JP2023034275A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、光学部品の光軸方向の位置を固定する際に、光学部品に光軸方向の力が加わるのを防いで光軸方向の変位を抑え、精密な位置決めを可能とする。【解決手段】光学装置の光学部品（３０）を光軸方向の位置を調整して固定するための光学部品（３０）の位置調整固定装置を備えた光学装置において、前記位置調整固定装置が、前記光学部品（３０）の側面に形成された、光軸方向に長い長穴３４と、前記光学部品（３０）の固定対象（２２、８０）に取付けられる、前記長穴３４に沿って移動可能な固定具５０と、該固定具５０に形成された、すり割り５２で分割された非貫通のねじ穴５４と、該ねじ穴５４と螺合し、ねじ込まれた時に前記すり割り５２を押し広げて、前記固定具５０の外側面を前記長穴３４の内側面に圧接させる固定ねじ６０と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、光学装置に係り、特に、画像測定機や測定顕微鏡などに用いられるミロー型やマイケルソン型の白色干渉計に用いるのに好適な、光学装置に関する。

図１にミロー型白色干渉計の主要な構成を例示する如く、特許文献１～５等に記載された、白色光干渉計光学ヘッド１０による非接触表面形状測定では、白色光源１２から照射した光を、ビームスプリッタ１６やハーフミラー１８により、参照ミラー２０への参照光と、測定ワークＷ等の測定対象面への測定光に分割して、それぞれから反射してきた光の光路差により発生させた干渉縞画像を、受光素子アレイを含むカメラ２６で観測し、前記干渉縞の強度に基づいて測定ワークＷなどの凹凸形状を測定するようにしている。図において、１４はコリメートレンズ、２２は干渉対物レンズ（以下、単に対物レンズと称する）、２４は結像レンズ、３０は、参照ミラー２０の位置を上下に調整して干渉縞を発生させるための干渉ユニットである。

前記白色光干渉計光学ヘッド１０を測定ワークＷの表面に対して垂直方向に走査すると、参照光と測定光の光路差が０となる位置を中心に干渉縞が発生する。この干渉縞の強度のピーク位置を、カメラ２６の受光素子で検出することにより、測定ワークＷの３次元表面形状（以下単に３次元形状とも称する）を得ることができる。

又、白色干渉計には、図１に示したような、対物レンズ２２の光軸と参照ミラー２０の光軸が同軸にあるミロー型だけでなく、前記特許文献５や特許文献６等に記載された、後出図６（Ａ）に示す如く、対物レンズ２２の光軸と参照ミラー２０の光軸が直交するマイケルソン型もある。

このような白色干渉計においては、測定ワークＷの表面に焦点が合った段階で、距離ｈ₁とｈ₂を等しくして、参照ミラー２０に焦点を結ぶように、干渉ユニット３０の位置を光軸方向に調整して対物レンズ本体に固定する必要がある。

そのため、特許文献７～１２等で様々な調整固定方法が提案されているが、いずれも構成が複雑であった。

そこで、例えば図２に示す如く、干渉ユニット３０の光軸に垂直な方向に対し、外側に向かって羽根３２を複数枚設けて、その羽根３２を上下（図２では左右）から挟み込むように光軸方向の上下から、調整リング４２と固定リング４４で固定することが考えられる。即ち、対物レンズ２２の鏡筒２３の外枠４０の外側及び、調整リング４２と固定リング４４の内側にタップを加工し、調整リング４２を回して、参照ミラー２０を上下（図２では左右）させ、固定リング４４と調整リング４２で羽根３２を挟み込むことにより、干渉ユニット３０を固定することが考えられる。図において、４６はばねである。

特許第６５０８７６４号公報 特開２０２１－９１２８号公報 特許第６４６１６０９号公報 特開２０１２－９３１６６号公報 特開２０１２－８８１８０号公報 特開２０２０－１５４１６７号公報 特開２００９－５３３３９号公報 特開２０１１－８５６５５号公報 特許第３３４２３２１号公報 特許第４２０１６９３号公報 実用新案登録第２５６９５７１号公報 特開２０１３－１０４９９８号公報

しかしながら、干渉ユニット３０の位置決め精度は、白色干渉計では大変精密さが要求されるので、図２のように羽根３２の上下方向から調整リング４２を回動させ、精密に位置決めしたい光軸方向に力を加えて固定する方法では、固定時に干渉ユニット３０が光軸方向に動いてしまい、調整・固定が非常に困難であった。このような問題は、白色干渉計以外の光学装置においても光学部品を精密に固定する必要がある場合に生じる。

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、簡単な構成で、光学部品の光軸方向の位置を固定する際に、光学部品に光軸方向の力が加わるのを防ぎ、光軸方向の変位を抑えて、精密な位置決めを可能とすることを課題とする。

本発明は、光学装置の光学部品を光軸方向の位置を調整して固定するための光学部品の位置調整固定装置を備えた光学装置において、前記位置調整固定装置が、前記光学部品の側面に形成された、光軸方向に長い長穴と、前記光学部品の固定対象に取付けられる、前記長穴に沿って移動可能な固定具と、該固定具に形成された、すり割りで分割された非貫通のねじ穴と、該ねじ穴と螺合し、ねじ込まれた時に前記すり割りを押し広げて、前記固定具の外側面を前記長穴の内側面に圧接させるねじと、を備えたことを特徴とする光学装置を提供するものである。

ここで、前記固定具に、前記非貫通のねじ穴と並んで、該固定具を前記光学部品の固定対象に取付けるための取付ねじ用貫通穴を形成することができる。

又、前記固定具を、前記光学部品の周方向に複数設けることができる。

又、前記光学装置を、前記固定対象である対物レンズの光軸と、前記光学部品である干渉ユニットに含まれる参照ミラーの光軸が同軸上にあるミロー型の白色干渉計とすることができる。

又、前記光学装置を、前記固定対象である対物レンズの光軸と、前記光学部品である干渉ユニットに含まれる参照ミラーの光軸が直交するマイケルソン型の白色干渉計とすることができる。

本発明によれば、簡単な構成で、光学部品の光軸方向の位置を固定する際に、光学部品に加わる力が光軸に垂直な方向となるので、光軸方向の変位を抑えて、精密な位置決めをすることが可能となる。

従来のミロー型白色干渉計の光学ヘッドを模式的に示す光路図 従来の干渉ユニット固定方法の一例を示す（Ａ）縦断面図及び（Ｂ）Ｂ－Ｂ線に沿う横断面図 ミロー型白色干渉計に適用した本発明の第１実施形態における干渉ユニットの固定部分を示す縦断面図 実施形態で用いる固定具であるキーの構成を示す（Ａ）平面図、及び（Ｂ）Ｂ－Ｂ線に沿う横断面図 実施形態で干渉ユニットを固定している様子を示す平面図 マイケルソン型白色干渉計に適用した本発明の第２実施形態における干渉ユニットの固定部分を示す（Ａ）縦断面図及び（Ｂ）参照光路部拡大図

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に記載した内容により限定されるものではない。又、以下に記載した実施形態における構成要件には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよいし、適宜選択して用いてもよい。

本発明の第１実施形態は、本発明をミロー型白色干渉計の干渉ユニットの位置調整固定装置に適用したもので、図３乃至図５に示す如く、測定対象の表面で反射された測定光と干渉させるための参照光を発生させる参照ミラー２０が固定された光学部品である干渉ユニット３０の位置を、前記参照ミラー２０の光軸方向（図の左右方向）に調整して固定対象である対物レンズ２２の鏡筒２３に固定するための白色干渉計の干渉ユニット位置調整固定装置において、前記干渉ユニット３０の側面に形成された、前記参照ミラー２０の光軸方向に長い長穴３４と、前記干渉ユニット３０の固定対象である対物レンズ２２の鏡筒２３に取付けられる、前記長穴３４に沿って移動可能な固定具である、図４（Ａ）に示すような、２つの穴を有する長円筒状のキー５０と、該キー５０に形成された、すり割り５２で分割された、図４（Ｂ）に示すような非貫通のねじ穴５４と、該ねじ穴５４と螺合して、ねじ込まれた時に前記すり割り５２を押し広げて、前記キー５０の外側面を前記長穴３４の内側面に圧接させる固定ねじ６０と、を備えている。

前記キー５０には、図４に詳細に示す如く、前記固定ねじ６０用の非貫通のねじ穴５４と並んで、該キー５０を対物レンズ２２の鏡筒２３に取付けるための取付ねじ７０用貫通穴５６が形成されている。

図において、４１は、干渉ユニット３０の外側に配設される、回動自在な調整リングであって、この調整リング４１の内面と干渉ユニット３０の外面にタップが加工されており、調整リング４１を回転させると干渉ユニット３０が上下（図３の左右）に移動するようにされている。この際、キー５０は、図５に示す如く、長穴３４と共に、干渉ユニット３０が矢印Ａで示す上下に移動したときに、その光軸を中心とした、矢印Ｒで示す周方向の回転ずれを防止する。更に、長穴３４の光軸方向の寸法Ｌにより、干渉ユニット３０を上下する時の調整ストロークを決めている。即ち、干渉ユニット３０を光軸の上方向（図５の左方向）に過大に移動すると対物レンズ２２の本体に衝突してしまう。又、逆に対物レンズ２２と反対の下方向（図５の右方向）に移動しすぎると脱落してしまうが、長穴３４で干渉ユニット３０の調整ストロークを限定しておくことで、そのようなことを防止することができる。

干渉ユニット３０の位置を調整して固定する際には、前記キー５０を取付ねじ７０で対物レンズ２２の鏡筒２３に取付けた後、干渉ユニット３０を図の左右方向に移動させ、干渉縞が目的の位置に現れたら、固定ねじ６０を締め込んで、キー５０のすり割り５２を図５の上下に広げ、その外側面を干渉ユニット３０の長穴３４の内側面に押し付けることにより、干渉ユニット３０を対物レンズ２２の鏡筒２３に固定する。この際、干渉ユニット３０に参照ミラー２０光軸方向（図３の左右方向）の力が加わることがないので、参照ミラー２０が光軸方向に変位することなく、高精度に固定できる。

前記キー５０は、干渉ユニット３０の周方向に複数設けることにより、固定を、より確実にすることができる。

次に図６を参照して、マイケルソン型白色干渉計の干渉ユニットの位置調整固定装置に適用した本発明の第２実施形態を説明する。

本実施形態は、図６（Ａ）に示すような、対物レンズ２２の光軸と参照ミラー２０の光軸が直交するマイケルソン型白色干渉計において、干渉ユニット３０の保持具８０に、第１実施形態と同様の調整リング４１、及び、キー５０、固定ねじ６０、取付ねじ７０を備えた干渉ユニット３０を保持するようにしたものである。

本実施形態においても、第１実施形態と同様に干渉ユニット３０を光軸方向（図６の左右）に移動して必要な位置に来た時点で、固定ねじ６０を締めこむことにより、キー５０を広げて干渉ユニット３０の長穴３４に圧接し、干渉ユニット３０を固定することができる。

なお、マイケルソン型白色干渉計においては、光軸方向の位置調整機構だけでなく、傾きの調整機構も必要である。

前記実施形態においては、本発明が、ミロー型及びマイケルソン型の白色干渉計に適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、レーザ干渉計等の他の干渉計や、光学装置一般に適用できる。

又、固定具の形状や、固定具を取付ける方法も、キー５０や取付ねじ７０に限定されない。

更に、対物レンズ等の固定対象と干渉ユニット等の光学部品も別体である必要はなく、固定対象に光学部品が組み込まれている場合にも適用することができる。

２０…参照ミラー
２２…対物レンズ（固定対象）
３０…干渉ユニット（光学部品）
３４…長穴
４１…調整リング
５０…キー（固定具）
５２…すり割り
５４…非貫通ねじ穴
５６…貫通穴
６０…固定ねじ
７０…取付ねじ
Ｗ…測定ワーク

Claims (5)

1. 光学装置の光学部品を光軸方向の位置を調整して固定するための光学部品の位置調整固定装置を備えた光学装置において、
   前記位置調整固定装置が、
   前記光学部品の側面に形成された、光軸方向に長い長穴と、
   前記光学部品の固定対象に取付けられる、前記長穴に沿って移動可能な固定具と、
   該固定具に形成された、すり割りで分割された非貫通のねじ穴と、
   該ねじ穴と螺合し、ねじ込まれた時に前記すり割りを押し広げて、前記固定具の外側面を前記長穴の内側面に圧接させる固定ねじと、
   を備えたことを特徴とする光学装置。
2. 前記固定具に、前記非貫通のねじ穴と並んで、該固定具を前記光学部品の固定対象に取付けるための取付ねじ用貫通穴が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記固定具が、前記光学部品の周方向に複数設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学装置。
4. 前記光学装置が、前記固定対象である対物レンズの光軸と、前記光学部品である干渉ユニットに含まれる参照ミラーの光軸が同軸上にあるミロー型の白色干渉計であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光学装置。
5. 前記光学装置が、前記固定対象である対物レンズの光軸と、前記光学部品である干渉ユニットに含まれる参照ミラーの光軸が直交するマイケルソン型の白色干渉計であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光学装置。

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