JP2002098882A - 光学部材切換え装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学部材切り換え機構からの塵の発生を軽減
し、機構の寿命および耐性回数を延ばす。 【解決手段】 モータ１により回転駆動されるピニオン
２にラック３が噛合され、ピニオン２の回転に応じてラ
ック２を直線移動させ、プリズム４Ａ、４Ｂを選択的に
光路上に切換え位置させるとともに、クリック溝３Ａ、
３Ｂに係合するクリック５によりそれぞれを光路上に位
置決めするようにしたもので、ピニオン２の回転による
ラック３の直線移動により、これらピニオン２とラック
３との噛合が外れる位置で弾性部材６によりラック３の
移動方向に抗する方向の押圧力を作用させ、この状態で
弾性部材６の押圧力に抗してピニオン２を回転させラッ
ク３との噛合位置を変更する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、顕微鏡、測定機お
よびその周辺装置等の光学装置において、光学部材を切
り換えるための光学部材切換え装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、微細な試料を観察したり、観察像
の写真撮影やビデオ画像を記録することができる顕微鏡
は、生物分野の研究をはじめ工業分野の検査工程まで幅
広く利用されている。この種の顕微鏡で、特に半導体の
ウエハ検査を行う検査用の顕微鏡においては、検査者の
疲労軽減や検査時間の短縮化を図ることが重要であり、
これを改善することで歩留まりが向上し、生産性のアッ
プにも繋がる。例えば、特公平５―８７８０４号公報で
は、観察標本のピント合せ操作を素早く行い、生産効率
の向上を目的としたオートフォーカス機構が知られてい
る。また特開平８―２１１２９５号公報では、観察光量
の自動調光、各種の光路切り換えの自動化を目的とした
顕微鏡が知られている。さらに、特開平７―１６８１０
１号公報では、標本観察時の標本保護を目的として、生
産性向上を達成した顕微鏡が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の顕微鏡において
は、観察時の省力化やスピードアップ、また疲労軽減と
いった問題は解消され、生産性の向上に繋がっている。
しかしながら、生産性が向上した分だけ、より多くの標
本を短時間で検査することが可能となり、これに伴い、
顕微鏡の光学部材切り換え機構などの駆動部位の作動頻
度も増加し、顕微鏡自体の耐性や寿命が問題となってく
る。また、半導体ウエハなどの検査工程は、一般的には
クリーンルーム内にあり、埃、塵などを極端に嫌う。し
かし、光学部材切り換え機構などの駆動部位が存在すれ
ば、少なからず駆動機構部の摩耗が発生し、摩耗部位か
らの塵が発生することが考えられる。

【０００４】さらに、従来のラック・ピニオン方式の光
学部材切り換え機構では、光学部材が取付けられたラッ
クは、ラックに設けられたクリック機構で位置決めされ
た所定距離を往復運動しているが、ラックとピニオンの
噛み合い位置が常に同じである。また、クリック機構の
クリック溝からの挿脱の際、ピニオンに過大な力が加わ
り、長時間使用を続けるとギヤの部分から、メッキ剥が
れを起こしたり、ギヤ自体が摩耗して装置の寿命が短く
なる。また、剥がれたメッキ粉やギヤが削られた粉など
は、半導体の検査工程で一番嫌がる塵となり、検査自体
に支障を来すことになる。

【０００５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、光学部材の切換え部の寿命および耐性回数を延ばす
ことができるとともに、摩耗、発塵を最小限に抑制でき
る光学部材切換え装置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、
回転駆動源と、この回転駆動源により回転駆動される回
転歯車部材と、前記回転歯車部材に噛合されるととも
に、該回転歯車部材の回転に応じて直線移動される直線
歯部材と、前記直線歯部材に設けられ、該直線歯部材の
直線移動により選択的に光路上に位置される複数の光学
部材と、前記直線歯部材に設けられ、前記複数の光学部
材を各別に前記光路上に位置決めさせる位置決め手段
と、前記回転歯車部材の回転による前記直線歯部材の直
線移動により前記回転歯車部材と前記回転歯車部材との
噛合が外れる位置で該直線歯部材の移動方向に抗する方
向の押圧力を作用させる押圧手段と、を具備し、前記回
転歯車部材と前記直線歯部材との噛合が外れた状態で前
記押圧手段の押圧力に抗して前記回転歯車部材を回転さ
せ前記直線歯部材との噛合位置を変更可能にしたことを
特徴としている。

【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１記載にお
いて、前記位置決め手段は、前記直線歯部材に設けられ
た位置決め溝と該位置決め溝に落ち込み光路上の光学部
材の位置を決定する位置決め部材を有し、前記押圧手段
は、前記直線歯部材の移動により前記位置決め部材によ
り押圧される前記直線歯部材に一体に形成された傾斜部
を有することを特徴としている。

【０００８】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載において、前記直線歯部材の移動にともない光路上
に位置される前記光学部材の切換え回数を累積記憶する
記憶手段を有し、この記憶手段に記憶された前記光学部
材の切換え回数が所定回数に達する毎に、前記回転歯車
部材の前記直線歯部材との噛合位置を変更させることを
特徴としている。

【０００９】この結果、本発明によれば、光学部材の切
換え動作毎に回転歯車部材と直線歯部材との噛合位置を
変更できるので、回転歯車部材および直線歯部材での摩
耗を全体に分散させることができる。

【００１０】また、本発明によれば、押圧手段は直線歯
部材に一体に形成される傾斜部を有する構成としたの
で、構成が簡単で安価にできる。

【００１１】さらに、本発明によれば、光学部材の切換
え回数が所定回数に達する毎に、回転歯車部材と直線歯
部材との噛合位置を変更しているので、噛合位置を変更
するタイミングを任意の期間に設定できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
を図１を参照して説明する。

【００１３】電動駆動するためのモータ１の回転軸１ａ
に取り付けられたピニオン２と、このピニオン２にラッ
ク３が噛み合っている。このラック３は上記モータ１の
ＣＷ（時計回り）、ＣＣＷ（反時計回り）回転により左
右方向に移動する。上記ラック３に取り付けられた光学
部材保持部４には、光学装置の観察光学系または写真撮
影光学系（図示しない）に光路を切り換えるためプリズ
ム４Ａ、４Ｂが取付けられている。これらのプリズム４
Ａ、４Ｂが、上記光学系の光軸Ｚに位置づけられるよう
に、ラック３のラック面の反対側の面にクリック溝３
Ａ、３Ｂが設けられている。上記プリズム４Ａ、４Ｂを
高精度に位置決めするために、上記クリック溝３Ａ、３
Ｂに係合するクリック５が支持部材（図示しない）に固
定されている。上記クリック５は支持部材（図示しな
い）に固定された板状の弾性部材５ａとこの弾性部材５
ａの先端部に取り付けられたローラー５ｂから構成され
ており、クリック溝３Ａ、３Ｂが形成されている面に向
かって付勢されている。細状の弾性部材６は、ラック３
の上方位置でかつクリック溝３Ａ、３Ｂの間内に、支持
部材（図示しない）に一端が固定され、他端は自由端に
構成されている。７は棒状の係止部材であり、上記ラッ
ク３の側面で、上記クリック溝３Ａ、３Ｂの間に紙面に
垂直方向に突出している。上記ラック３の右方向の移動
により上記弾性部材６は、上記係止部材７を左方向に押
圧する。

【００１４】８はモータ１を回転させるための駆動回路
である。位置検出回路１０は、ラック３の位置を検出す
るもので、この位置検出回路１０には、ラック３に取り
付けられたセンサ板３０１を検出するための３個のセン
サ１０１，１０２，１０３が接続されている。センサ１
０１は、クリック５がクリック溝３Ａに入ったときにセ
ンサ板３０１を検出する位置に固定配置されている。同
様に、センサ１０２はクリック５がクリック溝３Ｂに入
ったとき、センサ１０３はラック３とピニオン２のかみ
合いが外れる位置になったときにそれぞれセンサ板３０
１を検出する位置に固定配置されている。なお、図中で
ハッチングされたセンサは、そのセンサがセンサ板３０
１を検出している状態であることを示している。制御回
路９は、上記駆動回路８と上記位置検出回路１０に接続
されており、上記位置検出回路１０の出力信号に基づい
て上記駆動回路８に信号を送り、上記モータ１を回転し
てプリズム４Ａ、４Ｂの切り換えを制御する。さらに、
モータ１の回転方向の指示を与えるために、ＳＷ入力部
１１が制御回路９に接続されている。上記制御回路９は
周知のＣＰＵ回路及び周辺装置であり、ＣＰＵ、ＲＯ
Ｍ、ＲＡＭ、発振器、その他必要な周辺回路を含む回路
構成となっている。

【００１５】次に上記構成を有する機構の作用につい
て、図１、図２および図３（Ａ）から（Ｅ）を参照して
説明する。

【００１６】先ず、図１において、光学装置の光軸Ｚに
プリズム４Ａが挿入されている状態で、プリズム４Ｂに
切り換える動作について説明する。検査者はＳＷ入力部
１１によりプリズム４Ａからプリズム４Ｂへの光路切り
換えを指示する。制御回路９は上記光路切り換えの指示
を認識すると共に位置検出回路１０により現状のプリズ
ム４Ａ、４Ｂの位置を確認する。しかして、制御回路９
は、ラック部３の移動方向、すなわち、モータ１の回転
方向を決定する。今回はプリズム４Ｂに切り換える指示
なので、モータ１の回転方向はＣＷ（時計回り）方向と
なる。制御回路９は駆動回路８に信号を与え、モータ１
をＣＷ（時計回り）方向に回転させる。

【００１７】モータ１がＣＷ（時計回り）方向に回転す
ると、モータ１の回転軸１ａに取付けられたピニオン２
もＣＷ（時計回り）方向に回転する。それに伴い、ラッ
ク３が左方向に移動し、クリック５のローラ５ｂがクリ
ック溝３Ａから脱出を開始する。この脱出の際、上記ク
リック５のローラ５ｂは、クリック溝３Ａを押圧してい
るので、ラック部３は定常移動時（クリック溝の外を移
動している時）よりも移動力量が重く、モータ１は通常
以上のトルクを必要とする。従って、ピニオン２とラッ
ク３にも過大な力が加わる。さらに、モータ１の駆動時
の衝撃も加わる。そして、クリック５のローラ５ｂが、
クリック溝３Ａを脱出した後は低トルクで移動を続け
る。位置検出回路１０は、ラック３が移動して光学装置
顕微鏡の光軸Ｚにプリズム４Ｂが位置づけられたことを
検出（センサ１０２がＯＮ）すると、その検出信号を制
御回路９に入力する。次いで、図２に示すように、制御
回路９は、モータ１にブレーキをかけて、ラック３の移
動を停止し、停止後に、モータ１をフリー状態にするこ
とで、クリック５のローラ５ｂがクリッ溝３Ｂに確実に
係合する。さらに、停止の場合にもブレーキの衝撃や、
クリック溝３Ｂに係合する際のクリック５のローラ５ｂ
のバウンドによりピニオンギヤ２とラック３に衝撃が加
わる。そして、クリック５がクリック溝３Ｂに確実に呼
び込まれ、完全に停止した状態になったら、光学部材４
Ｂへの移動動作が完了する。

【００１８】次に、プリズム４Ｂからプリズム４Ａに切
り換わる場合の動作について説明する。

【００１９】制御回路９は、検査者からのＳＷ入力部１
１への入力指示により、上述した回転方向とは逆方向
に、すなわち、モータ１をＣＣＷ（反時計回り）方向に
回転することにより、ラック３は右方向へ移動を開始す
る。ラック３が右方向へ移動して、位置検出回路１０が
上記光学系の光軸Ｚに光学部材４Ａが位置づけられたこ
とを検出する（図３（Ａ））（図３（Ａ）、センサ１０
１がＯＮ）。すると、位置検出回路１０からの出力信号
により制御回路９は、今度は、モータ１にブレーキを掛
けずに低速回転駆動に切り換えるので、クリック５のロ
ーラ５ｂはクリック溝３Ａから脱出して、一旦通り過ぎ
る。（図３（Ｂ））そして、図３（Ｃ）に示すように、
位置検出回路１０がラック３の左側の先端部とピニオン
２との噛み合いが外れたことを検知（センサ１０３がＯ
Ｎ）した時点で、制御回路９は、モータ１の回転を停止
する。この時、弾性部材６が係止部材７を押すことによ
り、ラック３に、ラック３の移動方向とは逆のＰ方向へ
の力が加わる。この状態から、図３（Ｄ）に示すよう
に、制御回路９はモータ１を超低速回転でＣＣＷ（反時
計回り）方向へ回転させて、ラック３の最先端部がピニ
オン２から離れた瞬間に、弾性部材６によりラック３が
ピニオン２のギヤ１枚分、左方向に戻されて噛み合うこ
とになる。ピニオン２のギヤを３枚分回転させるために
は、この動作を３回繰り返すことになる。

【００２０】次いで、図３（Ｅ）に示すように、ラック
３と噛み合うピニオン２のギヤは、図３（Ａ）の噛み合
い状態からギヤ３枚分ずれて、新たなピニオン２のギヤ
がラック３と噛み合うことになる。そして、制御回路９
が駆動回路８を介してモータ１をＣＷ（時計回り）方向
に回転させることにより、ラック３を左方向に移動させ
て、上記光学系の光軸Ｚにプリズム４Ａを位置づける。
このプリズム４Ａを上記光学系の光軸に位置づける動作
は、上述したプリズム４Ｂの動作と同様である。

【００２１】以上説明した本発明の第１の実施の形態に
よれば、プリズムの切り換え動作毎にラックとピニオン
の噛み合い位置が変化するので、ピニオンの摩耗を、ギ
ヤ全体に分散させることができるので、ギヤの片減りを
防ぐことができる。さらに、ギヤからの発塵も抑えるこ
とができる。その結果、光学部材の切り換え装置の寿命
期間、耐性回数を延ばすことができる。

【００２２】次に、本発明の第２の実施の形態につい
て、図４を参照して説明する。

【００２３】第１実施の形態と同一の部材については、
同一の符号を付けて、説明は省略する。図４において、
ラック３のクリック溝３Ａ、３Ｂが形成されている面と
同一面で、クリック溝３Ａ側の先端部下面に傾斜面３Ｃ
を形成したものである。この傾斜面３Ｃは、第１の実施
の形態における図１の弾性部材６と係止部材７の代りに
設けられたものである。

【００２４】上記第２の実施の形態の作用について、図
５（Ａ）から（Ｅ）を参照して説明する。

【００２５】図５（Ａ）と（Ｂ）は、第1実施例の図4
（Ａ）と（Ｂ）の動作と同一であるので、説明は省略す
る。図５（Ｃ）に示すように、モータ１のＣＣＷ（反時
計回り）方向の回転により、ピニオン２がＣＣＷ（反時
計回り）方向に回転することによりラック３が右方向に
低速移動する。そして、位置検出回路１０がラック３の
左側の先端部とピニオン２との噛み合いが外れたことを
検知した時点から、クリック５のローラ５ｂが、ラック
部３に形成された傾斜面３ｃを下りはじめる。次いで、
図５（Ｄ）に示すように、クリック５のローラ５ｂが傾
斜面３ｃを下ることによって、傾斜面３ｃからクリック
５のローラ５ｂが押し戻される力を受けるので、その結
果、ラック３に、Ｐ方向の力が加わる。この力によっ
て、ラック３が左方向に戻されることにより、ラック３
の先端部からピニオン２のギヤが１枚分ずれて噛み合う
ことになる。さらに、クリック５のローラ５ｂが傾斜面
３ｃを下る動作を継続することにより、ピニオン２のギ
ヤ３枚分がＣＣＷ（反時計回り）方向に回動した時点
で、モータ１の回転が停止する。その結果、図５（Ｅ）
に示すように、ラック３とピニオン２は、図５（Ａ）の
噛み合い状態からピニオン２のギヤ３枚分ずれた状態
て、噛み合うことになる。次いで、制御回路９が駆動回
路８を介してモータ１をＣＷ（時計回り）方向に回転さ
せることにより、ラック３を左方向に移動させて、上記
光学系の光軸Ｚにプリズム４Ａを位置づける。このプリ
ズム４Ａを光学系の光軸Ｚに位置づける動作は、上述し
たプリズム４Ｂの動作と同様である。

【００２６】以上説明した第２の実施の形態によれば、
第１の実施の形態の弾性部材と突起部の代りに、ラック
に傾斜面を形成したので、構成が簡単で、安価にするこ
とができる。

【００２７】さらに、本発明の第３の実施の形態につい
て、図６を参照して説明する。

【００２８】第２の実施の形態と同一の部材には、同一
の符号を付して説明を省略する。

【００２９】図６において、不揮発性メモリ１２が制御
回路９に接続されている。この不揮発性メモリ１２は、
電源遮断時も記憶内容を保持させることができるメモリ
であり、制御回路９は、この不揮発性メモリ１２に光学
部材切り換え機構の切り換え動作回数を累積して記憶さ
せることができる。

【００３０】上記第３の実施の形態の作用について説明
する。

【００３１】図示しない電源ＳＷが投入されると、第２
の実施の形態の図５（Ａ）から（Ｃ）に示すように、制
御回路９はＳＷ入力部１１からの入力を待機する。そし
て、ＳＷ入力部１１からの上記光学系の光軸Ｚへのプリ
ズム４Ａの切り換え指示により、駆動回路８の出力によ
りモータ１を回転し、ピニオン２によりラック３を右方
向に移動させる。その後の動作は、第２の実施の形態の
図（Ｄ）、（Ｅ）と異なり、プリズム４Ａが、上記光学
系の光軸Ｚに挿入される毎に，ピニオン２のギヤの噛み
合い変更は行わず、通常動作においては、プリズム４
Ａ、４Ｂ間、すなわち、クリック溝３Ａから３Ｂ間の往
復運動のみの制御を行い、この往復運動の回数を不揮発
性メモリ１２に記憶されているカウント値に累積加算す
る。そして、この累積加算値がある一定値を超えた時の
み、ピニオンの噛み合いギヤの変更を行うようにする。
例えば、１０００回プリズム４Ａ、４Ｂの切り換え動作
を行ったら、第２の実施の形態と同様に、ラック３とピ
ニオン２の噛み合わせを、ピニオン２のギヤ３枚分ずら
すように制御を行う。

【００３２】上記第１および第２の実施の形態によれ
ば、ラックとピニオンのギヤの噛み合い変更動作は、超
低速で回転制御を行っているものの、ラック３が押し戻
される時には、少なからずラックとピニオンのギヤに衝
撃が加わったり、摩耗が生じる。しかしながら、この実
施の形態によれば、プリズムの切り換え動作の所定回数
毎に、ラックとピニオンのギヤの噛み合いを変更させる
ので、ピニオンのギヤの摩耗を減少させることができ
る。

【００３３】本発明は、上記の実施の形態に限定される
ものでなく、種々変形が可能である。例えば、観察光学
系と写真撮影光学系の光路切り換え部材として２個のプ
リズムの切り換えについて説明したが、３つ以上のプリ
ズムの切り換えも出来る。また、切り換える光学部材と
しては、プリズムに限らず、レンズ、ミラー、フィルタ
ー、波長板等がある。さらに、制御方法として、位置検
出回路１０を使用したクローズド制御を行っているが、
モータおよび駆動回路を回転角度により制御できるステ
ッピングモータおよびドライバ（ステッピングモータ用
駆動回路）に代えることにより、オープン制御も可能と
なり、位置検出回路１０を省くことができる。

【００３４】さらに、ラックとピニオンのギヤの噛み合
いをギヤ３枚分ずらしたが、ギヤの枚数は、歯車の大き
さにより最適な枚数に設定することができる。さらに、
電源投入時にのみ噛み合いギヤの変更を行うような設定
も可能であり、この場合、不揮発性メモリは不要とな
る。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、顕微鏡、測定機および
その周辺装置において、光学部材切り換え機構からの塵
の発生を軽減し、機構の寿命および耐性回数を延ばすこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す概略構成図で
ある。

【図２】本発明の第１の実施の形態において、ラックが
移動した状態を示す概略構成図である。

【図３】（Ａ）から（Ｅ）は、本発明の第１の実施の形
態の動作を説明するための説明図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態を示す概略構成図で
ある。

【図５】（Ａ）から（Ｅ）は、本発明の第２の実施の形
態の動作を説明するための説明図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態を示す概略構成図で
ある。

【符号の説明】

１ モータ ２ ピニオン ３ ラック ３Ａ クリック溝 ３Ｂ クリック溝 ３Ｃ 傾斜面 ４Ａ プリズム ４Ｂ プリズム ５ クリック ６ 弾性部材 ７ 係止部材 １２ 不揮発性メモリ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転駆動源と、 この回転駆動源により回転駆動される回転歯車部材と、 前記回転歯車部材に噛合されるとともに、該回転歯車部
   材の回転に応じて直線移動される直線歯部材と、 前記直線歯部材に設けられ、該直線歯部材の直線移動に
   より選択的に光路上に位置される複数の光学部材と、 前記直線歯部材に設けられ、前記複数の光学部材を各別
   に前記光路上に位置決めさせる位置決め手段と、 前記回転歯車部材の回転による前記直線歯部材の直線移
   動により前記回転歯車部材と前記回転歯車部材との噛合
   が外れる位置で該直線歯部材の移動方向に抗する方向の
   押圧力を作用させる押圧手段と、 を具備し、 前記回転歯車部材と前記直線歯部材との噛合が外れた状
   態で前記押圧手段の押圧力に抗して前記回転歯車部材を
   回転させ前記直線歯部材との噛合位置を変更可能にした
   ことを特徴とする光学部材切換え装置。
2. 【請求項２】 前記位置決め手段は、前記直線歯部材に
   設けられた位置決め溝と該位置決め溝に落ち込み光路上
   の光学部材の位置を決定する位置決め部材を有し、 前記押圧手段は、前記直線歯部材の移動により前記位置
   決め部材により押圧される前記直線歯部材に一体に形成
   された傾斜部を有することを特徴とする請求項１記載の
   光学部材切換え装置。
3. 【請求項３】 前記直線歯部材の移動にともない光路上
   に位置される前記光学部材の切換え回数を累積記憶する
   記憶手段を有し、 この記憶手段に記憶された前記光学部材の切換え回数が
   所定回数に達する毎に、前記回転歯車部材の前記直線歯
   部材との噛合位置を変更させることを特徴とする請求項
   １または２記載の光学部材切換え装置。