JP2005156417A - 光干渉ユニット、光干渉対物レンズ装置および測定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 参照光の光路長を調整でき、かつ、小型化を図ることができる光干渉対物レンズ装置を提供する。
【解決手段】 光干渉対物レンズ装置100は、対物レンズ系200と、光干渉ユニット300と、を備える。光干渉ユニット300は、連結環400と、ビームスプリッタ500と、参照光調整部600と、を備える。参照光調整部600は、参照ミラー610と、参照光角変更手段620と、参照光路長変更手段630と、を備える。参照光路長変更手段630は、取付軸部640と、平行リンク機構650と、調整手段660と、を備える。平行リンク機構650は、固定軸部651と、一対の平行板ばね652と、従動軸部654と、を備える。
【選択図】 図1
Description
図2および図3に示されるように、従来の光干渉対物レンズ装置1は、対物レンズ2と、観察対象面Sからの反射光に参照光LRを干渉させて干渉縞を生成する光干渉ユニット3と、を備えている。
光干渉ユニット3は、対物レンズ2の前方に配設されたビームスプリッタ4と、ビームスプリッタ4で分割された光束の一方を参照光LRとしてビームスプリッタ4に再帰させる参照ミラー5と、参照ミラー5の傾斜角を調整する傾き調整手段51と、ビームスプリッタ4で分割された光路を中心軸として参照ミラー5の回転角を調整する回転角調整手段56と、を備えている。
回転角調整手段56は、参照ミラー5を収納する収納筒57と、ビームスプリッタ4で分割された参照光LRの光路を中心軸として収納筒57を回転させるジャーナル58と、を備えている。
すると、観察対象面Sで反射された被検光LSと参照ミラー5で反射された参照光LRとが干渉し、光路差に応じて干渉縞が観察される。そして、参照ミラー5の傾きにより干渉縞の間隔が変化されるところ、調整ねじ55で傾斜面を押し引きすることによって参照ミラー5の傾斜角が調整される。また、参照ミラー5の傾斜方向によって干渉縞の方向が変化されるところ、収納筒57を回転させることで参照ミラー5の回転角が調整される。
ここで、干渉縞の観察にあたって、まず、対物レンズ系の焦点を観察対象面にあわせる。次に、参照光路長変更手段により参照ミラーを変位させて参照光の光路長を調整する。つまり、光路分割手段から観察対象面までの光路長に対して光路分割手段から参照ミラーまでの光路長を略一致させるように参照ミラーを変位させる。
そして、観察対象面に向けて光(照明光)を照射する。すると、照明光は、光路分割手段で被検光と参照光とに分割される。被検光は観察対象面に照射され、観察対象面からの反射光が光路分割手段に再帰される。光路分割手段で分割された参照光は、参照ミラーで反射されて光路分割手段に再帰される。
このとき、光路分割手段との距離が調整されているので、参照ミラーで反射されてきた参照光は観察対象面からの反射光に干渉し、干渉縞が生成される。
観察対象面からの反射光と参照ミラーからの参照光とが干渉した状態で対物レンズ系に入射され、この干渉光から干渉縞が観察される。そして、干渉縞の間隔や移動速度などにより観察対象面の表面凹凸や凹凸の変化などが観察される。
参照ミラーの変位方向は平行ガイド機構により参照光の光路に平行方向に規制されるので、参照ミラーが参照光路上から外れてしまうことがない。したがって、参照ミラーを変位させて参照光路長を調整した場合でも参照ミラーでの反射光を確実に光路分割手段に再帰させることができ、干渉縞を得ることができる。
平行リンク機構は、固定軸部と従動軸部とを連結するように平行連結部材を有するので、参照光に交差する方向に大きさを有するものの、参照光の方向に突き出す構成とはならずにすむ。その結果、参照光路長変更機構がコンパクトに構成され、参照ミラーを変位可能としながら光干渉ユニットを小型化することができる。
参照ミラーは、参照ミラーの反射面上の一点を中心点として揺動されるので、揺動された場合でも光路分割部材との距離が変化されない。したがって、参照ミラーの角度を調整しても参照光の光路長は変化されず、参照光の光路長が調整された状態を維持したままで参照光の反射角を調整することができる。
また、参照ミラーは、参照光角度変更手段を介して参照光路長変更手段で支持されているので、参照光角度変更手段で角度調整された状態を維持したままで参照光路長変更手段によって変位される。すると、参照光の反射角を変化させることなく、参照光の光路長が調整される。
また、連結部材で光干渉ユニットを対物レンズ系に着装したときに、参照光路長変更手段を対物レンズの光軸回りに回動させることができるので、例えば、顕微鏡のリボルバーに複数の対物レンズとともにセットする場合でも、他の対物レンズから邪魔にならない位置に参照ミラーの位置を変えることができる。
あるいは、連結部材は対物レンズ系に対して回動不可である一方で、参照光路長変更手段が光軸中心に回動自在に前記連結部材に取り付けられていてもよい。
請求項6に記載の測定装置は、請求項5に記載の光干渉対物レンズ装置と、前記光干渉対物レンズ装置によって観察される干渉縞を撮像する撮像手段と、前記撮像手段で撮像された前記干渉縞に基づいて前記観察対象面の形状を解析する解析手段と、を備える。
このような構成によれば、上記に記載の発明に同様の作用効果を奏することができる。
ここで、撮像手段としてはCCDカメラを用いることが例として挙げられる。解析手段としては、光源から発射される光の波長と観察される干渉縞の間隔とから観察対象面の凹凸を求める構成が例として挙げられる。
図1に、本発明の光干渉対物レンズ装置100に係る一実施形態を示す。
光干渉対物レンズ装置100は、対物レンズ系200と、光干渉ユニット300と、を備えている。
対物レンズ系200は、対物レンズ(不図示)と、この対物レンズを内部に収納するレンズ保持筒201と、を備える。
対物レンズ系200の観察対象となる観察対象面Sは、対物レンズの光軸ALを延長した一方側で対物レンズの焦点位置に配置される。レンズ保持筒201の他方側には、例えば顕微鏡装置等にこの光干渉対物レンズ装置100を取り付けるための取付部203が設けられている。
レンズ保持筒201の外側面には、周方向に沿って刻設された溝条202が設けられている。
また、対物レンズ系200は、ガラス等が観察対象面Sとの間に挿入されることによって生じる収差を補正可能に構成されている。このようにガラス等の挿入によって生じる収差を補正できる対物レンズ系200としては、互いに相対移動可能な複数のレンズ(またはレンズ群)を備えた構成が一例として挙げられる。
光干渉ユニット300は、連結環(連結部材)400と、ビームスプリッタ(光路分割部材)500と、参照光調整部600と、を備えている。
連結環400は、光干渉ユニット300を対物レンズ系200に着脱可能に取り付ける連結部品である。連結環400は、内方に対物レンズ系200を回動自在に受け入れ可能な有底筒状であって、連結環400の外側から溝条202に係合する止めねじ401が螺合される。連結環400の底部には、対物レンズ系200に光束を入出射する光透過孔402が形成されている。
光干渉ユニット300が対物レンズ系200に取り付けられた状態で、ビームスプリッタ500は、対物レンズ系200と観察対象面Sとの間で対物レンズの光軸AL上に位置する。そして、ビームスプリッタ500は、光軸ALに対して角度45°で交差し、対物レンズ系200からの光束の一部を反射して光軸ALに対して直角方向の参照光LRを生成するハーフミラー502を有する。
参照光調整部600は、参照ミラー610と、参照光角度変更手段620と、参照光路長変更手段630と、を備えている。
参照ミラー610は、参照光LRを反射して再びビームスプリッタ500に再帰させる。参照ミラー610は、ビームスプリッタ500に対向して配置されている。ここで、ビームスプリッタ500から観察対象面Sまでの距離に対して、ビームスプリッタ500から参照ミラー610の反射面までの距離を略等しくする位置に参照ミラー610は配置されている。
参照光角度変更手段620は、保持体621と、軸受筒623と、保持板624と、支持軸部626と、を備えている。
保持体621は、参照ミラー610を挟んでビームスプリッタ500とは反対側から参照ミラー610を保持する。保持体621は、参照ミラー610を保持する面とは反対側が球面622に形成された半球状であって、この球面622が球面滑り軸受の滑り側を構成している。また、この球面622は、参照ミラー610の反射面の中心Pを中心点とする球面に形成されている。
軸受筒623は、保持体621の球面622を球面滑り可能に軸受けする有底筒状で、筒の開口部で保持体621の球面622を軸受している。
ここに、保持体621の球面622と軸受筒623とにより球面滑り軸受が構成されている。
支持軸部626は、対物レンズの光軸ALに対して略平行を保つ状態で配設された軸部で、参照光角度変更手段620を支持している。
支持軸部626は、連結環400の外側に位置する光軸ALに平行な長手状で、その一端はビームスプリッタ500に対向する位置にある。
そして、支持軸部626の一端に傾き調整ねじ627が4本挿通され、傾き調整ねじ627は、軸受筒623および保持体621の脇を通って保持板624の4隅に螺合している。傾き調整ねじ627のねじ頭が支持軸部626に係合して支持軸部626を挿通不可となり、この傾き調整ねじ627により保持板624が支持軸部626に引き付けられ、保持板624と支持軸部626との間で保持体621および軸受筒623が挟持される。4本ある傾き調整ねじ627のそれぞれの螺合量を調整することによって、保持板624の傾きが変化し、保持板624とともに参照ミラー610の傾きが変化される。
なお、図1中では、傾き調整ねじ627のうち手前に位置する二本のみが記載され、奥側の二本は隠れて見えない。
参照光路長変更手段630は、取付軸部640と、平行リンク機構(平行ガイド機構)650と、調整手段660と、を備えている。
取付軸部640は、連結環400の側面に取付固定されており、参照光路長変更手段630を連結環400に固定する。
平行リンク機構650は、固定軸部651と、一対の平行板ばね(平行連結部材)652と、従動軸部654と、を備えている。
固定軸部651は、光軸ALに対して垂直な方向に沿って設けられ、取付軸部640の一端に連続している。ここで、ビームスプリッタ500は保持枠501を介して連結環400に固定されており、固定軸部651は取付軸部640を介して連結環400に固定されているので、固定軸部651とビームスプリッタ500とは相対位置が固定される関係にある。
平行板ばね652は、光軸ALに垂直な方向に沿って離間し、かつ、光軸ALに平行に配設された2枚の板ばねである。なお、2枚の平行板ばね652は、光軸ALに垂直な方向に弾性変形する。2枚の平行板ばね652は、その一端が固定軸部651に固定されている。ここで、平行板ばね652は、光軸ALに垂直な方向に沿って離間し、すなわち、参照光LRに平行な方向に離間している。
平行板ばね652は、両端を除く中央部分に補強板653を備えている。補強板653は、2枚の平行板ばね652の表裏両面に設けられ、平行板ばね652を挟持している。
また、従動軸部654において連結環400よりの一端には支持軸部626の他端が連続的に接続されている。支持軸部626の一端には参照ミラー610が支持されているところ、参照ミラー610は従動軸部654と一体的に変位し、参照ミラー610は光軸ALに垂直な方向に沿って変位する。
調整手段660は、基軸部661と、押込プランジャ662と、押込調整ねじ663と、を備えている。
基軸部661は、固定軸部651において連結環400から遠い側の一端に連続して設けられ、光軸ALに平行に配設されている。つまり、基軸部661は、平行リンク機構650を間にして連結環400とは反対側で光軸ALに平行に配設されている。基軸部661は、平行板ばね652よりも若干長めであり、基軸部661の一端が固定軸部651から連続して、基軸部661の他端は従動軸部654の端面に対向している。
押込調整ねじ665は、基軸部661を挿通して設けられ、従動軸部654に螺合している。押込調整ねじ665のねじ頭が基軸部661に係合して基軸部661を挿通不可となり、押込調整ねじ665を回すと螺合量に応じて従動軸部654が変位される。すると、従動軸部654と一体的に参照ミラー610が変位される。
まず、光干渉ユニット300を対物レンズ系200に着装する。
連結環400に対物レンズ系200を挿嵌して、連結環400を所定の位置に回転させる。参照光調整部600が所定の位置にきたところで止めねじ401により連結環400を対物レンズ系200に止着する。さらに、この光干渉対物レンズ装置100を、例えば、顕微鏡などの観察装置(測定装置)に取付部203を嵌め込んでセットする。
そして、対物レンズ系200の焦点位置を観察対象面Sにあわせて観察対象面Sを観察できる状態にする。
押込調整ねじ665を回して、例えば、螺合量を少なくした場合、押込プランジャ662による押込力もあいまって平行板ばね652が光軸AL側に変位される。すると、平行板ばね652とともに従動軸部654が光軸AL側に変位される。平行板ばね652によって従動軸部654と固定軸部651との平行状態が保たれた状態で従動軸部654が変位されるので、従動軸部654は、光軸ALに対して垂直を保って変位する。そして、従動軸部654と連続一体的に支持軸部626が設けられ、支持軸部626に参照ミラー610が支持されているので、参照ミラー610は、光軸ALに対して垂直方向に沿ってビームスプリッタ500に向けて変位される。このとき、参照ミラー610は、傾き調整された状態を保って変位される。
また、押込調整ねじ665を回して螺合量を多くすれば、従動軸部654が基軸部661に向けて引かれて、参照ミラー610がビームスプリッタ500から離間する方向に向けて変位される。
ビームスプリッタ500を透過した被検光LSは観察対象面Sに照射され、観察対象面Sから反射されてビームスプリッタ500に再帰される。
ビームスプリッタ500で分割された参照光LRは、参照ミラー610で反射されてビームスプリッタ500に再帰される。
このとき、参照ミラー610は、傾きおよびビームスプリッタ500との距離が調整されているので、参照ミラー610で反射されてきた参照光LRは観察対象面Sからの被検光LSに干渉し、干渉縞が生成される。
観察対象面Sからの被検光LSと参照ミラー610からの参照光LRとが干渉した状態で対物レンズ系200に入射され、この干渉光から干渉縞が観察される。そして、干渉縞の間隔や移動速度などにより観察対象面Sの表面凹凸や表面凹凸の変化などが観察される。
(1)参照ミラー610が変位可能に設けられているので、参照ミラー610を参照光路長変更手段630によって変位させれば、参照光LRの光路長を調整することができる。すると、対物レンズの焦点距離に応じて参照光LRの光路長を変化させることができる。例えば、焦点距離が異なる複数の対物レンズに対応して参照光路長を調整できる。その結果、複数の対物レンズに対して一つの光干渉ユニット300で対応できる。
そして、光学干渉系は光軸調整が非常に重要であるが、平行リンク機構650により参照ミラー610は参照光LRに沿って変位されるので、参照ミラー610を変位させた場合でもめんどうな光軸調整を行う必要がない。その結果、光軸調整の手間を削減することで、測定効率を向上させることができる。
観察対象面Sを照明する照明光は対物レンズからビームスプリッタ500を透過して観察対象面Sに照射されるとして説明したが、照明光は対物レンズを通さずにビームスプリッタ500に入射されてもよい。
例えば、照明光を直接ビームスプリッタ500に入射させ、ビームスプリッタ500での反射光を観察対象面Sに照射させて、ビームスプリッタ500の透過光を参照ミラー610に導いてもよい。
Claims (6)
- 観察対象面を観察する対物レンズおよびこの対物レンズを内部に収納するレンズ保持筒を有する対物レンズ系に対して着脱自在に着装され、観察対象面からの被検光に参照光を干渉させて干渉縞を生成する光干渉ユニットにおいて、
観察対象面を照明する照明光を分割して前記観察対象面を観察する被検光とこの被検光に干渉する参照光とを生成する光路分割手段と、
前記参照光の光路に沿って変位可能に設けられ前記光路分割手段で生成された前記参照光を反射して前記光路分割手段に再帰させる参照ミラーと、
前記参照ミラーの変位方向を前記参照光の光路に平行な方向に規制する平行ガイド機構によって前記光路分割手段と前記参照ミラーとの距離を変更する参照光路長変更手段と、を備える
ことを特徴とする光干渉ユニット。 - 請求項1に記載の光干渉ユニットにおいて、
前記平行ガイド機構は、平行四辺形型の平行リンク機構を備えて構成され、
前記平行リンク機構は、前記光路分割手段で生成された前記参照光の光路に対して平行に配置された状態で前記光路分割手段に対する相対位置が固定された固定軸部と、
前記固定軸部に対する対向辺として配置され前記参照ミラーと一体的に移動する従動軸部と、
一端が前記固定軸部に回動自在に連結され他端が前記従動軸部に回動自在に連結され、前記参照光の光路に対して平行な方向に沿って離間した状態で互いに平行配置される一対の平行連結部材と、を備えている
ことを特徴とする光干渉ユニット。 - 請求項1または請求項2に記載の光干渉ユニットにおいて、
前記参照ミラーの反射面と前記参照光の光路との交点を中心点として前記参照ミラーを揺動させる球面滑り軸受によって前記参照ミラーが前記参照光の光路となす角を変更する参照光角度変更手段を備え、
前記参照光路長変更手段は、前記参照光角度変更手段を介して前記参照ミラーを支持する
ことを特徴とする光干渉ユニット。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の光干渉ユニットにおいて、
観察対象面を観察する対物レンズおよびこの対物レンズを内部に収納するレンズ保持筒を有する対物レンズ系に対して着脱自在に連結される連結部材を備え、
前記参照光路長変更手段は、前記連結部材が前記対物レンズ系に着装された状態において前記対物レンズの光軸を中心軸として回動可能であり、
前記参照ミラーは前記参照光路長変更手段を介して前記連結部材に保持されている
ことを特徴とする光干渉ユニット。 - 観察対象面を観察する対物レンズおよびこの対物レンズを内部に収納するレンズ保持筒を有する対物レンズ系と、
請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の光干渉ユニットと、を備えた光干渉対物レンズ装置。 - 請求項5に記載の光干渉対物レンズ装置と、
前記光干渉対物レンズ装置によって観察される干渉縞を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で撮像された前記干渉縞に基づいて前記観察対象面の形状を解析する解析手段と、を備えた測定装置。
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