JPS6082908A - 光電式オ−トコリメ−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】 （発明の技術分野） 本発明は、光電式オートコ１１メータに関する。

（発明の背景） 従来からある一般的な元電弐オートコリメータを８１図
に基づいて説明する。

光源１からの光はコンデンサレンズ２′（ｉ１″経てタ
ーゲット３全照明する。ターゲット３は例えば紙面に直
角方向に長手方向を形成されたスリットｔｔ有する。タ
ーゲット３のスリットを透過した元はハーフプリズム・
４で反射した後、ターゲット３の位置を後側焦点位置と
する対物レンズ５を透過し。

平行光束となって反射ミラー１３へ向う。反射ミーｙ−
，ｉ３で反射された光は対物レンズ５１ハーフプリズム
ｉ　４．、６　？！１″透過後透過後板焦点板７上ゲッ
ト３の像（本例ではスリット像）葡結像する。焦点板７
上のスリット像に接眼レンズ８によって観察される。ハ
ーフプリズムン６で反射された元は１反射光路中で焦点
板７と等価な位置に配置された振動スリット９（紙面に
直角な方向に長手方向を有する）上に結像する。振動ス
リット９の背後には光電検知器１０が設けられ、振動ス
１１ット９と光電検知器１０とは一体となって元軸とス
１１ットの長手方向とに各々直交する方向へマイクロメ
ータ１１にて移動可能になっており、移動量はマイクロ
メータ１１にて読みとることができる。

光電検知器ｌＯの出力信号は処理回路１２へ人力され、
ス１１ット像の中心と振動スリット９の振動中心との位
置ずｒＬｌこ応じた表示全行なう如く表示器に表示を行
なう。測定は、スリット像の中心と振動ス１１ット９の
振動中心とが一致する表示が得られるまでマイクロメ−
１１１１’ｒ操作し、マイクロメータ１１の読み取り匝
によって反射ミラー１３の傾き全知ることができる。

このような構成の光電式オートコリメータにおいては、
ス１し７ト像の中心と振動スリットの振動中心との位置
合イつせ動作が必要であるため、操作に手間がかかった
。また、アナログ的に測定を行なう場合には構造上ｍ１
１１定範囲が狭いという欠点があった。さらに、振動ス
１１ットｔｆ確に移動する機構や、マイクロメータとの
連動部等、多くの複雑かつ８度の篩い機構が必要であり
２部品加工時。

組立時に多大の労力を必要とした。また１機械的可動部
が多く存在するため、測定データの再現性や装置の寿命
等ｌこおいても問題があった。

そこで、操作性が向上し、アナログ測定の４会の測定範
囲が広く、かつ廉価長寿命の光電式オートコリメータが
特開昭５８−１４６８（１４号として提案されている。

このものは５反射ターゲット像の結像位置、すなわち第
１図のスリット９の位置に反射ターゲツト像の位置に応
じた電気信号を出力するイメージ−Ｉｚ７す奮配設する
と共に、該イメージセンサの出力信号全被測定物の傾き
に変換する変換手段と。

該変換手段ｌと接続されて上記傾き【表示する表示手段
とを設けた光′亀式オートコ１１メークである。

しかしながらこのような光電式オートコリメータに２い
て、スリット像の位置′（ｉ−検出するためｌこイメー
ジセンサの出力信号全固定の基準′１圧ｌこよつ坏 て波形整形すると、外光等によるバックグラウトの増加
によって正しい測定匝が得られない場合もある。という
欠点があった。

（発明の目的） 本発明は１反射ターゲット像の位置全イメージセンサを
用いて検出子１電弐オートコ１１メータにう おいて、バラフグ侵ドに影響されずに正しい測定全行な
えるオートコリメー、夕を得ること全目的と１−る。

（実施例） 以下１図面９こ示した実施例に基づいて本発明を説明す
る。

第２図は本発明の一実施例に用いられるブロック図であ
り、第３図は第２図の動作を説明するための波形図であ
る。

第１図の振動スリット９のスリット面の位置にはＣＣＤ
　（ｃｈａｒｇｅ　ｃＯｕｐＬｅｄ　ｄｅｖｉｃｅ　）
等で構成される一次元のイメージセンサ２１が配設され
て２す、その際イメージセンサ２１の同ぎは、第４図ｉ
ｃ　示Ｌ／　１コ如く、各エレメントの配列方向がス１
１−ソト像３′の長手方向に直交する方向に設定されて
いる。イメージセンサ２１は一端のエレメントから他端
のエレメントまでスタートパルスに引キ続くパルスによ
って順次駆動され、各エレメントに対応した信号？時系
列的に出力する。すなイつち。

イメージセンサ２１は１発振器２２の出力′！Ｉ″ｌ／
ｎ分周した分周回路２３からのクロックパルスケ基準に
して周知の駆動回路２４にて駆動される。駆動回路２４
は、端子Ａｌこスタートパルス全出力した後、端子Ｂに
クロックパルスを出力する。イメージセッサ２１から出
力される時系列的な測定信号は、プリアンプ２５ｔこて
増幅された後、サンプルホールド回路２６にてサンプル
ボールドされ。

ローパスフィルタ２７にて高周仮成分全カットされる。

ローパスフィルタ２７の出力信号は、差動回路２８の一
入力端子に人力されると共に、出力端子會差勧回路２８
の他入力端子に人力され１こサンプルホールド回路２９
に入力される。サンプルホールド回路２９は、スタート
パルスに引き続いて所定数のクロックパルスが生じ１こ
後に、後述するサノブルパルス発生器Ｐ、から構成され
る装置プルパルスによって入力信号のホールド全行なう
。

差動回路２８の出力信号は波形整形用のコンパレータ３
２の一入力端子に入力されると共に、ピークホールド回
路３０にも入力される。ピークホールド回路３０の出力
信号はサンプルホールド回路３１に入力され、サンプル
ホールド回路３１の出力信号として得られる電圧は２分
割抵抗器Ｒにて分割（本例ではｉになるように設定して
いる。

適切な他の１直に設定しても勿論良い）され、コンパレ
ーク３２の個入力端子に入力される。ここで。

ピークホールド回路３０はスタートパイレスの立チ下り
で生ずるパルスによってリセットされ、また。

サンプルホールド回路３１はスタートパルスによってピ
ークホールド回路３０の出力信号ｔホールドする。その
結果、コンパレータ３２の個入力端子には、−入力端子
に人力される信号の一走査前の信号のピークレベルの１
に等しい電圧が人力されていることになる。

コンパレータ３２の出力信号は一入力端子の信号が個入
力端子の信号より大きいときにのみ高レベル、それ以外
は低レベルとなる。従って、コンパレータ３２から出力
される矩形波は、ピーク位置に対応していることになる
。コンパレータ３２から出力されるピーク位置に対応し
た矩形波は。

データセレクタ３３の制御端子とフリップフロップ３４
のリセット端子Ｒとパルス発生回路３９とに入力される
。データセレクタ３３の入力端子には発振器２２の出力
と発振器２２の出力全１分周した分周回路３５の出力と
が人力されており、制御端子に人力される信号によって
いずれかの信号を選択的に出力する。フリップ７０ツブ
３４は・セット端子Ｓに駆動回路２４のスタートパルス
が入力される如く接続されており、スタートパルスの立
ち上りにてセラｌれ、１１セツト端子Ｒに人力される矩
形波の立ち下りｌζてリセットされる。

データセレクタ３３にて選択されたパルスと７１１ツブ
フロツプ３４の出力信号はアンド回路３６に人力され、
アンド回路３６の出力するパルス数はカウンタ３７にて
計数される。カウンタ３７の計数直は演算回路３８に人
力される。演算回路３８にはマタ、コンパレータ３２の
出力する矩形波の立ち下り後、所定時間遅延した時刻に
て読込パルス全出力するパルス発生回路３９と補正１直
を入力するデジタルスイッチとが接続されている。演算
回路３８にて演算された結果は、デジタル表示器４１に
て表示される。

な３．前述したサンプルパルス発生器ＰＩはカウンタ４
２とパルス発生器４３とから構成されている。カウンタ
４２はスタートパルス金リセット端子に入力し、それに
引き続いて生ずるクロックパルＱ計数する。そして９例
えばクロックパルス全４パルス計数するとカウントアツ
プし、出力端子を低レベルから高レベルに変化せしめ、
再びスタートパルスが人力されてリセットされるまで窩
レベル状態全維持する。パルス発生器４３は。

カウンタ４２の出力端子が低レベル力）ら高レベルに変
化すると、パルス勿１つ出力する。このパルスがサンプ
ルパルスとしてサンプルホールド回路２９に人力される
。また、パルス発生器４４はスタートパルス會入力し、
その立ち下りにて生ずるパルス全出力する。パルス発生
器４４の出力パルスはピークホールド回路３０のリセッ
トパルスとして用いられる。

このような構成であるから、駆動回路２４は第３図（ａ
）のスタートパルス全端子Ａに出力し。

第３図（ｂ）の駆動パルスを端子Ｂに出力する。

なお、再３図（Ｌ））のＩＩｇＨはイメージセンサ２１
の有効１史用範囲を示す。イメージセンサ２１は駆動パ
ルスに同期して順次各エレメントカ）らの信号全出力す
る。この信号はスリット像の結像する位置に対応して第
３図（ｅ）の如き信号となる。第３図（Ｃ）の信号はサ
ンプルホールド回路２６にて第３図（ｄ）の信号に変形
された後、ローパスフィルタ２７にて第３図（ｅ）の信
号となる。

サンプルパルス発生器Ｐ、からはスタートパルス（肩３
図（ａ））が生じてから第３図（ｂ）のクロックパルス
が４つ出力さ′ｉ″した後圧３図（ｆ）の如きサンプル
パルスが出力される力）ら、サンプルホールド回路２９
にはローパスフィルタ２７の出力信号である第３図（ｅ
）の信号から、バックグランド等による誤差成分Ｓ、が
記憶される。従って。

差動回路２８からはローパスフィルタ２７の出力信号か
ら誤差成分Ｓ、に除去した第３図（ｇｌの如き信号が出
力される、ピークホールド回路３，０は７．）ｆルス発
生器４４からの第３図（ｈ）のパルスによりスタートパ
ルスの立ち下りにてリセットされるが。

その前のスタートパルス（立ち上り）によって、サンプ
ルホールド回路３１はピークホールド回路３０の出力信
号？ホールドするから、サンプルホールド回ｗ１３１の
出力信号は第３図（ｊ）のように、一つ前の走置により
得らｔｌ．た信号のピークレベルＳ／の゛直圧である。

従って，コンパレータ２９の個入力端子に入力される基
準電圧Ｖｒｅｆはｓ．／　２となる。ピークレベルＳ’
２は一つ前の走査により得られた１Ｍ号であるが，イメ
ージセンサ２１の一定歪に壷する時間は極めて短かいの
で，引＠続いた走査）こ２いては信号の変化は無視でき
る。征って。

Ｓ；＝　８２　トミｒ．＝　セる。従って，コノパレー
タ２９からはスリット像の中心位置の情報を有する第３
図（ｋ）の如き１５号が出力される。すなわち。

第３図（ｋ）のパルスの立ち上りから立ち下りの中間が
丁度スリット像の中心位置全受光するエレメント位置に
なる。データセレク５３３は，波形整形用のコンパレー
タ３２の圧力が低レベルのとぎは発振器２２全アンド回
路３６に接続し，高レベルのときは分周回路３５【アン
ド回路３６に接続し，一方，フリップフロップ３４は，
スタートパルスによってセットされ波形整形用のコンパ
レータ３２の出力信号の立ち下がりにてリセットされる
から，その出力信号は第３図（Ａりの如くなり，その結
果，アンド回路３６の出力パルスは。

スタートパルスが生じた時刻ｔ１から波形整形用のコン
パレータ３２の出力信号の立ち上る時刻ｔ。

までは周波数ｆ，のパルス？，時刻ｔ２から同侶号の立
ち下がる時刻１ｓまでは周波数ＪＬのパルスｔ出力する
ことになる。従って，カウンタ３７の計数直は周波数ｆ
，のパルスで計数した場合の時間ｔ，ーｔ，＋ー！ｊー
ニニ」」−　に等しくなる。この１直はイメータセンサ
２１上のスリット像３′の中心位置に対応している。イ
メージセンサ２ｘｕ．パルス発生回路３９から読込パル
スが入力されるとカウンタ３７の上記の如く計数した直
を読込む。演算回路３８は，このようにして得られた直
から基準１直（例えばスタートパルスが生じてからイメ
ージセンサ２の中心のエレメントが走査されるまでの時
間）とのズレ量４、全求め，対物レンズ５の焦点算でし
，反射ミラー１３の傾きに対応した喧θをデジタル表示
器４１に表示せしめる。なお、測定開始後，イメージセ
ンサ２１の一回目の走査の時は，ピークホールド回路３
１にピークレベルＳ／。

に相当する１直がホールドサしていないので，この時の
カウンタ３７の計数１直は無意味１ｊ匝であるので，演
算回路３８が取り込まないように成子ことが望ましい。

また、焦点板３と，イメージセンサ２１の取付時の設定
誤差全補正するため，デジタルスイッチ４０に補正直音
設定可能にしであるので演算回路３８は，〔（カウンタ
３７の１直）−（基準１直）〕×（補正係数）の演算ｔ
し，このｌ［’ｔ−ｔ−角度分。

秒読み）に換算しデジタル表示器４１１こ表示する。

以上のように本実施例ｔこよれば，従来の装置のように
純粋なアナログ処理でなくデジタル的に出力金得られる
ので，振動，望気のゆらぎ等により測定１直がばらつく
場合，カウント（直の積算平均金求める機能全演算回路
３８に付加するのみで安定な測足直”ｔ８易にえられる
利点がある。この場合。

測定を開始してから順次得られる計数直衾全て積算平均
し，表示は一走食毎に行なうようにｊれは。

アナログ的な表示も行なえるので，工作機械の走り精に
の測定？する時など連続測定が行なえて部会が良い。ま
た、本例ではイメージセンサ２１の駆動パルスと，カウ
ントパルスの周波数比（＜ｎにして内挿して第：つ図（
ｇ）のビークをめているのであるが，測定精度はイメー
ジセンサ２１のエレメントのピッチが細かい程向上する
。しかしながら、イメージセンサ２１のピッチは製造上
現在のところｌＯ数数似以上あるので精度向上のために
ピッチを細かくするためには，イメージセンサ２１ｔ−
スリット像３′に対して第５図のようｔこ斜めに設置す
れば良い。この場合、イメージセンサの角度が測定精度
に直接影響するので本来は厳密な位置出しが必要である
が１本装置では補正演算を行なうことができるので、大
まかな調整をした後１個別に補正係数葡導入することが
でき位置出しの煩わしさ全解消できる。才た補正演算を
行なわず１発振器全２つ装備し一方の周波数全連続可変
にすることによりイメージ七イサの駆動パルスとカウン
トパルスの周波数比の鈎整全することにより上述の補正
演算の代イつり盆成さしめることは容易に行なえる。

な３２本例ではターゲットとしてスリットヶ用いたが、
特にスリットに限定されることはなくピンホール等でも
良い。

また以上の実施例は暗視野の場合の例であったが、明視
野の場合であっても同様に行なえることは言うまでもな
い。

以上述べた実施例の構成によれば、操作性が大きく向上
したこと、広範囲をこわたって出力が得られること、調
整が容易であること等の利点があるばかりです＜、光電
式マイクロメータ、振動スリット等の機械的可動部分が
ないことによりイぎ軸性の向上が期待でき、さらに、マ
イクロメータのネジのピッチ稍肚、ネジのが１等により
、精度、再現性に影Ｉ＃τうけていたが、これに対応す
る誤差としてはイメージセンサのピッチ誤差のみで、こ
の誤差はネジの誤差にくらべ非常に小さくｔａｉ１度。

再現性とも向上することが期待できる。

（発明の効呆） ヤ 以上の如く本発明によ几ば、ハッククランドの大ささに
か力）わらず、常に有効信号のピークレベルに基づいた
基準′１圧が設定ざ几るので、バックグフンドに影＃さ
れずに正しい測定を行なえるオートコリメータ？Ｉｌ−
得ることができる。また、基準電圧が固定で信号の大＠
さを一定の直にするためにＡ　Ｇ　Ｃ（Ａｕｔｏ　−Ｇ
ａ１ｎ　−ＣｏｎｔｒＯｌ　）回路ン用イタ場合、ＡＧ
Ｃ回路が安価なものだと応答速度が遅いためピーク位置
がズして誤測定の遅れがあるので、い＠２い高価な回路
音用いる必要が生ずるが。

上述の如き本発明ではより安い回路菓子のみで十分な精
度が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来からある一般的な光電式オートコリメータ
のｎ兄明図、第２図は本発明の一実施例に用いられる箪
気ブロック図、第３図は第２図の動作全説明するための
波形図、第４図はイメージセンサとｌ−ゲット像の関係
金示す図、第５図は検出感度全向上させるためのイメー
ジセンサの配置葡説明するための図である。 〔主要部分の符号の説明〕 ２１・・・・・・・・・イメージセンサ。 ２８・・・・・・・・・差動回路。 ２９・・・・・・・・・サンプルホールド回路出願人　
日本光学工業株式会社 代理人　渡　辺　隆　男

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 反射ターゲット１象の結像位置に配設され、該像の位置
   に応じた電気信号を出力するイメージセンサ手段と、該
   イメージセンサ手段の出刃信号全被検物の傾きに変換す
   る変挨手獣と、該変換手段に接続されて前記傾き全表示
   する表示手段と、全設けた光′心穴オートコリメータに
   ２いて。 前記変換手段全。 前記イメージセンサ手段の出力信号を人力し。 そのパッククランド成分のみを出力する検出手段と、該
   手段の出カイＭ号金前記イメージセンサ手段の出力１ｇ
   号から減算し出力する減算手段と、該減算手段の出刃信
   号全被検物の傾きｔこ変換する演算手段と。 から構成したこと勿特徴とする元亀式オートコ゛１メー
   タ。