JP2754415B2 - 光電式オートコリメータ - Google Patents
光電式オートコリメータInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光電式オートコリメータに関するものであ
る。
る。
従来のこの種の装置は2軸光電式オートコリメータ
(特開昭62−157508号公報)の如くの構造であった。そ
の構成を第5図(A)(B)(C)に基づいて説明す
る。第5図(A)(B)(C)において光源1、コンデ
ンサレンズ2よりなる照明系はターゲット板13に形成さ
れた互いにL字状に直交するターゲット13a、13bを照明
する。このターゲット13a、13bを透過した光はハーフプ
リズム4で反射され、コリメータレンズ5によって平行
光束となり、外部ミラー6に向う。外部ミラー6で反射
された平行光束は再びコリメータレンズ5に入射して収
束光となり、ハーフプリズム4を透過した後、光電変換
素子14上にターゲット13a、13bの像13a′、13b′を結像
する。光電変換素子14はターゲット像13a′、13b′に対
して各々45度で交叉するように配置されている。この像
の結像位置は、外部ミラー6の傾きに従って結像面上を
移動する。また、その移動量Aはコリメータレンズ5の
焦点距離をf、外部ミラー6の傾き角をθとしたとき、
Δ=2fθの関係が成り立つ。
(特開昭62−157508号公報)の如くの構造であった。そ
の構成を第5図(A)(B)(C)に基づいて説明す
る。第5図(A)(B)(C)において光源1、コンデ
ンサレンズ2よりなる照明系はターゲット板13に形成さ
れた互いにL字状に直交するターゲット13a、13bを照明
する。このターゲット13a、13bを透過した光はハーフプ
リズム4で反射され、コリメータレンズ5によって平行
光束となり、外部ミラー6に向う。外部ミラー6で反射
された平行光束は再びコリメータレンズ5に入射して収
束光となり、ハーフプリズム4を透過した後、光電変換
素子14上にターゲット13a、13bの像13a′、13b′を結像
する。光電変換素子14はターゲット像13a′、13b′に対
して各々45度で交叉するように配置されている。この像
の結像位置は、外部ミラー6の傾きに従って結像面上を
移動する。また、その移動量Aはコリメータレンズ5の
焦点距離をf、外部ミラー6の傾き角をθとしたとき、
Δ=2fθの関係が成り立つ。
いま外部ミラー6に水平面内での角変位すなわちヨー
イング量θHを与えたときを考える第5図(C)におい
て点線13a′、13b′は外部ミラー6にヨーイング量θH
を与える前のターゲット像、実線13a″、13b″はヨーイ
ング量θHを与えた後のターゲット像であり、各々の像
の移動量はΔ=2fθHである。
イング量θHを与えたときを考える第5図(C)におい
て点線13a′、13b′は外部ミラー6にヨーイング量θH
を与える前のターゲット像、実線13a″、13b″はヨーイ
ング量θHを与えた後のターゲット像であり、各々の像
の移動量はΔ=2fθHである。
ここでピッチング検出用のターゲット像13a′と13a″
に注目すると、ターゲット像は移動しているにも拘らず
光電変換素子14の受光位置は変わらない。これに対して
ヨーイング検出用ターゲット像13b′と13b″によって光
電変換素子14の受光位置が変化する。
に注目すると、ターゲット像は移動しているにも拘らず
光電変換素子14の受光位置は変わらない。これに対して
ヨーイング検出用ターゲット像13b′と13b″によって光
電変換素子14の受光位置が変化する。
これとは逆に外部ミラーに垂直面内での角変位すなわ
ちピッチング量θVを与えた場合にはピッチング検出用
ターゲット像による光電変換素子14の受光位置は変化
し、ヨーイング検出用ターゲット像による光電変換素子
14の受光位置は変化しない。従って光電変換素子14の出
力信号から各々独立にヨーイング量θH、ピッチング量
θVの情報が得られる。
ちピッチング量θVを与えた場合にはピッチング検出用
ターゲット像による光電変換素子14の受光位置は変化
し、ヨーイング検出用ターゲット像による光電変換素子
14の受光位置は変化しない。従って光電変換素子14の出
力信号から各々独立にヨーイング量θH、ピッチング量
θVの情報が得られる。
なお説明はヨーイングとピッチングの角変位に関して
個別に行ったが、ヨーイング量θHピッチング量θVを
同時に変化させてももちろん差支えない。光電変換素子
14の出力信号は公知の技術による演算回路32により処理
され、表示器42にはヨーイング量θH、ピッチング量θ
Vが表示される。
個別に行ったが、ヨーイング量θHピッチング量θVを
同時に変化させてももちろん差支えない。光電変換素子
14の出力信号は公知の技術による演算回路32により処理
され、表示器42にはヨーイング量θH、ピッチング量θ
Vが表示される。
上記の従来技術においてはピッチングとヨーイングを
分離するのに、L字形のターゲット13a、13bと光電変換
素子14を1個使用していた。このため比較的簡単な構成
で2軸光電式オートコリメータが実現できる反面、1個
のセンサでピッチング、ヨーイングの2現象を検出する
ために、測定範囲が視野の1/2以下に制限されるという
問題があった。また、オートコリメータにおいては、一
般にコリメータレンズ5と外部ミラー6との距離いわゆ
るワーキングディスタンスが長くなるにつれて、視野の
外部より発した光ほどコリメータレンズ5に戻り難くな
るという現象が知られているが、従来のL字形ターゲッ
ト方式ではターゲット13a、13bが視野中心より離れた位
置に配置されているため、大きなワーキングディスクタ
ンスを得難いという問題があった。
分離するのに、L字形のターゲット13a、13bと光電変換
素子14を1個使用していた。このため比較的簡単な構成
で2軸光電式オートコリメータが実現できる反面、1個
のセンサでピッチング、ヨーイングの2現象を検出する
ために、測定範囲が視野の1/2以下に制限されるという
問題があった。また、オートコリメータにおいては、一
般にコリメータレンズ5と外部ミラー6との距離いわゆ
るワーキングディスタンスが長くなるにつれて、視野の
外部より発した光ほどコリメータレンズ5に戻り難くな
るという現象が知られているが、従来のL字形ターゲッ
ト方式ではターゲット13a、13bが視野中心より離れた位
置に配置されているため、大きなワーキングディスクタ
ンスを得難いという問題があった。
本発明は上記の問題を改善すべく為されたものであ
り、測定範囲が広くなおかつワーキングディスタンスの
大きな光電式オートコリメータを提供することを第1の
目的とする。
り、測定範囲が広くなおかつワーキングディスタンスの
大きな光電式オートコリメータを提供することを第1の
目的とする。
また、さらに上記の第1の目的に加えて光電式オート
コリメータの測定能力範囲を拡張し、従来の光電式オー
トコリメータでは不可能であった同軸上、あるいは直交
2軸上の2箇所の相対的な角度変化を同時にリアルタイ
ムで測定することのできる光学ユニットを有する光電式
オートコリメータを提供することを第2の目的とする。
コリメータの測定能力範囲を拡張し、従来の光電式オー
トコリメータでは不可能であった同軸上、あるいは直交
2軸上の2箇所の相対的な角度変化を同時にリアルタイ
ムで測定することのできる光学ユニットを有する光電式
オートコリメータを提供することを第2の目的とする。
上記目的のために本発明では コリメータレンズと、該コリメータレンズの背後に配
設された第1光路分岐手段と、該第1光路分岐手段によ
り分岐された一方の光路上であって、前記コリメータレ
ンズの光束焦点位置に配置されたターゲットと、前記第
1光路分岐手段により分岐された他方の光路上であっ
て、前記コリメータレンズの後側焦点位置に配置された
前記ターゲットの像位置検出用光電変換装置とを有し、
前記光電変換装置の出力による前記ターゲット像の位置
から前記コリメータレンズ前方の反射部材の傾きを検出
する光電式オートコリメータにおいて、 前記ターゲットをX方向とY方向とのターゲットから
なる十字状ターゲットとし、 前記光電変換装置を、 前記第1光路分岐手段の他方の光路上に配置した第2
光路分岐手段と、該第2光路分岐手段により分岐された
一方の光路上に配設した第1光電変換素子と、前記X方
向のターゲットのみを前記第1光電変換素子上に結像す
る第1トーリックレンズと、前記第2光路分岐手段によ
り分岐された他方の光路上に配設した第2光電変換素子
と、前記Y方向のターゲットのみを前記第2光電変換素
子上に結像する第2トーリックレンズとにより構成し、
前記反射部材の傾きを前記X方向、Y方向にて検出する
ことを第1の課題解決の手段とするものであり、更に第
2の課題解決のために、 前記ターゲットからの光は少なくとも2つの波長を含
み、 前記コリメータレンズの前方に波長分離により2つの
光路に分岐する第3光路分岐手段を設けると共に、前記
波長分離により分岐された2つの光路上にそれぞれ配置
された反射部材による反射光を、前記第3光路分岐手段
に入射させて合成した後、前記コリメータレンズに入射
させる合成光学部材とを設け、 前記光電変換装置はさらに、前記第1光路分岐手段と
前記第2光路分岐手段との間に設けられた波長分離によ
り2つの光路に分岐する第4光路分岐手段と、該第4光
路分岐手段で分岐された光路のうち前記第2光路分岐手
段の配置されていない方の光路に配置した第5光路分岐
手段と、該第5光路分岐手段により分岐された一方の光
路上に配設した第3光電変換素子と、前記X方向のター
ゲットのみを前記第3光電変換素子上に結像する第3ト
ーリックレンズと、前記第5光路分岐手段により分岐さ
れた他方の光路上に配設した第4光電変換素子と、前記
Y方向のターゲットのみを前記第4光電変換素子上に結
像する第4トーリックレンズと、を有し、前記2つの光
路上にそれぞれ配置された反射部材の傾きを、前記X方
向、Y方向にて検出することを課題解決の手段とするも
のである。
設された第1光路分岐手段と、該第1光路分岐手段によ
り分岐された一方の光路上であって、前記コリメータレ
ンズの光束焦点位置に配置されたターゲットと、前記第
1光路分岐手段により分岐された他方の光路上であっ
て、前記コリメータレンズの後側焦点位置に配置された
前記ターゲットの像位置検出用光電変換装置とを有し、
前記光電変換装置の出力による前記ターゲット像の位置
から前記コリメータレンズ前方の反射部材の傾きを検出
する光電式オートコリメータにおいて、 前記ターゲットをX方向とY方向とのターゲットから
なる十字状ターゲットとし、 前記光電変換装置を、 前記第1光路分岐手段の他方の光路上に配置した第2
光路分岐手段と、該第2光路分岐手段により分岐された
一方の光路上に配設した第1光電変換素子と、前記X方
向のターゲットのみを前記第1光電変換素子上に結像す
る第1トーリックレンズと、前記第2光路分岐手段によ
り分岐された他方の光路上に配設した第2光電変換素子
と、前記Y方向のターゲットのみを前記第2光電変換素
子上に結像する第2トーリックレンズとにより構成し、
前記反射部材の傾きを前記X方向、Y方向にて検出する
ことを第1の課題解決の手段とするものであり、更に第
2の課題解決のために、 前記ターゲットからの光は少なくとも2つの波長を含
み、 前記コリメータレンズの前方に波長分離により2つの
光路に分岐する第3光路分岐手段を設けると共に、前記
波長分離により分岐された2つの光路上にそれぞれ配置
された反射部材による反射光を、前記第3光路分岐手段
に入射させて合成した後、前記コリメータレンズに入射
させる合成光学部材とを設け、 前記光電変換装置はさらに、前記第1光路分岐手段と
前記第2光路分岐手段との間に設けられた波長分離によ
り2つの光路に分岐する第4光路分岐手段と、該第4光
路分岐手段で分岐された光路のうち前記第2光路分岐手
段の配置されていない方の光路に配置した第5光路分岐
手段と、該第5光路分岐手段により分岐された一方の光
路上に配設した第3光電変換素子と、前記X方向のター
ゲットのみを前記第3光電変換素子上に結像する第3ト
ーリックレンズと、前記第5光路分岐手段により分岐さ
れた他方の光路上に配設した第4光電変換素子と、前記
Y方向のターゲットのみを前記第4光電変換素子上に結
像する第4トーリックレンズと、を有し、前記2つの光
路上にそれぞれ配置された反射部材の傾きを、前記X方
向、Y方向にて検出することを課題解決の手段とするも
のである。
本発明においては前記第1の目的を解決させるために
十字状ターゲットの互いに直交するX方向ターゲット及
びY方向ターゲットにそれぞれ直交する方向を母線又は
最大主径線とする円柱レンズ又はトーリックレンズを採
用している。
十字状ターゲットの互いに直交するX方向ターゲット及
びY方向ターゲットにそれぞれ直交する方向を母線又は
最大主径線とする円柱レンズ又はトーリックレンズを採
用している。
まず、第1図(C)に基づき、十字状ターゲット3a、
円柱レンズ8、および光電変換素子10の作用を説明す
る。ただし第1図(C)は視覚的に解り易くするために
途中の光学系を省略し、ターゲット側の光学系をコリメ
ータレンズ5の前方に配置した。
円柱レンズ8、および光電変換素子10の作用を説明す
る。ただし第1図(C)は視覚的に解り易くするために
途中の光学系を省略し、ターゲット側の光学系をコリメ
ータレンズ5の前方に配置した。
ターゲット板3上の十字状ターゲット3aからの光は不
図示の反射部材を介して2度コリメータレンズ5を透過
し、円柱レンズ8に導かれる。円柱レンズ8の母線はY
方向になしてあるので円柱レンズの持つ母線と直交する
方向に発散する特性により光電変換素子10上ではX方向
のターゲット3a′Vのみが結像される。いまここで反射
部材が傾いたとすると、光電変換素子10上ではX方向の
ターゲット3a″Vが結像される。よって光電変換素子10
の受光エレメント列10′はピッチングすなわちY方向の
像移動量δVを検知される。しかしながらヨーイングす
なわちx方向の像移動量δHは検知されない。
図示の反射部材を介して2度コリメータレンズ5を透過
し、円柱レンズ8に導かれる。円柱レンズ8の母線はY
方向になしてあるので円柱レンズの持つ母線と直交する
方向に発散する特性により光電変換素子10上ではX方向
のターゲット3a′Vのみが結像される。いまここで反射
部材が傾いたとすると、光電変換素子10上ではX方向の
ターゲット3a″Vが結像される。よって光電変換素子10
の受光エレメント列10′はピッチングすなわちY方向の
像移動量δVを検知される。しかしながらヨーイングす
なわちx方向の像移動量δHは検知されない。
次に第1図(D)に基づき十字状ターゲット3a、円柱
レンズ9、および光電変換素子11の作用を説明する。但
し第1図(D)は第1図(C)と同様に説明のため主要
部のみ抽出した図である。
レンズ9、および光電変換素子11の作用を説明する。但
し第1図(D)は第1図(C)と同様に説明のため主要
部のみ抽出した図である。
ターゲット板3上の十字状ターゲット3aからの光は不
図示の反射部材を介して2度コリメータレンズ5を透過
し、円柱レンズ9に導かれる。円柱レンズ9の母線はX
方向になしてあるので円柱レンズの持つ母線と直交する
方向に発散する特性により、光電変換素子11上ではY方
向のターゲット3a′Hのみが結像される。いまここで反
射部材が傾いたとすると光電変換素子11上ではX方向の
ターゲット3a″Hが結像される。よって光電変換素子11
の受光エレメント列11′はヨーイングすなわちX方向の
像移動量δHを検知する。しかしながらピッチングすな
わちY方向の像移動量δVは検知されない。
図示の反射部材を介して2度コリメータレンズ5を透過
し、円柱レンズ9に導かれる。円柱レンズ9の母線はX
方向になしてあるので円柱レンズの持つ母線と直交する
方向に発散する特性により、光電変換素子11上ではY方
向のターゲット3a′Hのみが結像される。いまここで反
射部材が傾いたとすると光電変換素子11上ではX方向の
ターゲット3a″Hが結像される。よって光電変換素子11
の受光エレメント列11′はヨーイングすなわちX方向の
像移動量δHを検知する。しかしながらピッチングすな
わちY方向の像移動量δVは検知されない。
上記の如く本発明においては十字状ターゲットをX方
向のターゲットとY方向のターゲットに分離してそれぞ
れ検出するように構成したので従来の如く測定範囲が視
野の1/2以下に制限される不都合はない。
向のターゲットとY方向のターゲットに分離してそれぞ
れ検出するように構成したので従来の如く測定範囲が視
野の1/2以下に制限される不都合はない。
また十字状ターゲットを使用したので視野中心で測定
が可能となるのでワーキングディスタンスを大きくする
ことが出来る。
が可能となるのでワーキングディスタンスを大きくする
ことが出来る。
更に本発明では第2の目的を解決させるために、ダイ
クロイックプリズムおよび少なくとも2つの異った波長
を含む分光特性を持った光源を採用している。第2図、
第3図、第4図に基づいてその作用を説明する。
クロイックプリズムおよび少なくとも2つの異った波長
を含む分光特性を持った光源を採用している。第2図、
第3図、第4図に基づいてその作用を説明する。
第3図において、光電式オートコリメータ本体101か
ら出た2つの異った波長を持つ平行光束は光学ユニット
300のダイクロイック膜300cで波長分離によって分岐さ
れ一方は光学ユニット300内部のミラー面300dに進み、
他方は外部ミラー6に進む。ミラー面300dおよび外部ミ
ラー6で反射された平行光束(測定光)は再び光学ユニ
ット300を介して合成され光電式オートコリメータ本体1
01に導かれる。
ら出た2つの異った波長を持つ平行光束は光学ユニット
300のダイクロイック膜300cで波長分離によって分岐さ
れ一方は光学ユニット300内部のミラー面300dに進み、
他方は外部ミラー6に進む。ミラー面300dおよび外部ミ
ラー6で反射された平行光束(測定光)は再び光学ユニ
ット300を介して合成され光電式オートコリメータ本体1
01に導かれる。
第4図において、光電式オートコリメータ本体101か
ら出た2つの異った波長を持つ平行光束は光学ユニット
400のダイクロイック膜400cで波長分離によって分岐さ
れペンタプリズム400aによって互いに直交する方向に進
みそれぞれが外部ミラー6A、6Bに到る。外部ミラー6A、
6Bで反射された平行光束(測定光)は光学ユニット400
を介して再び合成され光電式オートコリメータ本体101
に導かれる。
ら出た2つの異った波長を持つ平行光束は光学ユニット
400のダイクロイック膜400cで波長分離によって分岐さ
れペンタプリズム400aによって互いに直交する方向に進
みそれぞれが外部ミラー6A、6Bに到る。外部ミラー6A、
6Bで反射された平行光束(測定光)は光学ユニット400
を介して再び合成され光電式オートコリメータ本体101
に導かれる。
第2図において前記の測定光はダイクロイックプリズ
ム12によって再び波長分離により分岐されそれぞれの分
岐光は更にハーフプリズム7A、7Bによって分光され、そ
れぞれに対して配置された円柱レンズ8A、9A及び8B、9B
によって前記第1の目的解決の作用で説明の通り2つの
分岐光のそれぞれのピッチング、ヨーイングが測定され
る。
ム12によって再び波長分離により分岐されそれぞれの分
岐光は更にハーフプリズム7A、7Bによって分光され、そ
れぞれに対して配置された円柱レンズ8A、9A及び8B、9B
によって前記第1の目的解決の作用で説明の通り2つの
分岐光のそれぞれのピッチング、ヨーイングが測定され
る。
上記の如くの構成であるので従来の光電式オートコリ
メーターでは不可能であった、同軸上あるいは直交する
2軸上の複数の相対的な角度又はその角度変化を同時に
リアルタイムに測定することが出来る。
メーターでは不可能であった、同軸上あるいは直交する
2軸上の複数の相対的な角度又はその角度変化を同時に
リアルタイムに測定することが出来る。
第1図(A)(B)(C)(D)は本発明の第1実施
例であって光源1、コンデンサレンズ2を備えた照明系
はターゲット板3に形成された十字状ターゲット3aを照
明する。この照明によって十字状ターゲット3aを通過し
た光はハーフプリズム4で反射されコリメータレンズ5
によって平行光束にされ、外部ミラー6に導かれる。外
部ミラー6で反射した平行光束は再びコリメータレンズ
5に入射して収束光にされ、ハーフプリズム4を透過し
た後、ハーフプリズム7に向い、ハーフプリズム7によ
って透過および反射をさせられ円柱レンズ8および9に
向う。
例であって光源1、コンデンサレンズ2を備えた照明系
はターゲット板3に形成された十字状ターゲット3aを照
明する。この照明によって十字状ターゲット3aを通過し
た光はハーフプリズム4で反射されコリメータレンズ5
によって平行光束にされ、外部ミラー6に導かれる。外
部ミラー6で反射した平行光束は再びコリメータレンズ
5に入射して収束光にされ、ハーフプリズム4を透過し
た後、ハーフプリズム7に向い、ハーフプリズム7によ
って透過および反射をさせられ円柱レンズ8および9に
向う。
ここではまず第1図(C)によりハーフプリズム7を
透過した光、すなわち円柱レンズ8に向う光について説
明する。
透過した光、すなわち円柱レンズ8に向う光について説
明する。
円柱レンズ8は垂直(Y)方向を母線とした凹レンズ
である。従ってこの円柱レンズ8を透過した光は水平
(X)方向のみに発散する。しかるに垂直方向の光と結
像位置が異るので結果として光電変換素子10の受光面上
には、水平方向に長手方向を持った一文字形ターゲット
線3a′Vのみが結像される。この一文字形ターゲット像
3a′Vは外部ミラー6の傾きに従って光電変換素子10上
の受光面に設けられた受光エレメント列10′上を移動す
る。外部ミラー6の水平面内での傾き、すなわちヨーイ
ング量θH、垂直面内での傾きすなわちピッチング量を
θV、コリメータレンズ5の焦点距離をfとするとき、
光電変換素子10上での一文字型スリット像の移動量は、
ピッチング方向δV=2fθVヨーグ方向δH=2fθHで
表わされる。第1図(C)より明らかな様に光電変換素
子10はピッチング方向の像移動量δVのみ検知する。な
お一文字ターゲット像3a′V、3a″Vは円柱レンズ8の
水平方向のパワーによって長手方向に引伸ばされる。こ
の場合、一文字ターゲットの左右の端部の光量は減少す
るが、測定範囲を適当に設定すれば問題はない。
である。従ってこの円柱レンズ8を透過した光は水平
(X)方向のみに発散する。しかるに垂直方向の光と結
像位置が異るので結果として光電変換素子10の受光面上
には、水平方向に長手方向を持った一文字形ターゲット
線3a′Vのみが結像される。この一文字形ターゲット像
3a′Vは外部ミラー6の傾きに従って光電変換素子10上
の受光面に設けられた受光エレメント列10′上を移動す
る。外部ミラー6の水平面内での傾き、すなわちヨーイ
ング量θH、垂直面内での傾きすなわちピッチング量を
θV、コリメータレンズ5の焦点距離をfとするとき、
光電変換素子10上での一文字型スリット像の移動量は、
ピッチング方向δV=2fθVヨーグ方向δH=2fθHで
表わされる。第1図(C)より明らかな様に光電変換素
子10はピッチング方向の像移動量δVのみ検知する。な
お一文字ターゲット像3a′V、3a″Vは円柱レンズ8の
水平方向のパワーによって長手方向に引伸ばされる。こ
の場合、一文字ターゲットの左右の端部の光量は減少す
るが、測定範囲を適当に設定すれば問題はない。
次に第1図(D)によりハーフプリズム7を反射した
光、すなわち円柱レンズ9に向う光について説明する。
円柱レンズ9は水平方向を母線とした凹レンズである。
従ってこの円柱レンズ9を透過した光は垂直方向のみ発
散される。結果として光電変換素子11の受光面上には、
垂直方向に長手方向を持った一文字形ターゲット像3a′
Hが結像される。ターゲット像3a′Hは外部ミラー6の
傾きに従って光電変換素子11上の受光面に設けられた受
光エレメント列11′上を移動するが、光電変換素子11は
ヨーイング方向の像移動量δHのみ検知する。この様に
して光電変換素子10で得られたピッチング方向の像移動
量δVおよび光電変換素子11で得られたヨーイング方向
の像移動量δHはコントローラ200に伝達され公知の技
術による演算回路30の演算により外部ミラー6のピッチ
ング量θVおよびヨーイング量θHに変換され、表示器
40に表示される。
光、すなわち円柱レンズ9に向う光について説明する。
円柱レンズ9は水平方向を母線とした凹レンズである。
従ってこの円柱レンズ9を透過した光は垂直方向のみ発
散される。結果として光電変換素子11の受光面上には、
垂直方向に長手方向を持った一文字形ターゲット像3a′
Hが結像される。ターゲット像3a′Hは外部ミラー6の
傾きに従って光電変換素子11上の受光面に設けられた受
光エレメント列11′上を移動するが、光電変換素子11は
ヨーイング方向の像移動量δHのみ検知する。この様に
して光電変換素子10で得られたピッチング方向の像移動
量δVおよび光電変換素子11で得られたヨーイング方向
の像移動量δHはコントローラ200に伝達され公知の技
術による演算回路30の演算により外部ミラー6のピッチ
ング量θVおよびヨーイング量θHに変換され、表示器
40に表示される。
第2図は本発明の第2の実施例であって、少なくとも
2つの波長を含んだ分光特性を持つ光源1、コンデンサ
レンズ2を備えた照明系はターゲット板3上に形成され
た十字状ターゲット3aを照明する。この照明によって十
分ターゲット3aを透過した光は、第1の実施例と同様に
ハーフプリズム4、コリメータレンズ5を経由して外部
ミラー6に至り、外部ミラー6で反射された後、再びコ
リメータレンズ5に入射し、ハーフプリズム4を透過し
てダイクロイックプリズム12に向い、ダイクロイックプ
リズム12によって2つの波長に分割される。いま便宜的
にダイクロイックプリズム12の透過光の波長をλ1反射
光の波長をλ2とする。ダイクロイックプリズム12の透
過光はセンサユニット20Aに向い、反射光はセンサユニ
ット20Bに向う。センサユニット20A、20B内のハーフプ
リズム7A、7B、円柱レンズ8A、8B、円柱レンズ9A、9B、
光電変換素子10A、10B、光電変換素子11A、11Bは使用波
長がλ1およびλ2であることを除き、第1の実施例に
おけるセンサユニット20内のハーフプリズム7、円柱レ
ンズ8、円柱レンズ9、光電変換素子10、光電変換素子
11と同じ働きをする。結局、光電変換素子10Aはピッチ
ング検出素子で使用波長λ1光電変換素子11Aはヨーイ
ング検出素子で使用波長はλ1光電変換素子10Bはピッ
チング検出素子で使用波長はλ2光電変換素子11Bはヨ
ーイング検出素子で使用波長はλ2となる。
2つの波長を含んだ分光特性を持つ光源1、コンデンサ
レンズ2を備えた照明系はターゲット板3上に形成され
た十字状ターゲット3aを照明する。この照明によって十
分ターゲット3aを透過した光は、第1の実施例と同様に
ハーフプリズム4、コリメータレンズ5を経由して外部
ミラー6に至り、外部ミラー6で反射された後、再びコ
リメータレンズ5に入射し、ハーフプリズム4を透過し
てダイクロイックプリズム12に向い、ダイクロイックプ
リズム12によって2つの波長に分割される。いま便宜的
にダイクロイックプリズム12の透過光の波長をλ1反射
光の波長をλ2とする。ダイクロイックプリズム12の透
過光はセンサユニット20Aに向い、反射光はセンサユニ
ット20Bに向う。センサユニット20A、20B内のハーフプ
リズム7A、7B、円柱レンズ8A、8B、円柱レンズ9A、9B、
光電変換素子10A、10B、光電変換素子11A、11Bは使用波
長がλ1およびλ2であることを除き、第1の実施例に
おけるセンサユニット20内のハーフプリズム7、円柱レ
ンズ8、円柱レンズ9、光電変換素子10、光電変換素子
11と同じ働きをする。結局、光電変換素子10Aはピッチ
ング検出素子で使用波長λ1光電変換素子11Aはヨーイ
ング検出素子で使用波長はλ1光電変換素子10Bはピッ
チング検出素子で使用波長はλ2光電変換素子11Bはヨ
ーイング検出素子で使用波長はλ2となる。
光電変換素子10A、11A、10B、11Bの出力信号は公知の
技術による演算回路31により2組のピッチング量、ヨー
イング量に換算され、表示器41に4現象表示される。
技術による演算回路31により2組のピッチング量、ヨー
イング量に換算され、表示器41に4現象表示される。
第3図は本発明の第3の実施例であって、第2の実施
例による光電式オートコリメータ本体101のコリメータ
レンズ5からは波長がλ1およびλ2を含む平行光束が
射出され光学ユニット300に向う。光学ユニット300は菱
形プリズム300a、45゜プリズム300bより構成され、ダイ
クロイック膜300cおよびミラー面300dを有している。光
学ユニット300に入射した平行光束はダイクロイック膜3
00cにより波長分離され、分岐された一方の波長λ1の
平行光束はダイクロイック膜300cを透過して外部ミラー
6に向い、他方の波長λ2の平行光束はダイクロイック
膜で反射されミラー面300dに向う。ミラー面300dで反射
された平行光束は再びダイクロイック膜300cで反射され
た光電式オートコリメータ本体101に戻る。一方、外部
ミラー6に向った波長λ1の平行光束は外部ミラー6で
反射され、再びダイクロイック膜300cを透過して光電式
オートコリメータ本体101に戻る。光電式オートコリメ
ータ本体101に戻った光は、第2の実施例による手順で
波長λ1のピッチング量、波長λ1のヨーイング量、波
長λ2のピッチング量、波長λ2のヨーイング量に分離
され、コントローラ201の表示器41に外部ミラー6のピ
ッチングおよびヨーイング、光学ユニット300のミラー
面300dのピッチングおよびヨーイングとして表示され
る。この様に本実施例では外部ミラー6および光学ユニ
ット300のミラー面300dの相対的な角度変化を同時にリ
アルタイムで測定できる。なお、外部ミラー6の反射光
は光学ユニット300を透過するが、光学ユニット300の角
度変化による影響はない。
例による光電式オートコリメータ本体101のコリメータ
レンズ5からは波長がλ1およびλ2を含む平行光束が
射出され光学ユニット300に向う。光学ユニット300は菱
形プリズム300a、45゜プリズム300bより構成され、ダイ
クロイック膜300cおよびミラー面300dを有している。光
学ユニット300に入射した平行光束はダイクロイック膜3
00cにより波長分離され、分岐された一方の波長λ1の
平行光束はダイクロイック膜300cを透過して外部ミラー
6に向い、他方の波長λ2の平行光束はダイクロイック
膜で反射されミラー面300dに向う。ミラー面300dで反射
された平行光束は再びダイクロイック膜300cで反射され
た光電式オートコリメータ本体101に戻る。一方、外部
ミラー6に向った波長λ1の平行光束は外部ミラー6で
反射され、再びダイクロイック膜300cを透過して光電式
オートコリメータ本体101に戻る。光電式オートコリメ
ータ本体101に戻った光は、第2の実施例による手順で
波長λ1のピッチング量、波長λ1のヨーイング量、波
長λ2のピッチング量、波長λ2のヨーイング量に分離
され、コントローラ201の表示器41に外部ミラー6のピ
ッチングおよびヨーイング、光学ユニット300のミラー
面300dのピッチングおよびヨーイングとして表示され
る。この様に本実施例では外部ミラー6および光学ユニ
ット300のミラー面300dの相対的な角度変化を同時にリ
アルタイムで測定できる。なお、外部ミラー6の反射光
は光学ユニット300を透過するが、光学ユニット300の角
度変化による影響はない。
第4図は本発明の第4の実施例であって、第2の実施
例による光電式オートコリメータ本体101のコリメータ
レンズ5からは波長λ1およびλ2を含む平行光束が射
出され光学ユニット400に向う。光学ユニット400はペン
タプリズム400a、22.5゜プリズム400bより構成され接合
により一体となっている。その接合面にはダイクロイッ
ク膜400cを有している。光学ユニット400に入射した平
行光束はダイクロイック膜で波長分離され、分岐された
一方の波長λ1の平行光束は外部ミラー6Aに向い、他方
の波長λ2の平行光束は外部ミラー6Bに向う。外部ミラ
ー6A、6Bで反射された平行光束は逆経路で光学ユニット
400を経て光電式オートコリメータ本体101に戻る。光電
式オートコリメータ本体101に戻った光は第2の実施例
による手順で処理され、コントローラ201の表示器41に
外部ミラー6Aのピッチングおよびヨーイング、外部ミラ
ー6Bのピッチングおよびヨーイングを同時にリアルタイ
ムで表示する。
例による光電式オートコリメータ本体101のコリメータ
レンズ5からは波長λ1およびλ2を含む平行光束が射
出され光学ユニット400に向う。光学ユニット400はペン
タプリズム400a、22.5゜プリズム400bより構成され接合
により一体となっている。その接合面にはダイクロイッ
ク膜400cを有している。光学ユニット400に入射した平
行光束はダイクロイック膜で波長分離され、分岐された
一方の波長λ1の平行光束は外部ミラー6Aに向い、他方
の波長λ2の平行光束は外部ミラー6Bに向う。外部ミラ
ー6A、6Bで反射された平行光束は逆経路で光学ユニット
400を経て光電式オートコリメータ本体101に戻る。光電
式オートコリメータ本体101に戻った光は第2の実施例
による手順で処理され、コントローラ201の表示器41に
外部ミラー6Aのピッチングおよびヨーイング、外部ミラ
ー6Bのピッチングおよびヨーイングを同時にリアルタイ
ムで表示する。
尚使用する光電変換素子としてはCCDラインセンサー
が望ましい。
が望ましい。
本発明の第1の実施例によれば測定範囲およびワーキ
ングディスタンスが拡大されたことから、より大型の被
検物を測定することが出来る効果がある。本発明の第2
の実施例によれば2組のピッチング量、ヨーイング量を
測定する光電式オートコリメータを実現できる。この第
2の実施例による光電式オートコリメータと第3の実施
例による光学ユニットを組合せることにより、離れた同
軸上2地点の相対的な角度変化を同時にリアルタイムで
測定できると共に第4の実施例による光学ユニットと組
合せることにより、離れた直交2軸上の2地点の相対的
な角度変化を同時にリアルタイムで測定することが可能
となった。上記の機能は従来のオートコリメータでは実
現できなかったものであり、本発明により被検物の角度
挙動たとえばたわみ量等に関してより多彩な測定を行う
ことが出来る利点がある。なお第1、および第2の実施
例ではターゲットとして十字状ターゲットを使用してい
るが、一般に、光電的なセンサを持たず、視野内ターゲ
ットの位置を視野目盛で読み取るいわゆる光学読取式の
オートコリメータでは、ターゲットに十字状ターゲット
を使用する例が多いため、部品を共通化できるという利
点もある。
ングディスタンスが拡大されたことから、より大型の被
検物を測定することが出来る効果がある。本発明の第2
の実施例によれば2組のピッチング量、ヨーイング量を
測定する光電式オートコリメータを実現できる。この第
2の実施例による光電式オートコリメータと第3の実施
例による光学ユニットを組合せることにより、離れた同
軸上2地点の相対的な角度変化を同時にリアルタイムで
測定できると共に第4の実施例による光学ユニットと組
合せることにより、離れた直交2軸上の2地点の相対的
な角度変化を同時にリアルタイムで測定することが可能
となった。上記の機能は従来のオートコリメータでは実
現できなかったものであり、本発明により被検物の角度
挙動たとえばたわみ量等に関してより多彩な測定を行う
ことが出来る利点がある。なお第1、および第2の実施
例ではターゲットとして十字状ターゲットを使用してい
るが、一般に、光電的なセンサを持たず、視野内ターゲ
ットの位置を視野目盛で読み取るいわゆる光学読取式の
オートコリメータでは、ターゲットに十字状ターゲット
を使用する例が多いため、部品を共通化できるという利
点もある。
また部品共通化により、光学読取式のオートコリメー
タを光電式オートコリメータに改造するいわゆるレトロ
フィット対応がより容易になるという利点もある。
タを光電式オートコリメータに改造するいわゆるレトロ
フィット対応がより容易になるという利点もある。
第1図(A)は本発明による装置の第1実施例を示す構
成図、 第1図(B)は本発明に使用される十字状ターゲットを
示す図、 第1図(C)は本発明の主要部でピッチング測定の原理
を説明する図、 第1図(D)は本発明の主要部でヨーイング測定の原理
を説明する図、 第2図は本発明による装置の第2実施例を示す構成図、 第3図は本発明による装置の第2実施例と組合せ、同軸
上の2地点の測定を行う第3実施例を示す構成図、 第4図は本発明による装置の第2実施例と組合せ、直交
2軸上2地点の測定を行う第4実施例を示す構成図、 第5図(A)は従来の光電式オートコリメータの構成
図、 第5図(B)は従来光電式オートコリメータに使用され
ているターゲットの形状を示す図、 第5図(C)は従来の光電式オートコリメータのターゲ
ット像と光電変換素子との関係を示す説明図である。 〔主要部分の符号の説明〕 3a……十字状ターゲット 7、7A、7B……ハーフプリズム 8、8A、8B、9、9A、9B……円柱レンズ 10、10A、10B、11、11A、11B……光電変換素子 12……ダイクロイックプリズム 300……複合ダイクロイックプリズム 400……複合ダイクロイックペンタプリズム。
成図、 第1図(B)は本発明に使用される十字状ターゲットを
示す図、 第1図(C)は本発明の主要部でピッチング測定の原理
を説明する図、 第1図(D)は本発明の主要部でヨーイング測定の原理
を説明する図、 第2図は本発明による装置の第2実施例を示す構成図、 第3図は本発明による装置の第2実施例と組合せ、同軸
上の2地点の測定を行う第3実施例を示す構成図、 第4図は本発明による装置の第2実施例と組合せ、直交
2軸上2地点の測定を行う第4実施例を示す構成図、 第5図(A)は従来の光電式オートコリメータの構成
図、 第5図(B)は従来光電式オートコリメータに使用され
ているターゲットの形状を示す図、 第5図(C)は従来の光電式オートコリメータのターゲ
ット像と光電変換素子との関係を示す説明図である。 〔主要部分の符号の説明〕 3a……十字状ターゲット 7、7A、7B……ハーフプリズム 8、8A、8B、9、9A、9B……円柱レンズ 10、10A、10B、11、11A、11B……光電変換素子 12……ダイクロイックプリズム 300……複合ダイクロイックプリズム 400……複合ダイクロイックペンタプリズム。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷津 修 神奈川県横浜市栄区長尾台町471番地 株式会社ニコン横浜製作所内 (56)参考文献 特開 昭57−118642(JP,A) 特開 平3−148617(JP,A)
Claims (4)
- 【請求項1】コリメータレンズと、該コリメータレンズ
の背後に配設された第1光路分岐手段と、該第1光路分
岐手段により分岐された一方の光路上であって、前記コ
リメータレンズの光束焦点位置に配置されたターゲット
と、前記第1光路分岐手段により分岐された他方の光路
上であって、前記コリメータレンズの後側焦点位置に配
置された前記ターゲットの像位置検出用光電変換装置と
を有し、該光電変換装置の出力による前記ターゲット像
の位置から前記コリメータレンズ前方の反射部材の傾き
を検出する光電式オートコリメータにおいて、 前記ターゲットをX方向とY方向とのターゲットからな
る十字状ターゲットとし、 前記光電変換装置を、 前記第1光路分岐手段の他方の光路上に配置した第2光
路分岐手段と、該第2光路分岐手段により分岐された一
方の光路上に配設した第1光電変換素子と、前記X方向
のターゲットのみを前記第1光電変換素子上に結像する
第1トーリックレンズと、前記第2光路分岐手段により
分岐された他方の光路上に配設した第2光電変換素子
と、前記Y方向のターゲットのみを前記第2光電変換素
子上に結像する第2トーリックレンズとにより構成し、
前記反射部材の傾きをX方向、Y方向にて検出すること
を特徴とする光電式オートコリメータ。 - 【請求項2】請求項(1)記載の光電式オートコリメー
タにおいて、 前記ターゲットからの光は少なくとも2つの波長を含
み、 前記コリメータレンズの前方に波長分離により2つの光
路に分岐する第3光路分岐手段を設けると共に、前記波
長分離により分岐された2つの光路上にそれぞれ配置さ
れた反射部材による反射光を、前記第3光路分岐手段に
入射させて合成した後、前記コリメータレンズに入射さ
せる合成光学部材とを設け、 前記光電変換装置はさらに、前記第1光路分岐手段と前
記第2光路分岐手段との間に設けられた波長分離により
2つの光路に分岐する第4光路分岐手段と、該第4光路
分岐手段で分岐された光路のうち前記第2光路分岐手段
の配置されていない方の光路に配置した第5光路分岐手
段と、該第5光路分岐手段により分岐された一方の光路
上に配設した第3光電変換素子と、前記X方向のターゲ
ットのみを前記第3光電変換素子上に結像する第3トー
リックレンズと、前記第5光路分岐手段により分岐され
た他方の光路上に配設した第4光電変換素子と、前記Y
方向のターゲットのみを前記第4光電変換素子上に結像
する第4トーリックレンズと、を有し、前記2つの光路
上にそれぞれ配置された反射部材の傾きを、X方向、Y
方向にて検出することを特徴とする光電式オートコリメ
ータ。 - 【請求項3】請求項(1)または(2)記載の光電式オ
ートコリメータにおいて、 前記第1トーリックレンズまたは前記第3トーリックレ
ンズは、前記X方向にのみパワーを有する円柱レンズで
あり、前記第2トーリックレンズまたは前記第4トーリ
ックレンズは、前記Y方向にのみパワーを有する円柱レ
ンズであることを特徴とするオートコリメータ。 - 【請求項4】請求項(2)記載の光電式オートコリメー
タにおいて、 前記合成光学部材はその光束入射面の1つを前記第3光
路分岐手段として兼用してなる複合ダイクロイックプリ
ズムもしくは複合ダイクロイックペンタプリズムである
ことを特徴とする光電式オートコリメータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1232390A JP2754415B2 (ja) | 1990-01-22 | 1990-01-22 | 光電式オートコリメータ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1232390A JP2754415B2 (ja) | 1990-01-22 | 1990-01-22 | 光電式オートコリメータ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03216511A JPH03216511A (ja) | 1991-09-24 |
JP2754415B2 true JP2754415B2 (ja) | 1998-05-20 |
Family
ID=11802107
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1232390A Expired - Fee Related JP2754415B2 (ja) | 1990-01-22 | 1990-01-22 | 光電式オートコリメータ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2754415B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4751156B2 (ja) * | 2005-09-13 | 2011-08-17 | 株式会社ミツトヨ | オートコリメータ及びそれを用いた角度測定装置 |
JP6512673B2 (ja) * | 2015-03-27 | 2019-05-15 | オリンパス株式会社 | 偏心測定装置及び偏心測定方法 |
CN106403909A (zh) * | 2015-07-31 | 2017-02-15 | 北京航天计量测试技术研究所 | 一种新型双头光电自准直仪 |
-
1990
- 1990-01-22 JP JP1232390A patent/JP2754415B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH03216511A (ja) | 1991-09-24 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |