JP4201693B2

JP4201693B2 - 光干渉ユニット、光干渉対物レンズ装置および測定装置

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Publication number: JP4201693B2
Application number: JP2003396983A
Authority: JP
Inventors: 俊作立花; 光司久保; 憲嗣岡部
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2003-11-27
Filing date: 2003-11-27
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2023-11-27
Also published as: JP2005156417A

Description

本発明は、光干渉ユニット、光干渉対物レンズ装置および測定装置に関する。例えば、二光束干渉によって観察対象面の表面凹凸を観察するための光干渉ユニット、光干渉対物レンズ装置、および、光干渉対物レンズ装置を有する測定装置に関する。

従来、光干渉対物レンズ装置が知られ、例えば、図２および図３の断面図に示される光干渉対物レンズ装置が特許文献１に開示されている。
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Ｌ_Ｒ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Ｌ_Ｒ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。

傾き角調整手段５１は、参照ミラー５を保持する保持部材５２と、保持部材５２の後方（ビームスプリッタ４に反対側）に向けて延設され先端に傾斜面５４を有する軸部５３と、傾斜面５４を押動操作する調整ねじ５５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Ｌ_Ｒ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。

このような構成において、対物レンズ２からの光束がビームスプリッタ４で分割されて、一方は被検光Ｌ_Ｓとして観察対象面Ｓに照射され、他方は参照光Ｌ_Ｒとして参照ミラー５で反射される。
すると、観察対象面Ｓで反射された被検光Ｌ_Ｓと参照ミラー５で反射された参照光Ｌ_Ｒ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。

特開２０００−１９３８９１号公報

しかしながら、従来の光干渉対物レンズ装置１では、ビームスプリッタ４と参照ミラー５との距離を変えられない構成である。すると、観察対象面Ｓからの反射光と参照ミラー５からの参照光との光路長がずれた場合には干渉縞を観察できないという問題が生じる。すなわち、対物レンズ２を取り替えて焦点距離が変わる場合には、もはや干渉縞を得られないことになる。したがって、対物レンズ２ごとに光干渉ユニット３を用意する必要がある。

また、傾き調整手段５１として保持部材５２の後方に伸びる軸部５３や調整ねじ５５を備える都合上、従来の光干渉対物レンズ装置１は、光干渉ユニット３の部分を対物レンズ２から大きく突き出す構成となってしまう。このように光干渉ユニット３がアーム状に突き出していては、例えば、顕微鏡のリボルバーにこの光干渉対物レンズ装置１をセットしようとしても、他の対物レンズにあたって邪魔になるという問題が生じる。すると、顕微鏡のリボルバーに複数の対物レンズをセットすることはできず、測定（観察）効率を大きく低減させるという問題が生じる。

ここで、従来の光干渉対物レンズ装置１にあって、単純に参照ミラー５を変位可能に構成すると、対物レンズ２から突き出す光干渉ユニット３はさらに大きくなることから、参照光の光路長を調整可能とすることには困難があった。

本発明の目的は、従来の問題を解消し、参照光の光路長を調整できる光干渉ユニット、光干渉対物レンズ装置および測定装置を提供することにある。

請求項１に記載の光干渉ユニットは、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、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、かつ、前記対物レンズの光軸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。

このような構成において、光干渉ユニットを対物レンズ系に装着すれば干渉縞を得ることができ、この干渉縞から観察対象面の形状を測定することができる。
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。

参照ミラーが変位可能に設けられているので、参照ミラーを変位させることにより参照光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の光路長を変化させることができる。よって、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ので、複数の対物レンズに対して一つの光干渉ユニットで対応できることになる。
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。

なお、平行ガイド機構としては、例えば、平行リンク機構などが例示されるが、この他、変位方向を参照光路に平行方向にガイドする機構であればよい。例えば、参照光に平行に設けられたガイド棒やガイド溝などのガイド手段と、このガイド手段に沿ってスライドする可動部材とが設けられていてもよい。

また、従動軸部の変位方向は、平行連結部材による平行リンク機構によって固定軸部に対して平行な方向に規制される。このとき、固定軸部は参照光の光路に平行配置されて固定されているので、従動軸部は、参照光と平行に変位される。従動軸部と一体的に参照ミラーが変位されるので、参照ミラーは参照光の光路に沿って移動される。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。さらに、平行連結部材が対物レンズの光軸に平行に配設されているので、参照光路長変更手段は、対物レンズ系から光軸に直角方向に突き出す部分が一層少なくてすむ。その結果、参照光路長変更手段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。
ここで、平行連結部材が固定軸部および従動軸部に回動自在に連結されるとは、固定（従動）軸部および平行連結部材のいずれか一方に軸孔が設けられ、いずれか他方にピンが設けられ、軸孔にピンを嵌合させて回動自在としてもよい。あるいは、連結部に弾性ヒンジが設けられていても、平行連結部材が板ばね等の弾性部材であってもよい。

請求項２に記載の光干渉ユニットは、請求項１に記載の光干渉ユニットにおいて、前記平行連結部材は、平行板ばねであり、前記参照光路長変更手段は、前記参照ミラーの変位量を調整可能な調整手段を備え、前記調整手段は、前記固定軸部から前記平行板ばねに沿って延びる基軸部に設けられ、かつ、前記平行板ばねを前記対物レンズの光軸に向けて付勢する押込プランジャと、前記基軸部に設けられるとともに、前記従動軸部に螺合されていて、この螺合量に応じて前記対物レンズの光軸から離間する向きの前記従動軸部の変位量を調整できる押込調整ねじと、を備えていることを特徴とする。
このような構成によれば、押込プランジャで平行板ばねを対物レンズの光軸に向けて押す一方で、従動軸部を押込調整ねじで引き上げるので、平行板ばねに一定の反りが付与される。すると、平行板ばねは一定の剛性を有する状態となるので、この平行板ばねの剛性により従動軸部の位置が堅固に保たれる。よって、参照ミラーの位置が堅固に保たれ、例えば、観測中に参照ミラーの位置がずれるなどの不都合を防止することができる。

請求項３に記載の光干渉ユニットは、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。

このような構成によれば、参照光角度変更手段の球面滑り軸受によって参照ミラーが揺動され、参照ミラーで参照光を反射する角度が調整される。すると、参照ミラーにより参照光を確実に光路分割部材に向けて反射し、参照光を被検光に干渉させることができる。さらには、干渉縞の縞間隔を調整することができる。
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。

参照光角度変更手段としては、参照ミラーを保持するとともに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すた球面を有する保持体と、この保持体の球面を軸受する軸受筒と、を備えた構成が例として挙げられる。

また、参照ミラーが参照光角度変更手段を介して参照光路長変更手段に支持されるとは、従動軸部に参照光角度変更手段が連結され、参照光角度変更手段により参照ミラーが支持される構成が例示される。

請求項４に記載の光干渉ユニットは、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。

このような構成によれば、連結部材によって光干渉ユニットを対物レンズ系に着脱できるので、一つの光干渉ユニットで複数の対物レンズ系に対応できる。このとき、参照光路長変更手段によって参照光路長を調整できるので、焦点距離が異なる複数の対物レンズ系に一つの光干渉ユニットで対応できる。
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。

ここで、連結部材は、対物レンズ系を内方に遊嵌する筒状の連結環であってもよい。さらに、参照光路長変更手段は、連結環に取付固定されていてもよい。すると、連結環を対物レンズ系に対して回動させれば、参照光路長変更手段を回動させることができる。また、この連結環を所定位置で止着する止着手段としては、例えば、連結環の側面から螺合してレンズ保持筒の側面に押圧される止めねじなどが例示される。
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５に記載の光干渉対物レンズ装置は、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、を備える。
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。

以下、本発明の実施の形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
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Ａ_Ｌ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。

ここで、対物レンズ系２００は、十分に長い焦点距離（長作動距離）を有している。例えば、厚みを有するガラスが対物レンズ系２００と観察対象面Ｓとの間に挿入されて観察対象面Ｓまでの距離が長くなる場合であっても、観察対象面に焦点を合わせて観察できる。
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、観察対象面Ｓで反射される被検光Ｌ_Ｓに参照光Ｌ_Ｒを干渉させて干渉縞を生成する。
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。

以後、光干渉ユニット３００が連結環４００によって対物レンズ系２００に着装された状態で構成を説明する。

ビームスプリッタ５００は、入射された光束を二光束（透過光と反射光）に分割する。ビームスプリッタ５００は、連結環４００の外側において連結環４００の底部に付設された保持枠５０１に保持されている。
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Ａ_Ｌ上に位置する。そして、ビームスプリッタ５００は、光軸Ａ_Ｌ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Ａ_Ｌに対して直角方向の参照光Ｌ_Ｒを生成するハーフミラー５０２を有する。

参照光調整部６００は、ビームスプリッタ５００からの参照光Ｌ_Ｒの角度および光路長を調整する。
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Ｌ_Ｒ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、参照ミラー６１０の角度を変更して、ビームスプリッタ５００からの参照光Ｌ_Ｒが参照ミラー６１０で反射される角度を変更する。
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。

保持板６２４は、参照ミラー６１０を保持体６２１とにて挟持して参照ミラー６１０を保持する。保持板６２４は、参照ミラー６１０に光を導くための光透過孔６２５を有する。
支持軸部６２６は、対物レンズの光軸Ａ_Ｌ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Ａ_Ｌ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、参照ミラー６１０とビームスプリッタ５００との距離を変えて、参照光Ｌ_Ｒの光路長を変更する。
参照光路長変更手段６３０は、取付軸部６４０と、平行リンク機構（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、取付軸部６４０の一端に連続的に設けられ、光軸Ａ_Ｌに対して垂直性を保つ変位を生じさせる。
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Ａ_Ｌ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Ａ_Ｌに垂直な方向に沿って離間し、かつ、光軸Ａ_Ｌ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Ａ_Ｌ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Ａ_Ｌに垂直な方向に沿って離間し、すなわち、参照光Ｌ_Ｒ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。

従動軸部６５４は、固定軸部６５１と平行に配設され、２枚の平行板ばね６５２の他端に固定されている。そして、従動軸部６５４は、平行板ばね６５２により固定軸部６５１に対する平行状態を保ったまま変位し、すなわち、従動軸部６５４は、光軸Ａ_Ｌに対して垂直性を保ったまま変位する。
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Ａ_Ｌに垂直な方向に沿って変位する。

調整手段６６０は、平行リンク機構６５０の変位量を調整する。
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６６５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。

押込プランジャ６６２は、平行リンク機構６５０の平行板ばね６５２を連結環４００側に押し込むプランジャである。押込プランジャ６６２は、基軸部６６１を挿通して設けられ、押込プランジャ６６２の先端が補強板６５３の一枚に当接する。押込プランジャ６６２の先端は、平行板ばね６５２において従動軸部６５４よりの端を押し込む。なお、押込プランジャ６６２は、外筒６６３と、ばね（不図示）と、ピン６６４とを備えて構成され、外筒６６３の内部に設けられた図示しないばねの付勢力によって、ピン６６４が外筒６６３から突出する方向に付勢されている。
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。

このような構成を備える本実施形態を使用する場合について説明する。
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。

次に、参照ミラー６１０の傾斜角を調整する。これは、傾き調整ねじ６２７の一本ずつを回して螺合量を調整することで行われる。傾き調整ねじ６２７のいずれかを回すと、保持板６２４のいずれかの隅が変位される。このとき、保持体６２１の球面６２２が軸受筒６２３によって球面滑り軸受されているので、参照ミラー６１０が揺動される。すると、参照ミラー６１０の反射面で参照光Ｌ_Ｒを反射する角度が変化される。

次に、参照ミラー６１０を変位させて、参照光Ｌ_Ｒの光路長を調整する。これは、押込調整ねじ６６５を回して螺合量を調整することで行われる。
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Ａ_Ｌ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Ａ_Ｌ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Ａ_Ｌ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Ａ_Ｌ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。

参照ミラー６１０の傾きおよび参照光路長の調整が終了したところで、対物レンズ系２００から観察対象面Ｓに向けて光（照明光）を照射する。すると、対物レンズ系２００から発射された光は、ビームスプリッタ５００で被検光Ｌ_Ｓと参照光Ｌ_Ｒとに分割される。
ビームスプリッタ５００を透過した被検光Ｌ_Ｓ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Ｌ_Ｒ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Ｌ_Ｒは観察対象面Ｓからの被検光Ｌ_Ｓ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Ｌ_Ｓと参照ミラー６１０からの参照光Ｌ_Ｒ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。

このような構成を備える本実施形態によれば、次の効果を奏することができる。
（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Ｌ_Ｒ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Ｌ_Ｒ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。

（２）参照ミラー６１０の変位方向は平行リンク機構６５０により参照光Ｌ_Ｒの光路に平行方向に規制される。よって、参照ミラー６１０を変位させた場合でも、参照ミラー６１０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６１０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６１０での反射光を確実にビームスプリッタ５００に再帰させることができ、干渉縞を得ることができる。
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Ｌ_Ｒ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。

なお、平行リンク機構６５０で従動軸部６５４を変位させると、基本的には固定軸部６５１に平行に変位されるものの、僅かながら光軸Ａ_Ｌに沿った方向にも変位される場合もあり得る。このような場合でも、参照光角度変更手段６２０によって参照ミラー６１０の角度を調整することによって、参照ミラー６１０で反射される参照光の方向を調整でき、参照ミラー６１０で反射された参照光Ｌ_Ｒを確実にビームスプリッタ５００に再帰させることができる。

（３）参照光角度変更手段６２０により、参照ミラー６１０で参照光Ｌ_Ｒを反射する角度を調整することができる。よって、参照ミラー６１０により参照光Ｌ_Ｒを確実にビームスプリッタ５００に向けて反射し、参照光Ｌ_Ｒを被検光Ｌ_Ｓに干渉させることができる。さらには、干渉縞の縞間隔を調整することができる。

（４）保持体６２１は、参照ミラー６１０の反射面上の一点Ｐを中心点とする球面で滑り軸受されているので、参照ミラー６１０とビームスプリッタ５００との距離を変えることなく参照ミラー６１０を揺動させることができる。したがって、参照光Ｌ_Ｒの光路長が調整された状態を維持したままで参照光Ｌ_Ｒの反射角を調整することができる。

（５）連結環４００は、対物レンズ系２００に対して回動可能であるので、連結環４００を所定位置まで回動させることにより、参照光調整部６００を適当な位置に移動させることができる。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光調整部６００の位置を変えることができる。

（６）押込プランジャ６６２で平行板ばね６５２を光軸Ａ_Ｌに向けて押す一方で、従動軸部６５４を押込調整ねじ６６５で引き上げるので、平行板ばね６５２に一定の反りが付与される。すると、平行板ばね６５２は一定の剛性を有する状態となるので、この平行板ばね６５２の剛性により従動軸部６５４の位置が堅固に保たれる。よって、参照ミラー６１０の位置が堅固に保たれ、例えば、観測中に参照ミラー６１０の位置がずれるなどの不都合を防止することができる。

（７）参照光路長変更手段６３０は、平行リンク機構６５０の平行板ばね６５２を有するところ、平行板ばね６５２は光軸Ａ_Ｌに平行に配設されている。よって、参照光路長変更手段６３０は、対物レンズ系２００から光軸Ａ_Ｌに直角方向に突き出す部分が少なく、全体的にコンパクトに小型化される。すなわち、参照ミラー６１０を変位可能としながら光干渉ユニット３００を小型化することができる。その結果、この光干渉対物レンズ装置１００を、顕微鏡のリボルバーに他の複数の対物レンズ系と一緒にセットすることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
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。

対物レンズ系２００と観察対象面Ｓとの間にビームスプリッタ５００が位置する構成を例に説明したが、ビームスプリッタ５００からの干渉縞を対物レンズ系２００で観察できればよいので、対物レンズが観察対象面Ｓに正対する必要は特にない。例えば、観察対象面Ｓからの反射光がビームスプリッタ５００で反射されて観察対象面Ｓに平行方向になるのであれば、対物レンズ系２００は、対物レンズの光軸が観察対象面Ｓに平行となるように配置されることになる。

本発明は、例えば、二光束干渉を用いた光学干渉系を対物レンズに取り付けて使用する光干渉ユニット、光干渉対物レンズ装置、および測定装置に用いることができる。

本発明の光干渉対物レンズに係る一実施形態を示す図である。従来の光干渉対物レンズの断面図を示す図である。従来の光干渉対物レンズの断面図を示す図であって図２中のIII-III線による断面図である。

符号の説明

１…光干渉対物レンズ装置、１００…光干渉対物レンズ装置、２…対物レンズ系、２００…対物レンズ系、２０１…レンズ保持筒、２０２…溝条、２０３…取付部、３…光干渉ユニット、３００…光干渉ユニット、４…ビームスプリッタ、４００…連結環、４０１…止めねじ、４０２…光透過孔、５…参照ミラー、５１…傾き調整手段、５２…保持部材、５３…軸、５４…傾斜面、５６…回転角調整手段、５７…収納筒、５８…ジャーナル、５００…ビームスプリッタ、５０１…保持枠、５０２…ハーフミラー、６００…参照光調整部、６１０…参照ミラー、６２０…参照光角変更手段、６２０…参照光角度変更手段、６２１…保持体、６２２…球面、６２３…軸受筒、６２４…保持板、６２５…光透過孔、６２６…支持軸部、６３０…参照光路長変更手段、６４０…取付軸部、６５０…平行リンク機構、６５１…固定軸部、６５２…平行板ばね、６５３…補強板、６５４…従動軸部、６６０…調整手段、６６１…基軸部、６６２…押込ピン、６６２…押込プランジャ、６６３…外筒、６６４…ピン、ＡＬ…対物レンズの光軸、ＬＲ…参照光、S…観察対象面

Claims

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、
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、かつ、前記対物レンズの光軸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に記載の光干渉ユニットにおいて、
前記平行連結部材は、平行板ばねであり、
前記参照光路長変更手段は、前記参照ミラーの変位量を調整可能な調整手段を備え、
前記調整手段は、
前記固定軸部から前記平行板ばねに沿って延びる基軸部に設けられ、かつ、前記平行板ばねを前記対物レンズの光軸に向けて付勢する押込プランジャと、
前記基軸部に設けられるとともに、前記従動軸部に螺合されていて、この螺合量に応じて前記対物レンズの光軸から離間する向きの前記従動軸部の変位量を調整できる押込調整ねじと、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。