JPH03226618A - オートコリメータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ：産業上の利用分野〕 本発明は、オートコリメータに関し、特に被検物の傾斜
角度や平面性０面の粗さ等の検査用として使用するに優
れたオートコリメータに関する。

：従来の技術〕 第５囚は従来のオートコリメータの一例を示す構成図で
ある。

図において、１２はタングステンランプ等からなる光源
、７０は集光レンズ、４０はハーフミラ−、ハーフプリ
ズム（半透明プリズム）等のビームスプリッタ−１５０
はコリメータレンズ、５５はオートコリメータの光軸に
垂直に設けられた定盤である。

上記ビームスプリッター４０によってコリメータレンズ
５０の焦点面はビームスプリッタ−４０の透過側の焦点
面５１の他に、反射側（この例では光源側）にも焦点面
５２の２つの焦点面が形成される。２１は例えば透明ガ
ラス板の片面に十字線及び目盛り等のスケールが刻印さ
れ、そのスケール面が焦点面５１と一致するように設置
された焦点板、２２はピンホール若しくは十字線が刻印
された焦点板で、光源１２及び集光レンズ７０によって
照明され、そのスケール面か焦点面５２に一致するよう
に設置された焦点板、５６は定盤５５上に載置された被
検物、９２は焦点板２１のスケール面を拡大観察するた
めの接眼レンズ゛である。

前記オートコリメータを用いて、例えば鋼材がらなり両
面を研磨した平行平面板の検査を行う場合について説明
する。予めコリメータレンズ５０と焦点板２１の中心を
結ぶ光軸ｔこ垂直に定盤５５を設け、この定盤５５の上
に反射面を有する正確な平行平面板を載置し、この反射
面より反射される光によって焦点板２１上ｌこ結像する
焦点板２２のピンホール又は十字線の像が、焦点板２１
の十字線と一致するように調整しておく。次に上記定盤
５５上に被検物５６である平行平面板を載置し、この平
行平面板の上面より反射する反射光ｊこよって焦点板２
１上Ｊこ結像する焦点板２２の像を接眼レンズ９２によ
って観察する。このとき焦点板２２のピンホールの像又
は十字線の像と焦点板２１の十字線とが一致すれば平行
平面板の表裏の面は平行であり、両者が一致しないでス
しているときは表裏の面は平行度不良で傾斜しており、
そのズレ量とコリメータレンズ５０の焦点距離から傾斜
角度を求める二とができる。また、焦点板２２のピンホ
ール像又は十字線像か鮮明に歪まずに見えれは平面度及
び面の粗さか良好であり、また、ピンホール像又は十字
線像が歪んで見える場合は平面度が不良であり、コント
ラストが低く不明瞭Ｔある場合は面の粗さが大でいわゆ
る粗面であることを知ることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本来前記オートコリメータでは、発光面積が微少で輝度
の高い点光源をコリメータレンズ５０の焦点面５２に置
き、この反射像を焦点板２１のスケール面上に結像させ
るようにすると検査が容易かつ迅速に行うことができる
。しかし、従来簡便に使用できる光源としてはタングス
テンランプしかなく、タングステンランプでは発光部の
面積を大きくしなければ十分な光量が得られず、被検物
５６の面積も大きくなければ反射像の明るさも暗くなり
、精密な検査を行うことが困難であった。従って、従来
は第５図に示すようｌニピンホール若しくは十字線を刻
印した焦点板２２を光源側の焦点面５２に設置し、これ
をタングステンランプの光源１２と集光レンズ７０を用
いて照明するようにしていたのであるか、被検物５６の
面積が小さいとスケール像のコントラストが低く、かつ
暗くなって検査ができないこと、さらに光学系が複雑で
組み立て調整が繁差であるいう問題点があった。

本発明はこれらの点を解決して光学系が簡素で組み立て
調整が容易であり、検査がし易く、また被検物の面積が
小さくても容易に検査することのできるオートコリメー
タを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、コリメータレンズとその焦点面の間にビー
ムスプリッタ−を設け、該ビームスプリッタ−によって
形成される前記コリメータレンズの２つの焦点面若しく
はこの焦点面と共役な平面の一つに半導体レーザーから
なる光源を設け、他の焦点面若しくはこの焦点面と共役
な平面上に２次元撮像素子を設け、別に指標発生手段を
設けて、前記２次元撮像素子からの情報出力を前記指標
発生手段からの指標情報と併せてモニタテレビ上に表示
するよう構成したことを特徴とするオートコ１　、′−
タによって達成される。

〔実施例〕

以下図面を用いて本発明の実施例について説明する。

第１図〜第４図は本発明のオートコリメータの実施例を
示す図である、第５図と同−又は相当部分は同一符号を
用いて表示してあり、その詳細な説明は省略する。

第１図は本発明の一実施例を示す構成図である。

図において、ｌＯは例えば７８０ｎｍ単波長のレーザー
光を発光する半導体レーザー、６０は２次元の受光面を
有する例えばＣＣＤセンサあるいはビジコン管等の２次
元撮像素子（以下撮像素子と＋いう）で、半導体レーザ
ー１０の発光部は焦点面５２の光軸上に、撮像素子６０
の受光面は焦点面５１にあって、その中心が光軸と一致
するように設置される。６１は撮像素子６０から送出さ
れる画像信号を処理する画像処理部、６２は画像処理部
６１からの信号を受けて画像を表示するＣＲＴ或は液晶
表示器等からなるビデオモニタ、６３はビデオモニタ６
２の表示部中心を原点した極座標、又は十字線と中心か
らの距離を表すスケール等を表示するための信号を画像
処理部６１に送出する指標発生手段である指標発生回路
、６４は画像処理部６１からの信号によって被検物５６
の被検面の傾さ、平面性１表面粗さ等の特性を検知・算
出する特性検出回路、６５は特性検出回路６４から送出
された信号によって上記特性をディジタル表示するディ
ジタル表示部である。上記スケールの中心・は撮像素子
６０の受光面上の光軸（中心）と一致するように組み立
て時に調整されている。

半導体レーザーｌＯの発光部は直径ＩＸ３．ｕｍ程度き
微少でありながら光出力は５〜５０ｍＷと大きく極めて
高輝度であり、また単波長でフヒーレントであるから、
コリメータレンズによって無収差の平行光束を発生させ
、被検物の形状に応じた回折像を撮像素子６０受光面上
に結像させることができる。しかし現在半導体レーザー
の波長として一般的な７８０ｎｍの近赤外光では肉眼で
直接観察することは困難である。より短波長（例えは６
７０ｎｍ）の半導体レーザー光を用いれは肉眼での観察
は可能であるが、高反射率、大面積の被検物を観察した
ときは焦点面５１に結像する光像が極めて高輝度となり
、網膜を焼損する恐れがあり危険である。

本発明では撮像素子６０を用い、その画像信号出力を信
号処理部６１を経てＣＲＴ、液晶表示器等の別に設けた
ビデオモニタ６２に表示するようにしているので半導体
レーザーを用いた利点を生がしながら上記危険を避ける
ようにしたものである。

次に本発明の構成と作用について説明する。

半導体レーザ〜１０より射出されたレーザー光は、ビー
ムスプリッタ−４０によって反射され、コリメータレン
ズ５０によって精度の高い平行光線となり定盤５５上の
被検物５６の被検面に入射される。被検物５６の被検面
から反射した反射光は再びコリメータレンズ５０、ビー
ムスグリツタ−４０を通過したのち撮像素子６０の受光
面に点状ｌこ結像する（以下これを光像という）。撮像
素子６０から送出される画像信号は画像処理部６１にお
いて指標発生回路６３がら送出された指標信号と合成さ
れてビデオモニタ６２１こ第４図に示すように表示され
る。

本実施例ではさらに、画像処理部６ｊにおいて処理され
た画像信号（画像の走査信号）を特性検出回路６４にも
送出して、例えば被検物５６の被検面の傾き、平面性１
表面粗さ等の特性の測定結果をディジタル表示部６５に
ディジタル表示するようにしている。

画像の走査信号より前記光像の形状を検知し、このデー
タより光像の中心位置、光像の面積、光像の照度分布と
その積分値を求める方法は既ｊ二周知の技術で可能であ
るので詳細な説明は省略する。

第３図は本発明の画像信号出力を行う回路の一例を示す
ブロック図である。図において、６１２はディジタル表
示を希望する場合に押圧する被挟物測定ボタン、６４］
　、６４２，６４３は画像処理部６Ｉより送出される画
像面を走査して得られた画像信号に基ついて前記光像の
形状を検知し、そのデータから被検物５６の傾き、平面
性、表面粗さ等の特性を検知・算出する特性検出回路６
４の各検知回路である。

６４１は光像の形状を検知しｔ：のちその中心位置を算
出し、この中心位置の光軸よりのズレを算出し、コリノ
ータレレス５０の焦点距離より決まる係数を記憶する予
め入力された換算メモリ６４１ａからの係数とによって
傾き量に換算する被検物傾き検知回路であり、６４２は
光像の形状から面積を算出し、これを被検物５６の種類
に対応した標準面積を予め入力し記憶した標準面積メモ
リ６４２ａよりの標準面積と比較して被検物５６の被検
面の平面性を表す数値に換算する被挟物平面性検知回路
であり、６４３は光像の照度を検知しこの照度の光像全
体の積分を行い、この積分値と各種被検物の被検面の反
射率及び反射面積から決まる標準値を予め入力し記憶し
ている標準値メモリ６４３ａからの標準値と比較して、
被検物５６の被検面の表面粗さに相当する数値（例えば
ＪＩＳ規格によるＲｍａｘ等に対応）に換算する被検物
表面粗さ検知回路である。６５１，６５２，６５３はデ
ィジタル表示部６５の被検面傾き表示部、被検面平面性
表示部、被検面表面粗さ表示部である。

なお、ディジタル表示部６Ｓは別番こ設けず、共通に設
けることも可能であるし、また第４図の６５ａに示すよ
うに前記のビデオモニタ６２の一部に表示することも可
能である。

第４図の６２ａは被検物５６の被検面の平行度（傾き）
、平面性及び粗さが良好な場合の光像を示していて、ス
ケールの中心に位置し微少な円形の光像となっている。

被検面の平行度が悪くなるに従い光像はスケールの中心
よりズレ、平面性が悪くなるに従い光像は大きくかつ円
形から歪んだ形となり、平滑度が悪くなるに従い光像は
不明瞭になりその輝度が低下する。６２ｂは被検面が不
良の場合の光像の一例を示している。

測定にあたっては、定盤５５上に被検物５６を載置し、
ビデオモニタ６２に光像が表示されたことを確認したの
ち被挟物測定ボタン６１２を押すと、前記撮像素子６０
より送出される画像信号は画像処理部６１、特性検出回
路６４を経たのちディジタル表示部６５又はビデオモニ
タ６２の一部にディジタル的に表示されることとなる。

このように本発明のオートコリメータでは半導体レーザ
ーｌＯを使用しているので光源の輝度が高く光像がビデ
オモニタ６２上に鮮明に表示され、必要な情報がアナロ
グ的に容易にかつ一度に得ることができるとともに、確
実に把握し易いディジタル的にもディジタル表示部６５
又はビデオモニタ６２の一部に表示されることになる。

また、ディジタル信号により、良品と不良品との判別を
行い警報を発するようにすることも可能となり、検査能
率を格段に向上させることができる。

さらに、半導体レーザーｌＯの使用は、これより発する
レーザー光が直線偏光となっているので、光路中に１枚
の偏光フィルターを挿入して回転するだけで光の強さを
減少させ調整することができるので調整上極めて便利で
ある。

なお、前記構成は、２次元撮像素子６０をビームスプリ
ッタ−４０の反射側の焦点面５２に、半導体レーザーｌ
Ｏを透過側の焦点面５１に設けるように変更してもよい
ことはいうまでもない。また光路上に熱線吸収フィルタ
を配設し、半導体レーザー１０゜２次元撮像素子６０の
保護を行うことも勿論可能である。

第２図は本発明の他の実施例を示す構成図である。本５
１！施例では、焦点面５１に結像する光像を結像レンズ
９０によって撮像素子６０に写し込むようになっている
。結像レンズ９０はズームレンズとなっており、必要に
応じて拡大倍率を変更すること（２一ム結像機能）がで
きる。９１はそのズーム部である。拡大倍率の変更に伴
って指標発生回路６３の指標間隔、特性検出回路６４中
の換算値、標準値も変更されるようになっている。この
実施例ではさらに、反射面がダイクロイックミラーから
なるビームスプリッタ−４１を光路中にビームスプリッ
タ−４０に密接して併設し、コリメータレンズ５０の焦
点面にほぼ相当する位置に例えば赤色光または緑色光の
可視光を発光する発光ダイオード等からなるマーカー光
源１４を設け、定盤５５に向かって肉眼で見ることので
きる平行光線（マーカー光）を送出して検査可能範囲を
表示するマーカー機能を発揮する二とができるようにな
っている。ビームスプリッタ−４１のダイクロイックミ
ラーは赤色又は緑色を反射し長波長側の光を透過するも
のを用いているのでレーザー光の減衰は殆どない。また
、被検物５６から反射して戻るマーカー光はビームスプ
リッタ−４０により総て反射されるため撮像素子６０へ
は入射しない。このようにして、本実施例は被検物５６
の載置位置が容易に分かり、特に被検物５６が遠距離に
あるときに特に有効である。また、必要な測定精度、視
野範囲に応じて拡大率を自由に変更できるという優れた
特徴を有している。

マーカー機能と、ズーム結像機能はそれぞれ単独で実施
してもよい。まｔ；、例えば波長６７０ｎ功の可視光を
発する半導体レーザーｌＯを用いた場合はこの光源自体
でマーカー機能を持たせることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば以上説明したような構成と画像信号処理
により、光学系の構成が極めて簡素となり、光源の輝度
が高く微少な被検面積の被検物をも検査が可能であり、
しかも組み立て調整が容易で、−度に種々の検査情報が
正確に得られるという優れた効果をもったオートコリメ
ータを提供できることとなった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は本発
明の他の実施例を示す構成図、第３図は本発明の画像信
号処理を行う回路の例を示すブロック図、 第４図は本発明のオートコリメータによって得られるビ
デオモニタ画像を示す図、 第５図は従来のオートフリメータを示す構成図である。 １０・・・半導体レーザー　　１４・・マーカー光源４
０．４１・・・ビームスプリッタ ５０・・・コリメータレンズ ５１．５２・・・焦点面　　　　５５・・定盤５６・・
被検物

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　コリメータレンズとその焦点面の間にビームスプリッ
   ターを設け、該ビームスプリッターによって形成される
   前記コリメータレンズの２つの焦点面若しくはこの焦点
   面と共役な平面の一つに半導体レーザーからなる光源を
   設け、他の焦点面若しくはこの焦点面と共役な平面上に
   ２次元撮像素子を設け、別に指標発生手段を設けて、前
   記２次元撮像素子からの情報出力を前記指標発生手段か
   らの指標情報と併せてビデオモニタ上に表示するよう構
   成したことを特徴とするオートコリメータ。