JP5305281B2

JP5305281B2 - オートコリメータ

Info

Publication number: JP5305281B2
Application number: JP2007319431A
Authority: JP
Inventors: 公夫小俣
Original assignee: 株式会社オプセル
Priority date: 2007-12-11
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2027-12-11
Also published as: JP2009145051A

Description

本発明はオートコリメータに関するもので、特にその光学系中に設置する被検体の２つの測定面間の傾き（平行度）を高感度で検出し測定できるようにしたものである。

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（平行度）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。この従来のオートコリメータを図１１の光学系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、例えば赤色の波長の光（λ＝０．６５μｍ）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はこの第１クロス線５９と第２クロス線６０が距離ｘｎの差を持って受光面６１に投影された例となっている。つまりガラス板５０の向かい合わせになった２つの測定面５１、５２が持つ傾きθによってクロス線５８はｘｎ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ｘｎ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ｘｎ＝０になれば、傾き角θも０となって第１測定面５１と第２測定面５２間は傾きのない平行状態と判断される。従がってｘｎの値を測定すれば、ある程度の精度で傾き角θを推定することが出来る。またｘｎを受光部６１面上で視認すれば経験的に傾き角θの値を推定することもできる。
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、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、両者間の距離ｘｎを判別することが難しくなる。図Ｃのようｘｎ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くなってｘ１となると、クロス線５９、６０を判別することは殆ど不可能となる。このようにθの値が大きくｘの値もｎになって大きいときは、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ｘの値が０に近づくと（ｘｎ＞ｘ１＞０）検出不能となり、誤差となって生じる範囲が一定せず個人差が生じる様になる。

図１２はスクリーン５５の２つのクロス線５９、６０によって傾き角θを測定する代わりに、スクリーン５５を光学系中から外して受光面６１に直接被検体５０からの反射光スポットｓを投影するようにしたときの例である。図１１の被検体５０のように表面５１と裏面５２間に角θの傾きがあれば、その両面で反射した光源５３からの光束は図１２Ａのように受光面６１に２つのスポットｓ１、ｓ２として、距離ｘｎの間隔で集光する。この集光する位置は表面５１からの反射光をスポットｓ１、裏面５２からの反射光をスポットｓ２としたとき、傾き角θによって決定される距離ｘｎだけ離れた位置となる。従ってｘｎの値を測定すれば、ある程度の精度で傾き角θを推定することが出来る。しかし距離ｘｎの値が大きいときは図Ｂのようにスポットｓ１、ｓ２を個々に受光面６１で識別できるが、図Ｃのようにスポットｓ１、ｓ２間の距離ｘｎが小さくなってｘ１になると、両スポットｓ１、ｓ２は重なり合って図Ｄのように１つのスポットｓ３となってしまう。図Ｂ、Ｃ、Ｄにおいて縦軸は夫々スポットの輝度Ｌｕを表している。この両スポットｓ１、ｓ２の識別できる最小間隔を前記のようにレーリーリミットとすれば、レーリーリミット以上のｘｎのときは傾き角θを測定することが出来るが、レーリーリミット以下のｘ１のときは傾き角θを正確に求めることが出来ない。従がって図１１で説明した２つのクロス線５９、６０の場合と同じようにｘが０に近づくほど傾斜角θの測定は難しくなり、誤差となって生じる範囲が広がってしまう。

図１３は図１１の光学系を簡略化したもので、受光面６１に投影される２つのスポットｓ１、ｓ２間の距離ｘｎと被検体５０が持つ傾き角θについて説明するものである。被検体５０の第１測定面５１からの反射光は、コリメータレンズ５７を経て受光面６１の光軸上の位置ｐ１にスポットｓ１として集光する。また第２測定面５２からの反射光は、コリメータレンズ５７を経て受光面６１の軸外位置ｐ２にスポットｓ２として集光する。この集光した２つのスポットｓ１、ｓ２間の距離をｘｎとすると
ｘｎ＝ｆ×ｔａｎ２θ・・・・・（１）
ｆ＝コリメータレンズ５７の焦点距離
で求められるから、
ｔａｎ２θ＝（ｘｎ／ｆ）
θ＝ａｒｃｔａｎ（ｘｎ／ｆ）×（１／２）・・・・（２）
従がって距離ｘｎが得られれば被検体５０が持つ傾斜角θを計算によって求めることが出来る。しかし前記したように距離ｘｎがレーリーリミット以下のｘ１になって検出不能になれば傾斜角θの測定も不可能となる。

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角（平行度）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、微細な値のθを必要とする測定の場合致命的であった。
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。この特許文献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。
しかしこの特許文献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、それも微細な傾きを精度を維持したまま検出して測定できるようにした感度向上手段については何も触れられていない。
特開２００３−１４８９３９号公報

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に近いようなレーリーリミットｘ１以下の微細な場合であっても、感度を高めて検出し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。そのため本発明では、（ａ）受光部に投影されるレーリーリミットｘ１以下の２つの反射光スポットから、その傾き角を高精度に検出できるようにする。（ｂ）しかも比較的簡単な構成の全体光学系で上記（ａ）を達成できるようにする。そしてその結果として、（ｃ）被検体からの反射光スポットｓ１、ｓ２のサイズが同一径でなくとも、被検体からの反射光スポットの形状が円形でなくとも測定できるようにする。さらに、（ｄ）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反射面からの反射光口径やコリメータレンズの倍率（明るさ）など、測定時の各種条件（変動要素）に変動があったとしても対処できるようにする。（ｅ）測定し検出した傾き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。これらのことを可能にすることである。

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投光用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投光用コリメータレンズ経由で一次結像面に２つのスポットとして集光し、この両スポットを受光用レンズ経由で第１の受光部に結像することなく投影する光学系ユニットと、この光学系ユニットで第１の受光部に投影される両スポットの重なり部分に発生する等傾角の干渉縞を表示部に送って表示する制御ユニットとを備え、表示される干渉縞の本数から被検体測定面間の傾斜角を求めるようにしたオートコリメータにおいて、
前記光学系ユニットの光軸を調節するため、前記一次結像面に集光する２つのスポットを観察する機構を有していることを特徴とする。
そして、
前記レーザ光源からの光束はビームスプリッタ経由で前記投光用コリメータレンズに送られ、前記一次結像面に集光する２つのスポットを観察する機構は、前記ビームスプリッタと一次結像面間で光軸と直交する方向に移動自在として設置され、前記一次結像面に集光する２つのスポットを結像させる第２の受光部を有した観察ユニットであることを特徴とする。
また、
前記一次結像面に集光する２つのスポットを観察する機構は、前記受光用レンズを光軸に沿って移動自在とし、前記光学系ユニットの光軸調節時、一次結像面に集光する２つのスポットを前記第１の受光部に結像させられるようにした光学系ユニットであることを特徴とする。
さらに、
前記一次結像面に集光する２つのスポットを観察する機構は、前記受光用レンズと受光部間の光軸上に光軸と直交する方向に移動自在として第２レンズを設置し、該第２レンズが光軸位置に設置されたとき、前記一次結像面に集光する２つのスポットを前記第１の受光部に結像するようにした光学系ユニットであることを特徴とする。

本発明は、レーザ光源からの光束を投光用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投光用コリメータレンズ経由で一次結像面に２つのスポットとして集光し、この両スポットを受光用レンズ経由で第１の受光部に結像することなく投影する光学系ユニットと、この光学系ユニットで第１の受光部に投影される両スポットの重なり部分に発生する等傾角の干渉縞を表示部に送って表示する制御ユニットとを備え、表示される干渉縞の本数から被検体測定面間の傾斜角を求めるようにしたオートコリメータにおいて、前記光学系ユニットの光軸を調節するため、前記一次結像面に集光する２つのスポットを観察する機構を有していることを基本とする。
それによって、レーリーリミットｘ１以下のような微細な間隔の傾斜角であったとしても、干渉縞の本数に置き換えることでそれを検出し測定することができ、かつ、オートコリメータの精度も高めることができる。しかもその検出、測定は被検体からの２つの反射光スポットｓ１、ｓ２を一旦、一次結像面に集光し、そのスポットｓ１、ｓ２を受光用レンズ経由で第１の受光部に結像することなく投影するという簡単な構成の全体光学系で行うことが出来る。これによって検出感度の高い高精度のオートコリメータを得ることが出来る。また測定面傾斜角の測定結果は、干渉縞本数という指標によって数値化して捉えることができるから、評価作業を一定化し個人差を除去することが出来る。さらに干渉縞は被検体からの２つのスポット重なり部分に機械的に発生するから干渉縞の発生に特別な装置を必要としない。またスポットサイズや形状が異なっても同じように測定を進めることが出来る。これは被検体としての範疇を拡げることにもなる。
また使用する光源の波長（λ）やコリメータレンズの倍率など測定時の条件（変動要素）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θを求めることが出来る。さらに測定する傾斜角θの精度はオートコリメータが設置され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。

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。前半は全体光学系についての説明、後半はこの光学系を用いて傾斜角θを求める方法の説明という構成としてある。

図１は本発明によるオートコリメータの全体構成を示した説明用概略図である。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を経て投光用コリメータレンズ３に向かう。投光用コリメータレンズ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。この第１測定面５で反射した光束は往路を戻り、コリメータレンズ３とビームスプリッタ２を通過し、一次結像面６にスポットとして集光する。図ではこの集光するスポット位置を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。この第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で反射した光束ｂ１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を通過して一次結像面６にスポットとして集光する。図ではこの集光するスポットの位置をｐ２として示してある。以下、光源１からの光束ｂが投光用コリメータレンズ３経由で被検体４、７を照射し、その反射光を一次結像面６の位置ｐ１、ｐ２にスポットとして集光させる光学系を投光ユニット９という。また被検体４、７はその測定面５、８間の傾きを測定するため図１では示されていない測定台上に設置され、一対で１つの被検体が構成される。従がって本発明の目的はこの一対の被検体ごとに有する固有の傾き角を求めることである。

投光ユニット９で照射され一次結像面６に集光した２つのスポットは、受光用レンズ１０を経由してＣＣＤなどで構成される受光部１１に投影される。この投影は一方の被検体７の第２測定面８で反射して、２θの角度で一次結像面６の位置ｐ２に集光したスポットも、他方の被検体４の第１測定面５で反射して、一次結像面６の位置ｐ１に集光したスポットも、同じように受光用レンズ１０を経由して受光部１１に結像することなく投影される。この受光部１１に投影されるとき、受光用レンズ１０と投光用コリメータレンズ３の倍率によって後に述べるθＡの角度はθＢの角度に変更される。即ち、２つの被検体４、７からの反射光が一次結像面６にスポットとして集光するときの夫々の主光軸が交差する時の傾き角をθＡとし、受光用レンズ１０が一次結像面６の２つのスポットを受光部１１に投影するときの夫々の主光軸が交差するときの傾き角をθＢとすれば、θＡの角度は受光用レンズ１０によってθＢに変更される。
そのため一次結像面６上の位置ｐ１、ｐ２の２つのスポットが受光部１１上に投影されるとき、強制的にθＡがθＢに角度変更（θＡ≦θＢ）され、それによってスポット光同士の干渉が促進されて機械的に干渉縞が発生する。この発生した干渉縞を両スポットと共に受光部１１から制御ユニット１３内の表示部１４に伝えて表示し、表示された干渉縞の本数を観察すれば、後に述べるように被検体測定面間の傾き角（平行度）を測定することが出来る。制御ユニット１３内の制御部１５は装置全体を制御するもので、キーボードやマウスなどの入力部１６からの指令を受ける。また出力部１７と接続していてプリンタや各種の記憶媒体への記録が実施される。
以下、一次結像面６に集光した２つのスポットを受光用レンズ経由で受光部１１に投影する光学系を受光ユニット１２といい、投光ユニット９と受光ユニット１２を併せて光学系ユニット１８という。従がって受光ユニット１２は結像系である投光ユニット９の検出角度θＡをθＢに強制的に変更し、θＢ／θＡだけ感度を向上するよう機能することになる。

上記した強制干渉を実行することになるθＢは、
θＢ＝（ｆ１／ｆ２）×θＡ・・・・（３）
で求められる。ｆ１は投光用コリメータレンズ３が持つ一次結像面６までの焦点距離、ｆ２は受光用レンズ１０が持つ一次結像面６までの焦点距離である。従がって２つのレンズ３、１０の焦点距離の比ｆ１／ｆ２を選択れば、受光部１１上に投影されるスポット間の角度θＢを設定することが出来る。
こうしてθＢが求められればそこに発生する等傾角の干渉縞本数も決定されるから、設定された条件下での干渉縞本数を表示部１４で確認することが出来る。但し、θＡがθＢに接近するような場合、発生する干渉縞は解像が低下するので、その値を適宜選択する必要がある。こうして表示された干渉縞の本数を確認し計数すれば、例えば本数２までは合格品と判定し、それ以上の本数であればこの被検体４、７は不合格品として判定することが出来る。このような光学系ユニット１８を使用して被検体測定面５、８間の傾き角θを判定していく。

図２は一次結像面６に集光するスポットと受光部１１に投影されるスポットの関係を説明する図である。図の左欄は被検体４、７の傾き状態を示していて、中央欄は一次結像面６に被検体４、７からの反射光が投光ユニット９によってスポットとして集光した状態を示している。また右欄は受光部１１に一次結像面６からのスポットが受光ユニット１２によって投影された状態を示している。図の第１横列１９は被検体４、７の反射面５、８間の傾き（平行度）が「θ＝０」のときの状態を示している。この第１横列１９のときは傾き角０であるから、一次結像面６の欄に示したように集光する２つのスポットｓ１、ｓ２は互いに重なりあって一致した状態で図１の位置ｐ１に集光する。第１測定面５からの反射光が投光ユニット９で一次結像面６に集光するスポットをｓ１、第２測定面８からの反射光が一次結像面６に集光するスポットをｓ２とすれば、両スポットｓ１、ｓ２は上記のように一次結像面６の同一位置ｐ１に集光する。そしてこの集光したスポットｓ１、ｓ２は受光ユニット１２によって前記位置ｐ１と同一光軸上の延長線上である受光部１１の同一位置にスポットｓ１ａ、ｓ２ａとして投影される。従がって受光部１１上に投影された２つのスポットｓ１ａ、ｓ２ａの中心点間距離をｘとすれば、「ｘ＝０」として投影された場合、反射面５、８間の傾き角θは「θ＝０」と判定される。

図２の第２横列２０は被検体４、７の測定面５、８間の傾きが「θ＝１」のときを示している。被検体４、７がこの状態にあると、投光ユニット９は結像系であるから一次結像面６の２つの位置ｐ１、ｐ２にスポットｓ１、ｓ２を集光する。しかし集光するスポットｓ１、ｓ２の径は小さく、集光する位置ｐ１、ｐ２間も接近しているため一次結像面６上で２つのスポットｓ１、ｓ２を区別して識別することは出来ず、発生しているであろう干渉縞も確認することが出来ない。受光ユニット１２はこの一次結像面６の点状の２つのスポットｓ１、ｓ２を倍率を変えて受光部１１に投影し、さらに２つの反射光スポットの主光軸が成す角θＡをθＢに変更する。それによってスポットｓ１、ｓ２はスポットｓ１ａ、ｓ２ａとして受光部１１に結像することなく投影される。しかし両スポットｓ１ａ、ｓ２ａ間の距離はレーリーリミット以下であるため、両スポットを区別して確認することは出来ない。図ではこのときの受光部１１上での両スポットｓ１ａ、ｓ２ａ間の距離を表すため、中心点間を「ｘ１１」として示してある。従がって何らかの方法によって受光部１１に「ｘ１１」として両スポットｓ１ａ、ｓ２ａが投影されたと判断されたときは、反射面５、８間の傾き角θは「θ＝１」となる。

第３横列２１は被検体反射面５、８間の傾きが「θ＝２」のときのもので、被検体４、７がこの状態にあるとスポットｓ１、ｓ２は傾き角「θ＝２」に相当するθＡで一次結像面６に集光する。そしてこのスポットｓ１、ｓ２は受光ユニット１２で倍率が変換され、さらにθＡがθＢに変更されて受光部１１にスポットｓａ１、ｓａ２として投影される。しかし投影された両スポットｓａ１、ｓａ２はまだレーリーリミット以下であるため、２つのスポットとして識別することは出来ない。図ではこのときの受光部１１上での両スポットｓ１ａ、ｓ２ａの中心点間を、「ｘ１２」として示してある（ｘ１１＜ｘ１２）。従がって以後、何らかの方法によって「ｘ＝１２」として投影されたと判断されれば、反射面５、８間の傾斜角θは「θ＝２」となる。

第４横列２２は傾き角「θ＝３」の時のもので、被検体４、７がこの状態にあると「θ＝３」に相当するθＡで一次結像面６にスポットｓ１、ｓ２が集光し、このスポットｓ１、ｓ２が受光ユニット１２で倍率変換され、さらにθＡがθＢに変更されてスポットｓ１ａ、ｓ２ａとして受光部１１に投影される。しかし投影された両スポットｓａ１、ｓａ２間は、まだレーリーリミット以下であるため２つのスポットとして識別することは出来ない。図ではこのときのスポットｓ１ａ、ｓ２ａの中心点間を、「ｘ１３」として示してある（ｘ１２＜ｘ１３）。従がって「ｘ１３」として投影されていると何らかの方法で判断されれば、反射面５、８間の傾斜角θは「θ＝３」となる。
第ｎ横列２３では傾き角「θ＝ｎ」の時のもので、「θ＝ｎ」に相当するθＡがθＢに変更され、倍率も変換されて受光部１１上にスポットｓ１ａ、ｓ２ａとして投影される。図ではこのときの両スポット間を「ｘ１ｎ」として示してある（ｘ１３＜ｘ１ｎ）。従がって「ｘ１ｎ」と何らかの方法で判断されれば、反射面５、８間の傾斜角θは「θ＝ｎ」と確認される。
上記のように２つの反射面５、８間の傾き「θ＝０」、「θ＝１」、「θ＝２」、・・・「θ＝ｎ」によって変化する一次結像面６上の位置ｐ１、ｐ２に集光するスポットｓ１、ｓ２は、前記（３）式によって決定される受光部１１上の位置にθＢの角度をもって投影される。そして投影された両スポット間の距離ｘ１を判断するため干渉縞を利用して発生した本数を「ｘ」の値とみなし、それによって被検体測定面５、８間の傾き角θを判定する。干渉縞の本数確認に際しては上記の説明のように受光部１１上のスポットｓ１ａ、ｓ２ａ間に発生した干渉縞を検出するか、受光部１１から伝えられた表示部１４の表示画面で行うことになる。

図３は上記したスポットと干渉縞を説明するもので、表示部１４の画面１４ａに表示される２つのスポットｓ１ａ、ｓ２ａと、等傾角の干渉縞を表している。一次結像面６の位置ｐ１、ｐ２に集光したスポットｓ１、ｓ２は、図２で説明したように受光ユニット１２によって受光部１１にその殆どを重なり合わせて投影される。このスポット重なり部分を図３Ａでは２４として示してある。重なり部分２４の大きさは前記のように被検体反射面５、８間の傾き角θや（３）式によって決められるが、図Ａでは重なり合う両スポットｓ１ａ、ｓ２ａの中心点をｐ３、ｐ４とし、両点間をｘ１として示してある。そしてこの重なり部分２４にはスポットｓ１、ｓ２による干渉が生じ、干渉縞２５が発生する。図２の説明ではこの干渉縞２５の発生について説明を省略してあるが、例えば図３Ｂのように被検体の傾き角θに応じた数の干渉縞（この例では２５ａ、２５ｂ、２５ｃの３本）がその重なり部分２４に発生する。干渉縞２５は光源１の波長λの１／２ごとに発生するから、重なり部分２４内に発生している干渉縞２５の本数を計数すれば、或いは隣接する干渉縞と干渉縞間の距離Ｌを測定すれば、図２で説明した被検体４、７の測定面５、８間の実際の傾き角θを求めることが出来る。

図３Ｃはスポットｓ２ａの変形例を示した説明図である。図１、２では被検体４、７をほぼ同じ大きさとしてある。そのため投光用コリメータレンズ３からの光束で測定面５、８が照射されると、両測定面５、８からの反射光はそのサイズがほぼ同じとなる。即ち、図１に示したコリメータレンズ３から測定面５、８に向かう光束の直径をφとすれば、測定面５、８からの反射光直径もφとなる。従がって図３Ａ、Ｂのように受光部１１に投影されるスポットｓ１ａ、ｓ２ａのサイズは夫々ほぼ同じとなる。これに対し図３Ｃの例では一方の被検体、例えば７のサイズが他方の被検体４より小さく、しかも照射光束の直径φよりも小さく、形状も四角状となっている場合である。このような場合、被検体４からの反射光スポットｓ１ａは前述と同じようなサイスで受光部１１に投影されるが、被検体７からの反射光スポットｓ２ａは四角状となり、しかも被検体４からのスポットｓ１ａ内部に全てが重なった状態で受光部１１に投影される。このような図３Ｃの場合でもその重なり部分２４に干渉縞２５が発生するから（この例では２５ａと２５ｂの２本）、それを計数することで図３Ｂの場合と同様に扱うことが出来る。従がって被検体４、７の夫々は形状や大きさの制限から解放されることになり、被検体４、７からの反射光口径や形状に幅をもたせることが出来る。それによって測定する対象物である被検体の範疇を拡げることが出来る。

以上のように本発明ではレーザ光源１からの光束ｂを投光用コリメータレンズ３経由で被検体４、７に向かわせ、その第１測定面５と第２測定面８からの反射光を前記投光用コリメータレンズ３経由で一旦、一次結像面６に２つのスポットｓ１、ｓ２として集光する。そしてこの両スポットを受光用レンズ１０経由で受光部１１に投影するという光学系ユニット１８を構成する。このような光学系ユニット１８で受光部１１に投影されたスポットｓ１ａ、ｓ２ａを制御ユニット１３によって表示部１４に送って表示し、その重なり部分２４に発生する等傾角の干渉縞２５を確認する。そしてその本数、或いは干渉縞間の距離Ｌから被検体測定面間の傾斜角θを求めるようにしたことを特徴としている。

次に図４、５、６を用いて光学系ユニット１８の応用例について説明する。図４は観察ユニット２６を投光ユニット９に付加した時の説明図である。この観察ユニット２６は投光ユニット９や光学系ユニット１８全体のアライメントを調整するために設置するもので、基本的には一次結像面６上に集光する２つのスポットｓ１、ｓ２を観察できるようにしたものである。図においてビームスプリッタ２と一次結像面６間には観察ユニット２６用のミラー２７が光軸３１上に位置するよう設置される。投光ユニット９によって照射された被検体４、７からの反射光は、コリメータレンズ３、ビームスプリッタ２を経てこの観察ユニット用ミラー２７で反射され、レンズ２８によって受光部２９に結像する。受光部２９は光学的なスクリーンやＣＣＤなどで構成され、結像したスポットを確認する。ミラー２７、レンズ２８、受光部２９は一体に構成され、観察ユニット２６となる。そしてこの観察ユニット２６は全体が光軸３１に対して直交する方向に移動自在に設置され、必要時に光軸３１上に位置するよう用意される。

図４Ｂは受光部２９を正面から見たもので、２つの反射光スポットｓ１、ｓ２が集光している。スポットｓ１は受光部２９上に設けた参照用の十字線３０交点に位置し、或いは受光部２４からの信号を受けた図示してない表示部の十字線３０交点に位置し、他方のスポットｓ２は十字線３０からはなれた位置に集光している。スポットｓ１が集光する十字線３０の交点位置は、図１で示した一次結像面６の光軸３１上の位置ｐ１に相当し、スポットｓ２の位置は図１の位置ｐ２に相当している。従がって図４Ａに示した光軸３１に対する被検体４、７や投光用コリメータレンズ３の位置を調整することで、図４Ｂに示した２つのスポットの位置ｐ１、ｐ２を確定することが出来る。それによって光源１から一次結像面６の光軸３１上の位置ｐ１と、受光部１１の投影位置を結ぶ光軸３１上の光路も確定する。この光軸３１が確定すれば光学系ユニット１８全体が調整された状態となる。この状態が確保されたら観察ユニット２６を移動してミラー２７を光軸３１位置から除外する。つまり低倍率で構成した投光ユニット９を用いてスポットｓ１、ｓ２の位置を調整し、位置が確定したら光軸３１に対し移動自在に設置した観察ユニット２６を光軸外位置に移動して被検体４、７からの反射光スポットを高倍率で構成した受光ユニット１２に向かわせる。そして干渉縞の発生を促進し、発生した干渉縞の計数を容易にする。また観察ユニット２６の設置位置は投光ユニット９のコリメータレンズ３と一次結像面６間だけでなく、それと同等の位置、投光用コリメータレンズ３と受光用レンズ１０間であれば設置することが出来る。

図５、図６は受光ユニット１２の変形例を示したもので、図５は受光レンズ１０を光軸３１方向に移動出来るようにしたものである。図５Ａにおいて受光ユニット１２内の受光用レンズ１０は点線で示したレンズ位置１０ａから実線で示したレンズ位置１０ｂまで光軸３１に添って移動自在に用意される。図５Ｂは一次結像面６に集光したスポットｓ１、ｓ２を示していて、スポットｓ１は光軸３１上に位置している。図５Ｃはスポットｓ１、ｓ２が受光部１１に投影され結像したスポットｓ１ｂ、ｓ２ｂを示していて、スポットｓ１ｂは光軸３１上に位置している。この図５Ｃに示した受光部１１の結像状態を表示部１４で確認しながら受光用レンズ１０を光軸３１上で位置１０ａから１０ｂ間で移動してその位置を調整する。そして表示される２つのスポットｓ１ｂ、ｓ２ｂを確認すれば、受光ユニット１２は干渉縞確認用の投影系とスポットｓ１ｂ、ｓ２ｂ確認用の結像系として切り替えて使用することが出来る。それによって光学系ユニット１８全体の再調整や光軸３１に対する被検体４、７の設置状態などを再確認することが出来る

図６は受光ユニット１２内に受光用レンズ１０とは別にもう１つの第２レンズ４２を光軸３１と直交する方向に移動自在として設置したもので、この第２レンズ４２で一次結像面６のスポットｓ１、ｓ２を受光部１１に結像し、その像ｓ１ｃ、ｓ２ｃを表示部１４で確認できるようにしたものである。図６Ａにおいて第２レンズ４２は、受光用レンズ１０と受光部１１間で、実線で示した第２レンズ４２の位置４２ａから点線で示したレンズ位置４２ｂまで光軸３１と直交する方向に移動自在に用意される。図６Ｂは一次結像面６に集光したスポットｓ１、ｓ２を示していて、スポットｓ１は光軸３１上に位置している。
第２レンズ４２が実線のレンズ位置４２ａにあれば受光用レンズ１０と第２レンズ４２によって、一次結像面６のスポットｓ１、ｓ２から図６Ｃのようにスポットｓ１ｃ、ｓ２ｃとして受光部１１に結像する。このようにすることで図５の例と同様に２つのスポットｓ１ｃ、ｓ２ｃの確認を表示部１４で行うことが出来る。そして本発明では図４で説明した観察ユニット２６を設置する場合も、図５で説明した受光レンズ１０を光軸３１方向に移動させる場合も、図６で説明した第２レンズ４２を光軸３１と直交する方向に移動させる場合も含めて光学ユニット１８という。

次に以上説明してきた光学系ユニット１８を用いて干渉縞本数から被検体測定面５、８間の傾き角θを求める第１の方法について説明する。図７は図１の光学系ユニット１８に基準体４ａ、７ａを被検体４、７に代わって設置したときの説明図で、レーザ光源１からの光束は投光ユニット９を経て基準体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３２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用意され、夫々枠３３、３４に収容される。基準体４ａ、７ａの第１測定面５ａと第２測定面８ａで反射した口径φの平行な光束は、前述のようにして一次結像面６にスポットｓ１、ｓ２として集光する。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図２の第１列１９でも説明したように、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ｐ１に集光する。基準体４ａの収容枠３３には例えばマイクロメータと同様な構造の駆動部３５が取り付けられ、これを操作して回転すると基準体４ａの駆動部３５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間の傾き角θを変化させる。逆にこの駆動部３５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ｐ１に集光するよう調整できる。従がって駆動部３５を複数設置することは有効である。
こうして２つの反射面５ａ、８ａが平行になるよう調整された基準体４ａ、７ａを原器として使用するが、これは測定台３２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。一次結像面６に集光したスポットｓ１、ｓ２は、受光ユニット１２によって受光部１１に結像することなく投影され、制御部１５を介して表示部１４にスポットｓ１ａ、ｓ２ａとして表示される。

上記のようにして傾きを調整した基準体４ａ、７ａを用いて傾斜角θを求め、その結果を記録するようにしたものが換算表３７である。この換算表３７について図８を用いて説明する。この図８は基準体４ａ、７ａ、表示画面１４ａ、換算表３７の関係を示していて、図の左欄は図２の被検体４、７の欄と同じように２つの基準体４ａ、７ａの傾き状態を正面図として示している。例えば第１横列３６では測定面５ａ、８ａ間の傾き角は「θ＝０」となっていて、この「θ＝０」を表わすため駆動部３５に付属しているメータ３５ａ（図７）を０にリセットする。そしてこの「θ＝０」のとき受光部１１に投影される２つのスポットｓ１ａ、ｓ２ａは、図８中央欄の表示画面１４ａのように全体が１つに重なって表示される。従がって両スポットｓ１ａ、ｓ２ａ間に干渉は生じず干渉縞２５は発生しない。このように「θ＝０」で、２つのスポットｓ１ａ、ｓ２ａ全体が重なって一致した状態で受光部１１に投影され、表示部１４に表示されたときは、この第１横列３６の右欄に示したように干渉縞発生本数「０」と、それに対応する傾斜角「θ＝０」を別途用意した換算表３７に記入する。つまり干渉縞２５が発生していないことを画面１４ａで確認したら、本数「０」と測定面５ａ、８ａ間の傾き「θ＝０」を換算表３７に記入する。これによって表示画面１４ａで本数「０」が確認されたときの測定面５ａ、８ａ間の傾き角は、以後換算表３７から「θ＝０」と判定される。

次に図７の駆動部３５を操作して回転し、メータ３５ａを見ながら第２測定面８ａに対する第１測定面５ａの傾き角θを拡げていく。すると第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は順次受光部１１上で投影位置を変え、図２第２横列２０のようにスポットｓ１ａ、ｓ２ａ間は「ｘ１１」となり、図８第２横列３８の表示画面１４ａの欄のように表示される。この画面１４ａによればスポットｓ１ａ、ｓ２ａを夫々区別して確認することは出来ないが、その重なり部分２４に例えば「１」本の干渉縞２５が発生していることを確認できる。この発生した干渉縞２５の本数を表示画面１４ａで確認し、本数「１」とそのときの傾斜角をメータ３５ａで確認し、この場合「θ＝１」を換算表３７に記入する。これで干渉縞３５が１本発生したと確認された場合の測定面５ａ、８ａ間の傾き角は、以後換算表３７から「θ＝１」と判定される。

次いで図７の駆動部３５を操作して回転し、メータ３５ａを見ながら第２測定面８ａに対する第１測定面５ａの傾き角θを拡げていく。すると第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１１上で順次投影位置を変え、図２第３横列２１のようにスポットｓ１ａ、ｓ２ａ間は「ｘ１２」となり、図８に示した第３列目３９の表示画面１４ａの欄のように表示される。この画面１４ａによればスポットｓ１ａ、ｓ２ａを夫々区別して確認することは出来ないが、その重なり部分２４に「２」本の干渉縞２５ａ、２５ｂが発生していることを確認できる。この発生した干渉縞２５の本数を表示画面１４ａで確認し、その本数「２」とそれに対応する傾斜角をメータ３５ａで確認し、この場合、本数「２」と「θ＝２」を換算表３７に記入する。これで干渉縞２５が２本発生したときの測定面５ａ、８ａ間の傾き角は、以後換算表３７から「θ＝２」であると判定される。
以下同じようにして測定面５ａ、８ａ間の傾き角θに応じた干渉縞２５の本数を表示画面１４ａで確認し、その結果を換算表３７に記入していく。

実際に被検体間４、７間の傾き角θを求めるときは、原器としての基準体４ａ、７ａを測定台３２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１１に向かわせれば、２つの反射面が持つ傾斜角に応じたスポットｓ１ａ、ｓ２ａが投影される。このスポットｓ１ａ、ｓ２ａによって干渉縞２５が発生すればその本数を表示画面１４ａで確認し、予め基準体４ａ７ａを用いた実験によって作成した換算表３７を見ながら該当する本数の欄を検索し求める傾斜角θを得る。
このように２つの基準体４ａ、７ａ測定面が作る傾斜角「θ＝０」、「θ＝１」、「θ＝２」、・・・「θ＝ｎ」に応じた干渉縞本数等を予め実験によって算出し、それを記入した換算表３７を用意する。そして受光部１１に投影される実際の被検体４、７からのスポットｓ１ａ、ｓ２ａが作り出す干渉縞２５本数を確認すれば、被検体測定面間の傾斜角θを換算表３７から得ることが出来る。そして例えば図８の第３横列３９のように２本の干渉縞２５ａ、２５ｂが発生し、傾斜角が「θ＝２」と求められたときは、その被検体４、７は合格品とし、第４横列４０のように３本の干渉縞２５ａ、２５ｂ、２５ｃが発生して測定面間の傾斜角が「θ＝３」と求められたときは不合格品として判定することが出来る。そしてこの判定結果は受光部１１に投影されるスポット同士の大きさや干渉縞の形状などが被検体ごとに変化したとしても、基準となる換算表３７の値は基準体４ａ、７ａを用いて得たものであるから精度がばらつくようなことはない。

次に被検体測定面５間の傾き角θを求める第２の方法について説明する。この方法は図７の制御部１５内に示したメモリ４１を使用するもので、換算表３７に代わってその内容が記憶される。このメモリ４１としては一般的なハードディスクやメモリ基板などの他、ＵＳＢメモリやチップメモリなど外付けのものも各種採用することができる。
まず図８右欄の換算表３７をメモリ４１と読み替えるものとして、メモリ４１と表示画面１４ａの関係について説明する。図８の第１横列３６は、前記したように基準体４ａ、７ａからのスポットｓ１、ｓ２が受光部１１にスポットｓ１ａ、ｓ２ａとして投影され、それが１つに重なって表示画面１４ａに表示され状態を示している。このような状態で表示されると、スポットｓ１ａ、ｓ２ａの重なり部分２４に干渉縞２５は発生しないからそれを確認することが出来ない。表示画面１４ａでこの干渉縞未発生の状態「０」を確認したら、キーボードなどの入力部１６からメモリ４１の所定番地、例えば第１列目３６に傾斜角「θ＝０」と本数「０」を伝え記憶する。

次に図８の第２横列３８のように「θ＝１」の傾きを持った基準体４ａ、７ａが測定台３２に設置されると、表示画面１４ａに表示されたスポットｓ１ａ、ｓ２ａの重なり部分２４に干渉縞２５が１つ発生して表示される。この「１」を画面上で確認したらキーボード１６などからメモリ４１の所定番地、例えば第２列目３８に本数「１」とそれに対応する傾斜角「θ＝１」を記憶する。以下同じように基準体４ａ、７ａの傾斜角θに応じて干渉縞の本数を画面１４ａ上で確認し、その本数とそれに対応する傾斜角θをメモリ４１の所定の番地に記憶してメモリ４１を完成させる。そして基準体４ａ、７ａに代わって被検体４、７が測定台３２に設置されたときは、メモリ４１の内容を全て表示画面１４ａの一部に表示するなどしておき、被検体測定面５、８の傾き角に応じて発生した表示画面１４ａ上の干渉縞２５本数と、先に表示してあるメモリ４１内容と対比する。そしてメモリ４１の表示内容中から干渉縞の表示数に相当する番地の値を読み出せば、それが求める傾き角θとなる。
このように２つの基準体４ａ、７ａ測定面が作る傾斜角に応じた干渉縞の本数等を予め実験によって算出し、それを記憶したメモリ４１を用意することで、表示部１４に表示された被検体からのスポットｓ１ａ、ｓ２ａで発生した干渉縞２５本数と対比することができ、必要とする傾斜角θを求めることが出来る。

上記した第２の方法の応用例について説明する。この応用例は第２の方法で作成したメモリ４１を干渉縞本数で自動検索し、その結果を傾き角として表示画面に表示するようにしたものである。
まず図８の第１横列３６左欄のように設置された基準体４ａ、７ａに代わって被検体４、７を測定台３２上に設置する。そしてその測定面からのスポットｓ１、ｓ２をスポットｓ１ａ、ｓ２ａとして受光部１１に投影して表示部１４に表示する。このとき受光部１１か表示部１４に発生している干渉縞を制御部１５で検出する。第１横列３６では干渉縞が発生していないから、制御部１５は「０」を検出しメモリ４１のデータ群中を検索し、所定番地、この場合第１列目３６からその記憶内容である「θ＝０」を読み出して傾き角として画面１４ａに表示する。即ち、干渉縞本数「０」を制御部１５が検出したときは、メモリ４１の所定番地、この場合第１列３６から本数「０」と傾斜角「θ＝０」を読み出して画面１４ａに表示する。制御部１５が受光部１１や表示画面１４ａから干渉縞２５を検出する方法は既知の方法を採用出来るのでその説明は省略するが、傾斜角表示用の表示画面を別に設置するようにすることも出来る。

次に図８の第２横列３８のように傾斜角が「θ＝１」のときについて説明する。この例のような被検体４、７が基準体４ａ、７ａに代わって測定台３２上に設置されると、その測定面５、８からのスポットはスポットｓ１ａ、ｓ２ａとして受光部１１に投影され、表示部１４に表示される。そして重なり部分２４に発生した干渉縞を制御部１５が検出する。その結果「１」であれば、制御部１５はメモリ４１のデータ群から「１」に相当する所定の番地を検索し、この場合第２列目３８を検索して本数「１」と傾斜角「θ＝１」を読み出し画面１４ａに表示する。
以下同じようにして測定面５、８間の傾きに応じて発生する干渉縞の本数を制御部１５で検出し、その本数が例えば「２」であれば、図８の第３横列３９に相当するメモリ４１の番地を検索して「θ＝２」を読み出し、表示画面１４ａに表示する。また干渉縞の検出本数が「３」であれば、図８の第４横列４０に相当するメモリ４１の番地を検索して「θ＝３」を読み出し表示画面１４ａに表示する。
このようにこの応用例では、第２の方法で作成したメモリ４１を使用してその番地を発生した干渉縞本数で検索し、傾斜角θとして表示するようにしたことを特徴とする。

受光部１１や表示部１４に発生する干渉縞２５の本数は、前記（３）式や次に述べる（４）式などからも分かるように光源１の波長λ、投光用コリメータレンズ３と受光用レンズ１０の倍率（ｆ１／ｆ２）や明るさ、干渉縞間の距離Ｌなど各種の変動要素に応じて決定される。従がってこれら変動要素に応じて予め算出した干渉縞の本数と被検体傾斜角θの関係を記憶したメモリ４１や換算表３７を用意し、それを選択して使用すれば変動要素に応じた測定結果を得ることが出来る。

干渉縞２５と傾斜角θの関係を求める第３の方法を、実施例２として次説明する。この実施例によるものは換算表３７やメモリ４１を使用せず、傾き角θを計算によって求めるようにしたものである。まず図９を用いて傾斜角と干渉縞の関係について説明する。図９Ａは光学系ユニット１８中に設置した２つの基準体４ａ、７ａからのスポットｓ１ａ、ｓ２ａを表示部１４に表示した状態を示していて、この例ではスポット間の重なり部分２４に、３つの干渉縞２５ａ、２５ｂ、２５ｃが距離Ｌの間隔で発生している。図Ｂは図Ａの干渉縞２５を発生させた基準体４ａ、７ａの一部を正面から見たもので、測定面５ａ、８ａ間にはθｎの傾斜角がある。このような例でθｎを計算によって求めようとすると、
θｎ＝ａｒｃｔａｎ（λ／２）／Ｌ・・・・・（４）
となる。但しこの（４）式は干渉縞２５間の距離Ｌの値が充分に小さく、又は図１２Ｂのｘｎのようにスポットｓ１ａ、ｓ２ａが表示部１４で夫々区別出来るような場合の傾斜角θｎを求める場合に適用される。従がって図９Ａの干渉縞２５を正しく表記するなら、干渉は生じないのであるから図１２のようにスポットｓ１、ｓ２として表記される。
前記（４）式を実行するため、干渉縞２５ａ、２５ｂ間の距離を仮にＬ＝３０ｍｍとし、λを前記の例にならってλ＝０．６５μｍとすれば、
θｎ＝ａｒｃｔａｎ（０．６５／２）μｍ／３０ｍｍ
＝０．６２秒
となる。この０．６２秒が基準体４ａ、７ａ間に設けられた傾き角θｎとなるが、この場合、波長λが予め制御部１５に入力されていて、しかも前記のように制御部１５が検出する干渉縞間距離Ｌ（この例では３０ｍｍ）の値が充分に小さいときに限って０．６２秒が求められる。つまり前記のように測定面５ａ、８ａ間の傾き角θｎの値が小さく、受光部１１上での干渉によって干渉縞が発生し、しかもその干渉縞間の距離Ｌが大きいときには前記（４）式では求めるθｎを得ることは出来ない。そのためスポットｓ１ａ、ｓ２ａ間に発生した干渉縞を利用して計算を行い、測定面５ａ、８ａ間の傾き角θｎを求めることになる。これが第３の方法である。

図９Ｃは図９Ａの基準体４ａ、７ａに代えて被検体４、７を光学系ユニット１８中に設置し，そのスポットｓ１ａ、ｓ２ａを受光部１１に投影し表示部１４に表示したときの例を示している。図９Ａでは平面性の保証された基準体４ａ、７ａからのスポットｓ１ａ、ｓ２ａを表示しているため、一例として表示した干渉縞２５ａ、２５ｂ、２５ｃはみな同じ形状、姿勢となっていて、干渉縞２５間の距離Ｌも同じとなっている。
これに対し図９Ｃでは被検体４、７からのスポットｓ１、ｓ２による干渉縞２５であるため、発生する干渉縞２５ｄ、２５ｅ、２５ｆは、その形状、姿勢が変化するだけでなく、干渉縞２５間の距離Ｌも変化してしまう。これは被検体の第１測定面５と第２測定面８に平面性の保証がないためで、図の例では干渉縞２５ｄは緩やかな曲線を持って発生し、干渉縞２５ｅは「く」の字状に湾曲して発生し、干渉縞２５ｆは干渉縞２５ｅとは異なる湾曲で発生した例となっている。そのためこの例のような干渉縞２５が発生した場合、干渉縞間の距離Ｌを測定するには図の仮想線、例えばｇ１、ｇ２、ｇ３が干渉縞２５ｄ、２５ｅ、２５ｆと夫々接する位置を測定位置として測定し、例えば仮想線ｇ１と干渉縞２５ｄ、２５ｅ、仮想線ｇ２と干渉縞２５ｄ、２５ｅ、仮想線ｇ３と干渉縞２５ｄ、２５の位置で測定した距離Ｌを平均化するなどして測定面５、８間の傾斜角θを求めるなどの対策が必要となる。このような対策を採れば被検体４、７を設置したときでも図９Ａと同等の精度で測定を実施することが出来る。
但し、図９Ｃのような場合でも発生する干渉縞の本数には大きな変動は生じないであろうから、計算結果に大きな影響が出ることはない。逆に図９Ｃのような干渉縞の発生した状態から、被検体測定面が持つ微妙な歪みや平面精度を知ることが出来る。またこの図９Ｃのような現象は図８で基準体４ａ、７ａに代わって被検体を設置した場合にも起こりえるので、複数個所での測定結果を平均化するなどの対策は測定作業を進める時に有効である。

図１０は上記した第３の方法を説明するための光学系ユニット１８である。図１０Ａは図１の光学系ユニット１８を単純化して示したもの、図１０ＢはθＢを説明するもので、受光部１１の受光面部分を拡大して示している。図１０Ｃは図１０Ｂの受光面を拡大した図で、投影される干渉縞２５を説明するものである。まず入力部１６から以下のようなデータを予め制御部１５に入力する。投光用コリメータレンズ３の焦点距離ｆ１（例えば２４００ｍｍ）、受光用レンズ１０の焦点距離ｆ２（例えば２０ｍｍ）、被検体４から投光用コリメータレンズ３に向かう反射光束の径φ（例えば２ｍｍ）、光源１の波長λ（例えば赤色の０．６５μｍ）、それに被検体４から投光用コリメータレンズ３に向かう光束の光軸３１と被検体７から投光用コリメータレンズ３に向かう光束の光軸が成す角θＡが分かっているものとしてそのθＡ（例えば１０"）。このようなデータが入力されると、まず受光部１１の光軸３１上の位置ｐ３に向かう受光用レンズ１０からの投影光束光軸と、受光用レンズ１０から光軸３１外位置に向かう投影光束の光軸が成す角θＢを求める。θＢは前記したように（３）式によって求められるから、
θＢ＝（ｆ１／ｆ２）×θＡ
＝（２４００ｍｍ／２０ｍｍ）×１０"
＝１２００"
となる。

図１０Ｂで上記のθＢについてさらに説明する。このθＢは受光用レンズ１０から受光部１１に向かう２つのスポットｓ１ａ、ｓ２ａによる投影光束の光軸同士が成す角であり、この場合前記のようにθＢ＝１２００"である。図１０ＢではこのθＢを形成する２つの光束を表すため２つの受光面１１ａ、１１ｂを示してある。一方の受光面１１ａはスポットｓ１ａの光軸３１に対して垂直な面に形成され、他方の受光面１１ｂはθＢで投影されるスポットｓ２ａの光軸に対して垂直な面に形成される。この両受光面１１ａ、１１ｂ間の角度差θＢによって干渉縞２５が発生するが、θＢによる受光面間の位相角をΔとすれば、このΔと（波長λ／２）の比を求めれば干渉縞の発生本数Ｎとなる。
Δと（λ／２）の比を求めるためにまず受光部１１に投影されるスポットｓ１ａ、ｓ２ａの大きさを求める。両スポットｓ１ａ、ｓ２ａの大きさはほぼ同じとみなせるから、
ｓ１ａ（ｓ２ａ）＝１．２２（定数）×Ｆ×λ
＝１．２２×（ｆ１／φ）×０．６５μｍ
＝１．２２×（２４００ｍｍ／２ｍｍ）×０．６５μｍ
＝０．９５ｍｍ
となる。次にΔを求めると
Δ＝０．９５ｍｍ×ｔａｎ１２００"
＝５．５μｍ
となる。干渉縞の本数Ｎは
Ｎ＝５．５μｍ／（λ／２）
＝５．５μｍ／０．３２５μｍ
＝１７本
となる。
上記のように被検体４、７から一次結像面６に向かう２つのスポットｓ１、ｓ２の光軸が成す角θＡが１０"で、受光部１１に向かう２つのスポットの光軸同士が成す角θＢが１２００"のとき、１７本の等傾角干渉縞２５が発生する。従がってθＡが１０"のとき被検体４、７間の傾きθはその１／２であるから、Δθを求めると
Δθ＝１０"／２
となる。この状態を図Ｃに示したが、（λ／２）＝０．３２５μｍ毎に発生した１７本の干渉縞を便宜的に４つの干渉縞２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄとして示してある。

以上のような計算はθＡが１０"と予め指定できた時であったから、Δθを求めるには
Δθ＝ａｒｃｔａｎ｛（表示された干渉縞の本数×（λ／２））／スポットｓ１ａのサイズ｝×（ｆ２／ｆ１）×３６００ａｒｃｓｅｃ÷２
＝ａｒｃｔａｎ｛（１７本×０．３２５μｍ）／０．９５ｍｍ｝
×（２０ｍｍ／２４００ｍｍ）×３６００ａｒｃｓｅｃ÷２
＝５秒
このような計算を制御部１５で行わせ、その結果を表示部１４に表示するようにすれば、発生した干渉縞の本数に相当する被検体４、７間の傾斜角θを求めることが出来る。

以上、本発明のオートコリメータについて説明してきたが、実施例１では予め干渉縞の本数と被検体４、７間の傾斜角θの関係を実験によって算出し、それを換算表３７やメモリ４１などに記入若しくは記憶して、表示された干渉縞本数からその都度傾斜角θを読み出して求めるようにした。実施例２では受光部１１や表示部１４の干渉縞本数を検出し、その本数などから被検体４、７間の傾斜角θを計算して求めるようにした。そしてこのようにして傾斜角θを求める光学系ユニット１８は、図１、５、６などに示したようにいずれも受光部１１に投影されたスポットを制御ユニット１３に送って表示部１４で表示するような例となっている。しかし受光部１１をスクリーンとしてこのスクリーンに投影されたスポットを図示してない倍率変換光学系を介してカメラ（受光部）に向かわせ、その信号を制御ユニット１３の表示部１４に向かわせるようにすることも出来る。このようにすれば表示部１４に表示されるスポットや干渉縞の倍率を変換して確認することが出来る。
さらに図に示した光学系ユニット１８は基本的な要素だけを例示してあり、光学系ユニット１８中に通常設置される各種の部材、例えば投光用コリメータレンズ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。同様に図４、５、６で説明した観察ユニット２６や受光用レンズ１０、第２レンズ４７の移動手段、位置既定手段なども省略してあり、既存のものを使用することが出来る。また制御部１５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。

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。一次結像面と受光部のスポットを説明する図。表示画面に表示されるスポットと干渉縞の説明図。観察ユニットの説明図。受光ユニットの変形例を説明する図。図５とは別の受光ユニットの変形例を説明する図。図１の光学系ユニットに基準体を設置した時の説明図。表示画面と換算表を説明する図。実施例２を説明するための干渉縞と傾斜角の関係図。実施例２を説明するための光学系ユニットの図。従来オートコリメータの光学系を説明する図。受光面に投影されるスポットの説明図。被検体の傾き角を説明する図。

符号の説明

１・・・レーザ光源２・・・ビームスプリッタ３・・・投光用コリメータレンズ４・・・被検体５・・・第１測定面６・・・一次結像面７・・・被検体８・・・第２測定面９・・・投光ユニット１０・・・受光用レンズ１１・・・受光部１２・・・受光ユニット１３・・・制御ユニット１４・・・表示部１５・・・制御部１８・・・光学系ユニット２４・・・重なり部分２５・・・干渉縞２６・・・観察ユニット３１・・・光軸３５・・・駆動部３７・・・換算表４１・・・メモリ４２・・・第２レンズ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ｓ・・・スポット θ・・・傾斜角

Claims

レーザ光源からの光束を投光用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投光用コリメータレンズ経由で一次結像面に２つのスポットとして集光し、この両スポットを受光用レンズ経由で第１の受光部に結像することなく投影する光学系ユニットと、
この光学系ユニットで第１の受光部に投影される両スポットの重なり部分に発生する等傾角の干渉縞を表示部に送って表示する制御ユニットとを備え、
表示される干渉縞の本数から被検体測定面間の傾斜角を求めるようにしたオートコリメータにおいて、
前記光学系ユニットの光軸を調節するため、前記一次結像面に集光する２つのスポットを観察する機構を有していることを特徴とするオートコリメータ。
前記レーザ光源からの光束はビームスプリッタ経由で前記投光用コリメータレンズに送られ、前記一次結像面に集光する２つのスポットを観察する機構は、前記ビームスプリッタと一次結像面間で光軸と直交する方向に移動自在として設置され、前記一次結像面に集光する２つのスポットを結像させる第２の受光部を有した観察ユニットであることを特徴とする請求項１記載のオートコリメータ。
前記一次結像面に集光する２つのスポットを観察する機構は、前記受光用レンズを光軸に沿って移動自在とし、前記光学系ユニットの光軸調節時、一次結像面に集光する２つのスポットを前記第１の受光部に結像させられるようにした光学系ユニットであることを特徴とする請求項１記載のオートコリメータ。
前記一次結像面に集光する２つのスポットを観察する機構は、前記受光用レンズと受光部間の光軸上に光軸と直交する方向に移動自在として第２レンズを設置し、該第２レンズが光軸位置に設置されたとき、前記一次結像面に集光する２つのスポットを前記第１の受光部に結像するようにした光学系ユニットであることを特徴とする請求項１記載のオートコリメータ。