JPH06117928A - 光軸の直角アライメント方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光学系の光軸の直角アライメント方法に関
し，一台の光学測定器により光軸を正確に直角アライメ
ントできるようにすることを目的とする。 【構成】 第１の光学要素１の光軸と第２の光学要素２
の光軸を直角にアライメントする方法において，透過面
と反射面よりなる面Ａ５と透過面を有する面Ｂ６と面Ｂ
６を透過した光を面Ａ５の方向に反射する面Ｃ７を有す
る第３の光学要素３と，面Ａ５の法線方向および面Ｃ７
で反射して面Ａ５を透過する光線の方向を測定する光学
測定器４とを備え，第１の光学要素１の光軸と光学測定
器４の光軸を一致させた状態において，該光学測定器４
の光軸と面Ａ５の法線方向を一致させ，第２の光学要素
２を出て面Ｂ６を透過し，面Ｃ７で反射して面Ａ５を透
過した光線の方向と光学測定器４の光軸が一致するよう
に第２の光学要素２の向きを調整することにより両者の
光軸を直角にアライメントする構成を持つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】航空機もしくは人工衛星に搭載さ
れる光学測定器等において，光軸を直角にアライメント
される光学系の直角アライメント方法に関する。

【０００２】航空機，人工衛星に搭載して赤外線等の光
線の放射量を検出する測定器の光学系は高い精度が要求
されている。そのような光学系は複雑な構成をとり，光
源，反射鏡等の光軸の位置関係を正確に直角に設定する
ことを必要とすることが多い。

【０００３】本発明は，簡単な構成で正確に光学要素の
光軸を直角アライメントできる直角アライメント方法を
提供する。

【０００４】

【従来の技術】図６は従来の光軸の直角アライメント方
法を示す。図において，１００は第１の光学要素であ
り，反射鏡，レンズ等の光学要素よりなるものである。
１００’はレンズであって，第１の光学要素１００の例
である。１０１は第２の光学要素であり，反射鏡，レン
ズ等の光学要素よりなるものである。１０１’は凹面鏡
であって，第２の光学要素の例である。１０２はトラン
シットＡもしくはコリメータＡ（トランシット，コリメ
ータについては後述する）であって，第１の光学要素１
００の光軸の向きおよび立方体鏡１０４の面Ａ（１０
５）の法線の向きを測定するものである。１０３ははト
ランシットＢもしくはコリメータＢであって，第２の光
学要素１０１の光軸の向きおよび立方体鏡１０４の面Ｂ
（１０６）の法線の向きを測定するものである。１０４
は立方体鏡であって，面Ａ（１０５）と面Ｂ（１０６）
が正確に直角に形成されたものである。１０５は立方体
鏡の面Ａ，１０６は立方体鏡の面Ｂである。１０７は回
転架台である。

【０００５】図の構成により第１の光学要素１００（レ
ンズ１００’）と第２の光学要素１０１（凹面鏡１０
１’）を直角アライメントする方法を説明する。まづ，
トランシットＡ（１０２）の向きをレンズ１００’の方
向として，レンズ１００’の光軸とトランシットＡ（１
０２）の光軸を一致させる。次にトランシットＡ（１０
２）を１８０度回転させて，立方体鏡１０４の方に向
け，トランシットＡ（１０２）を覗きながら立方体鏡１
０４の面Ａ（１０５）の向きを変え，トランシットＡ
（１０２）の光軸と面Ａ（１０５）の法線の方向が平行
になるように立方体鏡１０４の向きを設定する。

【０００６】次に，上記のように設定された立方体鏡１
０４の向きを固定し，トランシットＢ（１０３）の向き
を変えながらトランシットＢ（１０３）を覗き，トラン
シットＢ（１０３）の光軸と立方体鏡１０４の面Ｂ（１
０６）の法線の向きが平行になるようにトランシットＢ
（１０３）の向きを設定する。そして，立方体鏡１０４
を取り除き，上記のように光軸を設定されたトランシッ
トＢ（１０３）で凹面鏡１０１’を覗き，凹面鏡１０
１’の向きを変えながら，トランシットＢ（１０３）と
凹面鏡１０１’の光軸が一致するように凹面鏡１０１’
の向きを設定する。

【０００７】以上のようにして，レンズ１００’（第１
の光学要素１００）の光軸と凹面鏡１０１’（第２の光
学要素１０１）の光軸が直角アライメントされる。図７
はコリメータの例を示す。

【０００８】図において，１１０はコリメータ，１１１
は被アライメント鏡，１１２は光軸である。コリメータ
１１０において，１１５はマーク照明用ランプ，１１６
はコンデンサレンズ，１１７はマーク板，１１８は接眼
レンズ，１１９は結像面，１２０は半透明鏡，１２１は
コリメートレンズである。

【０００９】図において，結像面１１９はコリメートレ
ンズ１２１の焦点位置にある。マーク板１１７には十字
線が刻まれていて，マーク板１１７と結像面１１９は半
透明鏡１２０に対して共軛点に位置している。接眼レン
ズ１１８には目盛が刻まれていて，像の中心からのズレ
を測定できるようになっている。接眼レンズ１１８によ
り，結像面１１９の被アライメント鏡１１１により反射
されたマーク板１１７の像を観測し，被アライメント鏡
１１１の像の中心からのズレが０になるように被アライ
メント鏡１１１の向きを調整する。ズレが０になった
時，光軸１１２と被アライメント鏡１１１の鏡の法線は
平行になる。

【００１０】図８はトランシットの例である。図におい
て，１３０はトランシット，１３１は被アライメント
鏡，１３２は光軸，１３３はマークの反射像である。

【００１１】トランシット１３０において，１４０はマ
ーク照明用ランプ，１４１はコンデンサレンズ，１４２
は半透明鏡，１４３は結像面，１４４は接眼レンズ，１
４５は対物レンズである。１４６はマークであって，複
数の同心円であり，対物レンズ１４５の表面中心部分に
設けられる。

【００１２】図において，結像面１４３は対物レンズ１
４５の焦点距離とマークの反射像１３３の位置（２Ｌ）
により決められる。接眼レンズ１４４には十字線が刻ま
れていて，マークの同心円の像の中心と十字線の像の中
心のズレにより光軸１３２と被アライメント鏡１３１の
法線のなす角度を測定できる（同心円の何番目が十字線
に接しているかで光軸１３２と被アライメント鏡１３１
の法線が平行になっている場合からのズレを測定でき
る。）同心円の中心が十字線の中心に一致するように被
アライメント鏡１３１の向きを調整し，一致した時光軸
１３２と被アライメント鏡１３１の法線が平行になる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】図９は，発明が解決し
ようとする課題の説明図である。図はトランシットの結
像面に結ばれる像を示す。

【００１４】図において，１５０は接眼レンズの十字線
である。１５１は誤差εの範囲を表す円であって，肉眼
で確認できる誤差の限界を表す。１５２はコリメータＡ
の反射像である（図８の説明においては同心円として説
明したマークの反射像）。１５３はトランシットＢの反
射像である（図８の説明においては同心円として説明し
たマークの反射像）。

【００１５】従来の直角アライメントではトランシット
ＡとトランシットＢの２台を別の時点で使用していた。
そのため，図示のようにトランシットＡ，トランシット
Ｂの反射像の位置はそれぞれ誤差εの範囲にあって許容
誤差の範囲内にあるが，それぞれが誤差εの円上にあっ
て，円の中心に対して対称位置に設定されたような場合
には，第１の光学要素の光軸と第２の光学要素の光軸に
よる誤差は２εとなる。そのため，従来の直角アライメ
ント方法は精度の悪い設定がなされることがあった。

【００１６】本発明は，１台のトランシットもしくはコ
リメータ等の光学測定器により，必ず精度良くアライメ
ントできる直角アライメント方法を提供することを目的
とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の基本構成
を示す。図において，１は第１の光学要素であって，反
射鏡，レンズ等である。２は第２の光学要素であって，
反射鏡，レンズ等である。３は第３の光学要素であっ
て，例えば直角プリズムよりなるものである。面Ａ(5)
は反射面と光の透過面を備えるものである。面Ｂは(6)
透過面よりなるものである（面Ａと同様に，反射面と透
過面により構成されていてもよい）。７は面Ｃであっ
て，裏面反射面である。４は光学測定器であって，第１
の光学要素１と第２の光学要素２の光軸のズレ，すなわ
ち第２の光学要素２から出た光が面Ｃ(7) で反射し，面
Ａ(5) を透過した光と第３の光学要素３の光軸のズレを
検出するものである。光学測定器４は，例えばコリメー
タ，トランシット等により構成されるものである。

【００１８】図の構成において，第３の光学要素３の面
Ｂ(6) から垂直に入射し，面Ｃ(7)で直角に反射した光
は面Ａから垂直に透過するものである。

【００１９】

【作用】第１図の基本構成により，第１の光学要素１と
第２の光学要素２の光軸の直角アライメント方法につい
て説明する。

【００２０】まず，光学測定器４を第１の光学要素１の
向きに向け，光学測定器４の光軸と第１の光学要素１の
光軸を一致させる。次に，光学測定器４を１８０度回転
させ第３の光学要素３の方にむける。そして，第３の光
学要素３の向きを調整し，面Ａ(5) の反射面を利用して
面Ａ(5) の法線の方向と光学測定器４の光軸の方向が平
行になるように第３の光学要素３の向きを設定する。そ
のようにして，第３の光学要素３の向きが設定された
ら，面Ａ（５）の透過面，面Ｃ(7) ，面Ｂ(6) の透過面
による光学系により第２の光学要素２を観測する。そし
て，第２の光学要素２の向きを調整し，第２の光学要素
２から出て面Ｂ(6) を透過し，面Ｃ(7) で反射し，面Ａ
(5) を透過する光線の光軸と光学測定器４の光軸が平行
になるように第２の光学要素２の向きを設定する。

【００２１】以上のようにして，第１の光学要素１の光
軸と第２の光学要素２の光軸が直角にアライメントされ
る。

【００２２】

【実施例】図２は，本発明の第３の光学要素の実施例で
ある。直角プリズムにより構成した場合を示す。

【００２３】(a)は斜視図である。図において，９は直
角プリズムであって，第３の光学要素の例である。１０
は反射面Ａ，１１は透過面Ａである。反射面Ａと透過面
Ａは同じ面を上下に分けて構成したものである。１２は
反射面Ｂ，１３は透過面Ｂである。反射面Ｂと透過面は
同じ面を上下に分けて構成したものである。１４は裏面
反射面（面Ｃ）である。透過面Ａに垂直に入射した光線
を垂直方向に反射し，透過面Ｂに垂直に透過するように
各面が構成されているものである。あるいはその逆に，
透過面Ｂに垂直に入射した光線を垂直方向に反射し，透
過面Ａに垂直に透過するように各面が構成されている。

【００２４】(b)は， (a)の斜視図の第３の光学要素を
三角法図で表したものである。図において， (a)と共通
の番号は共通部分を表す。図３は本発明の光軸の直角ア
ライメント方法の実施例を示す図である。

【００２５】(a)は装置構成例である。図において，２
０は第１の光学要素であって，図はレンズの場合を示
す。２１はレンズである。２２は第２の光学要素であっ
て，図は凹面鏡の場合を示す。２３は凹面鏡である。２
４はトランシット，２５は直角プリズムであって，第３
の光学要素である。２６は回転架台である。２７は面
Ａ，２８は面Ｂ，２９は裏面反射面である(b)は回転架
台の回転角度が０度の場合の状態を表し， (c)）は回転
架台の回転角度が９０度の場合の状態を表す。 (b)，
(c)において， (a)と共通な番号は共通部分を表す。２
７’は面Ａの反射面，２８’は面Ｂの反射面である。

【００２６】図の構成によりレンズ２１と凹面鏡２３を
直角にアライメントする方法を説明する。まず，トラン
シット２４をレンズ２１の方に向け，トランシット２４
とレンズ２１の光軸を一致させる。

【００２７】次に，直角プリズム２５の向きを状態１
（図 (b)の状態）とし，トランシット２４を１８０度回
転させて直角プリズム２５の方に向ける。そして，回転
架台２６の方向，傾きを調整してトランシット２４の光
軸と，直角プリズム２５の反射面Ａ(27') の法線方向が
平行になるようにする。

【００２８】次に，直角プリズム２５を９０度回転させ
た状態２（図 (c)の状態）とする。回転架台２６の方
向，傾きを調整し，上記の方法と同様に反射面Ｂ（２
８’）の法線がトランシット２４の光軸と一致するよう
にする。

【００２９】以上の処理を繰り返し回転架台２６の傾き
を調整しなくても方向を変えただけで状態１，２で光軸
が一致するようになった時，回転架台のアライメントが
完了する。そのようにして（ａ）の状態において直角プ
リズム２５の面Ａ(27)の法線方向がトランシット２４の
光軸と平行になるようにする。（面Ａ（２７）の法線と
トランシット２４の光軸が正しく平行になった時，裏面
反射面２９の法線とトランシットの光軸が４５度にな
る）。

【００３０】この状態において，直角プリズム２５の面
Ａ（２７）の透過面，裏面反射面２９，面Ｂ（２８）の
透過面による光学系により，トランシット２４で凹面鏡
２３を観測する。そして，凹面鏡２３の向きを調整し，
裏面反射面２９で反射し，面Ａ２７の透過面を透過した
凹面鏡２３の光線がトランシット２４の光軸に平行にな
るようにする（凹面鏡２３の像の中心がトランシット２
４の中心に位置するようにする）。そのように凹面鏡の
向きが設定された時，レンズ２１の光軸と凹面鏡２３の
光軸が直角にアライメントされる。

【００３１】図４は本発明のトランシットの結像面を示
す。図において，３５はトランシットの接眼レンズの十
字線である。３６は面Ａによるトランシットのマークの
反射像である。３７は第２の光学要素（図３の凹面鏡）
の像を収める範囲である。３８は誤差εの範囲の円を表
す。（第２の光学要素の像は誤差εの円（３８）内にあ
り，且つ，面Ａによる反射像（３６）から誤差εの円内
にある。これ以外の場合には，ズレていると認識できる
ためである。）本発明の直角アライメント方法によれ
ば，被直角プリズムの面Ａの反射像が誤差εの円上にあ
ったとしても，第２の光学要素（凹面鏡）の像は図示の
斜線の範囲３７に収まるので，第１の光学要素（図３の
レンズ）と第２の光学要素（凹面鏡）の光軸アライメン
トの誤差をεの範囲に収めることができる。これは，従
来の方式に比べて１／２に誤差を逓減できることにな
る。

【００３２】図５は本発明の第３の光学要素の実施例
(2) を示す。図は，断面が２等辺三角形の直角プリズム
により構成した場合を示す。各例において，反射面と透
過面の関係は入れ換えても良い。

【００３３】図において，５０は直角プリズム（第３の
光学要素）である。５１は面Ａ，５２は面Ｂである。
(a)は面Ａ，面Ｂともに反射面（６０，６１）が下側，
透過面（５８，５９）が上側にあるように反射面と透過
面を形成した場合である（本例は図２の第３の光学要素
の実施例(1) と同じである）。

【００３４】(b)は反射面が左側，透過面右側にあるよ
うに反射面と透過面を形成した場合である。(c)は対角
線により反射面と透過面を分けた場合である。

【００３５】(d)は透過面を円形に形成し，反射面と透
過面を分けた場合である。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば，光軸を互いに直角に配
置する必要のある光学要素の直角アライメントを一台の
光学測定器で精度良く行うことが可能になる。そのた
め，本発明によれば直角アライメント精度が高くなり，
高精度の光学系を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示す図である。

【図２】本発明の第３の光学要素の実施例(1) を示す図
である。

【図３】本発明の光軸の直角アライメント方法の実施例
を示す図である。

【図４】本発明のトランシットの結像面の例である。

【図５】本発明の第３の光学要素の実施例(2) を示す図
である。

【図６】従来の光軸の直角アライメント方法を示す図で
ある。

【図７】コリメータの例を示す図である。

【図８】トランシットの例を示す図である。

【図９】発明が解決しようとする課題の説明図である。

【符号の説明】

１ ：第１の光学要素 ２ ：第２の光学要素 ３ ：第３の光学要素 ４ ：光学測定器 ５ ：面Ａ（反射面と透過面） ６ ：面Ｂ（透過面もしくは透過面と反射面） ７ ：面Ｃ（裏面反射面）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の光学要素(1) の光軸と第２の光学
   要素(2) の光軸を直角にアライメントする方法におい
   て，光の透過面と外からの入射光に対する反射面よりな
   る面Ａ(5) と，光の透過面を有する面Ｂ(6) と，面Ｂ
   (6) を透過した光を面Ａ(5) の方向に反射する面Ｃ(7)
   を有する第３の光学要素(3) と，該面Ａ(5) の法線方向
   および該面Ｃ(7) で反射して該面Ａ(5) を透過する光線
   の方向を測定する光学測定器(4) とを備え，該第１の光
   学要素(1) の光軸と該光学測定器(4) の光軸を一致させ
   た状態において，該面Ａ(5) の反射面を利用して該光学
   測定器(4) の光軸と該面Ａ(5) の法線方向を一致させ，
   該面Ｂ(6) を透過し，該面Ｃ(7) で反射した第２の光学
   要素(2) の光線の該面Ａ(5) を透過する光線の方向と該
   測定器(4) の光軸が一致するように第２の光学要素(2)
   の向きを調整することにより第１の光学要素と第２の光
   学要素の光軸を直角にアライメントする光軸の直角アラ
   イメント方法。
2. 【請求項２】 請求項１において，第３の光学要素(3)
   は直角プリズムであり，該面Ａ(5) と該面Ｂ(6) は直角
   をなす面であり，該面Ｃ(7) は直角に対向する面であ
   り，該面Ａ(5) と該面Ｂ(6) のいづれも光の透過面と外
   からの入射光を反射する反射面よりなり，光学測定器
   (4) はコリメータもしくはトランシットであり，該面Ａ
   (5) の法線方向と該光学測定器(4) の光軸が一致するよ
   うに該直角プリズムが配置されていることを特徴とする
   光軸の直角アライメント方法。