操作することで、2つの反射面5a、8aからのスポットが同じ位置p0に集光するよう調整できる。こうして2つの反射面5a、8aが平行になるよう調整した基準体4a、7aを原器として使用するが、これはオートコリメータの測定台11を設置する室内の床の傾きや、室内温度、微小振動の有無など設置環境に合わせて事前に調整できることにもなる。
この調整された基準体4a、7aの状態を示したのが図5の第1横列19aの欄18である。この欄18は2つの基準体4a、7aの調整状態を正面図として示していて、この場合、反射面5a、8a間の傾き間隔は「d=0」となっている。この「d=0」を表示すため駆動部17に付随しているメータ17a(図4)を0にセットする。この「d=0」のとき2つのスポットs1、s2は図5の表示画面14aの欄のように1つに重なって表示される。そのため一方のスポットs1の外周部と他方のスポットs2の外周部間距離xは0であるから、「x=1」、「y=1」が制御部13で算出され、さらにy/xによって「1」が求められる。図5ではこの状態を右側欄13aに示した。従がって2つのスポットs1、s2が重なって一致した状態で受光部6に投影されたときは、この第1横列19aのように制御部13によって「x=1」、「y=1」、「y/x=1」が算出され、換算表を表している右欄20には「y/x=1」に対応する値として「θ0」が表記される。つまり「y/x=1」が仮の傾斜角として表示されたときは、その「1」を確認して測定面間隔「d=0」と対応する値の「θ0」を真の傾斜角として換算表20に記入する。
Next, a conversion table for converting the temporary inclination angle θ ′ described above into a true inclination angle θ and obtaining an accurate measurement result will be described. This conversion table is prepared in advance to convert the temporary inclination angle θ ′ displayed on the display screen 14a, for example, “0.9” into a true inclination angle θ, and the values of x are x1, x2, x3. , ... xn, each y / x when changed in advance is experimentally calculated and entered as y / x values as tilt angles θ1, θ2, θ3, ... θn It is a thing. If such a conversion table is prepared, if the temporary inclination angle θ ′ is displayed on the display screen 14a, the corresponding true inclination angle θ can be searched from the conversion table.
4 and 5 illustrate a method for writing a data group such as a true inclination angle θ in the conversion table. FIG. 4 is an explanatory diagram of the autocollimator as in FIG. 1, and FIG. It is a figure explaining the work content at the time of writing. In FIG. 4, the light beam b from the laser light source 1 passes through the beam splitter 2 and the collimator lens 3 to become a parallel light beam and travels toward the reference bodies 4a and 7a. The reference bodies 4a and 7a are formed of the same or equivalent material as the specimens 4 and 7 in FIG. 1 and are installed on the measurement table 11 in place of the specimens 4 and 7. The first measurement surface 5a and the second measurement surface 8a are used as a completely flat original device and are accommodated in frames 9 and 10, respectively. The light reflected by the reference body first measurement surface 5a and the second measurement surface 8a returns to the collimator lens 3 as a parallel light beam having a diameter φ, is reflected by the beam splitter 2, and is condensed as a spot on the light receiving unit 6 such as a CCD. To do. In the figure, this condensed spot position is shown as p0. Since the two reflecting surfaces 5a and 7a are completely flat, the reflected light spot s1 from the first measuring surface 5a and the reflected light spot s2 from the second measuring surface 8a are the same position p0 if they are installed in parallel. Condensed to A drive unit 17 having a structure similar to, for example, a micrometer is attached to the housing frame 9 of the reference body 4a. When the drive unit 17 is rotated by operating this, the drive unit 17 side of the reference body 4a is in relation to the other reference body 7a. It floats up and the inclination interval d (column 18 in FIG. 5) between the first measurement surface 5a and the second measurement surface 8a is changed. Conversely, by operating this drive unit 17, it is possible to adjust so that spots from the two reflecting surfaces 5a and 8a are condensed at the same position p0. The reference bodies 4a and 7a thus adjusted so that the two reflecting surfaces 5a and 8a are parallel to each other are used as a master. This is because the inclination of the indoor floor where the measuring table 11 of the autocollimator is installed, the indoor temperature, It can also be adjusted in advance according to the installation environment, such as the presence or absence of vibration.
The adjusted reference bodies 4a and 7a are shown in the column 18 of the first row 19a in FIG. This column 18 shows the adjustment state of the two reference bodies 4a and 7a as a front view. In this case, the inclination interval between the reflecting surfaces 5a and 8a is “d = 0”. In order to display “d = 0”, the meter 17a (FIG. 4) attached to the drive unit 17 is set to zero. When “d = 0”, the two spots s1 and s2 are overlapped and displayed as shown in the column of the display screen 14a in FIG. Therefore, since the distance x between the outer periphery of one spot s1 and the outer periphery of the other spot s2 is 0, “x = 1” and “y = 1” are calculated by the control unit 13 and further “ 1 "is required. In FIG. 5, this state is shown in the right column 13a. Accordingly, when the two spots s1 and s2 are projected on the light receiving unit 6 in a state where they overlap and coincide with each other, the control unit 13 sets “x = 1” and “y = 1” as in the first row 19a. “Y / x = 1” is calculated, and “θ0” is written as a value corresponding to “y / x = 1” in the right column 20 representing the conversion table. That is, when “y / x = 1” is displayed as a temporary inclination angle, “1” is confirmed, and “θ0” having a value corresponding to the measurement surface interval “d = 0” is set as a true inclination angle. Fill in the conversion table 20.

以上の作業が終了すると換算表20の第2列目19bの記入作業に進む。第2列目19bではまず図4の駆動部17を動作して回転し、メータ17aを見ながら第2測定面8aに対する第1測定面5aの傾き間隔dを拡げ、例えば「d=1」とする。「d=1」に拡げられると第1測定面5aからの反射光スポットs1と第2測定面8aからの反射光スポットs2は受光部6上で投影位置を変え、例えば図5第2列目19bの表示画面14aの欄のようになり、スポットs1、s2の外周部間距離はx1となる。このx1とyの値が前記(1)、(2)式により算出されると、「x1=1.1」、「y=1」が制御部13で算出され、さらに「y/x1」が求められて「0.9」が仮の傾斜角として欄13aのように算出され、その値が図3の第1列18aのように表示される。この表示された「0.9」を確認して換算表20に、反射面間隔「d=1」に対応する値として「0.9=θ1」を記入する。これで測定面5a、8a間の傾き間隔が「d=1」の時の真の傾斜角「θ1」を換算表20の第2列目19bに記入する作業が終了する。   When the above operation is completed, the process proceeds to the entry operation in the second column 19b of the conversion table 20. In the second row 19b, first, the drive unit 17 of FIG. 4 is operated and rotated, and the inclination interval d of the first measurement surface 5a with respect to the second measurement surface 8a is increased while looking at the meter 17a, for example, “d = 1”. To do. When expanded to “d = 1”, the reflected light spot s1 from the first measurement surface 5a and the reflected light spot s2 from the second measurement surface 8a change projection positions on the light receiving unit 6, for example, in the second column of FIG. It becomes like the column of the display screen 14a of 19b, and the distance between the outer peripheral parts of the spots s1 and s2 is x1. When the values of x1 and y are calculated by the equations (1) and (2), “x1 = 1.1” and “y = 1” are calculated by the control unit 13, and “y / x1” is further calculated. The obtained “0.9” is calculated as the provisional inclination angle as shown in the column 13a, and the value is displayed as shown in the first column 18a of FIG. The displayed “0.9” is confirmed, and “0.9 = θ1” is written in the conversion table 20 as a value corresponding to the reflecting surface interval “d = 1”. This completes the work of entering the true inclination angle “θ1” in the second column 19b of the conversion table 20 when the inclination interval between the measurement surfaces 5a and 8a is “d = 1”.

第2列目19bの換算表20記入作業が終わると次の第3列目19cの作業に進む。第3列目19cではまず図4の駆動部17を操作して回転し、メータ17aを見ながら第2測定面8aに対する第1測定面5aの傾き間隔dを拡げ、例えば「d=2」にする。「d=2」に拡げられると第2測定面5aからの反射光スポットs1と第2測定面8aからの反射光スポットs2は受光部6上で投影位置を変え、例えば図5の表示画面14aの欄のようになり、スポットs1、s2の外周部間距離はx2となる。このx2とyの値が算出されると、例えば「x2=1.2」、「y=1」が算出され、さらにこの値に基づき「y/x2」が求められて欄13aのように「0.8」が仮傾斜角として算出される。仮傾斜角が「0.8」と算出され、それが図3の第2列18bのように表示画面14aに表示されると、それを確認して換算表20に、測定面間隔「d=2」に対応する値として
「0.8=θ2」を記入する。これで測定面5a、8a間の傾き間隔が「d=2」の時の真の傾斜角「θ2」を第3列目19cのように記入する作業が終了する。
同様にして第4列目19dの記入作業に進み、第2測定面8aに対する第1測定面5aの傾き間隔を例えば「d=3」に拡げ、第1測定面5aからの反射光スポットs1と第2測定面8aからの反射光スポットs2の外周部間距離をx3とする。このx3とyの値が得られると「x3=1.3」、「y=1」が算出され、さらにy/x3が求められて欄13aのように「0.7」が仮傾斜角として算出される。この値が図3の第3列18cのように表示画面14aに表示されるのを確認して、換算表20に測定面間隔「d=3」に対応する値として「0.7=θ3」を記入する。これで測定面5a、8a間の傾き間隔がd=3の時の真の傾斜角「θ3」が第4列目19dのように記入する作業が終了する。以下同じようにして必要な真の傾斜角θの値を順次換算表20に記入していく。
When the conversion table 20 entry work in the second column 19b is completed, the operation proceeds to the next third column 19c. In the third row 19c, first, the drive unit 17 of FIG. 4 is operated and rotated, and the inclination interval d of the first measurement surface 5a with respect to the second measurement surface 8a is increased while looking at the meter 17a, for example, “d = 2”. To do. When expanded to “d = 2”, the reflected light spot s1 from the second measurement surface 5a and the reflected light spot s2 from the second measurement surface 8a change their projection positions on the light receiving unit 6, for example, the display screen 14a in FIG. The distance between the outer peripheral portions of the spots s1 and s2 is x2. When the values of x2 and y are calculated, for example, “x2 = 1.2” and “y = 1” are calculated, and “y / x2” is obtained based on these values, and “ 0.8 "is calculated as the temporary inclination angle. When the temporary inclination angle is calculated as “0.8” and is displayed on the display screen 14a as in the second column 18b of FIG. 3, it is confirmed and the conversion table 20 indicates that the measurement surface interval “d = “0.8 = θ2” is entered as a value corresponding to “2”. This completes the work of entering the true inclination angle “θ2” as shown in the third column 19c when the inclination interval between the measurement surfaces 5a and 8a is “d = 2”.
Similarly, the process proceeds to the entry operation in the fourth column 19d, and the inclination interval of the first measurement surface 5a with respect to the second measurement surface 8a is expanded to, for example, “d = 3”, and the reflected light spot s1 from the first measurement surface 5a The distance between the outer peripheral portions of the reflected light spot s2 from the second measurement surface 8a is set to x3. When the values of x3 and y are obtained, “x3 = 1.3” and “y = 1” are calculated. Further, y / x3 is obtained, and “0.7” is set as the temporary inclination angle as in the column 13a. Calculated. It is confirmed that this value is displayed on the display screen 14a as in the third column 18c of FIG. 3, and “0.7 = θ3” is set in the conversion table 20 as a value corresponding to the measurement surface interval “d = 3”. Fill in. This completes the work of entering the true inclination angle “θ3” as shown in the fourth column 19d when the inclination interval between the measurement surfaces 5a and 8a is d = 3. In the same manner, the necessary true inclination angle θ is sequentially entered in the conversion table 20.

上記のように換算表20の作成に際しては被検体と同じか、或いは同等の材質で形成した基準体4a、7aを原器として用意し、その2つの反射面5a、8a間の傾き間隔dを駆動部17によって順次変化させる。そして間隔d1、d2、・・・dn毎に変化する受光部6上の2つの反射光スポットs1、s2の外周部間距離xと、スポット径yを(1)、(2)式により求めてその比y/xを仮の傾斜角として算出し表示する。そしてその表示された値を確認してその値と対応する真の傾斜角をθ1、θ2、・・・θnとして換算表20に記入していく。
実際に被検体間4、7間の傾斜角θを求めるときは、原器としての基準体4a、7aを測定台11上から外して被検体4、7を設置する。そしてその反射面5、8からの反射光を受光部6に向かわせれば、2つの測定面が持つ傾斜角に応じたスポットs1、s2が投影される。このスポットs1、s2のxとyの値を検出し、その比y/xを求めて仮傾斜角として表示画面14aに表示する。そして表示された傾斜角に基づき基準体4a、7aを用いて作成した換算表20を探索すれば、真の傾斜角θを得ることが出来る。
このように基準体の2つの測定面が持つ傾斜角に応じた値を予め算出し、それを表記した換算表20を用意することによって、受光部6に投影されるスポットs1、s2のxとyを求めるだけで必要とする真の傾斜角θを得ることが出来る。しかもその結果はxとy値の検出に変動が生じたとしても、原器を使用して得た結果を照合することになるから精度がばらつくことはない。尚、図4において制御部13内に示した21はメモリで、その詳細については次の実施例2で説明する。同様に図の照明ユニット22についても後に説明する。
As described above, when the conversion table 20 is created, the reference bodies 4a and 7a formed of the same or equivalent material as the subject are prepared as a prototype, and the inclination interval d between the two reflecting surfaces 5a and 8a is set. It is changed sequentially by the drive unit 17. Then, the distance x between the outer peripheral portions of the two reflected light spots s1, s2 on the light receiving portion 6 and the spot diameter y, which change at intervals d1, d2,... Dn, are obtained by the equations (1) and (2). The ratio y / x is calculated and displayed as a temporary tilt angle. Then, the displayed value is confirmed, and the true inclination angles corresponding to the displayed value are entered in the conversion table 20 as θ1, θ2,.
When the inclination angle θ between the subjects 4 and 7 is actually obtained, the reference bodies 4a and 7a as originals are removed from the measurement table 11 and the subjects 4 and 7 are installed. Then, if the reflected light from the reflection surfaces 5 and 8 is directed to the light receiving unit 6, spots s1 and s2 corresponding to the inclination angles of the two measurement surfaces are projected. The x and y values of the spots s1 and s2 are detected, and the ratio y / x is obtained and displayed on the display screen 14a as a temporary tilt angle. If the conversion table 20 created using the reference bodies 4a and 7a is searched based on the displayed tilt angle, the true tilt angle θ can be obtained.
In this way, by calculating in advance the values corresponding to the inclination angles of the two measurement surfaces of the reference body and preparing the conversion table 20 describing the values, x and x of the spots s1 and s2 projected on the light receiving unit 6 are prepared. The required true inclination angle θ can be obtained simply by obtaining y. In addition, even if the result varies in the detection of the x and y values, the accuracy obtained does not vary because the result obtained using the prototype is collated. In FIG. 4, reference numeral 21 shown in the control unit 13 is a memory, and details thereof will be described in the second embodiment. Similarly, the illumination unit 22 in the figure will be described later.

次に図6を用いて基準体4a、7aの具体的構成例について説明する。図において基準体4a、7aは夫々枠9、10に収容され、両枠は金具で連結される。一方の枠9にはメータ付の駆動部17が取り付けられ、それを回転操作することで基準体7aに対する他方の基準体4aの取り付け角度が変化する。他方の枠10には受け部23aが設けられ、図8で説明するスケール23が設置される。また基準体4aの第1測定面5aに対する反対側の面5bは傾斜面として形成され、基準体4aを断面にしたときの形状が楔形となるよう構成される。同じように基準体7aの第2測定面8aに対する反対側の面8bは傾斜面として形成され、基準体7aを断面にしたときの形状が楔形となるよう構成される。
今、図6のように第1測定面5aと第2測定面8aが互いに平行になるよう調整されているとしたとき、図4の光源1からの光を両基準体4a、7aに向かわせると、基準体4aの傾斜面5bで反射した光24は斜光線となってカットされ、図4のコリメータレンズ3に戻ることが出来ない。これに対し第1測定面5aで反射する光25は第1測定面5aと直交する垂直な光としてコリメータレンズ3に向かい、スポットs1として受光部6に投影される。
基準体4aを通過し他方の基準体7aに向かった光の内、第2測定面8aで反射する光26は第2測定面8aと直交する垂直な光となってコリメータレンズ3に向かい、スポットs2として受光部6に投影される。これに対し傾斜面8bで反射する光27は斜光線となってカットされ、コリメータレンズ3に戻ることが出来ない。
上記のように2つの基準体4a、7aを、その断面形状が楔形となるよう構成することで、各基準体4a、7aが持つ2つの反射面で反射する光束の一方を斜光線としてカットできるので、スポットs1、s2の判定時に有効である。このように構成した基準体4a、7aを、被検体の測定時に必要に応じて測定台11上に設置し、換算表20に記入した値と現在の値が一致しているかを確認するようにすれば、検出する傾き角の精度を現在設定されている環境に合わせてチェック出来るので、その精度を維持し保証できるようになる。
Next, a specific configuration example of the reference bodies 4a and 7a will be described with reference to FIG. In the figure, reference bodies 4a and 7a are accommodated in frames 9 and 10, respectively, and both frames are connected by metal fittings. A drive unit 17 with a meter is attached to one frame 9, and the attachment angle of the other reference body 4 a with respect to the reference body 7 a is changed by rotating it. The other frame 10 is provided with a receiving portion 23a, and a scale 23 described in FIG. Further, the surface 5b opposite to the first measurement surface 5a of the reference body 4a is formed as an inclined surface, and is configured such that the shape when the reference body 4a is cross-section is a wedge shape. Similarly, the surface 8b opposite to the second measurement surface 8a of the reference body 7a is formed as an inclined surface, and is configured such that the shape when the reference body 7a is taken as a cross section is a wedge shape.
Now, assuming that the first measurement surface 5a and the second measurement surface 8a are adjusted to be parallel to each other as shown in FIG. 6, the light from the light source 1 of FIG. 4 is directed to both reference bodies 4a and 7a. Then, the light 24 reflected by the inclined surface 5b of the reference body 4a is cut as an oblique ray and cannot return to the collimator lens 3 of FIG. On the other hand, the light 25 reflected by the first measurement surface 5a is directed to the collimator lens 3 as perpendicular light orthogonal to the first measurement surface 5a, and is projected onto the light receiving unit 6 as a spot s1.
Of the light that has passed through the reference body 4a and directed to the other reference body 7a, the light 26 reflected by the second measurement surface 8a becomes perpendicular light that is orthogonal to the second measurement surface 8a toward the collimator lens 3, and the spot It is projected onto the light receiving unit 6 as s2. On the other hand, the light 27 reflected by the inclined surface 8 b is cut as an oblique light and cannot return to the collimator lens 3.
By constructing the two reference bodies 4a and 7a so as to have a wedge-shaped cross section as described above, one of the light beams reflected by the two reflecting surfaces of each reference body 4a and 7a can be cut as an oblique ray. Therefore, it is effective when determining the spots s1 and s2. The reference bodies 4a and 7a thus configured are installed on the measurement table 11 as necessary when measuring the subject, and it is confirmed whether the values entered in the conversion table 20 match the current values. Then, the accuracy of the detected tilt angle can be checked in accordance with the currently set environment, so that the accuracy can be maintained and guaranteed.

次に実施例2について説明する。この実施例2によるものは上記した換算表20をメモリ21として制御部13内に収容し、真の傾斜角θを直接表示部14に表示できるようにしたものである。まず図7を用いてメモリ21と表示画面14aの関係について説明する。図において左欄は表示画面14aを表していて、表示される2つのスポットs1、s2の位置関係を表している。図の右欄はメモリ21で、その左側欄21aはy/xの値、右側欄21bは傾斜角θが夫々記憶される。このメモリ21は図4の制御部13内に収容されるが、ハードディスク、USBメモリ、チップメモリ、メモリ基盤など各種のものを採用することができる。
図7第1横列28aの表示画面14aは、2つのスポットs1、s2の外周部間距離がx1、直径がyとして検出された場合である。この第1列28aの状態が基準体測定面5a、8aからの反射光スポットs1、s2として受光部6に投影されたときは、メモリ21の左欄21aに算出された「y/x1=0.9」が記憶され、右欄21bにはそのときの傾斜角として「θ1」が記憶される。それによって基準体4a、7aに代わって被検体4、7を光学系中に設置し、その反射面からのスポットs1、s2が直径y、両者間の外周部距離がx1として検出されたときは、メモリ21の第1列28aから「y/x1=0.9」が検索され、そのときの傾きは「θ1」として読み出される。そして表示部14に反射面5、8間の傾きはθ1として表示される。実際に表示部14に表示する方法は既知の方法で表示すればよいので、その説明は省略するが専用の表示画面を設置するようにしても良い。
以上のように2つの被検体測定面5、8からの反射光スポットs1、s2が受光部6に投影されたとき、その外周部間距離がx1、スポットの径がyと検出されれば、メモリ21のデータ群から第1の列28aが検索され、それによって傾きθ1が求められて表示部14に表示される。
Next, Example 2 will be described. In the second embodiment, the conversion table 20 described above is accommodated in the control unit 13 as a memory 21 so that the true inclination angle θ can be directly displayed on the display unit 14. First, the relationship between the memory 21 and the display screen 14a will be described with reference to FIG. In the drawing, the left column represents the display screen 14a and represents the positional relationship between the two spots s1 and s2 to be displayed. The right column of the figure is the memory 21, the left column 21a stores the y / x value, and the right column 21b stores the inclination angle θ. The memory 21 is accommodated in the control unit 13 of FIG. 4, but various types such as a hard disk, a USB memory, a chip memory, and a memory base can be employed.
The display screen 14a of the first row 28a in FIG. 7 is a case where the distance between the outer peripheral portions of the two spots s1 and s2 is detected as x1 and the diameter is y. When the state of the first row 28a is projected on the light receiving unit 6 as the reflected light spots s1 and s2 from the reference body measurement surfaces 5a and 8a, “y / x1 = 0 calculated in the left column 21a of the memory 21”. .9 ”is stored, and“ θ1 ”is stored in the right column 21b as the tilt angle at that time. Accordingly, when the subjects 4 and 7 are placed in the optical system instead of the reference bodies 4a and 7a, the spots s1 and s2 from the reflecting surface are detected as the diameter y, and the outer peripheral distance between them is detected as x1. Then, “y / x1 = 0.9” is retrieved from the first column 28a of the memory 21, and the inclination at that time is read as “θ1”. The inclination between the reflecting surfaces 5 and 8 is displayed on the display unit 14 as θ1. The method of actually displaying on the display unit 14 may be displayed by a known method. Therefore, although a description thereof is omitted, a dedicated display screen may be provided.
As described above, when the reflected light spots s1 and s2 from the two object measurement surfaces 5 and 8 are projected onto the light receiving unit 6, if the distance between the outer peripheral portions is detected as x1 and the spot diameter is detected as y, The first column 28a is retrieved from the data group in the memory 21, and the inclination θ1 is obtained and displayed on the display unit 14.

図7の第2列目28bの左側は、基準体測定面5a、8aからの2つのスポットs1、s2の直径がyで、外周部間距離がx2として検出され時の状態が画面14aに表示された場合を示している。この第2列28bの状態が受光部6で検出されたときは、メモリ21の左欄21aに算出された「y/x2=0.8」が記憶され、右欄21bにはその時の傾斜角として「θ2」が記憶される。それによって基準体4a、7aに代わって被検体4、7を光学系中に設置し、その測定面からのスポットs1、s2が直径y、両者間の外周部距離がx2として検出されたときは、メモリ21のデータ群から第2列28bが検索され、2つの測定面角度「θ2」が読み出されて表示部14に表示される。
以下同じ様に第3列28c、第4列28d、第5列28eの状態が基準体測定面5a、8aからのスポットs1、s2として検出され、その外周間距離がx3、x4、x5として求められれば、それぞれのy/x値と傾斜角「θ3」、「θ4」、「θ5」がメモリ21に記憶される。同様にスポットs1、s2間の距離がxnとして検出されたときはy/xnと傾斜角「θn」がメモリ21nに記憶される。
The left side of the second row 28b in FIG. 7 displays on the screen 14a the state when the diameters of the two spots s1 and s2 from the reference body measurement surfaces 5a and 8a are detected as y and the distance between the outer peripheral portions is detected as x2. Shows the case. When the state of the second row 28b is detected by the light receiving unit 6, "y / x2 = 0.8" calculated is stored in the left column 21a of the memory 21, and the inclination angle at that time is stored in the right column 21b. “Θ2” is stored. Accordingly, when the subjects 4 and 7 are placed in the optical system instead of the reference bodies 4a and 7a, the spots s1 and s2 from the measurement surface are detected as the diameter y, and the outer peripheral distance between them is detected as x2. The second column 28b is retrieved from the data group of the memory 21, and the two measurement surface angles “θ2” are read and displayed on the display unit 14.
Similarly, the states of the third row 28c, the fourth row 28d, and the fifth row 28e are detected as spots s1 and s2 from the reference body measurement surfaces 5a and 8a, and the distances between the outer circumferences are obtained as x3, x4, and x5. Then, the respective y / x values and the inclination angles “θ3”, “θ4”, and “θ5” are stored in the memory 21. Similarly, when the distance between the spots s1 and s2 is detected as xn, y / xn and the inclination angle “θn” are stored in the memory 21n.

スポットsの直径yは、前記(2)式からも分かるように光源1の波長λ、コリメータレンズ3の明るさやコリメータレンズ3に入射する被検体測定面からの反射光口径φによって変動する。また被検体4、7の測定面5、8の加工精度、例えば研磨加工されている場合やコーティング処理されている場合などによっても変動する。従がってこれら変動要素に応じて予め算出した値θを記憶したメモリ21を用意し、それを制御部13内に設置して使用するようにすれば、変動要素に応じた測定結果を得ることが出来る。   The diameter y of the spot s varies depending on the wavelength λ of the light source 1, the brightness of the collimator lens 3, and the reflected light aperture φ from the subject measurement surface incident on the collimator lens 3, as can be seen from the equation (2). Further, it varies depending on the processing accuracy of the measurement surfaces 5 and 8 of the specimens 4 and 7, for example, when they are polished or coated. Accordingly, if the memory 21 storing the value θ calculated in advance according to these variable elements is prepared and used by installing it in the control unit 13, a measurement result corresponding to the variable element is obtained. I can do it.

上記のようにこの実施例2では両被検体4、7の第1測定面5と第2測定面8間の傾斜角θに応じて変化する受光部6上の2つの反射光によるスポットの外周部間距離xとスポット径yの比y/xを求め、それに応じた値を予め記憶してあるメモリ21のデータ群から、対応する傾斜角θを選択的に検索するようにしたことを大きな特徴としている。それによってxやyの値を検出するだけで2つの被検体測定面間の傾きθを求めることが出来る。また光源の波長λやコリメータレンズ3の明るさ、測定面からの反射光口径、被検体測定面8の表面加工精度など変動要素に応じたメモリ21を準備することで、スポットの明るさや大きさなどが変化したとしても、対応する傾き角をメモリ21のデータ群から検索することが出来る。   As described above, in the second embodiment, the outer periphery of the spot due to the two reflected lights on the light receiving unit 6 that changes in accordance with the inclination angle θ between the first measurement surface 5 and the second measurement surface 8 of both the subjects 4 and 7. The ratio y / x between the part distance x and the spot diameter y is obtained, and the corresponding inclination angle θ is selectively retrieved from the data group of the memory 21 in which the corresponding value is stored in advance. It is a feature. Accordingly, the inclination θ between the two object measurement surfaces can be obtained only by detecting the values of x and y. Further, by preparing the memory 21 corresponding to the variable factors such as the wavelength λ of the light source, the brightness of the collimator lens 3, the reflected light aperture from the measurement surface, and the surface processing accuracy of the subject measurement surface 8, the brightness and size of the spot are prepared. And the like, the corresponding inclination angle can be searched from the data group of the memory 21.

次に図5、7で説明した傾斜角θの検出をさらに精度を上げて算出する場合について説明する。図4において単色光を発する照明ユニット22は光学系ユニット30の下部に設置され、2つの基準体4a、7aを照明する。すると駆動部17などによって両者4a、7a間に傾きθが与えられていれば、第1測定面5aと第2測定面8aからの反射光は互いに干渉して干渉縞を発生する。この干渉縞はλ/2毎に発生し、その発生状態も基準体4a上から視認することが出来る。この干渉縞と傾斜角θの関係について図8を用いて説明する。   Next, a case where the detection of the tilt angle θ described with reference to FIGS. 5 and 7 is calculated with higher accuracy will be described. In FIG. 4, an illumination unit 22 that emits monochromatic light is installed below the optical system unit 30 and illuminates two reference bodies 4a and 7a. Then, if the inclination θ is given between the two 4a and 7a by the drive unit 17 or the like, the reflected lights from the first measurement surface 5a and the second measurement surface 8a interfere with each other to generate interference fringes. This interference fringe is generated every λ / 2, and the state of occurrence thereof can be visually recognized from the reference body 4a. The relationship between the interference fringes and the inclination angle θ will be described with reference to FIG.

図8においてAは向かい合わせにして光学系中に設置される2つの基準体4a、7aを平面的に示したもので、3つの干渉縞31a、31b、31cが発生している例となっている。23はスケールで図4の測定台11上に基準体4a、7aと一緒に設置されたもので、このスケール23の目盛りを確認することで各干渉縞31間の間隔Lを測定することが出来る。図Bは図Aの基準体4a、7aを正面から見たときのもので、両者間には右側でdn2の傾き間隔があり、左側にはdn1の間隔がある。このような例で両基準体4a、7a間の傾斜角θn1を求めようとすれば、
θn1=arctan(dn2−dn1)/L
=arctan(λ/2)/L・・・・・(3)
で求められる。
仮に干渉縞31a、31b間の間隔をL=30mmとし、λを前記の例にならってλ=0.54μmとすれば、θn1=(0.54/2)μm/30mm=1.86秒となる。この1.86秒が駆動部17によって両基準体4a、7a間に設定された傾き角θn1となる。この状態で照明ユニット22を消灯し、光学系ユニット30の光源1からの光を与えれば、図5、7で説明したスポットs1、s2によるxとyが検出される。これで傾斜角θn1(1.86秒)のときの正確なxとy、それとy/xが算出されてメモリ21に記憶される。
In FIG. 8, A is a plan view showing two reference bodies 4a and 7a installed in the optical system facing each other, and is an example in which three interference fringes 31a, 31b, and 31c are generated. Yes. Reference numeral 23 denotes a scale which is installed together with the reference bodies 4a and 7a on the measurement table 11 of FIG. 4. By checking the scale of the scale 23, the distance L between the interference fringes 31 can be measured. . FIG. B is a view of the reference bodies 4a and 7a of FIG. A when viewed from the front. Between the two, there is an inclination interval of dn2 on the right side and an interval of dn1 on the left side. In this example, if the inclination angle θn1 between the reference bodies 4a and 7a is to be obtained,
θn1 = arctan (dn2-dn1) / L
= Arctan (λ / 2) / L (3)
Is required.
If the interval between the interference fringes 31a and 31b is L = 30 mm and λ is λ = 0.54 μm according to the above example, θn1 = (0.54 / 2) μm / 30 mm = 1.86 seconds. Become. This 1.86 seconds is the tilt angle θn1 set between the reference bodies 4a and 7a by the drive unit 17. In this state, when the illumination unit 22 is turned off and the light from the light source 1 of the optical system unit 30 is applied, x and y due to the spots s1 and s2 described with reference to FIGS. Thus, accurate x and y and y / x at the inclination angle θn1 (1.86 seconds) are calculated and stored in the memory 21.

上記のように単色光の照明ユニット22を設置して基準体4a、7aを照明し干渉縞31を発生させて、その間隔Lをスケール23で測定すれば正確な傾斜角θの値を求めることが出来る。従がって駆動部17を操作して傾き間隔dを順次変え、そのときの干渉縞31間の間隔に応じてxとy、y/xを算出してメモリ21に記憶するようにすれば、被検体4、7の傾斜角を測定していくことが出来る。図6で説明した受け部23aは測定台11上に設置するスケール23を枠10上に設置するようにした部分で、発生した干渉縞31の間隔Lを干渉縞31の近くで測定できるようにするものである。勿論、干渉縞31の間隔Lはスケール23で測定するだけでなく干渉計で測定するようにすれば、より正確な測定を実施することができる。   If the illumination unit 22 of monochromatic light is installed as described above to illuminate the reference bodies 4a and 7a to generate the interference fringes 31, and the distance L is measured with the scale 23, an accurate value of the inclination angle θ can be obtained. I can do it. Accordingly, the drive unit 17 is operated to sequentially change the inclination interval d, and x, y, and y / x are calculated and stored in the memory 21 according to the interval between the interference fringes 31 at that time. The inclination angles of the subjects 4 and 7 can be measured. The receiving portion 23 a described with reference to FIG. 6 is a portion where the scale 23 installed on the measurement table 11 is installed on the frame 10 so that the interval L of the generated interference fringe 31 can be measured near the interference fringe 31. To do. Of course, if the distance L between the interference fringes 31 is measured not only by the scale 23 but also by an interferometer, more accurate measurement can be performed.

図8Cは図8Aの基準体4a、7aに変えて被検体4、7を設置したときを示している。図8Aでは平面性の保証された原器としての基準体4a、7aとしてあるため、発生する干渉縞31a、31b、31cはみな同じ形状、姿勢となる。つまり第1測定面5a第2、測定面8aのどの位置(例えば図8Cの仮想線g1、g2、g3・・・)で測定しても同じ結果が得られる。
これに対し図8Cは被検体4、7を測定台11に設置して、干渉縞31を発生させた状態を図8Aに合わせた状態で示している。しかしこの発生した干渉縞31d、31e、31fは、いずれもその形状、姿勢が異なるものとなる。これは被検体の第1測定面5と第2測定面8は平面性が保証されてなく、歪みや凹凸が生じているためで、このような場合、被検体の傾斜角をどの位置で測定すればよいのかが問われる。例えば図8Cの任意の仮想線g1、g2、g3・・・を傾斜角の測定位置にしたとすれば、その位置毎に測定結果が異なってしまう恐れが生じる。そのため最適測定位置の選択が必要となる。しかし干渉縞31を発生し、それを視認することで歪みや凹凸が生じていることを確認出来るので、測定位置の選択が必要なことを判断できる。また最適測定位置を選択する時の目安としても干渉縞31を使用することが出来る。
FIG. 8C shows a case where the subjects 4 and 7 are installed in place of the reference bodies 4a and 7a in FIG. 8A. In FIG. 8A, since the reference bodies 4a and 7a are used as original devices with guaranteed flatness, the generated interference fringes 31a, 31b, and 31c all have the same shape and posture. That is, the same result can be obtained regardless of the position (for example, virtual lines g1, g2, g3... In FIG. 8C) on the second measurement surface 8a and the second measurement surface 5a.
On the other hand, FIG. 8C shows a state in which the test objects 4 and 7 are installed on the measurement table 11 and the interference fringes 31 are generated in a state corresponding to FIG. 8A. However, the generated interference fringes 31d, 31e, and 31f all have different shapes and postures. This is because the first measurement surface 5 and the second measurement surface 8 of the subject are not guaranteed flatness and are distorted or uneven, and in such a case, the tilt angle of the subject is measured at which position. The question is whether it should be done. For example, if arbitrary virtual lines g1, g2, g3,... In FIG. 8C are set as the measurement positions of the inclination angle, the measurement results may be different for each position. Therefore, it is necessary to select an optimum measurement position. However, since the interference fringes 31 are generated and visually confirmed, it can be confirmed that distortions and irregularities are generated, so that it is possible to determine that the measurement position needs to be selected. Further, the interference fringes 31 can be used as a guide when selecting the optimum measurement position.

次に図9を用いて実施例3について説明する。この実施例は図8で説明した干渉縞31による傾斜角θなどのデータ群書き込みを測定ミラーで行うようにしたものである。図8Bにおいてdn1に対するdn2の値が大きくなると、つまり図5の欄18に示したdの値が大きくなると図8Aの干渉縞31間距離Lの値は小さくなる。すると干渉縞31a、31b、31cは互いに接近してその境目の判定が難しくなり、L値の特定化に支障が生じるようになる。Lの値が不安定であれば前記(3)式による計算結果も不安定となる。従がってこの実施例3によるものは、dの値が大きくなって傾斜角θが大きくなった場合に好適な方法を提供するものである。例えば傾斜角θが0.2秒から5秒までというようなθ値の場合には図8による方法を適用し、それ以上のθ値のときは図9の実施例を採用するというように使い分ければ、両者の特長を活かすことが出来る。 Next, Example 3 will be described with reference to FIG. In this embodiment, data group writing such as the inclination angle θ by the interference fringes 31 described with reference to FIG. 8 is performed by a measurement mirror. In FIG. 8B, when the value of dn2 with respect to dn1 increases, that is, when the value of d shown in the column 18 of FIG. 5 increases, the value of the distance L between the interference fringes 31 in FIG. 8A decreases. Then, the interference fringes 31a, 31b, and 31c come close to each other and it becomes difficult to determine the boundary between them, and the L value specification is hindered. If the value of L is unstable, the calculation result by the above equation (3) also becomes unstable. Therefore, the method according to the third embodiment provides a suitable method when the value of d increases and the inclination angle θ increases. For example, when the inclination angle θ is a θ value from 0.2 seconds to 5 seconds, the method shown in FIG. 8 is applied, and when the inclination value is more than that, the embodiment shown in FIG. 9 is adopted. If so, the features of both can be utilized.

図9においてレーザ光源1からの光は投光用コリメータレンズ3aを経て平行光束となり、第1ビームスプリッタ32で反射し、さらに第2ビームスプリッタ33で二分され、一方はそのまま直進して第1測定光学系34となり基準体4a面を照射する。第2ビームスプリッタ33で反射した他方の光は第2測定光学系35となって測定ミラー36に向かい、そこで反射されて基準体4a面を照射する。基準体4aは1枚で構成され、その表面が前記した第1測定面5aとして作用する。この基準体表面を照射した第1測定光学系34と第2測定光学系35からの反射光は往路を戻り、第1ビームスプリッタ32から受光用コリメータレンズ3bを経て受光部6に向かう。従がって第2ビームスプリッタ33と測定ミラー36の反射面が平行に設置され、しかも測定ミラー36の反射面が基準体4a面に対し90度に設置されていれば、第1測定光学系34と第2測定光学系35による基準体4a表面からの反射光は、受光部6の同一位置(例えば図4の位置p0)にスポットとして集光する。
このような光学系ユニット30a中の第2測定光学系35光路中に設置される測定ミラー36は、その反射面の角度を任意に変更できるよう回転台37上に取り付けられる。回転台37は駆動部17bと連結していて、駆動部17bは例えばマイクロメータと同様な構造となっており、そのつまみ17cを回転すると回転台37が所定量回転するようになっている。この回転量を把握するため図4に示したメータ17aと同様なものが設置されるが図9では省略されている。
つまみ17cを操作して回転台37を回転すると、測定ミラー36の反射面角度rが変化し、基準体4aに向かう第2測定光学系35の光束方向はを変化し、基準体4a上の照射位置を変える。従がって反射面角度をr0、r1、・・・rnと順次変更していけば、反射面角度rに応じた照射位置が得られ、その照射位置からの反射光が受光部6に向かうようになる。
In FIG. 9, the light from the laser light source 1 passes through the collimating lens 3a for projecting to become a parallel light beam, is reflected by the first beam splitter 32, is further divided into two by the second beam splitter 33, and one of the lights travels straight as it is for the first measurement. It becomes the optical system 34 and irradiates the surface of the reference body 4a. The other light reflected by the second beam splitter 33 becomes the second measurement optical system 35 and goes to the measurement mirror 36, where it is reflected and irradiates the surface of the reference body 4a. The reference body 4a is composed of one sheet, and its surface acts as the first measurement surface 5a. The reflected light from the first measurement optical system 34 and the second measurement optical system 35 that irradiates the surface of the reference body returns in the forward path, and travels from the first beam splitter 32 to the light receiving unit 6 through the light receiving collimator lens 3b. Accordingly, if the reflecting surfaces of the second beam splitter 33 and the measuring mirror 36 are installed in parallel and the reflecting surface of the measuring mirror 36 is installed at 90 degrees with respect to the reference body 4a surface, the first measuring optical system is used. The light reflected from the surface of the reference body 4a by the reference numeral 34 and the second measurement optical system 35 is condensed as a spot at the same position (for example, position p0 in FIG. 4) of the light receiving unit 6.
The measurement mirror 36 installed in the optical path of the second measurement optical system 35 in the optical system unit 30a is attached on the turntable 37 so that the angle of the reflection surface can be arbitrarily changed. The turntable 37 is connected to the drive unit 17b, and the drive unit 17b has a structure similar to, for example, a micrometer. When the knob 17c is rotated, the turntable 37 rotates a predetermined amount. In order to grasp the rotation amount, a meter similar to the meter 17a shown in FIG. 4 is installed, but is omitted in FIG.
When the rotary table 37 is rotated by operating the knob 17c, the reflection surface angle r of the measurement mirror 36 changes, the direction of the light beam of the second measurement optical system 35 toward the reference body 4a changes, and the irradiation on the reference body 4a is changed. Change position. Accordingly, if the reflection surface angle is sequentially changed to r0, r1,... Rn, an irradiation position corresponding to the reflection surface angle r is obtained, and reflected light from the irradiation position is directed to the light receiving unit 6. It becomes like this.

例えば反射面角度がr0に設定されているときは、つまり測定ミラー36から基準体4a面に向かう照射光束が基準体4a面に対し90度になるよう設定されていれば、図5に示した第1横列19aと同様に「d=0」としての処理が進められる。具体的には第1測定光学系34による基準体4a面からの反射光スポットs1と、第2測定光学系35による反射光スポットs2は受光部6の同じ位置に集光するから、制御部13はスポットs1、s2の外周部間距離をx、スポットs1、s2の径をyとして検出し、「y/x=1」から対応する傾斜角を「θ0」としてメモリ21に記憶する。
つまみ17cを操作して回転台37を回転し測定ミラー36の反射面角度をr1に設定すると、基準体4a面に向かう照射光束はその角度を変え、図5の第2横列19bのように「d=1」としての処理を進める。具体的には第2測定光学系35による基準体4a面からの反射光スポットs2は、第1横列19aの時の受光部集光位置から測定ミラー36の反射面角度がr1に変化した分に相当するだけ移動する。それによってスポットs1、s2の外周部間距離はx1、スポット径はyとして検出され、「y/x1=0.9」から対応する傾斜角が「θ1」としてメモリ21に記憶される。同様に測定ミラー36の反射面角度がr2に設定されると、図5の第3横列19cのように「d=2」としての処理が進められ、スポットs1、s2の外周部間距離はx2、スポット径はyとして検出され、「y/x2=0.8」から対応する傾斜角が「θ2」としてメモリ21に記憶される。
以下同じようにして測定ミラー36の反射面角度を、r3、r4、・・・rnのように順次変化させながら第1測定光学系34と第2測定光学系35を用いて基準体4a面を照射する。そしてその反射光からスポット外周部間の距離xと径yの比y/xを求め、その値を反射角r3、r4、・・・rnに応じた傾斜角θ3、θ4、・・・θnとしてメモリ21に記憶していけば、前記した実施例2と同じようなメモリ21を得ることが出来る。
For example, when the reflection surface angle is set to r0, that is, if the irradiation light beam directed from the measurement mirror 36 toward the reference body 4a surface is set to be 90 degrees with respect to the reference body 4a surface, it is shown in FIG. Similar to the first row 19a, the process of “d = 0” is performed. Specifically, since the reflected light spot s1 from the surface of the reference body 4a by the first measurement optical system 34 and the reflected light spot s2 by the second measurement optical system 35 are condensed at the same position of the light receiving unit 6, the control unit 13 Detects the distance between the outer peripheral portions of the spots s1 and s2 as x and the diameter of the spots s1 and s2 as y, and stores the corresponding inclination angle from “y / x = 1” in the memory 21 as “θ0”.
When the rotary table 37 is rotated by operating the knob 17c and the reflection surface angle of the measurement mirror 36 is set to r1, the irradiation light beam directed to the surface of the reference body 4a changes its angle, as shown in the second row 19b of FIG. The process of “d = 1” is advanced. Specifically, the reflected light spot s2 from the surface of the reference body 4a by the second measurement optical system 35 corresponds to the amount of change of the reflection surface angle of the measurement mirror 36 from the light receiving portion condensing position at the time of the first row 19a to r1. Move as much as equivalent. Thereby, the distance between the outer peripheral portions of the spots s1 and s2 is detected as x1, and the spot diameter is detected as y, and the corresponding inclination angle is stored in the memory 21 as “θ1” from “y / x1 = 0.9”. Similarly, when the reflection surface angle of the measurement mirror 36 is set to r2, the process of “d = 2” is advanced as in the third row 19c of FIG. 5, and the distance between the outer peripheral portions of the spots s1, s2 is x2. The spot diameter is detected as y, and the corresponding inclination angle is stored in the memory 21 as “θ2” from “y / x2 = 0.8”.
In the same manner, the surface of the reference body 4a is changed using the first measurement optical system 34 and the second measurement optical system 35 while sequentially changing the reflection surface angle of the measurement mirror 36 as r3, r4,. Irradiate. Then, a ratio y / x of the distance x between the spot outer peripheral portions and the diameter y is obtained from the reflected light, and the value is set as the inclination angles θ3, θ4,... Θn according to the reflection angles r3, r4,. If the data is stored in the memory 21, the memory 21 similar to that of the second embodiment can be obtained.

このようにして用意したメモリ21を用いて実際に被検体の傾斜角を求めるときについて説明する。まず原器としての基準体4aを測定台11上から外して代わりに第1と第2の測定面を持った被検体4、7を設置する。そしてつまみ17cを操作して測定ミラー36の反射面角度をr0にリセットし、被検体反射面5、8からの反射光をスポットとして受光部6に向かわせる。すると2つの反射面が持つ傾斜角に応じたスポットs1、s2が投影されるから、そのスポットs1、s2によるy/x値を求め、対応するデータをメモリ21から検索すれば所定の傾斜角θを得ることが出来る。
このようにこの実施例3では第1測定光学系34と第2測定光学系35を設け、第2測定光学系35の測定ミラー36反射面角度を変更することでd値に対応できるようにした。それによってd値が大きくなって干渉縞31による測定が難しくなった場合でも対処することが出来る。尚、図において第1測定光学系34と第2測定光学系35中に設けた絞り38は、両光学系34、35の光束径を調整するものである。
A case where the tilt angle of the subject is actually obtained using the memory 21 prepared in this way will be described. First, the reference body 4a as a prototype is removed from the measurement table 11, and the objects 4 and 7 having the first and second measurement surfaces are installed instead. Then, the knob 17c is operated to reset the reflection surface angle of the measurement mirror 36 to r0, and the reflected light from the subject reflection surfaces 5 and 8 is directed to the light receiving unit 6 as a spot. Then, since the spots s1 and s2 corresponding to the inclination angles of the two reflecting surfaces are projected, the y / x value based on the spots s1 and s2 is obtained, and the corresponding data is retrieved from the memory 21, so that a predetermined inclination angle θ is obtained. Can be obtained.
As described above, in the third embodiment, the first measurement optical system 34 and the second measurement optical system 35 are provided, and the reflection mirror angle of the measurement mirror 36 of the second measurement optical system 35 is changed so that the d value can be handled. . As a result, even when the d value becomes large and measurement by the interference fringe 31 becomes difficult, it can be dealt with. In the drawing, a diaphragm 38 provided in the first measurement optical system 34 and the second measurement optical system 35 is for adjusting the beam diameters of both the optical systems 34 and 35.

以上、本発明のオートコリメータについて説明してきた。これら実施例において光学系全体は縦型のものとしてあるが、90度回転して横型とすれば被検体4、7に対する光学系は水平方向からの光となる。また光学系30は基本的な要素だけを例示してあり、光学系中に通常設置される各種の部材、例えばコリメータレンズ3と被検体4間に設置する絞りなどについては省略してあり詳しく説明していない。同様に第1測定面5と第2測定面間8の傾斜角を変える駆動体17の構造や回転台37の構造などについては、既存のものの組み合わせや許容範囲内での設計を加えたものを採用することが出来る。また制御部13や表示部14は一般のパソコンに置き換えることが出来る。 The autocollimator of the present invention has been described above. In these embodiments, the entire optical system is of a vertical type. However, if the optical system is rotated by 90 degrees to be a horizontal type, the optical system for the subjects 4 and 7 becomes light from the horizontal direction. Further, the optical system 30 illustrates only basic elements, and various members that are normally installed in the optical system, for example, a diaphragm installed between the collimator lens 3 and the subject 4 are omitted and will be described in detail. Not done. Similarly, the structure of the driving body 17 and the structure of the turntable 37 that change the inclination angle between the first measurement surface 5 and the second measurement surface 8 and the structure of the turntable 37 are the ones that have been combined with existing ones and designed within an allowable range. It can be adopted. The control unit 13 and the display unit 14 can be replaced with a general personal computer.

本願によるオートコリメータの全体構成を示した説明用の概略図。Schematic for description which showed the whole structure of the autocollimator by this application. 表示部の画面を示した説明図。Explanatory drawing which showed the screen of the display part. 表示部に表示されるスポットの説明図。Explanatory drawing of the spot displayed on a display part. オートコリメータの説明図。Explanatory drawing of an autocollimator. 換算表にデータを書き込むときの内容説明図。The content explanatory view when writing data in a conversion table. 基準体の具体的構成例を示した図。The figure which showed the specific structural example of the reference | standard body. メモリと表示画面を説明する図。The figure explaining a memory and a display screen. 傾斜角と干渉縞の関係を説明する図。The figure explaining the relationship between an inclination angle and an interference fringe. 実施例3の説明図。Explanatory drawing of Example 3. FIG. 従来のオートコリメータを説明する図。The figure explaining the conventional autocollimator.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・レーザ光源 2・・・ビームスプリッタ 3・・・コリメータレンズ 4・・・被検体 5・・・第1測定面 6・・・受光部 7・・・被検体 8・・・第2測定面 11・・・測定台 13・・・制御部 14・・・表示部 17・・・駆動部 20・・・換算表 21・・・メモリ 22・・・照明ユニット 23・・・スケール 30・・・光学系ユニット 31・・・干渉縞 32・・・第1ビームスプリッタ 33・・・第2ビームスプリッタ 34・・・第1測定光学系 35・・・第2測定光学系 36・・・測定ミラー 37・・・回転台 50・・・ガラス板 51・・・第1測定面 52・・・第2測定面 53・・・光源 55・・・スクリーン 57・・・コリメータレンズ 58・・・クロス線 59・・・第1クロス線 60・・・第2クロス線 61・・・受光面

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser light source 2 ... Beam splitter 3 ... Collimator lens 4 ... Test object 5 ... 1st measurement surface 6 ... Light-receiving part 7 ... Test object 8 ... 2nd Measurement surface 11 ... Measurement table 13 ... Control unit 14 ... Display unit 17 ... Drive unit 20 ... Conversion table 21 ... Memory 22 ... Lighting unit 23 ... Scale 30 .... Optical system unit 31 ... Interference fringes 32 ... First beam splitter 33 ... Second beam splitter 34 ... First measurement optical system 35 ... Second measurement optical system 36 ... Measurement Mirror 37 ... Turntable 50 ... Glass plate 51 ... First measurement surface 52 ... Second measurement surface 53 ... Light source 55 ... Screen 57 ... Collimator lens 58 ... Cross Line 59 ... first cross line 60 ... second cross line 1 ... the light-receiving surface

Claims (6)

レーザ光源からの光束をコリメータレンズ経由で被検体に向かわせ、その第1測定面と第2測定面からの反射光を前記コリメータレンズ経由で受光部にスポットとして投影する光学系と、この光学系で受光部に投影される両反射光によるスポットの外周部間距離xとスポット径yの比y/xを算出し、それを両測定面間の傾斜角として表示部に表示するようにした制御部と、を備えたことを特徴とするオートコリメータ。   An optical system for directing a light beam from a laser light source to a subject via a collimator lens and projecting reflected light from the first measurement surface and the second measurement surface as a spot on a light receiving unit via the collimator lens, and the optical system The ratio y / x of the distance x between the outer peripheral portions of the spots and the spot diameter y due to the both reflected light projected on the light receiving portion is calculated and displayed on the display portion as the inclination angle between the two measurement surfaces. And an autocollimator. レーザ光源からの光束をコリメータレンズ経由で被検体に向かわせ、その第1測定面と第2測定面からの反射光を前記コリメータレンズ経由で受光部にスポットとして投影する光学系と、この光学系で受光部に投影される両反射光によるスポットの外周部間距離xとスポット径yの比y/xに対応する値が量測定面間の傾斜角θとして予め記憶されているメモリと、前記被検体からの両反射光がスポットとして前記受光部に投影されたとき、そのy/xと対応する値をメモリから検索し、それを両測定面間の傾斜角θとして表示部に表示するようにした制御部と、を備えたことを特徴とするオートコリメータ。   An optical system for directing a light beam from a laser light source to a subject via a collimator lens and projecting reflected light from the first measurement surface and the second measurement surface as a spot on a light receiving unit via the collimator lens, and the optical system A value corresponding to the ratio y / x of the distance x between the outer peripheral portions of the spots and the spot diameter y due to the both reflected light projected onto the light receiving unit in advance as the inclination angle θ between the quantity measuring surfaces; When both reflected light from the subject is projected as a spot on the light receiving unit, a value corresponding to y / x is retrieved from the memory and displayed as a tilt angle θ between the two measurement surfaces on the display unit. And an automatic collimator. スポット外周部間の距離xとスポット径yの比y/xに対応する値を、被検体測定面からの反射光口径やコリメータレンズの明るさ毎に記憶させたメモリとしたことを特徴とする請求項2記載のオートコリメータ。 A value corresponding to a ratio y / x between the distance x between the spot outer peripheral portions and the spot diameter y is stored in the memory for each reflected light aperture from the subject measurement surface and the brightness of the collimator lens. The autocollimator according to claim 2. 第1測定面と第2測定面間の傾き間隔dを駆動部によって順次変化し、間隔d毎の第1と第2測定面からの反射光が得られるようにした2つの基準体を光学系中に設置し、この設定された間隔d1、d2、・・・dn毎に受光部上に投影される両スポットの外周部間距離xとスポット径yを算出し、その比y/xを間隔d1、d2、・・・dn毎の傾斜角θ1、θ2、・・・θnとして予め記憶したメモリとしたことを特徴とする請求項2記載のオートコリメータ。 An optical system includes two reference bodies in which an inclination interval d between the first measurement surface and the second measurement surface is sequentially changed by a driving unit so that reflected light from the first and second measurement surfaces can be obtained for each interval d. The distance x between the outer peripheries of both spots projected on the light receiving part and the spot diameter y are calculated for each of the set distances d1, d2,. 3. The autocollimator according to claim 2, wherein a memory preliminarily stored as inclination angles θ1, θ2,... θn for each of d1, d2,. 断面形状を楔形として構成し配置した基準体としたことを特徴とする請求項4記載のオートコリメータ。 5. The autocollimator according to claim 4, wherein the reference body is configured and arranged in a wedge shape in cross section. レーザ光源からの光束を投光用コリメータレンズを経て第1ビームスプリッタで反射し、さらにその光束を第2ビームスプリッタで二分して第1測定光学系と第2測定光学系として夫々基準体の同一面上を照射し、その両反射光を往路に戻して第1ビームスプリッタから受光用コリメータレンズを経て受光部にスポットとして投影するようにした光学系と、前記第2測定光学系中に設置され、その反射面角度rを順次変更して反射面角度ごとの測定光で前記基準体を照射するようにした測定ミラーと、この測定ミラーによって設定される反射角r0、r1、・・・rn毎に受光部上に投影される反射光スポットと第1測定光学系による反射光スポットを受光部上に投影し、両スポットの外周部間距離xとスポット径yの比y/xを求めてその値を各反射角r0、r1、・・・rnに応じた傾斜角θ0、θ1、・・・θnとして予め記憶したメモリと、前記基準体に代わって設置される被検体第1測定面と第2測定面からの反射光がスポットとして前記受光部上に投影されたとき、そのy/x値でメモリを検索し、それを両測定面間の傾斜角θとして表示部に表示するようにした制御部と、を備えたことを特徴とするオートコリメータ。

The light beam from the laser light source is reflected by the first beam splitter through the projecting collimator lens, and the light beam is further divided by the second beam splitter, so that the same reference body is used as the first measurement optical system and the second measurement optical system. An optical system that irradiates the surface and returns both reflected lights to the outward path and projects them as a spot from the first beam splitter through the light receiving collimator lens to the light receiving unit; and installed in the second measuring optical system. , The measurement mirror which sequentially changes the reflection surface angle r and irradiates the reference body with the measurement light for each reflection surface angle, and the reflection angles r0, r1,... Rn set by the measurement mirror The reflected light spot projected on the light receiving part and the reflected light spot by the first measuring optical system are projected on the light receiving part, and the ratio y / x between the distance x between the outer peripheral parts of both spots and the spot diameter y is obtained. Are stored in advance as inclination angles θ0, θ1,... Θn corresponding to the respective reflection angles r0, r1,... Rn, a first measurement surface of the object and a second object installed in place of the reference body. When reflected light from the measurement surface is projected as a spot on the light receiving unit, the memory is searched with the y / x value and is displayed on the display unit as the inclination angle θ between the two measurement surfaces. And an autocollimator.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011149776A (en) * 2010-01-20 2011-08-04 Nec Corp Method for measuring parallelism of two surface and optical system used for the same
JP7434303B2 (en) 2018-10-12 2024-02-20 マジック リープ, インコーポレイテッド Staging system for verifying the accuracy of movement tracking systems

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