JPH0216443B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は複数の整列ステーシヨンにおける並
進変位及び回転変位を測定するための電気光学的
測定装置に関するものである。特定すれば、ここ
に開示した装置は、複ステーシヨンの並進的及び
回転的な整列を、それら各ステーシヨンにおいて
監視基準線を確立しなくても測定できるように設
計されたものである。

近年、高確度な整列システムとして、一対の表
面の相対位置を測定するようにしたものが開発さ
れ、実施化されるようになつてきた。このような
システムは精密な光学素子と光電要素とに結合さ
れたレーザー技術を利用することにより基準座標
を確立するとともに、その座標からの逸脱を検出
するものである。たとえば1971年１月５日付で
Snyderに与えられた米国特許第3522859号は、
２つの反射面の平行又は不平行を検出する光学計
器を開示している。この光学計器においてはレー
ザービームは互いに隔たつた表面に支持された２
つのミラーに同時に直進するように２成分に分離
される。これら反射された各レーザービーム成分
は、ビーム収束器に返送される。これは２つのビ
ーム成分の相互の一致又は不一致がそれぞれ前記
第２の支持面が、平行な面内に位置しているか否
かを示すために行なわれる。又、1969年９月30日
付でLe Feberその他に与えられた米国特許第
3470377号には別の型の光学整列システムが開示
されている。Le Feber等はフオト検出器アレイ
を含むオートコリメータを採用することにより、
これらフオト検出器アレイに入射するための返送
ビームを形成するように配置された遠隔反射素子
のピツチ及び振れを検出するようにしたものであ
る。このLe Febre等のシステムはオートコリメ
ータの基準フレームに関する遠隔反射素子の直角
並進をも検出することができるものである。

Snyder及びLe Feber等において開示された
ようなシステムは、種々の状況に応じた利用形態
があるとしても、厚理的には１つの基準点と単一
の標的（シングルターゲツト）との間の相対位置
関係を検出することに限定される。単一の基準点
と多数の標的点又は標的ステーシヨンとの間の複
数の整列状態を測定しなければならない場合、こ
れにシングルターゲツト整列システムを用いる
と、複ターゲツト機構において、各標的ターゲツ
トステーシヨンにおける監視基準線を再確立する
ために長大な時間を消費することになる。その結
果、もし多標的整列（マルチターゲツト整列）を
妥当な効率及び信頼性によつて運用しようとすれ
ば、特別の光学設備を必要とすることになる。

1970年６月30日付でWeberに与えられた米国特
許第3518005号及び1973年３月27日付でStirland
その他に与えられた米国特許第3723013号はマル
チターゲツト整列に関する種々の問題を解決する
ための、２つの異なつた試みを開示している。
Weberにおいて開示された光学絞り監視計器は、
ミラー列と五角形プリズムとを採用し、これによ
つて複数の重なり合つた光の像を提供するもので
ある。これらの像は３つの光学装置の光軸間の平
行度を可視的に確認するためのものである。した
がつてボアサイト（照準合わせ）計器に関するマ
ルチターゲツトステーシヨンの回転変位を測定す
るための手段を基本的には使用するものである
が、Weberにおいては種々の光軸間の並進運動を
検出することが効果的に行なえない。他方、
Stirland等はレーザービームの光軸上に最適状態
で整列した中心絞りを有する中間ターゲツトフオ
ト検出器を複数個用いるものである。この装置は
前記の構成によりレーザー光軸に関するいずれか
のターゲツトの並進変位を測定するものである
が、このStirland等のシステムにおいては、ター
ゲツトの何らかの相対回転の検出についてはこれ
を回避している。したがつてこれらの従来技術は
単一の監視基準線に関する回転運動及び並進運動
の双方を複数のターゲツトステーシヨンの各々に
ついて測定できるようにしたマルチステーシヨン
整列を可能にするシステムを開示したものではな
い。

したがつて本発明の基本的な目的は、複数のタ
ーゲツトステーシヨンの整列状態が単一の基準ス
テーシヨンから測定され得るようにした装置を提
供することである。

本発明の別の目的は各個のターゲツトステーシ
ヨンにおいて、監視基準線を再確立することなく
単一の監視基準線に関する複ステーシヨンのター
ゲツト整列を計容する装置を提供することであ
る。

本発明のさらに別の目的は、各個のターゲツト
ステーシヨンにおける監視基準線を再確立するこ
となく、単一の監視基準線に関する複数のターゲ
ツトステーシヨンの回転変位及び並進変位を測定
するための装置を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、光源と一次ターゲ
ツトの光学整列との間に導かれる光線の光軸に沿
つて、二次ターゲツトの光学整列を配置し、この
二次ターゲツトの光学整列が同時に光線を透過さ
せ、及び反射することにより、光線の透過部が光
軸によつて先に確立された監視基準線を維持する
ようにした装置を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、光源と一次ターゲ
ツトの光学整列との間に導かれる光線の光軸に沿
つて二次ターゲツトの光学整列を配置することに
より、この二次ターゲツトの光学整列が光線を同
時に透過及び反射し、その結果、光線の透過部分
が光軸によつて先に確立された監視基準線を維持
するとともに、光線の反射部分が監視基準線に関
する二次ターゲツトの光学整列における並進変位
及び回転変位を測定するのに用いられるようにし
た装置を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、光源と一次ターゲ
ツトの光学整列との間に導かれる光線の光軸に沿
つて複数の二次ターゲツトの光学整列を複数の点
において配置し、この二次ターゲツトの光学整列
が光線を透過及び反射することにより光線の反射
された部分が光軸により先に確立された監視基準
線を維持するとともに、光線の反射部分が監視基
準線に関する各二次ターゲツトの光学整列の並進
変位及び回転変位を測定するために用いられるよ
うにした装置を提供することである。

本発明の上述した、及びその他の目的は自身の
長さ方向に関し、ある角度を以てビームスプリツ
タを配置したハウジングを含む二次ターゲツトの
光学整列を用いることによつて達成される。この
二次ターゲツトの光学整列はターゲツトステーシ
ヨンに支持され、そして光線はハウジングを通る
ハウジングの長さ方向の軸に一致した監視基準線
としての光軸に沿つて直進する。ビームスプリツ
タは光線を２部分に分離するものである。光線の
一部はビームスプリツタの表面から反射されてハ
ウジングの側部に向かい、光線の他の部分はビー
ムスプリツタを屈折して透過し、初期光軸に沿つ
て進行する。これにより先に確立された監視基準
線を維持することができる。ハウジングの側部に
は石英窓が配置され、これは光線の反射された部
分を遮る。そのため、この反射部分はさらに反射
された副部分と、屈折した副部分とに分割され
る。この光線の屈折した副部分は石英窓を通過し
てフオト検出器に入射し、ここで二次ターゲツト
の並進変位を指示する電流が発生する。したがつ
て監視基準線に関する二次ターゲツト及びターゲ
ツトステーシヨンの並進変位が指示される。光線
の反射された副部分はビームスプリツタに返送さ
れ、そこで前記の光源に向かつて再反射され、第
２のホト検出器に導かれる。この第２のホト検出
器は二次ターゲツト、したがつてそのターゲツト
ステーシヨンの回転変位を指示する第２の電流を
発生するものである。この回転変位もまた、前述
した監視基準線に関するものである。所望に応じ
て複数の二次ターゲツトの整列が複数のターゲツ
トステーシヨンにおいて採用され、これによりマ
ルチターゲツト整列を提供するものである。マル
チターゲツトステーシヨンが整列中のとき、二次
ターゲツトの整列の各々を通過する監視基準線
を、それぞれ屈折した複数の光線部分を介して確
立するために単一の光線が用いられる。各二次タ
ーゲツトの整列内には摺動自在な遮蔽用シヤツタ
ーが配置され、これにより二次ターゲツトの整列
内におけるすべての石英窓をそれぞれ覆うように
したものである。ただし、整列中の二次ターゲツ
ト及びターゲツトステーシヨンに関連する１つの
石英窓は覆われない。

第１図を参照すると、シングルターゲツト電気
光学整列素子システムの部分断面図が示されてい
る。このシングルターゲツト電気光学測定システ
ムの詳細な説明は、本発明と同一の出願人に譲渡
されたアメリカ合衆国CP特許願第17434号（1979
年３月５日付出願）において開示されている。こ
のシングルターゲツトシステムは、光学ヘツド機
構２を有し、この気構は光線４を、その整列状態
を試験されるべき目的物（図示せず）の部分に支
持されるようにした遠隔の反射ターゲツト６に向
つて投射するものである。光学ヘツド機構２はベ
ース手段としてのハウジング８を有する。ハウジ
ング８は固定基台（図示せず）上に支持された場
合にシステム基準を形成するものである。ハウジ
ング８は横たえられた固定基台に関するハウジン
グの位置決め調整を行なうための構造を有する。
ハウジングは又、装置が１カ所で連続使用される
ような設計の場合には基台上に永久支持されるこ
とができる。

ハウジング８は光線４を形成するための光源１
０を有する。この光源は市場で入手可能なフオト
検出器により検出し得る波長を生成するようにし
たレーザー型又は他の型の光源装置である。光源
１０によつて発生した光は、コリメートレンズ機
構１２を通過して比較的狭く、かつ好ましく平行
収束した光線４を形成する。この光線４はビーム
スプリツタ１４を通過してから開口１６を通つて
ハウジング８の外に出ていく。

前述した通り、反射ターゲツト６はテストされ
るべき整列体の表面に取り付けられる。これを可
能にするため、反射ターゲツト６は基準軸１８に
直角に配置されたフオト検出器２０を収容したハ
ウジング１８を有する。通常、ハウジング１８は
ハウジングの基準軸が光線４の光軸と整列するよ
うに配置される。ハウジング１８内にはさらに部
分的に銀メツキされたミラー２２が取り付けら
れ、これにより光線４を遮つてその光線４の第一
部分から返送ビーム２４を形成する。この部分銀
メツキミラー２２はハウジング１８の基準軸と正
確に直角配置されるため、返送光線２４の中心軸
は入射光線４の中心軸とある一定の角度を形成し
ている。すなわちその大きさ及び方向は、ハウジ
ング１８の基準軸における入射光線４の中心軸に
関する回転位置を指示するもものである。

部分銀メツキミラー２２は入射光線４の残りの
部分を透過させて、フオト検出器に入射させる。
後に詳述するところであるが、フオト検出器２０
はその表面上の中心点に関する、この検出器への
入射光線の横方向、すなわち並進方向の位置を測
定し得るものである。したがつて、検出器２０は
光学ヘツド機構２及び投射された光線４によつて
確立された基準位置関する反射ターゲツト６の並
進位置を指示する電気信号を生成するものであ
る。同時に反射ターゲツト６は返送光線２４の形
において光学信号を生成するものであり、この返
送光線は光学ヘツド機構２によつて形成されたシ
ステム基準に関する反射ターゲツトの回転位置を
指示するものである。望ましくない反射を制限す
るため、ハウジング１８内にはミラー２２の正面
に平板グラス２６が配置される。この平板グラス
はハウジング１８の中心軸に直角な平面に関して
鋭角をなしている。

ビームスプリツタ１４は返送光線２４を光線３
０で指示された通路に沿つてフオト検出器２８に
入射するように配置されている。光源の強度の変
動を補償し、かつ周囲からの光の干渉をフイルタ
除去するのを助けるために、基準フオト検出器３
２が用いられ、これによつてビームスプリツタ１
４によつて形成された基準光線３４を受け入れる
ようになつている。信号対雑音比による付加的な
改良は、光学チヨツパ３６を用いて光線４を所定
の周波数で作動させることにより達せられる。こ
の態様については後に詳述する。

第２図を参照すると、第１図に示された整列測
定システムのより特別な実用形態が図解されてい
る。鎖線で略示されたブロツク３８はエンジンで
ある。光学ヘツド機構２はエンジンブロツクと係
合するように配置された３個の位置決め用ストツ
パ４０に関して固定されており、これによりエン
ジンブロツクの基部が水平（Ｘ）面内に位置する
ようになつている。光学ヘツド機構２はさらに垂
直（Ｙ）面に関してエンジンブロツク３８を位置
決めするように配置された一対のストツパ４２に
関する固定位置において配置されている。エンジ
ンブロツク３８はコンベアに沿つて矢印４４に示
す方向に移動することができ、これによつてエン
ジンブロツク３８をストツパ４０及４２と係合さ
せることができる。正確に位置決めされると、光
線４の光軸はエンジンのクランク軸（図示せず）
のためにベアリング支持を提供すべくエンジンブ
ロツク内に機械加工された複数の開口４６の中心
軸と整列する。反射ターゲツト６は第２図に示す
ような開口４６のいずれか１つの中に位置するこ
とができる。前述した通り、反射ターゲツトは投
射された光線４の中心軸に直角な一対の軸に関し
ピツチ及び振れなどの、角度位置と関連する情報
を含む返送ビームの形において光学信号を提供す
るようになつている。ピツチ及び振れ情報すなわ
ち回転変位の情報は光学ヘツド機構２内のフオト
検出器２８によつて読み取られる。反射ターゲツ
ト６はさらにリード４８上に、光学ヘツド機構２
によつて形成された公称軸に関する反射ターゲツ
ト６の中心軸の横方向位置を指示する電気信号を
提供するものである。

第３図はエンジンブロツク３８内に形成された
開口４６に関するストツパ４０及び４２の位置を
示すものである。第３図において明らかな通り、
ストツパ４０は水平面（Ｘ）に関してエンジンを
位置決めできるように設計されており、ストツパ
４２は垂直面（Ｙ）に関してエンジンブロツク３
８を位置決めできるように設計されている。

第４図は、第１図ないし３図において、図示し
た型の電気光学整列システムにおける光学ヘツド
機構によつて確立された基準位置に関する反射タ
ーゲツトの回転位置及び並進位置のデジタル的な
読出しを提供するようにした回路を略示するもの
である。特に反射ターゲツト６内に取り付けられ
たフオト検出器２０は、この検出器の中心から等
距離離れており、又、その周辺において等角度配
置された４点に接続されたリード線５０，５２，
５４及び５６を有するソリツドステーシヨンフオ
ト検出器からなつている。このフオト検出器を形
成する物質は、ある波長域内にある光線に対して
露出するとき、その抵抗値を変化する特性を持つ
ている。したがつて各リード線間の相対的な抵抗
値は、２つの直交軸（Ｘ）及び（Ｙ）に沿つて測
定された検出器表面に入射する光線の中心におけ
る位置の測定値を示すものである。常套的なA/
Ｄ変換器６０の使用により、リード線５２〜５８
に受信されたアナログ信号をデジタル型に変換す
ることにより、これらの相対的な値は、マイクロ
コンピユータ６２によつて受信されるとともに、
通常型の読み出し専用メモリー（ROM）６４に
ストアされたプログラムに従つて処理されること
ができる。上述した通り、基準検出器３２は光学
ヘツド機構２内において採用され、A/D変換器
６８を介してライン６６上に信号を提供するもの
である。この信号は光源１０によつて生成された
光の強度の変化及び周囲光の効果を除去するため
にマイクロプロセツサによつて使用される。基準
フオト検出器３２からの出力は、選択的に電源又
は光源１０に接続された帰還ループにおいて、ア
ナログ型で使用されることにより、光源からの一
致した出力を維持するものである。光チヨツパ３
６はライン７０を介してマイクロプロセツサ６２
に接続され、これによりマイクロプロセツサがフ
オト検出器２０及びフオト検出器２８からの出力
を、光学チヨツパ３６によつて発生した投射光線
４の遮蔽と同期してサンプリングさせるための信
号を提供することができる。

光学ヘツド機構２内に取り付けられたフオト検
出器２８はフオト検出器２０と同一形式であり、
フオト検出器２８をA/D変換器８０に接続する
ための４本の分離したリード線７２，７４，７６
及び７８を含んでいる。A/D変換器８０はマイ
クロプロセツサ６２に接続されてフオト検出器２
８の表面の中心に関する返送光線部分３０の入射
点に関連する信号を提供するものである。第１図
に示した装置の幾何学的考察から明らかな通り、
検出器２８は投射光線４の中心軸に直交している
とともに、第１図の紙面内に横たわる第１の回転
軸に関する反射ターゲツト６の角度位置を示すこ
とができる。フオト検出器２８はまた、投射光線
４の中心軸に直交するとともに、第１図の断面に
直交する軸に関する反射ターゲツト６の角度回転
を指示する信号を提供するものである。このよう
な角度値は常套的に“振れ”（YAW）及び“ピ
ツチ”と称するものである。

マイクロプロセツサ６２はROM６４によつて
プログラムされ、検出器２０及び２８から受信さ
れた信号を処理するとともに、その処理信号をデ
ジタル信号としてデイスプレイドライバー８２に
送り出すものである。ドライバー８２はデジタル
デイスプレイ装置８４，８６，８８及び９０に接
続され、これにより反射ターゲツト６の回転変位
のピツチ及び振れと、（Ｘ）及び（Ｙ）方向の並
進変位をそれぞれ表示することができる。

第１〜４図に示した光学測定システムは、特に
何らかの製造品について行なわれる機械加工が受
入れ可能な製造公差内に維持されるように設計さ
れた種々の検査工程を実施する点で有利である。
第１〜４図の実施例は、当然ながら単一の反射又
は一次ターゲツトを採用してターゲツトステーシ
ヨンの並進変位及び回転変位を測定するものであ
る。製造品が第２図に示すような複数のターゲツ
トステーシヨン又は開口を有する場合には、各ス
テーシヨンは所望のステーシヨンにおいて単一の
反射又は一次ターゲツトを再位置決めするととも
に第４図の電気回路を再接続することによつて
個々にテストされ得る。さらに単一の反射又は一
次ターゲツトの一致した再位置決めは、場合によ
つては光学ヘツド機構からのレーザー光線により
形成された監視基準線の再確立を必要とする。こ
れらの問題は、第５〜８図に図解された本発明の
第２の実施例により克服される。この実施例によ
れば、マルチターゲツト配置における複数のター
ゲツトステーシヨンの連続した整列テストは、各
ターゲツトステーシヨンにおいて反射ターゲツト
素子を再位置決めすること、及び整列テスト中に
おいて監視基準線を再確立することを必要とせず
に達成することができる。

第５Ａ及び第５Ｂ図はそれぞれ本発明の二次タ
ーゲツトの電気光学整列（以下、二次整列ターゲ
ツトと称する）１００の断面及び端面を示す図で
ある。二次整列ターゲツト１００は第３図の開口
４６内に嵌合する十分な外径を有する金属又は衝
撃耐性の高いプラスチツク等の耐久性物質から形
成された中空円筒ハウジング１０２を含んでい
る。ハウジング１０２は、好ましい実施例におい
ては円筒形状であるが、他の形状であつても整列
させられるべきターゲツトステーシヨンの性質に
応じて同様に採用することができる。ビームスプ
リツタ１０４は二次整列ターゲツト１００内にそ
のハウジングの長さ方向の軸に関して、ある角度
を以て取り付けられ、かつリテイナー１０６によ
つてこのハウジング１０２に固定される。ビーム
スプリツタ１０４は入射光線の各部分を同時に透
過及び反射するように設計されている。この光線
の透過部分はビームスプリツタを完全に通過し
て、入射光線によつて先に確立された光路に沿つ
て進行する。このため、ビームスプリツタ１０４
はこれを通る光の道を支配する屈折特性を有する
薄膜状ビームスプリツタから形成することができ
る。このビームスプリツタの組成は反射光と屈折
光との間に何らかの所望の比率（すなわち65％反
射−35％屈折、50％反射−50％屈折、40％反射−
60％屈折、その他）を提供するように常套的に調
整される。ビームスプリツタ１０４とハウジング
１０２の長さ方向の軸との間の角度は、なるべく
なら45％にされるが、この二次整列ターゲツト要
素に適当な改変を加えて他の角度とすることもで
きる。リテイナー１０６はプラスチツク材料によ
り単片として成型され、ビームスプリツタ１０４
はこのリテイナー中に組み込まれることができ
る。逆にリテイナー１０６を２部分（図示せず）
より形成し、その各部がハウジング１０２の両側
に挿入されるようにして、その間でビームスプリ
ツタ１０４をクランプすることもできる。

リテイナー１０６中にはビームスプリツタ１０
４の下側において空洞１０８が形成され、その空
洞内にビームスプリツタ１０４から反射した光線
の部分を遮るための石英窓１１０が取り付けられ
る。この石英窓１１０は光学処理膜（図示せず）
を有する。この光学処理膜はその膜の厚さ、すな
わち量に応じて相反的に変化する態様において、
同時に入射光線を反射及び透過（屈折）するもの
である。石英窓１１０の直下において空洞１０８
内に取り付けられたホト検出器１１２は石英窓を
屈折透過した光線を受け入れる。フオト検出器１
１２は第１〜４図に示した光学的整列測定システ
ムにおいて採用された型の４象限フオト検出器で
ある。したがつて、このフオト検出器表面に入射
する光線の中心が、前記検出器表面の中心から変
位する量は、このフオト検出器の周辺における等
間隔、等角度の４面にそれぞれ接続された４本の
リード線間の相対的抵抗値を測定することにより
決定される。本発明の好しい実施例において、空
洞１０８及びビームスプリツターは、ターゲツト
ハウジング１０２の長さ方向の軸と一致した光軸
を有する光線がビームスプリツターの中心に衝突
し、かつ石英窓１１０の中央に向かうことを可能
にするように配置されている。フオト検出器１１
２は石英窓１１０に関しその窓の中心に衝突する
光線の反射部分が部分的にフオト検出器の中心に
入射するように、窓を部分的に透過屈折するよう
に位置決めされる。

リテイナー１０６内に形成された一対のグルー
ブ１１６に沿つて摺動可能な遮蔽用シヤツター１
１４は石英窓１１０を覆うために用いられ、石英
窓からビームスプリツター１０４に逆戻りする光
の反射、及び石英窓を通つてフオト検出器１１２
に向かう光の屈折の両方を阻止するものである。
石英窓１１０における光の反射及び屈折を阻止す
る必要性は後に詳述するが、マルチターゲツトの
整列テスト中において二次整列ターゲツト１００
を用いる結果として喚起されるものである。遮蔽
用シヤツター１１４はこれをグルーブ１１６に沿
つて摺動させるようにリツプ１１８に手で力を加
えることにより、石英窓１１０を覆うように駆動
される。しかしながら、所望に応じてこのシヤツ
ター１１４を操作するためにソレノイド型機構
（図示せず）のような電気的駆動手段を用いるこ
ともできる。更に遮蔽用シヤツター１１４を薄膜
LCD（図示せず）と置換することにより機械的な
駆動方式とすることができる。この場合薄膜
LCDは石英窓１１０を覆うものであり、遮蔽能
力を提供すべく電子的に制御される。

本発明によつて構成された二次ターゲツトの電
気光学的整列の使用について次に詳細に述べるこ
ととする。第６図に示した通りターゲツト１００
はターゲツトステーシヨン１２０に支持され、タ
ーゲツトハウジング１０２の長さ方向軸が光線１
２２の光軸により確立された監視基準線と公称的
に一致させられる。光線１２２はターゲツト１０
０に入射して点１２４においてビームスプリツタ
ー１０４の表面に衝突する。その結果、ビームス
プリツターは光線１２２を二部分に分割する。光
線の一方の部分１２６はビームスプリツターから
石英窓１１０及びフオト検出器１１２に向かつて
反射され、光線の他方の部分１２８はビームスプ
リツター１０４を屈折透過して初期光軸に沿つて
進行する。先に確立された監視基準線はねじれが
ないように維持される。遮蔽用シヤツター１１４
が石英窓１１０を覆うように駆動されなかつた場
合、光線の反射された部分１２６は石英窓に到達
し、更に前述した光学処理膜により反射副部分と
屈折副部分とに分離される。光線の屈折副部分
（図示せず）は石英窓１１０を通つてフオト検出
器１１２に入射する。これにより４本のフオト検
出器リード線間の相対的な抵抗値が発生する。上
述した通りターゲツトステーシヨン１２０の配置
が光線１２２の光軸及び対応する監視基準線をビ
ームスプリツター１０４の正確な中心点と交差さ
せるようになつているとき、光線の屈折した副部
分はフオト検出器１１２の中央に直接入射してフ
オト検出器リード線間の抵抗値平衡を生ずるもの
である。その結果リード線を流れる電流はX/Y
すなわち二次整列ターゲツト１００の並進変位、
したがつて監視基準線に関するターゲツトステー
シヨン１２０の並進変位を指示しない。他方、光
線１２２の光軸がビームスプリツター１０４にお
ける中心部以外の点に入射すると光線の屈折した
副部分はフオト検出器の中心点から離れた点にお
いてこの検出器１１２に入射する。フオト検出器
リード線間に生じた抵抗値及び電流の不平衡は二
次整列ターゲツト１００のX/Y並進変位すなわ
ち監視基準線に関するターゲツトステーシヨン１
２０のX/Y並進変位の大きさを指示するために
用いられる。

石英窓１１０から反射した光線の副部分１３０
はビームスプリツター１０４に返送され、ここで
光線１２２の光源に向かつて監視基準線に沿い逆
方向に進行する。第１図に示された光学ヘツド機
構内に取付けられたフオト検出器２８と同様な第
二の検出器が返送光線１３４を検出するために用
いられる。好しい実施例の幾何学的考察から明ら
かな通り、ターゲツトハウジング１０２の長さ方
向軸が光軸すなわち光線１２２により確立された
監視基準線と実際的に一致するとき、したがつて
二次整列ターゲツト１００及び基準ステーシヨン
１２０がその監視基準線に関して回転変位しない
場合には、光線１２２の反射部分１２６はハウジ
ング１０２の長さ方向軸に関して正確に90゜の角
度で配置されることになる。光線の反射部分１２
６は石英窓１１０において180反射されるため、
光線の反射副部分１３０もまたハウジング１０２
の長さ方向軸に関して90゜の角度となる。したが
つて反射副部分１３０は点１３２において再反射
されて返送光線１３４を構成する。この返送光線
１３４はハムジング１０２の長さ方向軸と、光線
１２２の光軸により確立された、それに一致する
監視基準線の両方に正確に平衡することになる。
返送光線１３４の検出はフオト検出器２８等の手
段により行われ、二次整列ターゲツト１００、し
たがつてターゲツトステーシヨン１２０が監視基
準線に関して回転変位しなかつたことを指示する
ものである。

Ｘ（ピツチ）又はＹ（振れ）軸のいずれかのまわ
りにおけるターゲツト１００及びターゲツトステ
ーシヨン１２０の回転が生ずる場合、これにより
確立された監視基準線、及び光線１２２の光軸は
ターゲツトハウジング１０２の長さ方向軸と一致
しなくなる。光線の反射部分１２６は前記90゜す
なわち反射部分１２６及びターゲツトハウジング
１０２の長さ方向軸との間の整列条件中における
直角な関係からはずれることになる。このずれは
石英窓１１０において生ずる反射を介して進行
し、再反射副部分１３０がビームスプリツター１
０４に入射するようになる。この入射角度は返送
光線１３４が光線１２２の光軸から、光軸に関す
るターゲツトハウジングの長さ方向軸における回
転変位の大きさ及び方向を指示する大きさに対応
する。このずれのフオト検出器による検出は二次
整列ターゲツト１００及びターゲツトステーシヨ
ン１２０の監視基準線に関する回転変位の測定を
可能にするものである。

本発明の第二の実施例に従つて電気光学的に構
成された二次整列ターゲツトによれば、第１〜４
図に示した光学的整列測定システムを用いたマル
チターゲツト整列を達成することが可能となる。
これは一次ターゲツトを再配置し、あるいは各タ
ーゲツトステーシヨンにおいて監視基準線を再確
立することなく行なうことができる。第７図をま
ず参照するが、ここでは第１〜４図の実施例にお
ける要素に対応する要素についてはそれらと同様
の基数が参照数字として用いられる。

エンジンクランクシヤフト（図示せず）のため
のベアリング支持を提供すべくエンジンブロツク
３８′内に機械加工された複数の開口４６′の整列
を測定するために、エンジンブロツク３８′はス
トツパ４０′，４２′と係合するようにして水平
（Ｘ）及び垂直（Ｙ）基準面に関し位置決めされ
るようになつている。図においては単に５個の開
口のみがエンジンブロツク３８内に示されてい
る。本発明の範囲から逸脱することなく、それ以
外の数の開口を整列させることもできる。光学ヘ
ツド機構２′は光線を水平（Ｘ）基準面に整列さ
せるように位置決め配置される。一次反射ターゲ
ツト６′は、第７図においてステーシヨンＤとし
て示すように開口４６′内に装備される。これは
光学ヘツド機構２から最も遠く位置している。一
次反射ターゲツト６′は第１図における従来技術
型の反射ターゲツト６と実質的に等しいものであ
るが、それは遮蔽用シヤツター（図示せず）を含
んでいる。このシヤツターは遮蔽用シヤツター１
１４と類似の態様で作用し、一次反射ターゲツト
６′において返送光線を形成すべく用いられる部
分銀メツキミラー（図示せず）を覆うものであ
る。複数の二次整列ターゲツト１００は光学ヘツ
ド機構２′及び一次反射ターゲツト６′を収容した
開口４６′の中間において開口４６′内にそれぞれ
装備される。これらの中間開口は第７図において
ステーシヨンＡ〜Ｃとして記載されている。

光学ヘツド機構２′における光源１０′は第１図
に関してすでに述べたような光線を発生すべく駆
動される。整列テストのための監視基準線は“突
入操作（bucking−in）”として知られた手順を
用いて確立される。光源１０′により発生した光
線はステーシヨンＡ〜Ｃにおいて装備された二次
ターゲツト１００を通るように導びかれ、これに
より光線の光軸が各ターゲツトハウジングの長さ
方向の軸と一致するようになつている。遮蔽用シ
ヤツター１１４は同時に駆動されて二次ターゲツ
ト１００の各々における石英窓を覆うようになつ
ており、したがつて石英窓が何らかの光を反射し
て二次整列ターゲツトにおいて返送光線を形成す
ることが回避される。その間光線は何らの障害を
受けることなく各二次ターゲツトのビームスプリ
ツタにおいて屈折される。ステーシヨンＣにおけ
る最終の二次ターゲツト１００を出る光線の屈折
部分は一次反射ターゲツト６′に到達し、X/Yフ
オト検出器２０′（第７図においては図示せず）
を付勢すると共に光学ヘツド機構２′におけるピ
ツチ／振れフオト検出器２８′（第７図において
は図示せず）を付勢する返送光線を形成するもの
である。Ｘ及びＹ基準面に関する光学ヘツド機構
２′の位置はフオト検出器２０′及び２８′からの
信号が次のような指示を与えるように調節され
る。その指示とは一次反射ターゲツト６′が光線
の光軸に関して回転又は並進変位していないこと
を意味する。一次反射ターゲツト６′における部
分銀メツキミラーはステーシヨンD′からの返送
光線が生じないように隠蔽される。ステーシヨン
Ａの二次ターゲツトにおける遮蔽用シヤツター１
１４はその後で駆動されることによりステーシヨ
ンＡの二次整列ターゲツトにおける石英窓を開放
し、反射副部分及び屈折副部分を生ずる。これら
の光線の副部分は光軸に関するステーシヨンＡの
回転変位及び並進変位に関する光学的情報を提供
するものである。ここで光学ヘツド機構２′の位
置は再調節される。この調節はステーシヨンＡの
Ｘ／Ｙフオト検出器及び光学ヘツド機構のピツ
チ／振れフオト検出器によつて発生した信号がス
テーシヨンＡに回転変位又は並進変位が生じてい
ないことを示すように行われる。この点におい
て、ステーシヨンＡの二次ターゲツトにおける石
英窓は再び遮蔽用シヤツター１１４に覆われ、一
次反射ターゲツト６′における部分銀メツキミラ
ーは再び開放されてステーシヨンＤの整列上にお
ける光学ヘツド機構の再調節の効果を測定するこ
とができる。この整列処理はステーシヨンＡ及び
Ｄの間で前後に繰返され、光学ヘツド機構２′の
位置に対する連続的な比較的小さい再調節が行わ
れる。この再調節は光学ヘツド機構がステーシヨ
ンＡ及びＤの両方に“突入”するまで行われる。
このときステーシヨンＡ及びＤにおけるX/Yフ
オト検出器及び光学ヘツド機構２′におけるピツ
チ／振れフオト検出器において生成された信号は
ステーシヨンＡ及びＤが互いに回転又は並進変位
していないことを示すものである。必要ならステ
ーシヨンＡの位置は何らかの接続的な相対回転又
は相対的な並進の変位を除去できるように、わず
かに再調節され得る。

ステーシヨンＡ及びＤの間の光学ヘツド機構
２′での“突入”は、ステーシヨンＡを通つてス
テーシヨンＤに至る光軸を監視基準線として確立
するものである。しかるのち、この監視基準線に
関する残りの中間ターゲツトステーシヨン（すな
わちステーシヨンＢ及びＣ）の各々の回転変位及
び並進変位はX/Yフオト検出器を隠蔽して返送
光線を遮断することにより監視される。これは所
望のターゲツトステーシヨンを除く全てのターゲ
ツトステーシヨンについて行われる。当然なが
ら、所望のターゲツトステーシヨンに装備された
二次整列ターゲツト中の石英窓はそのまま開放さ
れてその中に位置するX/Yフオト検出器に入射
する光線の反射部分からの光を許容すると共に石
英窓において反射した光からの返速光線を形成す
るものである。これにより光学ヘツド機構におけ
るピツチ／振れフオト検出器に戻る所望のターゲ
ツトステーシヨンの回転変位を含む情報が生成さ
れる。

第８図は第７図の整列測定システムと共に使用
するために改変された第４図の回路を示すもので
ある。第１〜４図の装置における同様な装置に対
応する要素については同一の基数を付するものと
する。すなわち４象限ピツチ／振れフオト検出器
２８′（これは光学ヘツド機構２′内に取付けられ
ている）は第８図における１３６で示した４本の
リード線を介してA/D変換器８０′に接続され
る。フオト検出器２８′は一次反射ターゲツト
６′又は二次整列ターゲツト１００の１つからの
返送光線がフオト検出器表面の中心部に関するフ
オト検出器２８′の表面に入射する点のアナログ
信号指示を提供するものである。返送光線の入射
点の指示は、“ピツチ”（Ｘ）及び“振れ”（Ｙ）
軸に関する監視基準線のまわりでの一次反射ター
ゲツト又は二次整列ターゲツトの角度変位の測定
を可能にするものである。Ｄ変換器８０′はフオ
ト検出器２８′から受取つたアナログ信号をデジ
タル信号に変換してこれをマイクロプロセツサー
６２′により処理するものである。

同様にX/Yフオト検出器２０′，１１２，１１
２，１１２はそれぞれ一次反射ターゲツト６′及
び二次整列ターゲツト１００内に位置している
が、これらは４本のリード線４８′，１３８，１
４０及び１４２を介してスイツチング手段１４４
からAD変換器６０′に接続される。スイツチン
グ手段１４４はAD変換器６０′に対するただ１
つのX/Yフオト検出器の１回の接続を許容する
ものである。スイツチング手段１４４の動作は一
次反射ターゲツト６′及び二次整列ターゲツト１
００における遮蔽用シヤツターの動作と同期しな
ければならない。これはAD変換器６０′に接続
されたX/Yフオト検出器が、そのときの光を受
入れるX/Yフオト検出器であることを確実にす
るためである。遮蔽用シヤツターが電気的に駆動
されると、スイツチング手段１４４はシヤツター
のための同期駆動信号を提供することができる。
AD変換器６０′は選択されたX/Yフオト検出器
からのアナログ信号をデジタル化し、マイクロプ
ロセツサー６２′はこのデジタル信号を処理して
Ｘ／Ｙフオト検出器の表面の中心部に関し、その
検出器表面に光線が入射する点すなわち監視基準
線に関するステーシヨンＡ，Ｂ，Ｃ又はＤの並進
変位を指示する出力を提供するものである。

第１〜４図に関してすでに述べた通り、光学ヘ
ツド機構２′において採用された基準フオト検出
器３２′はAD変換器６８′を介してライン６６′
に信号を供給する。この信号は光源１０′によつ
て発生した光の強度における変動と周囲光の効果
を除去するためにマイクロプロセツサーによつて
用いられる。光チヨツパー３６′はライン７０′を
介してマイクロプロセツサー６２′に接続され、
これによりマイクロプロセツサーを付勢する信号
を提供し、マイクロプロセツサーはX/Yフオト
検出器２０′，１１２，１１２，１１２からの出
力及びピツチ／振れフオト検出器２８′からの出
力を光チヨツパー３６′によつて生成された光軸
４′の遮蔽と同期してサンプリングするものであ
る。

マイクロプロセツサー６２′は通常型のROM
６４′にストアされたプログラムに従つて種々の
フオト検出器２０′，２８′，１１２，１１２，１
１２から受信された信号を処理するものである。
マイクロプロセツサーからのデジタル出力はデイ
スプレイドライバー８２′に供給される。デジタ
ルデイスプレイ装置８４′，８６′，８８′及び９
０′はデイスプレイドライバー８２′に接続され、
試験中のターゲツトステーシヨンの回転ピツチ及
び振れ変位、並びにＸ及びＹ並進変位をそれぞれ
表示されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はシングルターゲツトの電気機械的整列
測定システムの部分断面図、第２図は第１図のシ
ングルターゲツト型電気光学的整列測定システム
の部分断面図、第２図は第１図のシングルターゲ
ツト型電気光学的整列測定システムを用いてエン
ジンブロツクに形成された開口の整列をテストす
るための配列を示す斜視略図、第３図は第２図に
図解されたエンジンブロツクの端面図、第４図は
第１図のシングルターゲツト型電気光学的整列測
定システムと共に使用するための電気回路を示す
ブロツク線図、第５Ａ図は本発明の二次ターゲツ
トの電気光学的整列を示す端面図、第５Ｂ図は本
発明の二次ターゲツトの電気光学的整列を示す端
面図、第６図は１つのターゲツトステーシヨンに
おいて第５Ａ及び５Ｂ図の二次ターゲツトの電気
光学的整列に入射する種々の反射及び屈折光線を
示す斜視断面図、第７図は複数の二次ターゲツト
の電気光学的整列を用いてエンジンブロツクの複
数の開口の整列をテストする単一の監視基準線を
用いた構成を示す斜視略図、第８図は監視基準線
に関する回転変位及び並進変位の両方が第７図に
示した複数のターゲツトステーシヨンの各々に検
出されると共に表示されるようにした第７図の電
気光学的整列測定システムと共に用いるための電
気回路を示すブロツク線図である。 ６，６′……一次ターゲツト、２０，２０′……
フオト検出器、２８，２８′……フオト検出器、
３８……エンジンブロツク、４６……開口、６
８，６８′……AD変換器、１００……二次整列
ターゲツト、１０２……ハウジング、１０４……
ビームスプリツター、１１０……石英窓、１１２
……フオト検出器、１１４……シヤツター、１１
６……グルーブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 監視基準線に沿つて配置された少なくとも１
   つの中間ターゲツトステーシヨンを含む複数のタ
   ーゲツトステーシヨンの並進変位及び回転変位を
   光学的に測定するための装置であつて、 ａ 前記監視基準線に沿つて光線を発生及び進行
   させるための光線発生手段と、 ｂ 各中間ターゲツトステーシヨンに取り付けら
   れた手段であつて、前記監視基準線に沿つて進
   行する光線を受け入れ、前記光線の第１の部分
   を、前記監視基準線に沿つた連続通路において
   次のターゲツトステーシヨンに向かうように通
   過及び進行させるとともに、前記光線の第２の
   部分の方向を変えるための第１のビームスプリ
   ツト手段と、 ｃ 前記複数のターゲツトステーシヨンの各々に
   取り付けられた手段であつて、当該ターゲツト
   ステーシヨンに到達した光のうち次のターゲツ
   トステーシヨンに向かわない部分を受け入れて
   前記監視基準線に関する当該ターゲツトステー
   シヨンの並進変位を示す電気信号を発生するた
   めの並進変位検出手段と、 ｄ 前記複数のターゲツトステーシヨンの各々に
   取り付けられた手段であつて、前記次のターゲ
   ツトステーシヨンに向かわない光線部分を第１
   の副部分と第２の副部分に分割し、その第１の
   副部分を前記並進変位検出手段に向かうように
   直進させると共に、前記第２の副部分をその直
   進方向と反対の方向に折返させることにより、
   前記監視基準線に関する当該ターゲツトステー
   シヨンの回転変位を指示する光信号を発生する
   ための第２のビームスプリツト手段、及び ｅ 前記複数のターゲツトステーシヨンの各々に
   おいて前記第２のビームスプリツト手段が発生
   した光線の折返し副部分からなる前記光信号
   を、それが最初に到達する前記第１のビームス
   プリツト手段を含む少くとも一つの前記第１の
   ビームスプリツト手段を介して受け入れること
   により、当該ターゲツトステーシヨンの回転変
   位を指示する電気信号を発生するために、前記
   光線発生手段に近接して設けられた回転変位検
   出手段 を含むことを特徴とする複数のターゲツトステー
   シヨンの整列状態を測定する装置。 ２ 前記監視基準線に沿つて配置された複数のタ
   ーゲツトステーシヨンが最終ターゲツトステーシ
   ヨン及び少なくとも１つの中間ターゲツトステー
   シヨンからなり、 前記中間ターゲツトステーシヨンの各々が、前
   記第１のビームスプリツト手段と、当該ターゲツ
   トステーシヨンの並進変位を指示する第１の電気
   信号を発生する前記並進変位検出手段と、当該タ
   ーゲツトステーシヨンの回転変位を指示する光信
   号を発生するための前記第２のビームスプリツト
   手段とからなる第１ターゲツト手段を装備し、 前記最終ターゲツトステーシヨンが当該ターゲ
   ツトステーシヨンの並進変位を指示する第２の電
   気信号を発生するための前記並進変位検出手段
   と、当該ターゲツトステーシヨンの回転変位を指
   示する光信号を発生するための前記第２のビーム
   スプリツト手段とからなる第２ターゲツト手段を
   装備したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の装置。 ３ 前記第１ターゲツト手段における並進変位検
   出手段が第１のフオト検出器を含み、このフオト
   検出器が前記第１の電気信号を発生し、前記第２
   ターゲツト手段における並進変位検出手段が前記
   第２の電気信号を発生する第２のフオト検出器を
   含むものであることを特徴とする特許請求の範囲
   第２項記載の装置。 ４ 前記回転変位検出手段が前記第１ターゲツト
   手段からの前記光信号を受け入れることにより、
   前記監視基準線に関する中間ターゲツトステーシ
   ヨンの回転変位を指示する第３の電気信号を発生
   するとともに、前記第２ターゲツト手段からの前
   記光信号を受け入れることにより、前記監視基準
   線に関する最終ターゲツトステーシヨンの回転変
   位を指示する第４の電気信号を発生するための第
   ３のフオト検出器を含むことを特徴とする特許請
   求の範囲第３項記載の装置。 ５ ａ 前記第１ターゲツト手段が第１のシヤツ
   ター手段を含むことにより、前記第２ターゲツ
   ト手段が前記第１光線部分を受入れてその第２
   副部分を折返させる間において、前記光線の前
   記第２部分を遮断するものであるとともに、 ｂ 前記第２ターゲツト手段が第２のシヤツター
   手段を含むことにより、前記第１ターゲツト手
   段が前記方向を変えられた第２光線部分の前記
   第２副部分を折返させる間において、前記第２
   ターゲツト手段が前記第１光線部分の前記第２
   副部分を折返させないようにしたこと を特徴とする特許請求の範囲第４項記載の装置。 ６ 前記装置が前記第１及び第３の電気信号を電
   子的に処理することにより、前記監視基準線に関
   する前記中間ターゲツトステーシヨンの並進変位
   及び回転変位を表わすデジタル信号を発生し、か
   つ前記第２シヤツター手段が前記第１光線部分の
   前記第２副部分の折返しを阻止するようにし、さ
   らに前記第２及び第４の電気信号を電子的に処理
   することにより、前記監視基準線に関する前記最
   終ターゲツトステーシヨンの並進変位及び回転変
   位を表わすデジタル信号を発生し、このとき、前
   記第１シヤツター手段が前記光線の前記第２部分
   を遮断すべく駆動されるようにするための回転手
   段を含むことを特徴とする特許請求の範囲第５項
   記載の装置。 ７ 前記回路手段が前記第１及び第２の電気信号
   をデジタル型に変換して、これを前記回路手段中
   で処理できるようにしたA/D変換器及び前記第
   １又は第２の電気信号を前記第１又は第２のシヤ
   ツター手段の駆動と同期して、前記A/D変換器
   に交互に接続するためのスイツチング手段を含む
   ことを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の装
   置。 ８ 前記光線発生手段が、レーザー装置であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の装
   置。 ９ 前記第１ターゲツト手段が、 ａ 当該ターゲツトステーシヨンに関して定位置
   に取り付けられることができるハウジング構造
   と、 ｂ 前記ハウジング構造により位置決めされて、
   光線の第１の部分を前記確立された監視基準線
   に沿つて連続した通路中に通過させるととも
   に、前記光線の第２の部分を同時に前記監視基
   準線に関して、所定の角度で反射するためのビ
   ームスプリツト手段と、 ｃ 前記ハウジング構造に配置されて前記光線の
   前記第２部分を受け取るとともに、前記第２の
   光線部分の第１の副部分を透過させ、かつ同時
   に前記第２の光線部分の第２の副部分を前記ビ
   ームスプリツト手段に向かつて反射することに
   より、前記第２副部分が前記ビームスプリツト
   手段において再反射され、これにより監視基準
   線に関する前記ターゲツトステーシヨンの回転
   変位の指示を与える光学信号を提供するための
   光学窓手段、及び ｄ 前記光学窓手段からの前記第１副部分を受け
   取り、前記監視基準線に関するターゲツトステ
   ーシヨンの並進変位を指示する電気信号を提供
   するための検出手段と、 を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第２項
   記載の装置。 １０ 前記ハウジング構造が監視基準線と一致し
   た長さ方向軸を有する中空円筒構造からなること
   を特徴とする特許請求の範囲第９項記載の装置。 １１ 前記ビームスプリツト手段が前記長さ方向
   軸に関してある角度を以て前記ハウジング構造内
   に取り付けられたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１０項記載の装置。 １２ 前記角度が45゜であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１１項記載の装置。 １３ 前記ビームスプリツト手段が中空円筒形リ
   テイナー構造により、前記ハウジング構造内に支
   持されたことを特徴とする特許請求の範囲第１０
   項記載の装置。 １４ 前記装置が前記光学窓手段を覆うことによ
   り、前記光線の前記第２部分が前記光学窓手段に
   到達することを阻止するためのシヤツター手段を
   含むことを特徴とする特許請求の範囲第９項記載
   の装置。 １５ 前記シヤツター手段が手動操作されるよう
   にしたことを特徴とする特許請求の範囲第１４項
   記載の装置。 １６ 前記シヤツター手段が電気的に駆動される
   ようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   ４項記載の装置。 １７ 前記ビームスプリツト手段がこれに入射し
   た光線を同時に屈折及び反射させるための薄膜型
   ビームスプリツタからなることを特徴とする特許
   請求の範囲第９項記載の装置。 １８ 前記光学窓手段が石英窓からなることを特
   徴とする特許請求の範囲第９項記載の装置。 １９ 前記石英窓がそれに入射した光線を同時に
   屈折及び反射させるための光学処理膜を有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１８項記載の装
   置。