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 |
| CN107429994A (zh) | 2015-03-27 | 2017-12-01 | 奥林巴斯株式会社 | 测定头以及具备该测定头的偏心测定装置 |
| 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 |