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傾斜角測定装置
JP2913984B2
Japan
Description
translated from
斜角を測定する装置に関するものである。
成は、図2に示すようなものであった。即ち、光源1か
ら出射した光束Lは絞り2で所定の形状に制限され、コ
リメータレンズ3を介してほぼ平行な光束となってプリ
ズム4に入射する。光束Lは、このプリズム4を介して
液面6aに対して所定の入射角で(例えば45°)入射
する。プリズム4上には透明液体6がケース7によって
封入されている。このプリズム4、透明液体6は、いず
れも屈折率がほぼ等しいものである。
して液面6aで全反射する。液面6aで反射した光束は
再度プリズム4を透過し、集光レンズ8によってCCD
ラインセンサ等の受光素子9上に集光し絞り2のパター
ンを結像する。今、装置が水平の状態のときの受光素子
9上での集光位置をAとしてこの位置Aを記憶してお
く。装置が傾斜しても液面は常に水平を保つので、相対
的に見ると液面が装置に対して傾斜することになる(図
中で破線6bの状態)。従って液面6bで反射した光束
の光路は破線L′で示すように変化し、受光素子9上で
の集光位置はBに移動する。この位置Bを検出して、予
め記憶している位置Aとの偏差から傾斜角度を求める。
置では、装置を構成する光学系や受光素子等の配置が振
動や衝撃、あるいは温度変化等によって微小にずれた場
合には、受光素子上での集光位置が、前述の位置Aから
ずれることになる。従って、測定した傾斜角度に誤差が
生じることになる。本発明では、上記のような装置の配
置のずれによって傾斜角度に誤差が生じることがないよ
うな傾斜角測定装置を提供することを目的とする。
るため本発明では、光源(1)からの光束(L)を第1
の光学系(3)を介してほぼ平行な光束として液面(6
a,6b)に照射し、液面(6a,6b)で反射した光
束(L)を第2の光学系(8)を介して受光手段(9)
上に集光し、受光手段(9)上の光束(L)の集光位置
を検出することによって、液面に照射される光束の光軸
の液面に対する傾斜角を測定する傾斜角測定装置におい
て、第1の光学系(3)と液面(6a,6b)との間の
光路中に光路分割手段(5)を設け、光束(L)のうち
光路分割手段(5)で分割された一方の光束(LO)を
基準光束として第2の光学系(8)を介して受光手段
(9)上に集光し、光束(L)のうち光路分割手段
(5)で分割された他方の光束を測定用光束として液面
(6a,6b)で反射させ、反射した光束(LP ,
LP ′)を第2の光学系(8)を介して受光手段(9)
上に集光し、受光手段(9)上での基準光束の集光位置
(O)に対する測定用光束の集光位置の変位量(P′−
P)に基づいて、傾斜角を求めることとした。
手段で分割して、その一方の光束は液面を介することな
く(液面で反射させることなく)受光素子に集光させて
基準光束として用い、もう一方の光束は液面で反射させ
て受光素子に集光させて測定用の光束として用いること
としたため、装置を構成する光学系等の配置がずれた場
合でも、常に基準光束と測定用の光束は所定の関係を保
ったまま受光素子上を移動することとなる。
測定装置の概略的な構成を示す図である。光源1からプ
リズム4に入射するまでの構成は、図2に示す従来の装
置と全く同様の構成である。また、プリズム4の液体6
との界面はハーフミラー5となっている。
の一部はハーフミラー5で反射して光束LO としてプリ
ズム4から出射し、集光レンズ8を介してCCDライン
センサ等の受光素子9上の位置Oに集光する。この位置
Oは、液面と装置とが相対的に傾斜した場合でも変化し
ない。一方、ハーフミラー5を透過した光束は、液面6
aで全反射して光束LP としてプリズム4を透過し、集
光レンズ8を介して受光素子9上の位置Pに集光する。
液面と装置とが相対的に傾斜すると液面6aは6bに変
化し、光束LP が光束LP ′に変位して受光素子9上の
位置Pは位置P′に変位する。この際、求めるべき傾斜
角は、光束LP の集光する位置と光束L O の集光する位
置との変位量として表される。尚、本実施例に用いるハ
ーフミラー5は、反射光と透過光との光量比が1:1の
ものに限定されるものではなく、任意の比率のものを用
いることができる。また上記の構成を採れば、装置を構
成するレンズ3,8や受光素子等の配置がずれた場合で
も、位置Oと位置Pとの関係は変化しない。
角測定装置の概略的な構成を示す図である。これは、基
本的には図1に示す装置と同じ構成であるが、プリズム
4と液体6との間に光学部材10を配置した点で異な
る。この光学部材10の反射面10a,10bは互いに
平行に対向しており、ハーフミラー5を透過した光束L
は一旦反射面10aで反射した後、液面6aに入射す
る。この液面6aで反射した光束LP は、反射面10b
で反射し、ハーフミラー5及び集光レンズ8を介して受
光素子9上に集光する。この場合、ブロック10を適当
な設計値とすれば、ハーフミラー5で反射した光束LO
の光軸と液面6aで反射した光束LP の光軸とをほぼ一
致させることが可能となり、図1に示す装置に比べて集
光レンズ8の直径を小さくすることができる。
す様な構成を用いても構わない。即ち、光束Lは一旦液
面を介してハーフミラー5に入射する。ハーフミラー5
を透過した光束LO を基準光束とし、またハーフミラー
5で反射した光束LP を測定用光束とする。その他の構
成は上記の各実施例に示す装置と同一である。この場
合、液体6に入射する光束Lの光量のうちの殆どが液体
表面で反射されることになり、受光素子9に達する光量
が微小なものとなる。よって、光束Lの光量を大きくす
るか、受光素子9を高感度なものにする必要がある。
における光束LO の集光位置Oと光束LP の集光位置P
とが受光素子上で一致している場合の例を示した。しか
しながらこの構成では、装置が水平の場合の液面6aに
対して液面6bが反対に傾斜した場合でも、同一の傾斜
角に対しては同一の変位量しか求められず(求められる
ものは傾斜角の絶対値)、水平に対してどちらに傾斜し
たか(傾斜方向)については判別できない。そこで傾斜
角以外に傾斜方向も求める必要がある場合は、基準状態
として予め装置を僅かに傾斜させておくなどして、図3
に示すように位置Oと位置Pとを所定の間隔だけずらし
てこれを基準量(P−O)とする。このとき、基準状態
での装置に対して相対的に液面が傾斜した時の傾斜量は
(P′−O)で表すことができる。従って、求めるべき
傾斜角は(P′−O)−(P−O)=(P′−P)と表
すことができ、この傾斜量(P′−O)の大きさと基準
量(P−O)の大きさとを比較すれば、傾斜方向を判断
することが可能となる。
CDラインセンサを用いることとしたが、CCDエリア
センサのように2次元方向の検出が可能な構成とすれば
2次元方向の傾斜角を求めることができることは言うま
でもない。さらに、ラインセンサを用いる場合でも、ス
リット2で制限されるパターンを図5に示すように2次
元のパターンSO ,SP とし、ラインセンサ9をこのパ
ターンに対して45°傾斜して配置すれば、同様に2次
元方向の傾斜角を測定することが可能となる。即ち、パ
ターンSO は図1に示す位置Oに集光して位置が変化し
ないものであり、パターンSP は同じく位置Pに集光し
て傾斜角に応じて位置が変化するものである。このパタ
ーンSP は、装置の傾斜に応じてXYの2次元平面内を
移動し、求まる移動量x,yは夫々X方向、Y方向の傾
斜角に相当する。
度変化等の環境変化によって装置を構成する光学系等の
配置がずれた場合でも、常に基準光束と測定用の光束の
集光位置の関係を一定に保つことが可能となる。従っ
て、基準光束の集光位置に対する測定用の光束の集光位
置を求めることにより、常に正確な傾斜角の測定が可能
となる。
概略的な構成を示す図
絞りのパターンの受光素子上の結像位置の変形例を示す
図
概略的な構成を示す図
れる絞りのパターン像と受光素子の他の例を示す図
な構成の変形例を示す図
Claims (3)
Hide Dependent
translated from
- 【請求項1】 光源からの光束を第1の光学系を介して
ほぼ平行な光束として液面に照射し、該液面で反射した
前記光束を第2の光学系を介して受光手段上に集光し、
該受光手段上の前記光束の集光位置を検出することによ
って、前記液面に照射される光束の光軸の前記液面に対
する傾斜角を測定する傾斜角測定装置において、 前記第1の光学系と前記液面との間の光路中に光路分割
手段を設け、前記光束のうち前記光路分割手段で分割さ
れた一方の光束を基準光束として前記第2の光学系を介
して前記受光手段上に集光し、前記光束のうち前記光路
分割手段で分割された他方の光束を測定用光束として前
記液面で反射させ、該反射した光束を前記第2の光学系
を介して前記受光手段上に集光し、前記受光手段上での
前記基準光束の集光位置に対する前記測定用光束の集光
位置の変位量に基づいて、前記傾斜角を求めることを特
徴とする傾斜角測定装置。 - 【請求項2】 前記基準光束は前記光路分割手段で反射
された光束であり、前記測定用光束は前記光路分割手段
を透過した光束であることを特徴とする請求項1に記載
の傾斜角測定装置。 - 【請求項3】 前記基準光束と前記測定用光束の夫々の
前記集光位置は、前記光軸の傾斜角が所定の基準状態で
所定の間隔を有しており、前記変位量と前記所定の間隔
との差に基づいて前記光軸の傾斜角及び傾斜方向を求め
ることを特徴とする請求項1に記載の傾斜角測定装置。