JP2001091841A - 測定顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レンズ交換が簡単で、取り扱いの容易な測定
顕微鏡を提供する。 【解決手段】 対物レンズ切換機構部１４の可動部１４
２の対物レンズ取付け穴部１４２ｂ、１４２ｃに各別に
対物レンズの胴付面より上方に大きく突出したレンズ群
を配置しワーキングディスタンスを大きく取った低倍率
で倍率の異なる対物レンズ１５、１６を配置し、可動部
１４２の直線移動のみにより、各対物レンズ１５、１６
を選択的に観察光軸上に移動できるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工業用製品の各種
部品の形状などを測定する測定顕微鏡に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、金型部品のような各種部品の外観
形状などを測定する顕微鏡として、測定顕微鏡が用いら
れているが、かかる測定顕微鏡として、例えば、図５に
示すように光源１からの光をハーフミラー２で反射さ
せ、対物レンズ３を介して試料４面に照射し、試料４で
反射した光像を対物レンズ３、ハーフミラー２を透過さ
せ、結像レンズ５よりプリズム６、接眼レンズ７を介し
て観察するようにしたものがある。

【０００３】この場合、このような測定顕微鏡では、観
察光軸上に挿入される対物レンズ３として、例えば１倍
から１０倍程度の低倍率で、図６に示すように対物レン
ズの胴付面３ａより上方にレンズ群３ｂを配置したワー
キングディスタンスを大きく取ったものが用いられてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
測定顕微鏡は、通常、観察光軸上に挿入される対物レン
ズ３は、１本のみで、試料４の測定部位の状態によって
対物レンズ３の倍率を変更したい場合は、装着されてい
る対物レンズ３を取り外し、改めて倍率の異なる他の対
物レンズ３を装着し直すようになっているため、レンズ
交換のための作業に手間がかかり、取り扱いが面倒にな
るという問題があった。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、レンズ交換が簡単で、取り扱いの容易な測定顕微鏡
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
対物レンズの胴付面より上方に大きく突出したレンズ群
を配置した低倍率の対物レンズと、前記レンズ群を収納
可能な厚さを有し、前記低倍率の対物レンズを少なくと
も１を含む複数の対物レンズを装着可能にし、いずれか
１つの対物レンズを観察光軸上に選択的に位置させる対
物レンズ切換手段と、この対物レンズ切換手段により観
察光軸上に位置された対物レンズを通して試料面に照明
光を投影するリレー光学系を有する照明手段と、前記観
察光軸上に位置された対物レンズを通して試料の観察像
を観察する観察光学系とを具備したことを特徴としてい
る。

【０００７】請求項２記載の発明は、対物レンズの胴付
面より上方に大きく突出したレンズ群を配置した低倍率
の対物レンズと高倍率の対物レンズと、前記レンズ群を
収納可能な厚さを有し、前記低倍率の対物レンズおよび
高倍率の対物レンズを観察光軸上に選択的に位置させる
対物レンズ切換手段と、前記対物レンズ切換手段により
観察光軸上に位置された低倍率または高倍率の対物レン
ズを通して試料面に照明光を投影するリレー光学系を有
する照明手段と、前記観察光軸上に位置された対物レン
ズを通して試料の観察像を観察する観察光学系とを具備
したことを特徴としている。

【０００８】本発明によれば、対物レンズの胴付面より
上方にレンズ群を配置した複数の低倍対物レンズを対物
レンズ切換手段の切換操作のみにより選択的に観察光軸
上に位置させることができる。

【０００９】また、本発明によれば、低倍率の対物レン
ズおよび高倍率の対物レンズのそれぞれの瞳位置に光源
からの照明光を投影することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
従い説明する。

【００１１】（第１の実施の形態）図１は、本発明が適
用される測定顕微鏡の概略構成を示している。図におい
て、１１は顕微鏡本体で、この顕微鏡本体１１には、試
料保持ステージ１２を設けている。この試料保持ステー
ジ１２は、部品などの試料Ｓを載置するもので、試料Ｓ
の形状などを測定するため、後述する対物レンズ１５
（１６）の光軸Ｚに対して垂直なＸＹ軸方向に移動可能
にするとともに、その移動量を高精度に読み取れる機能
を有している。

【００１２】一方、顕微鏡本体１１には、試料保持ステ
ージ１２に対向するようにアーム１３を設けている。こ
のアーム１３は、対物レンズ１５（１６）の光軸Ｚ方向
に移動可能になっているとともに、その移動量を高精度
に読み取れる機能を有している。

【００１３】このようなアーム１３の試料保持ステージ
１２側に対物レンズ切換機構部１４を設けている。この
対物レンズ切換機構部１４は、金型部品のような比較的
大きな被検物の外観形状などを測定するためのにワーキ
ングディスタンスの大きい例えば１〜１０倍程度の低倍
率の異なる複数（図示例では２個）の対物レンズ１５、
１６を設けている。この低倍の対物レンズ１５、１６
は、図２に示すようにワーキングディスタンスを大きく
取るために対物レンズの胴付け面１５ａ、１６ａより上
方に大きく突出してレンズ群１５ｂ、１６ｂを配置した
ものである。

【００１４】図２（ａ）（ｂ）は、このような対物レン
ズ切換機構部１４の概略構成を示すもので、固定部１４
１と可動部１４２を有している。固定部１４１は、上面
にオスアリ１４１ａ、下面にメスアリ１４１ｂを有する
とともに、対物レンズ１５（１６）の光軸Ｚ方向に沿っ
た観測光透過穴部１４１ｃを有し、このうちの上面のオ
スアリ１４１ａをアーム１３側に設けられたメスアリ
（図示せず）に着脱可能に設けられている。また、可動
部１４２は、上面にオスアリ１４２ａを有し、このオス
アリ１４２ａを介して固定部１４１下面のメスアリ１４
１ｂに沿って図示矢印Ａ方向に直線移動可能になってい
る。また、可動部１４２には、対物レンズ１５（１６）
の光軸Ｚ方向に沿った複数個（図示例では２個）の対物
レンズ取付け穴部１４２ｂ、１４２ｃを、可動部１４２
の直線移動方向に並べて設け、可動部１４２の直線移動
により、これら対物レンズ取付け穴部１４２ｂ、１４２
ｃを選択的に観測光透過穴部１４１ｃと軸心が一致する
位置に移動できるようにしている。そして、これら対物
レンズ取付け穴部１４２ｂ、１４２ｃに低倍率で倍率の
異なる対物レンズ１５、１６を各別に取付け、これら対
物レンズ１５、１６を可動部１４２の直線移動により選
択的に観察光軸と一致する位置に移動できるようにして
いる。

【００１５】ここで、対物レンズ１５は、図３（ｂ）に
示すように対物レンズの胴付面１５ａより上方に大きく
突出されたレンズ群１５ｂを配置し、ワーキングディス
タンスを大きく取ったものが用いられている。レンズ群
１５ｂは、図示するように対物レンズ１５の取付けねじ
部より上方に大きく突出している。対物レンズ１６につ
いても、対物レンズ１５と同様で、同一部分には、符号
１６ａ、１６ｂを付している。これら対物レンズ１５、
１６を可動部１４２に取付けて交換できるようにするた
めに、可動部１４２の光軸方向の厚さを対物レンズの胴
付け面より上方に大きく突出したレンズ群を十分に収納
できる厚さとする。

【００１６】一方、図１に戻って、アーム１３の上面に
投光管１７を設けている。投光管１７は、落射照明を供
給するためのもので、外部光源１８からの照明光を光フ
ァイバ１９で取込むとともに、光ファイバ１９の出射端
面１９ａに対向させて、この出射端面１９ａを対物レン
ズ１５（１６）の瞳位置１５１ａ（１６１ａ）に投影す
るためのリレー光学系を構成するコンタクトレンズ２
０、対物レンズ１５（１６）の光軸と投光管１７の光軸
を一致させるための光路折曲げ素子であるハーフミラー
２１を配置し、外部光源１８からの照明光を光ファイバ
１９よりコンタクトレンズ２０を介し、ハーフミラー２
１で反射させ、対物レンズ１５（１６）を介して試料保
持ステージ１２上の試料Ｓを照射するようにしている。

【００１７】投光管１７の上部には、結像レンズ２２、
プリズム２３および十字の焦点板を内蔵した接眼レンズ
２４の観察光学系を有する観察鏡筒２５を設け、試料保
持ステージ１２上の試料Ｓで反射（または散乱）され、
対物レンズ１５（１６）を透過された光像を結像レンズ
２２よりプリズム２３、接眼レンズ２４を介して観察可
能にしている。

【００１８】次に、このように構成した実施の形態の動
作を説明する。

【００１９】この場合、観察光軸上に対物レンズ１５が
挿入されているものとする。

【００２０】いま、外部光源１８より照明光が出力され
ると、光ファイバ１９を介し投光管１７に導かれて光フ
ァイバ１９の出射端面１９ａに達し、コンタクトレンズ
２０により収束光束となってハーフミラー２１で反射さ
れ、対物レンズ１５の瞳位置１５１ａに結像され、試料
Ｓをケーラー照明する。また、試料Ｓからの反射光（ま
たは散乱光）は、対物レンズ１５で平行光束になって、
ハーフミラー２１を透過し、結像レンズ２２よりプリズ
ム２３を通り、接眼レンズ２４を介して観察される。つ
まり、この場合は、低倍率の対物レンズ１５により試料
Ｓに関する外観形状などが測定される。

【００２１】この状態で、試料Ｓの測定部位の関係で、
対物レンズ１５を他の倍率のものと変更したい場合は、
対物レンズ切換機構部１４の可動部１４２を固定部１４
１のメスアリ１４１ｂに沿って直線移動し、他の低倍率
の対物レンズ１６を観察光軸と一致する位置に移動させ
る。そして、この場合も、上述したと同様に外部光源１
８の照明光により試料Ｓをケーラー照明すると、試料Ｓ
からの反射光（または散乱光）が対物レンズ１６よりハ
ーフミラー２１を透過し、結像レンズ２２よりプリズム
２３、接眼レンズ２４を介して観察される。つまり、こ
の場合は、他の低倍率の対物レンズ１６により試料Ｓに
関する外観形状などが測定される。

【００２２】従って、このような測定顕微鏡によれば、
対物レンズ切換機構部１４の可動部１４２の対物レンズ
取付け穴部１４２ｂ、１４２ｃに各別に対物レンズの胴
付面より上方に大きく突出されたレンズ群を配置しワー
キングディスタンスを大きく取った低倍率で倍率の異な
る対物レンズ１５、１６を配置し、可動部１４２の直線
移動のみにより、各対物レンズ１５、１６を選択的に観
察光軸上に移動できるようにしたので、従来の対物レン
ズの倍率を変更したい場合、装着されている対物レンズ
を取り外し、改めて倍率の異なる他の対物レンズ装着し
直すようにしたものと比べ、レンズ交換のための作業を
省略でき、測定顕微鏡の取り扱いを容易にできる。

【００２３】また、このような低倍率の対物レンズ１
５、１６は、ワーキングディスタンスを大きく取れるた
め、深い穴や大きな段差を有する試料Ｓについても、測
定が容易になるという効果が得られる。

【００２４】（第２の実施の形態）第１の実施の形態で
は、対物レンズ切換機構部に、低倍率で倍率の異なる複
数の対物レンズを設けた例を述べたが、この第２の実施
の形態では、低倍率の対物レンズと高倍率の対物レンズ
を設けた例を示している。

【００２５】図３は、第２の実施の形態の概略構成を示
すもので、図１と同一部分には、同符号を付している。

【００２６】この場合、アーム１３の試料保持ステージ
１２側に設けられる対物レンズ切換機構部１４は、金型
部品のような比較的大きな被検物の外観形状などを測定
するためのワーキングディスタンスの大きい低倍率の対
物レンズ３０と、例えばリードフレームのボンディング
ワイヤの高さなどの測定に用いられる高倍率（２０〜１
００倍程度）の対物レンズ３１を観察光軸に対して切換
可能に設けている。

【００２７】つまり、この場合の対物レンズ切換機構部
１４は、図２と同一部分には、同符号を付した図４
（ａ）（ｂ）に示すように、可動部１４２の一方の対物
レンズ取付け穴部１４２ｂに対物レンズの胴付面３０ａ
より上方に大きく突出したレンズ群３０ｂを配置し、ワ
ーキングディスタンスを大きく取った低倍率の対物レン
ズ３０を取付け、他方の対物レンズ取付け穴部１４２ｃ
に、標準規格の高倍率の対物レンズ３１を取付ける。標
準規格の対物レンズは、胴付け面の上方に位置する取付
けねじ部より下方にレンズ群が配置される構造になって
いる。この場合、高倍率の対物レンズ３１は、対物レン
ズ取付け穴部１４２ｃに所定の高さを有する補正管３２
を介して取付け、低倍率の対物レンズ３０との同焦距離
の違いをキャンセルするようにしている。この場合も第
１の実施の形態と同様に、低倍の対物レンズ３０のレン
ズ群３０ｂを十分に収納できるように可動部１４２の光
軸方向の厚みを確保している。

【００２８】一方、投光管１７は、光ファイバ１９の出
射端面１９ａとリレー光学系を構成するコンタクトレン
ズ２０の間を一定の距離に保った状態で筒状の移動体３
３中に一体に収容し、このような移動体３３全体を照明
光の光軸方向に沿って位置Ｐ１〜Ｐ２の範囲で移動可能
することで、光ファイバ１９の出射端面１９ａを対物レ
ンズ３０および３１のそれぞれの瞳位置３０１ａ、３１
１ａに投影可能にしている。つまり、低倍率の対物レン
ズ３０と高倍率の対物レンズ３１とでは、胴付面からの
瞳位置３０１ａ、３１１ａが異なるが、移動体３３を位
置Ｐ１に移動させることで（図示の状態）、光ファイバ
１９の出射端面１９ａを低倍率の対物レンズ３０の瞳位
置３０１ａに投影させることができ、また、移動体３３
を位置Ｐ２に移動させることで、光ファイバ１９の出射
端面１９ａを高倍率の対物レンズ３１の瞳位置３１１ａ
に投影させることができるようになっている。

【００２９】従って、このようにしても第１の実施の形
態と同様な効果を期待でき、さらに、観察光軸上に低倍
率の対物レンズ３０または高倍率の対物レンズ３１のい
ずれかが配置されても、投光管１７中の移動体３３を照
明光の光軸方向に移動させることで、低倍率の対物レン
ズ３０および高倍率の対物レンズ３１のそれぞれの瞳位
置３０１ａ、３１１ａに光ファイバ１９の出射端面１９
ａを投影することができるので、常に最適な照明状態を
維持することができ、さらに精度の高い観察および測定
を行なうことができる。

【００３０】なお、上述した第１および第２の実施の形
態では、対物レンズ切換機構部１４は、固定部１４１に
対して可動部１４２を直線移動可能にしたスライドタイ
プである必要はなく、一点を中心に回動することで対物
レンズを切換えるスイングタイプのものでもよい。こう
すれば、観察光路に存在しない対物レンズが試料より遠
ざかる位置に退避されるため、試料との干渉が少なくな
るという効果が得られる。

【００３１】また、アーム１３と投光管１７は、システ
ムの拡張性を考慮して別体としたが、一体型としてもよ
い。こうすれば、装置全体を軽量化できるとともに、光
軸がずれる要因を最小限に抑えられるという効果が得ら
れる。

【００３２】さらに、第２の実施の形態では、対物レン
ズ切換機構部１４の切換動作に移動体３３の移動動作を
電気的または機械的に連動できるようにしてもよい、こ
うすれば、顕微鏡操作がさらに簡素化するため、測定精
度や作業効率が向上するという効果を期待できる。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、対物
レンズの胴付面より上方にレンズ群を配置した複数の低
倍対物レンズを対物レンズ切換手段の切換操作のみによ
り選択的に観察光軸上に位置させることができるので、
レンズを挿脱させることなくレンズ交換作を簡略化で
き、測定顕微鏡の取り扱いを容易にできる。

【００３４】また、低倍率の対物レンズおよび高倍率の
対物レンズのそれぞれの瞳位置に光源からの照明光を投
影することができるので、常に最適な照明状態を維持す
ることができ、さらに精度の高い観察および測定を行な
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の概略構成を示す
図。

【図２】第１の実施の形態に用いられる対物レンズ切換
機構部の概略構成を示す図。

【図３】本発明の第２の実施の形態の概略構成を示す
図。

【図４】本発明の第２の実施の形態の概略構成を示す
図。

【図５】従来の測定顕微鏡の概略構成を示す図。

【図６】従来の測定顕微鏡に用いられる低倍率の対物レ
ンズを示す図。

【符号の説明】

１１…顕微鏡本体 １２…試料保持ステージ １３…アーム １４…対物レンズ切換機構部 １４１…固定部 １４１ａ…オスアリ １４１ｂ…メスアリ １４１ｃ…観測光透過穴部 １４２…可動部 １４２ａ…オスアリ １４２ｂ、１４２ｃ…穴部 １５、１６…対物レンズ １５ａ…胴付面 １５ｂ…レンズ群 １５１ａ、１６１ａ…瞳位置 １７…投光管 １８…外部光源 １９…光ファイバ １９ａ…出射端面 ２０…コンタクトレンズ ２１…ハーフミラー ２２…結像レンズ ２３…プリズム ２４…接眼レンズ ２５…観察鏡筒 ３０…対物レンズ ３０ａ…胴付面 ３０ｂ…レンズ群 ３０１ａ．３１１ａ…瞳位置 ３１…対物レンズ ３２…補正管 ３３…移動体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対物レンズの胴付面より上方に大きく突
   出したレンズ群を配置した低倍率の対物レンズと、 前記レンズ群を収納可能な厚さを有し、前記低倍率の対
   物レンズを少なくとも１を含む複数の対物レンズを装着
   可能にし、いずれか１つの対物レンズを観察光軸上に選
   択的に位置させる対物レンズ切換手段と、 この対物レンズ切換手段により観察光軸上に位置された
   対物レンズを通して試料面に照明光を投影するリレー光
   学系を有する照明手段と、 前記観察光軸上に位置された対物レンズを通して試料の
   観察像を観察する観察光学系とを具備したことを特徴と
   する測定顕微鏡。
2. 【請求項２】 対物レンズの胴付面より上方に大きく突
   出したレンズ群を配置した低倍率の対物レンズと高倍率
   の対物レンズと、 前記レンズ群を収納可能な厚さを有し、前記低倍率の対
   物レンズおよび高倍率の対物レンズを観察光軸上に選択
   的に位置させる対物レンズ切換手段と、 前記対物レンズ切換手段により観察光軸上に位置された
   低倍率または高倍率の対物レンズを通して試料面に照明
   光を投影するリレー光学系を有する照明手段と、 前記観察光軸上に位置された対物レンズを通して試料の
   観察像を観察する観察光学系とを具備したことを特徴と
   する測定顕微鏡。