JP2748173B2 - オートコリメータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、オートコリメータに関し、特に被検物の傾
斜角度や平面性，面の粗さ等の検査用として使用するに
優れたオートコリメータに関する。

〔従来の技術〕

第５図は従来のオートコリメータの一例を示す構成図
である。

図において、12はタングステンランプ等からなる光
源、70は集光レンズ、40はハーフミラー、ハーフプリズ
ム（半透明プリズム）等のビームスプリッター、50はコ
リメータレンズ、55はオートコリメータの光軸に垂直に
設けられた定盤である。上記ビームスプリッター40によ
ってコリメータレンズ50の焦点面はビームスプリッター
40の透過側の焦点面51の他に、反射側（この例では光源
側）にも焦点面52の２つの焦点面が形成される。21は例
えば透明ガラス板の片面に十字線及び目盛り等のスケー
ルが刻印され、そのスケール面が焦点面51と一致するよ
うに設置された焦点板、22はピンホールもしくは十字線
が刻印された焦点板で、光源12及び集光レンズ70によっ
て照明され、そのスケール面が焦点面52に一致するよう
に設置された焦点板、56は定盤55上に載置された被検
物、92は焦点板21のスケール面を拡大観察するための接
眼レンズである。

前記オートコリメータを用いて、例えば鋼材からなり
両面を研磨した平行平面板の検査を行う場合について説
明する。予めコリメータレンズ50と焦点板21の中心を結
ぶ光軸に垂直に定盤55を設け、この定盤55の上に反射面
を有する正確な平行平面板を載置し、この反射面より反
射される光によって焦点板21上に結像する焦点板22の十
字線の像が、焦点板21の十字線と一致するように調整し
ておく。次に上記定盤55上に被検物56である平行平面板
を載置し、この平行平面板の上面より反射する反射光に
よって焦点板21上に結像する焦点板22の像を接眼レンズ
92によって観察する。このとき焦点板22の十字線像と焦
点板21の十字線とが一致すれば平行平面板の表裏の面は
平行であり、両者が一致しないでずれているときは表裏
の面は平行度不良で傾斜しており、そのずれ量とコリメ
ータレンズ50の焦点距離から傾斜角度を求めることがで
きる。また、焦点板22の十字線像が鮮明に歪まずに見え
れば平面度及び面の粗さが良好であり、また、十字線像
が歪んで見える場合は平面度が不良であり、コントラス
トが低く不明瞭である場合は面の粗さが大であることを
知ることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本来前記オートコリメータでは、発光面積が微少で輝
度の高い点光源をコリメータレンズ50の焦点面52に置
き、この反射像を焦点板21のスケール面上に結像させる
ようにすると検査が容易かつ迅速に行うことができる。
しかし、従来簡便に使用できる光源としてはタングステ
ンランプしかなく、タングステンランプでは発光部の面
積を大きくしなければ十分な光量が得られず、被検物の
面積も大きくなければ反射像の明るさも暗くなり、精密
な検査を行うことが困難であった。従って、従来は第５
図に示すようにピンホールもしくは十字線を刻印した焦
点板22を光源側の焦点面52に設置し、これをタングステ
ンランプの光源12と集光レンズ70を用いて照明するよう
にしていたのであるが、被検物の面積が小さいと像のコ
ントラストが低く、かつ暗くなって検査ができないとい
う問題点があった。

本発明はこれらの点を解決して検査がし易く、また被
検物の面積が小さくても容易に検査することのできるオ
ートコリメータを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、コリメータレンズとその焦点面の間にビ
ームスプリッターを設け、該ビームスプリッターによっ
て形成される前記コリメータレンズの２つの焦点面もし
くはこの焦点面と共役な平面の一つに半導体レーザーか
らなる光源を設け、他の焦点面もしくはこの焦点面と共
役な平面に２次元撮像素子を設け、別に設けた照明光源
により照明されたスケールを前記２次元撮像素子上に結
像するよう構成したことを特徴とするオートコリメータ
によって達成される。

〔実施例〕

以下図面を用いて本発明の実施例について説明する。

第１図〜第３図は本発明のオートコリメータの実施例
を示す図である、第５図と同一又は相当部分は同一符号
を用いて表示してあり、その詳細な説明は省略する。

第１図は本発明の一実施例を示す構成図である。図に
おいて、10は例えば780nm単波長のレーザー光を発光す
る半導体レーザー、13は別に設けたタングステンランプ
又は例えば660nmの発光波長をもつ発光ダイオード等か
らなる照明光源、31は例えば波長約800nm以上の赤外光
（熱線）を遮断するフィルター、32は上記レーザー光を
遮断するため例えば780nm前後の波長範囲を遮断するフ
ィルターで、60は２次元の受光面を有する例えばCCDセ
ンサあるいはビジコン管等の２次元撮像素子、80は結像
レンズである。フィルター31,32は後述するように半導
体レーザー10、照明光源13、２次元撮像素子60を保護す
るために設けたもので省略することも可能である。半導
体レーザー10の発光部は焦点面52の光軸上に、２次元撮
像素子60の受光面は焦点面51に位置するように設置され
る。照明光源13及び集光レンズ70によって照明された焦
点板21上のスケールは、結像レンズ80によって２次元撮
像素子60の受光面に結像し、スケールの中心が上記受光
面上でオートコリメータの光軸と一致するように調整さ
れている。

半導体レーザー10の発光部は１×３μｍ程度と微少で
ありながら光出力は５〜50mWと大きく極めて高輝度であ
り、また、単波長でコヒーレントであるから、コリメー
タレンズによって無収差の平行光束を発生させ、被検物
の形状に応じた回折像を２次元撮像素子に結像させるこ
とができる。しかし現在半導体レーザーの波長として一
般的な780nmの近赤外光では肉眼で直接観察することは
困難である。より短波長（例えば670nm）の半導体レー
ザー光を用いれば肉眼での観察は可能であるが、高反射
率、大面積の被検物を観察したときは点像が極めて高輝
度となり、網膜を焼損する恐れがあり危険である。本発
明では２次元撮像素子60を用い、その画像信号出力を信
号処理部61を経てCRT等の別に設けた画像表示部62に表
示するようにしているので半導体レーザーを用いた利点
を生かしながらこの危険を避けるようにしたものであ
る。

次に本発明の構成と作用について説明する。

半導体レーザー10より射出されたレーザー光は、フィ
ルター31を通過したのちビームスプリッター40によって
反射され、コリメータレンズ50によって精度の高い平行
光線となり、定盤55上の被検物56上に投射される。被検
物56の被検面から反射した反射光は再びコリメータレン
ズ50、ビームスプリッター40を通過したのち２次元撮像
素子60の受光面に点状に結像する（以下これを点像とい
う）。２次元撮像素子60の受光面には前記焦点板21のス
ケール像が結像レンズ80によって結像されており、両者
が合成されてCRT等の画像表示部62に第４図に示すよう
に表示される。

第４図の62aは被検物56の被検面の平行度、平面度及
び平滑度が良好な場合の点像を示していて、スケールの
中心に位置し微少な円形の点像となっている。被検面の
平行度が悪くなる（被検面が傾く）に従い点像はスケー
ルの中心より外れ、平面度が悪くなるに従い点像は大き
くかつ円形から歪んだ形となり、平滑度が悪くなるに従
い点像は不明瞭になりその輝度が低下する。62bは被検
面が不良の場合の点像の一例を示している。

このように本発明のオートコリメータでは半導体レー
ザー10を使用しているので光源の輝度が高く点像が鮮明
に表示され、被検物の表面積が小さいものであっても必
要な情報が容易にかつ一度に得ることができる。

フィルター31は、照明光源13から発する熱線が半導体
レーザー10に集光して温度を上昇させ、半導体レーザー
の寿命が短くなるのを防止するためのものである。照明
光源13に発光ダイオードを使用して熱線を発しない場合
はフィルター31を廃止することができる。

フィルター32は、半導体レーザー10の発光部と焦点板
21とは結像レンズ80に対して互いに共役点にあるため、
レーザー光が焦点板21に集光して焦点板21を損傷する恐
れがある。また、この焦点板21上に集光したレーザー光
が反射して２次元撮像素子に入射しゴースト光となって
しまう。これを防止するために設けられたものである。

なお、前記構成は、２次元撮像素子60をビームスプリ
ッター40の反射側の焦点面52に、半導体レーザー10を透
過側の焦点面51に設けるように変更可能であることはい
うまでもない。

また、フィルター31は照明ランプ13と半導体レーザー
10の間の光路上のどの位置にあってもよい。フィルター
32はビームスプリッター40と焦点板21の間のどこにあっ
ても良い。

また、半導体レーザー10の使用は、これより発するレ
ーザー光が直線偏光となっているので、光路中に１枚の
偏光フィルターを挿入して回転するだけで光の強さを減
少させ調整することができるという利点もある。

第２図は本発明の他の実施例を示す構成図である。本
実施例では、コリメータレンズ50の焦点面51にそのスケ
ール面が一致するように透明板にスケールを設けた焦点
板21が設置されており、その後方に焦点面50と２次元撮
像素子60の受光面を共役に配置させる結像レンズ90と２
次元撮像素子60を設ける構成となっている。なお、焦点
板21は照明光源13と集光レンズ70によって照明されてい
る。従って、結像レンズ90によって焦点板21上のスケー
ル及び点像を拡大して画像表示部62に表示できるので観
察し易くなっている。

第３図は本発明のさらに他の実施例を示す構成図であ
る。第２図に示した実施例の結像レンズ90をズームレン
ズとしたもので、必要に応じて拡大倍率を変更すること
ができる。91は結像レンズ90のズーム部である。この実
施例ではさらに反射面がダイクロイックミラーからなる
ビームスプリッター41を光路中にビームスプリッター40
に密接して併設し、コリメータレンズ50の焦点面にほぼ
相当する位置に例えば赤色または緑色の可視光を発光す
る発光ダイオード等からなるマーカー光源14を設け、定
盤55に向かって肉眼で見ることのできる平行光線を送出
して検査可能範囲を表示することができるようになって
いる。ビームスプリッター41のダイクロイックミラーは
赤色又は緑色を反射し長波長側の光を透過するものを用
いているのでレーザー光の減衰は殆どない。被検物から
反射して戻るマーカー光はビームスプリッター41により
全て反射される為２次元撮像素子へは入射しない。この
ようにして、本実施例は被検物56の載置を可能とする範
囲位置が容易に分かり、特に被検物が遠距離にあるとき
に有効である。また必要な測定精度、視野範囲に応じて
拡大率を自由に変更して観察できるという優れた特徴を
有している。

マーカー機能と、ズーム結像機能は夫々単独で実施し
ても良い。また、例えば670nm可視半導体レーザーを用
いた場合はこの光源自体でマーカー機能をもたせること
ができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば以上説明したように、オートコリメー
タの点光源として半導体レーザーを用い、２次元撮像素
子を用いて観察するようにしたので、光源の輝度が高く
微少な被検面積の被検物をも検査が可能になり、極めて
検査がし易く、一度に種々の検査情報が得られる優れた
オートコリメータを提供できることとなった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、 第２図は本発明の他の実施例を示す構成図、 第３図は本発明のさらに他の実施例を示す構成図、 第４図は本発明のオートコリメータによって得られる表
示画像を示す図、 第５図は従来のオートコリメータを示す構成図である。 10……半導体レーザー、13……照明光源 14……マーカー光源、21……焦点板 31……フィルター、32……フィルター 40,41……ビームスプリッター 50……コリメータレンズ 51,52……焦点面、55……定盤 56……被検物、60……２次元撮像素子 70……集光レンズ、80,90……結像レンズ 91……ズーム部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コリメータレンズとその焦点面の間にビー
   ムスプリッターを設け、該ビームスプリッターによって
   形成される前記コリメータレンズの２つの焦点面もしく
   はこの焦点面と共役な平面の一つに半導体レーザーから
   なる光源を設け、他の焦点面もしくはこの焦点面と共役
   な平面上に２次元撮像素子を設け、別に設けた照明光源
   により照明されたスケールを前記２次元撮像素子上に結
   像するよう構成したことを特徴とするオートコリメー
   タ。