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Querverweis auf verwandte Anmeldung
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Die Offenbarung der japanischen Patentanmeldung
JP 2021140 439 A , die am 30. August 2021 eingereicht wurde und Spezifikationen, Zeichnungen und Ansprüche enthält, wird hier durch Bezugnahme in vollem Umfang mit einbezogen.
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Vorrichtung. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine optische Vorrichtung, die zur Verwendung in einem Weißlicht-Interferometer vom Mirau-Typ, Michelson-Typ und dergleichen geeignet ist, das in Bildmessmaschinen, Messmikroskopen und dergleichen verwendet wird.
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Stand der Technik
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Ein Beispiel für die Hauptkonfiguration eines Weißlichtinterferometers vom Mirau-Typ, das in den Patentschriften 1 bis 5 oder dergleichen beschrieben ist, ist in 1 dargestellt. Bei einer berührungslosen Messung der Oberflächenform durch einen optischen Kopf 10 eines Weißlichtinterferometers wird das von einer Weißlichtquelle 12 abgestrahlte Licht durch einen Strahlteiler 16 und einen Halbspiegel 18 in ein Referenzlicht zu einem Referenzspiegel 20 und ein Messlicht zu einer Messzieloberfläche, beispielsweise einem zu messenden Werkstück W, aufgeteilt. Und ein Interferenzstreifenbild, das durch eine optische Streckendifferenz des jeweils reflektierten Lichts erzeugt wird, wird von einer Kamera 26, die eine Lichtempfangsanordnung enthält, erfasst, um die unebene Form des zu messenden Werkstücks W basierend auf der Intensität der Interferenzstreifen zu messen. In der Zeichnung ist 14 eine Kollimationslinse, 22 ist eine Interferenzobjektivlinse (im Folgenden einfach als Objektivlinse bezeichnet), 24 ist eine Abbildungslinse, 30 ist eine Interferenzeinheit zur Erzeugung der Interferenzstreifen durch Einstellen der Position des Referenzspiegels 20 in der vertikalen Richtung (Richtung A in der Zeichnung), die eine optische Achsenrichtung ist.
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Wenn der optische Kopf 10 des Weißlichtinterferometers in der Richtung senkrecht zur Oberfläche des zu messenden Werkstücks W abgetastet wird (vgl. Richtung A in der Zeichnung), werden die Interferenzstreifen um die Position herum erzeugt, an der die optische Streckendifferenz des Referenzlichts und des Messlichts Null ist. Durch Erfassen der Peak-Position der Intensität der Interferenzstreifen unter Verwendung des Lichtempfangselements der Kamera 26 ist es möglich, eine dreidimensionale Oberflächenform (im Folgenden einfach als dreidimensionale Form bezeichnet) des zu messenden Werkstücks W zu erhalten.
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Zusätzlich zu dem in 1 gezeigten Weißlichtinterferometer vom Mirau-Typ, bei dem eine optische Achse der Objektivlinse 22 und eine optische Achse des Referenzspiegels 20 koaxial sind, gibt es den Weißlichtinterferometer vom Michelson-Typ, der in der später beschriebenen 6A gezeigt und in der Patentliteratur 5, Patentliteratur 6 und dergleichen beschrieben ist, bei dem die optische Achse der Objektivlinse 22 und die optische Achse des Referenzspiegels 20 senkrecht sind.
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In einem solchen Weißlichtinterferometer muss die Position der Interferenzeinheit 30 in Richtung der optischen Achse (vgl. Richtung A in der Zeichnung) eingestellt und an einem Objektivlinsenkörper befestigt werden, so dass die Abstände h1 und h2 zueinander gleich eingestellt werden und das Referenzlicht auf den Referenzspiegel 20 fokussiert wird, wenn das Messlicht auf die Oberflächen des Messobjekts W fokussiert wird.
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Aus diesem Grund wurden in der Patentliteratur 7 bis 12 usw. verschiedene Einstell- und Befestigungsstrukturen vorgeschlagen, die jedoch allesamt kompliziert ausgestaltet sind.
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Daher können beispielsweise, wie in den 2A und 2B gezeigt, mehrere Flügel 32 (vgl. die beiden oberen und unteren in 2B) in Bezug auf die Richtung senkrecht zur optischen Achse der Interferenzeinheit 30 zur Außenseite hin vorgesehen sein. Der Flügel 32 ist zwischen einem Einstellring 42 und einem Befestigungsring 44 vom oberen und unteren Ende der optischen Achse (seitliche Richtung in 2A) angeordnet, um ihn zu befestigen. Das heißt, die Außenseite eines äußeren Rahmens 40 des Linsentubus 23 der Objektivlinse 22 und die Innenseite sowohl des Einstellrings 42 als auch des Fixierrings 44 werden mit einem Gewinde versehen, und durch Drehen des Einstellrings 42, um den Referenzspiegel 20 in Aufwärts- und Abwärtsrichtung (d.h. in Richtung der optischen Achse A) (vgl. seitliche Richtung in 2A) zu bewegen, werden die Flügel 32 durch den Fixierring 44 und den Einstellring 42 eingefasst, und die Interferenzeinheit 30 wird befestigt. In der Figur ist die 46 eine Schraubenfeder.
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Druckschriften
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Patentliteratur
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- [Patentliteratur 1] JP 6 508 764 B2
- [Patentliteratur 2] JP 2021 009 128 A
- [Patentliteratur 3] JP 6 461 609 B2
- [Patentliteratur 4] JP 2012 093 166 A
- [Patentliteratur 5] JP 2012 088 180 A
- [Patentliteratur 6] JP 2020 154 167 A
- [Patentliteratur 7] JP 2009 053 339 A
- [Patentliteratur 8] JP 2011 085 655 A
- [Patentliteratur 9] JP 3 342 321 B2
- [Patentliteratur 10] JP 4 201 693 B2
- [Patentliteratur 11] JP H05 848 03 U
- [Patentliteratur 12] JP 2013 104 998 A
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Technisches Problem
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Im Weißlichtinterferometer ist die Positioniergenauigkeit der Interferenzeinheit 30 sehr präzise einzuhalten. Wenn jedoch der Einstellring 42 aus der vertikalen Richtung (vgl. seitliche Richtung in 2A) der Flügel 32 gedreht wird, wie in 2A gezeigt, und eine Kraft auf die Richtung der optischen Achse ausgeübt wird, um sie genau zu positionieren, bewegt sich die Interferenzeinheit 30 zum Zeitpunkt der Fixierung in Richtung der optischen Achse, so dass es sehr schwierig ist, sie einzustellen und zu fixieren. Derartige Probleme treten auf, wenn optische Teile auch in anderen optischen Geräten außer dem Weißlichtinterferometer präzise fixiert werden müssen.
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Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um die oben genannten, bislang bekannten Probleme zu lösen. Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine präzise Positionierung mit einer einfachen Konfiguration zu ermöglichen, indem verhindert wird, dass eine Kraft in Richtung der optischen Achse auf optische Teile ausgeübt wird, wenn die optischen Teile in der Position der optischen Achse fixiert werden, und indem die Verschiebung in Richtung der optischen Achse unterdrückt wird.
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Lösung des Problems
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Die vorliegende Erfindung stellt eine optische Vorrichtung bereit, die mit einer Positionseinstell- und -fixiervorrichtung für optische Teile zum Einstellen und Fixieren der Position der optischen Teile versehen ist, die sich in einer optischen Achsenrichtung bewegen, wobei die Positionseinstell- und -fixiervorrichtung mit einem Langloch, das sich in der optischen Achsenrichtung erstreckt und auf einer Seitenfläche der optischen Teile ausgebildet ist; einem Befestigungsmittel, das an einem zu befestigenden Objekt der optischen Teile angebracht ist und das entlang des Langlochs beweglich ist; einem nicht durchgehenden Schraubenloch, das in dem Befestigungsmittel ausgebildet ist und das durch einen Spalt geteilt ist; und einer Schraube versehen ist, die in das Schraubenloch geschraubt ist und den Spalt spreizt, wenn sie in das Schraubenloch geschraubt wird, um die Außenfläche des Befestigungsmittels gegen die Innenfläche des Langlochs zu drücken.
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Dabei kann das Befestigungsmittel neben dem nicht durchgehenden Schraubenloch mit einem Durchgangsloch zum Einsetzen einer Stellschraube zum Befestigen des Befestigungsmittels an dem zu fixierenden Objekt der optischen Teile ausgebildet sein.
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Mehrere Befestigungsmittel können in Umfangsrichtung um die optischen Teile herum angeordnet sein.
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Ferner kann die optische Vorrichtung eine Interferenzeinheit eines Weißlichtinterferometers sein und die optischen Teile können ein Referenzspiegel zum Einstellen einer optischen Streckendifferenz sein, die in der Interferenzeinheit enthalten ist.
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Ferner kann das zu fixierende Objekt der Interferenzeinheit ein Linsentubus einer interferierenden Objektivlinse sein.
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Ferner kann die optische Vorrichtung eine Interferenzeinheit eines Weißlichtinterferometers vom Mirau-Typ sein, wobei eine optische Achse einer Objektivlinse, die das zu fixierende Objekt ist, und eine optische Achse eines Referenzspiegels, der in der Interferenzeinheit enthalten ist, die die optischen Teile sind, koaxial angeordnet sind.
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Ferner kann die optische Vorrichtung eine Interferenzeinheit eines Weißlichtinterferometers vom Michelson-Typ sein, wobei eine optische Achse einer Objektivlinse, die das zu fixierende Objekt ist, und eine Achse eines Referenzspiegels, der in der Interferenzeinheit enthalten ist, die die optischen Teile sind, senkrecht angeordnet sind.
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Da die auf die optischen Teile ausgeübte Kraft bei der Fixierung der Position der optischen Teile in Richtung der optischen Achse senkrecht zur Richtung der optischen Achse steht, kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine Verschiebung der optischen Teile unterdrückt und eine präzise Positionierung mit einer einfachen Anordnung durchgeführt werden.
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Diese und andere neuartige Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen ersichtlich. Diese und andere neuartige Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen ersichtlich.
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Figurenliste
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Die bevorzugten Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei identische Merkmale in den Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen sind und wobei:
- 1 ein Schaubild der optischen Strecke ist, das schematisch einen optischen Kopf eines bisherigen Weißlichtinterferometers vom Mirau-Typ veranschaulicht.
- 2A eine Längsschnittansicht einer Interferenzeinheit ist, die ein beispielhaftes herkömmliches Verfahren zur Befestigung der Interferenzeinheit veranschaulicht.
- 2B eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 2A veranschaulicht.
- 3 eine Längsschnittansicht ist, die einen Befestigungsabschnitt der Interferenzeinheit in der vorliegenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, die für das Weißlichtinterferometer vom Mirau-Typ verwendet wird.
- 4A eine Draufsicht ist, die die Anordnung einer Passfeder veranschaulicht, der ein in der ersten Ausführungsform verwendetes Befestigungsmittel ist.
- 4B eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 4A veranschaulicht.
- 5 eine Draufsicht ist, die veranschaulicht, wie die Interferenzeinheit in der ersten Ausführungsform befestigt ist.
- 6A ein Schaubild der optischen Strecke ist, das schematisch einen optischen Kopf eines Weißlichtinterferometers vom Michelson-Typ veranschaulicht, auf den die vorliegende Ausführungsform angewendet wird.
- 6B eine vergrößerte Längsschnittansicht des C-Abschnitts in 6A ist, die einen Befestigungsabschnitt der Interferenzeinheit in einem Referenzlichtstreckenabschnitt der vorliegenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, die auf ein Weißlichtinterferometer vom Michelson-Typ angewendet wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend werden vorliegende Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht durch die in den folgenden Ausführungsformen beschriebenen Inhalte begrenzt. Die in den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen enthaltenen Merkmal sind für den Fachmann leicht nachvollziehbar, im Wesentlichen gleich und in sogenannten äquivalenten Bereichen. Ferner können die in den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen offenbarten Merkmale in geeigneter Weise kombiniert oder in geeigneter Weise ausgewählt und verwendet werden.
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Die vorliegende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde auf eine Positionseinstell- und -fixiervorrichtung einer Interferenzeinheit eines Weißlichtinterferometers vom Mirau-Typ angewendet. Wie in den 3 bis 5 gezeigt, wird die Positionseinstell- und -fixiervorrichtung des Weißlichtinterferometers verwendet, um die Position einer Interferenzeinheit 30 zu fixieren. Die Interferenzeinheit 30 ist eines der optischen Teile, an denen ein Referenzspiegel 20 zur Erzeugung eines Referenzlichts zur Interferenz mit einem von einer Oberfläche eines Messobjekts reflektierten Messlicht angebracht ist. Die Interferenzeinheit 30 wird in der optischen Achsenrichtung A des Referenzspiegels 20 ausgerichtet und fixiert (vgl. Querrichtung in den Figuren).
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Die Positionseinstell- und -fixiervorrichtung ist mit einem Langloch 34, das sich in der optischen Achsenrichtung A des Referenzspiegels 20 erstreckt; einer langen zylinderartigen Passfeder 50 mit zwei Löchern 54, 56 (vgl. 4A), der an einem Linsentubus 23 der Objektivlinse 22 angebracht ist, die ein Fixierobjekt der Interferenzeinheit 30 ist und zusammen mit dem Langloch 34 beweglich ist; einem nicht durchgehenden Schraubenloch 54 (vgl. 4B), wobei das durchgehenden Schraubenloch 54 in der Passfeder 50 ausgebildet und durch einen Spalt 52 geteilt ist; und einer Befestigungsschraube 60 versehen, die in das Schraubenloch 54 geschraubt ist und den Spalt 52 nach außen drückt, wenn sie geschraubt wird, um die Außenfläche der Passfeder 50 gegen die Innenfläche des Langlochs 34 zu drücken.
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In der Passfeder 50 ist, wie in den 4A und 4B im Detail gezeigt, neben dem nicht durchgehenden Schraubenloch 54 für die Befestigungsschraube 60 ein Durchgangsloch 56 für eine Passschraube 70 zum Anbringen der Passfeder 50 an dem Linsentubus 23 der Objektivlinse 22 ausgebildet.
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In 3 ist 41 ein drehbarer Einstellring, der außerhalb der Interferenzeinheit 30 angeordnet ist. An der Außenfläche der Interferenzeinheit 30 und an der Innenfläche des Einstellrings 41 sind Gewindebohrungen angebracht. Wenn der Einstellring 41 gedreht wird, wird die Interferenzeinheit 30 nach oben und unten bewegt (vgl. seitliche Richtung in 3). Zu diesem Zeitpunkt verhindert die in 5 gezeigte Passfeder 50 zusammen mit dem Langloch 34 eine Fehlausrichtung der Drehung um ihre optische Achse in der durch einen Pfeil R angegebenen Umfangsrichtung, wenn die Interferenzeinheit 30 auf und ab bewegt wird, was durch einen Pfeil A angezeigt wird. Darüber hinaus bestimmt das Maß L in Richtung der optischen Achse A des Langlochs 34 den Einstellhub beim Anheben und Absenken der Interferenzeinheit 30. Das heißt, wenn die Interferenzeinheit 30 zu weit nach oben (vgl. 5 nach links) von der optischen Achse bewegt wird, kollidiert sie mit dem Körper der Objektivlinse 22. Umgekehrt fällt die Interferenzeinheit 30 ab, wenn sie gegenüber der Objektivlinse 22 zu weit nach unten (rechts in 5) bewegt wird. Indem der Einstellhub der Interferenzeinheit 30 durch das Langloch 34 begrenzt wird, kann ein solches Abfallen jedoch verhindert werden.
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Beim Einstellen und Fixieren der Position der Interferenzeinheit 30 wird die Interferenzeinheit 30 nach dem Befestigen der Passfeder 50 mit der Passschraube 70 am Linsentubus 23 der Objektivlinse 22 in der seitlichen Richtung (vgl. optische Achsenrichtung A) der Zeichnung bewegt. Wenn die Interferenzstreifen an der gewünschten Position erscheinen, wird die Befestigungsschraube 60 so angezogen, dass der Spalt 52 der Passfeder 50 in 5 nach oben und unten gespreizt wird, und die Außenfläche der Passfeder 50 wird an die Innenfläche des Langlochs 34 der Interferenzeinheit 30 gedrückt, um die Interferenzeinheit 30 am Linsentubus 23 des Objektivs 22 zu befestigen. Da zu diesem Zeitpunkt die Kraft in Richtung der optischen Achse A (vgl. seitliche Richtung in 3) des Referenzspiegels 20 nicht auf die Interferenzeinheit 30 ausgeübt wird, kann die Interferenzeinheit 30 mit hoher Genauigkeit fixiert werden, ohne den Referenzspiegel 20 in Richtung der optischen Achse A zu verschieben.
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Durch die Bereitstellung mehrerer Passfedern 50 in Umfangsrichtung um die Interferenzeinheit 30 herum ist es möglich, die Befestigung weiter zu sichern.
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Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die auf die Positionseinstell- und -fixiervorrichtung einer Interferenzeinheit eines Weißlichtinterferometers vom Michelson-Typ angewendet wird, ist in den 6A und 6B dargestellt.
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Diese Ausführungsform wird auf das Weißlichtinterferometer vom Michelson-Typ angewendet, wie in 6A gezeigt, wobei eine optische Achse einer Objektivlinse 22 und eine optische Achse eines Referenzspiegels 20 senkrecht zueinander sind. Wie in 6B gezeigt, ist eine Haltevorrichtung 80 der Interferenzeinheit 30 mit einem Einstellring 41, einer Passfeder 50, einer Befestigungsschraube 60 und einer Passschraube 70 wie in der ersten Ausführungsform versehen.
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Wie bei der ersten Ausführungsform wird auch bei dieser Ausführungsform, dann, wenn die Interferenzeinheit 30 die gewünschte Position durch Bewegen der Interferenzeinheit 30 in Richtung der optischen Achse A (vgl. seitliche Richtung in 6) erreicht, die Interferenzeinheit 30 durch Anziehen der Befestigungsschraube 60 fixiert, um die Passfeder 50 zu spreizen und gegen das Langloch 34 der Interferenzeinheit 30 zu drücken, wodurch die Interferenzeinheit 30 fixiert werden kann.
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In dem Weißlichtinterferometer vom Michelson-Typ ist nicht nur ein Mechanismus zur Einstellung der Position der optischen Achse, sondern auch ein Mechanismus zur Einstellung der Neigung erforderlich.
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In der vorliegenden Ausführungsform wurde die vorliegende Erfindung auf ein Weißlichtinterferometer des Mirau-Typs und des Michelson-Typs angewendet, aber die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist nicht darauf begrenzt, so dass sie auf andere Interferometer wie beispielsweise Laserinterferometer und allgemeine optische Vorrichtungen für verschiedene Anwendungen angewendet werden kann.
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Auch die Konfiguration der Befestigungsmittel und die Art und Weise, wie die Befestigungsmittel anzubringen sind, sind nicht auf Passfeder 50 oder die Passschraube 70 begrenzt.
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Darüber hinaus müssen das zu befestigende Objekt, wie beispielsweise die Objektivlinse und die optischen Teile, wie beispielsweise die Interferenzeinheit, keine separaten Körper sein und können auch in Fällen angewendet werden, in denen die optischen Teile in das zu befestigende Objekt integriert sind. Es sollte dem Fachmann klar sein, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen lediglich veranschaulichend sind, um die prinzipielle Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung darstellen. Zahlreiche und vielfältige andere Anordnungen können leicht von den Fachleuten auf dem Gebiet der Technik entwickelt werden, ohne vom eigentlichen Zweck und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2021140439 A [0001]
- JP 6508764 B2 [0008]
- JP 2021009128 A [0008]
- JP 6461609 B2 [0008]
- JP 2012093166 A [0008]
- JP 2012088180 A [0008]
- JP 2020154167 A [0008]
- JP 2009053339 A [0008]
- JP 2011085655 A [0008]
- JP 3342321 B2 [0008]
- JP 4201693 B2 [0008]
- JP H0584803 U [0008]
- JP 2013104998 A [0008]
