JPS6330745A - 光学オ−トコリメ−ション測定装置 - 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、光学オートコリメーション測定装置に関する
。

［従来技術の説明］ この種の光学オートコリメーション測定装置は例えば、
透明度又は煙濃度測定装置として使用されている。又、
このようなオートコリメーション測定装置は測定経路に
沿って存在する特定のガスの比率を求める為に受光ビー
ムのスペクトラム構成要素を分析するものとして使用出
来る。

７従来技術の問題点］ ところが、上１記オートコリメーション測定装置では、
長時間安定し温度とは無関係である基部ビーム経路を提
供することに問題が生じていた。このような基やビーム
経路を発生させるために以前から測定経路に沿って実際
に測定する際に使用されていない光学及び電気部品を利
用していた。この場合関係する光学及び電気部品の差動
ドリフトはそれら部品が測定ビーム経路にあるか基梨ビ
ーム経路にあるかによって生じることとなる。この差動
ドリフトは特に高い分解能の測定装置では顕著となり欠
点となる。

そこで、本発明の目的は、上記問題点に鑑み少なくとも
実際の測定と基準測定との両方に対し重要な光学及び電
気部品が同一で同じ方法で使用されそのため長期間に渡
り特定の構成部品のドリフト又は温度の変化が同じよう
に基準測定と実際の測定に影響を与え従って測定精度に
は何の影響を及ぼさないオートコリメーション測定装置
を提供することにある。

［問題点を解決するための手段及び作用］上記目的を達
成するため本発明に係る光学オートコリメーション測定
装置は前方の対物レンズと測定経路との間に偏向ミラー
を配置しこのミラーを光学軸に直交する線に沿ってお互
いが隣接する２つの部分からなりこの画構成部分が互い
にこの光学軸に直交する直線と一致する回動軸の回りを
一方の構成部分が他方の構成部分に対し回動する時上記
ミラーに当たる光が逆反射するようお互いが回動可能と
なっていることが特徴である。

」〕記構成のオートコリメーション測定装置に於いて特
に偏向ミラーは入射光ビームに対し４５゜で外側方向に
回動された開放状態に配置され、前方対物レンズから更
に離れた対向箇所である偏向ミラーの一部は他方の固定
された構成部分に対し９０°内側に回動可能になってい
る。

旧記偏向ミラーの画構成部分は同一の構成であれば好都
合である。

本発明に係る偏向ミラーは通常の測定時には両方の構成
部分が直接合体し一つの同−平面になるため通常の連続
平面ミラーとして働く。上記ミラーの半分となる一部が
内側に特に９０°回動することにより測定経路が覆われ
て屋根状となっている上記構成のミラーに入射する光が
送光−受光器に逆反射する。上記偏向ミラーがこの測定
時金光ビームにより測定経路を介した測定時とちょうど
同じように二度作動することは重要である。時間と温度
による反射の度合いに対する偏向ミラーのドリフトは基
準測定時何の役目もしない。

その１つの実施例においては、上記偏向ミラーの両方の
構成部分が各々人射し出ていく光ビーム及び逆反射して
入ってくる光ビームの断面の半分又はいずれかを受は取
ることができるようになっている。この場合、送光され
又は受光した光ビームは互いを交差して通過する。

しかしながら、上記反射ミラーの一方の構成部分が、送
光され入射する光ビームを受光し又ミラーの他方の構成
部分が逆反射し測定経路を介して入射してくる光ビーム
を対称的に受光する事が可能である。この場合、そのミ
ラー口径部の半分に相当する部分は光の送り出しに使用
され口径部の他の半分に相当する部分は受光に使用され
る。

特に、反射ミラーが測定経路の前部にある対物レンズに
直接に隣合うことは好都合である。このように、測定に
影響するのは長時間に渡るかあるいは温度変化時の逆反
射器の変化のみである。即ち、一つの光学系構成要素の
み変化するのである。

他の光学及び電子系構成要素は全て同じように必要な実
際の測定及び基準測定の両方に使用される。

例えば、測定装置の回動等によって発生する光学軸の移
動は反射ミラーがミラーの角度を２つの軸方向に変化さ
せることが可能な付加装置に装着されている実施例を適
用すれば補償することが可能である。この補償用変数即
ち軸の補正を行うために使用される値はビーム経路に加
えることが出来る４象限素子によってかえられる。この
実施例では、軸追従制御装置によって高い分解能の測定
装置を作り出すことが可能である。又、ビーム経路の不
均等性によって測定に影響を及ぼさない逆反射器の照明
（ｕｎｄｅｒ−ｉ　Ｉ　ｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）が可能
である。

更に、他の実施例では２つの隣接する構成部分を作る結
果として反射ミラーの反射能力を妨害することによって
は測定に悪い影響を与えることはないことを確かめるよ
うになっている。この為、本発明では光源が中央に横断
織物を有する口径部（ａｐｅｒｉｕｒｃ）ダイヤフラム
に１対１のスケールで像を作りこの口径部ダイヤフラム
が次に好ましくは横断織物でなければ常軌ミラーの回動
軸の部分に当たるような偏向ミラーに入射する光を戻し
ておくよう前方の対物レンズに映し出すようにしておく
。

この実施例にある基本概念は、測定光の反射に当たり誰
も折り畳み可能な光学的反射特性が２つの構成部分の縁
が隣接することによって妨害される、即ち測定経路から
の光ビームに対応する部分が既に光源の領域で切り込ま
れているものを使用していないことで理解されよう。従
って、２つの一部光ビームが折り畳み可能な障害のない
反射特性を有する偏向ミラーの２つの構成部分の回動軸
の両側に当たるようになっている。

上記口径部ダイヤフラムが円形の中央にある開口部を有
し横断織物が真っすぐに開口部を交差しているのが特に
好都合である。この構成では、この円形の中央の開口部
が前方の対物レンズの縁から明確な半径方向への間隔を
有する像となるように前方の対物レンズに像を映し出す
ようになっている。

このように、前方の対物レンズの断面全体は送光された
ビームを通過するために使用されない。

その代わり前方の対物レンズの中央部分をビーム通過の
ため使用される。このように、送光され又は受光された
光ビームが変位しても光学像特性は変化しない。円形の
、口径部ダイヤフラムの中心にある開口部により上記折
り畳み可能な偏向ミラーの断面全体を光ビームの反射に
使用されない。

逆に、偏向ミラーの２つの構成部分の各点で偏向ミラー
の上記縁部から入射した送光ビームまで明瞭な間隔を取
る。

［実施例］ 以下本発明に係る光学オートコリメーション測定装置の
実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明に係る光学オートコリメーション測定
装置の実施例を示す。

尚、第１図に示すオートコリメーション測定装置では偏
向ミラーが揺動して開放状態になっている。

又、第２図に於いて第１図に示したオートコリメーショ
ン測定装置の偏向ミラーは内側に揺動し９０”で停止し
た状態を示す。

第１図に示すように、コンデンサ９を有する光源１１が
ハウジング１５に配設されている。この光源１１の像は
コンデンサレンズ９とビーム分割器２０とを介して上記
ハウジング１５の壁に備えた前方対物レンズ１２に形成
される。上記コンデンサ９付き光源１１は前方対物レン
ズ１２に対し該レンズから大略並行な入射光ビームが現
れるように配設されている。このレンズ１２は、分割器
の構成に応じて対物レンズ１２の口径の半分又は口径全
体（破線で示す）を取る。

１Ｌ而状の偏向（ｄｅｆ　１ｅｃｔ　ｉｎｇ）ビーム１
６が＋’ｔｆ方対物レンズ１２の前方に離隔されており
」二足レンズ１２の光学軸１７に対し４５°傾斜してい
る。

又、偏向ミラー１６は測定経路１３を経て逆反射器１４
が配設された端部に向かうよう９０°で入射する光ビー
ム１８を偏向させる。ト記逆反射器１４は幾つかの三角
形体（ｔｒｉｐｌｅｓ）又は単一の三角形プリズム又は
ベック（Ｂｅｃｋ）プリズムからなる。後者の場合光学
軸＋７Ａの一方（例えば下側）の側に出ている光ビーム
は上記逆反射器１４によりその軸１７Ａに対し対称的に
光学軸＋７Ａの他方（例えば上側）の側に変位しそこか
ら入射光ビームに並行に上記偏向ミラー１６へ戻る。こ
のようにして、反射光１９が出来入射した光ビーム１８
Ａに並行に延び前方対物レンズ１２を介してハウジング
１５の内部に最後に再び逆反射した反射ビーム１９Ａと
して入り込み更に、ビーム分割器２０を通ってホトレジ
ーバ２Ｉに到達する。このホトレシーバ２Ｉはホトレシ
ーバ２１の出力信号から測定経路１３の光学状態を現わ
す指示値を指示器２３に出力する電子処理回路２２に接
続されている。

本発明によれば、上記平面偏向ミラーＩ６は２つの同一
構成部分１６ａ、＋６ｂと分割してなる。

この構成部分＋６ａ、１６ｂはお互いに光学軸１７、＋
７Ａの回りでそれらの光学軸に対し直交している線に沿
って隣接している。又、この２つの構成部分１６ａ、１
６ｂは互いに精確にこの直線状の直交する線に沿って回
動軸２５を介して接続されている。偏向ミラー１６の一
方の構成部分１６ａが固定状態で配設され、一方他方の
構成部分１６ｂは第１図の実線位置から（第２図に於い
ては破線で示す）第２図の矢印の方向である下側に向か
って回動し９０’変位した位置に停止することが出来る
ようになっている。この第２図の実線で示す位置に於い
ては、偏向ミラー１６の２つの構成１Ｍ（分１６ａ、１
６ｂは互いに９０°の角度をｆ丁して配設された状態と
なり入射する光ビーム１８は９０°で一方の構成部分＋
６ａから他方の構、酸部分＋６ｂ間で反射し基準反射ビ
ーム１９Ｂとして前方対物レンズ！２に後者＋６ｂで反
射し入射する。

第１図と第２図とに示す破ｔ９２４で示したように、前
方対物レンズ１２の口径部の両方の部分に入射するビー
ムと受光するビームとが入ってくる。

この場合入射した光ビー１１の一部が光学軸１７の一方
の側を通るがそれ自身と並行に光学軸Ｉ７の他方の側に
変位するであろうし又その逆となることもあろう。第１
図のように、偏向ミラー１６の一方の構成ぶ３分１６ｂ
が外側に回動したυＬ置では、偏向ミラー１６は通常の
平面ミラーとして働く。

しかしながら、第２図に示す内側に回動した位置では、
上記構成部分は９０°回動しており偏向ミラー１６は屋
根型ミラーと変換される。この屋根型ミラーは一次元の
逆反射器を現わす。この位置では、上Ｓｃ！２ツの部分
１６ａ、１６ｂに当たる４５°のいずれの位置に入射す
る光のすべてはそれ自身に並行に変位し再び前方の対物
レンズ１２に反射して戻る。これは逆反射器が単一の屋
根縁プリズム又はＢｅｃｋプリズムのような単一の三角
ミラーの時測定経路１３の端にある逆反射器１４の場合
と同じように起こる。

このように、第１図の実際の測定時及び第２図の基準測
定時の両方で上記測定経路端に位置する逆反射器１４を
除いて全ての光学系及び電気系の部品が両方の測定にて
同じように使用されるものである。

第３図及び第３ａ図は、上記光学オートコリメーション
測定装置の偏向ミラー１６の一方の平面の光学軸の追従
制御を示す説明図を示す。

第４図は、第１図の平面に直交する方向で発明に係るオ
ートコリメーノヨン測定装置の実施例におけるビーム経
路の反射光ビーム１９の方向から見た概略図を示す。

又、第５図は第４図の線■−■に沿った口径部ダイヤフ
ラムを示す。

第３図に示すように、その構成部分＋６ａ、１６ｂから
なる偏向ミラー１６は２枚の板２７ａ。

２７ｂからなる装置２７に装着されている。一方の板２
７ａはミラーＩ６の後ろ側に固着されている。他方の板
２７ｂはその一方の板２７ａの後ろ側に層分離れて配置
され一方の端のリンク３０により回動軸２５のレベルで
回動点２６例えばボールジヨイントで回動点２５のレベ
ルにて板２７ａと接続されている。

反対端に於いて２つの板２７ａ、２７ｂが可変長の位置
決め部材３Ｉを介してお互いが接続されておりこの部材
３Ｉの長さは例えばマイクロメータのネジのような調節
機構２８により調節可能である。

この板２７ｂとマイクロメータのネジ２８とはハウジン
グに固定して配設されている。このように、マイクロメ
ータのネジ２８の調節により上記板２７ａ、２７ｂの一
方の側の間隔を変えることができ一方この間隔はボール
ジヨイント２６の付近では通常一定のままである。尚、
板２７ａ、２７ｂはお互いにバネ８により付勢されてい
る。

上記構成により、例えばハウジングを回動させた場合、
測定経路Ｉ３に沿った正しい方向からずれて偏向する光
ビームは２枚の板２７ａ、２７ｂの間隔を広くすること
により、即ち位置決め部材３１（第３ａ図参！）＋１）
を長くすることにより、補正することが出来る。換言す
れば、光ビーム２９は測定経路に渡り所望の方向に延び
るように回動可能である。このように、約５°の角度範
囲で測定の光ビームの誤った位置合わせを補償すること
が簡単に出来る。

同様に、光学軸の追従制御を実現すれば逆反射器の照明
（ｕｎｄｅｒ−ｉ　ｌ　ｌｕｍｉｎａｔ　ｉ。

ｎ）を可能にする。

第４図と第５図に於いて、同一の参照符号は上記実施例
に示す対応部分を示す。

第４図に示すように、光源！■の像は円形の口径部ダイ
ヤフラム３２に第一レンズ９ａを介して形成される。こ
のダイヤフラムではこの口径部ダイヤフラム３２をまた
いで延びた垂直横断織物３３がある。半径方向外側にダ
イヤフラム３２が延びて丸い円形中央開口率３４の外側
に入射する総ての光を吸収するように十分に広がってい
る。

上記口径部ダイヤフラム３２の後側に配置されたレンズ
９ｂは口径部ダイヤフラム３２を拡大して前方の対物レ
ンズＩ２に映し出す。即ら、口径部ダイヤフラム３２の
像３２Ａは直方対物レンズ１２にある。従って横断織物
３３の像３３Δは同様に対物レンズ１２の中央に映る。

円形開口部３４の縁３５の半径は非常に小さいので縁３
５の像３５Ａが前方対物レンズ１２の円Ｊ、′、Ｉｉｌ
から半径方向内側に向かって層分離れて映る。

横断織物３３又はその像３３Δは前方対物レンズ１２か
ら出ていき、回動軸２５の付近の偏向ミラー１６の表面
にあり、回動軸２５から即ち２つの構成部分１６ａ、１
６ｂの隣接する縁から反対方向にある程度離れている並
行の光ビームがその中心にブランクアウト領域を有する
ように配置されている。このように、偏向ミラー１６の
構成部分１６ａ、１６ｂの互いが隣接する縁を囲む部分
は測定光ビームの反射から除外される。

更に、中央開口部３４の縁部３５は２つの光ビーム３６
ａ、３６ｂの一部が偏向ミラー１６の２つの構成部分１
６ａ、１６ｂの相互に隣接する縁と接触しないばかりか
偏向ミラー１６の縁までも延びてはいない。このように
偏向ミラー１６の構造にある程度の公差を持つことが可
能である。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明に係る光学オートコリメーン
ヨン測定装置はその重要な光学系及び電気系の構成要素
は実際の測定と基準測定とはいずれも同じ物で同じ方法
で使用され従って長期の使用と温度の変化に対し実際の
測定と基準の測定とに同じように特定の構成要素のドリ
フトが影響するので結果として測定精度に回答影響を及
ぼさなくなる。その池水発明のオートコリメーション測
定装置は著しい効果を生じる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明に係る光学オートコリメーション測定
装置の実施例と関連する光経路とであって偏向ミラ一部
分が開放状態となった概略図を示す。 第２図は、第１図に示す光学オートコリメーンヨン測定
装置であって偏向ミラーが内側に９０°移動した状態と
なった概略図を示す。 第３図及び第３ａ図は、一つの平面の光学軸を追従制御
する拡大概略図を示す。 第４図は、本発明に係る光学オートコリメーション測定
装置の他の実施例であって光ビーム経路が第１図の平面
に対し直交する方向であって反射した光ビームの方向か
らみた概略図を示す。 第５図は、第４図の線■−■上の口径部ダイヤフラムの
概略図を示す。 （符号の説明） ９・・・コンデンサ、ＩＩ・・・光源、１２・・・対物
レンズ、１３・・・測定経路、夏４・−・逆反射器、１
５・・・ハウジング、１６・・・偏向ミラー、１７・・
・光学軸、１８・・・入射する光ビーム、１９・・・反
射ビーム、２０・・・光分割器、２Ｉ・・・ホトレシー
バ、２２・・・電子処理回路、２５・・・回動軸、２６
・・・ボールジヨイント、２７・・装置、２８・・・調
整機構、２９・・・光ビーム、３０・・・リンク、３Ｉ
・・・位置決め部材、３２・・・口径部ダイヤフラム、
３３・・・垂直横断織物、３４・・・円形中央開口部、
３５・・・円形開口部の縁、３６ａ、３６ｂ・・・２つ
の光ビームの一部。 ＦＩＧ、３ ＦＩＧ、３ａ 「ｌ／

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）光源と、 （ｂ）前記光源に隣接し光源からの光 を分割する光分割器と、 （ｃ）前記光分割器からの送光ビーム を通過させ測定経路に送光する光学系と、 （ｄ）入射光をそれ自身に反射させて 測定経路からの入射光を逆反射させる逆反射器と、（ｅ
   ）前記逆反射器からの逆反射光を 前記光分割器を介して偏向された光ビームを入射するホ
   トレシーバと、 （ｆ）前記ホトレシーバからの電気出 力信号から前記測定経路に沿った光学的状態を表わす指
   示値を出力する電子処理回路と、 （ｇ）前記光学系と測定経路との間に 配置され光学系の光学軸に直交する直線に沿って相互に
   隣接され前記直線と一致する軸に対し回動自在になって
   おり一方が他方に対し回動することにより入射光を一次
   元的に逆反射するようになった少なくとも２つの構成部
   分からなる偏向ミラーとからなることを特徴とするオー
   トコリメーション装置。
2. （２）前記偏向ミラーは入射光に対し開放状態では４５
   °の角度で配設されており、又前記偏向ミラーの前記光
   学系から離れた方向にある一方の構成部分は他方の静止
   した構成部分の方に向かって９０°内側に回動可能とな
   っていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   オートコリメーション測定装置。
3. （３）前記偏向ミラーの構成部分は同じ構成となってい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記
   載のオートコリメーション装置。
4. （４）前記偏向ミラーの両方の構成部分は各々入射し出
   ていく光ビーム及び反射して入ってくる光ビームの両方
   又はいずれか一方の断面の半分を受光することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項第２項又は第３項のいずれか
   に記載のオートコリメーション測定装置。
5. （５）前記偏向ミラーの一方の構成部分は前記光学系か
   ら出てきた光ビームを受光し又、他方の構成部分は反射
   してきた光ビームを対称的に受光することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項第２項又は第３項のいずれかに記
   載のオートコリメーション測定装置。
6. （６）前記光源、光分割器、光学系、ホトレシーバ、及
   び電子処理回路はハウジング内に収容されており、前記
   偏向ミラーは前記測定経路に隣接するハウジングの外側
   に配設されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項から第５項までのいずれがに記載のオートコリメーシ
   ョン測定装置。
7. （７）前記偏向ミラーは前記逆反射器に対する光学軸の
   移動を補償することを可能にする装置に装着されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第６項まで
   のいずれかに記載のオートコリメーション測定装置。
8. （８）前記光源は中央に横断織物を有する口径部（ａｐ
   ｅｒａｔｕｒｅ）ダイヤフラムに１：１のスケールで像
   を形成し又前記横断織物は前記偏向ミラーの回動軸の付
   近に当たるような光を戻したままとするように前記光学
   系に像を映すことを特徴とする特許請求の範囲第１項か
   ら第７項までのいずれかに記載のオートコリメーション
   測定装置。
9. （９）前記口径部ダイヤフラムは前記横断織物がその中
   心を交差している円形の中央の開口部を有することを特
   徴とする特許請求の範囲第８項記載のオートコリメーシ
   ョン測定装置。
10. （１０）前記円形の中央の開口部はその縁の像が前記光
    学系の縁から半径方向の明瞭な間隔を有するように前記
    光学系に像を映し出すことを特徴とする特許請求の範囲
    第９項記載のオートコリメーション測定装置。
11. （１１）前記光学系は、対物レンズからなることを特徴
    とする特許請求の範囲第１項から第１０項までのいずれ
    かに記載のオートコリメーション測定装置。