JP4910473B2 - 光学装置、およびビームスプリッタの位置調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、ビームスプリッタを備えた光学装置、およびビームスプリッタの位置調整方法に関する。

顕微鏡や顕微鏡を用いた画像測定機では、レンズ、ミラーなどの光学部品の配置誤差により発生する光学収差が光学性能を劣化させる。したがって、光学部品の配置において、光学性能の向上のためさまざまな調整方法が考えられている。例えば、同じ大きさのプリズムを接合したビームスプリッタの配置に際しては、ビームスプリッタやビームスプリッタを取り付けた取り付け部材の外郭を基準として位置の調整を行っている。特許文献１の発明では、複数のプリズムのうち１つのプリズムを取り付け部材に固定し、その取り付け部材を基準として位置の調整を行う。そのため、ビームスプリッタの配置誤差を抑えるとともに、使用中の環境温度変化により生ずる性能の劣化を低減している。
特開平１１−６４８１６号公報

しかし、複数のプリズムを接合したビームスプリッタには、多少の製造誤差が発生する場合がある。このような場合において、特許文献１の発明のような構成は、ビームスプリッタの接合面が、ビームスプリッタの取り付け面に対して垂直となるように配置する場合には有効であるが、これ以外の配置の仕方に対応できるものではない。
本発明は、ビームスプリッタの反射面の位置を正確に測定可能とすることを目的とする。さらに、本発明は、測定した反射面の位置に応じてビームスプリッタの位置を精度良く調整することを目的とする。

本発明の光学装置は、互いに接合された２つのプリズムを有し、その接合面と同一平面上に、前記接合面の周に接した非接合面を有するビームスプリッタと、前記非接合面上の少なくとも３点の測定点の位置を測定する測定部と、前記測定部による測定結果に基づいて前記接合面の位置を求め、前記接合面の位置に応じて前記ビームスプリッタの位置を調整可能な調整部とを備える。

なお、前記ビームスプリッタは、前記非接合面を少なくとも２面有し、前記測定部は、それぞれの前記非接合面に前記測定点を有しても良い。

また、前記ビームスプリッタは、第１のプリズムの第１の面と、第２のプリズムの第２の面とを接合して形成され、前記第１の面の面積は前記第２の面の面積より小さく、前記第１の面と前記第２の面とが接合された状態で、前記第２の面内に、前記第１の面と接合されていない面があっても良い。
また、前記調整部がスペーサであっても良い。

本発明のビームスプリッタの位置調整方法は、互いに接合された２つのプリズムを有し、その接合面と同一平面上に、前記接合面の周に接した非接合面を有するビームスプリッタの位置を調整する位置調整方法であって、前記非接合面上の少なくとも３点の測定点の位置を測定する測定手順と、前記測定手順による測定結果に基づいて前記接合面の位置を求め、前記接合面の位置に応じて前記ビームスプリッタの位置を調整する調整手順とを有する。
なお、前記ビームスプリッタは、前記非接合面を少なくとも２面有し、前記測定手順では、それぞれの前記非接合面に前記測定点を有しても良い。
また、前記ビームスプリッタは、第１のプリズムの第１の面と、第２のプリズムの第２の面とを接合して形成され、前記第１の面の面積は前記第２の面の面積より小さく、前記第１の面と前記第２の面とが接合された状態で、前記第２の面内に、前記第１の面と接合されていない面があっても良い。

本発明によれば、ビームスプリッタの反射面の位置を正確に測定することができる。さらに、本発明によれば、測定した反射面の位置に応じてビームスプリッタの位置を精度良く調整することができる。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
本実施形態では、顕微鏡装置の観察光路と照明光路とを光路分割するためのビームスプリッタの位置調整を例に挙げて説明する。ビームスプリッタ１は、図１に示すように台座２に固定され、調整用スペーサ３とともに光路分割ユニット５内に配置される。ここで、台座２および調整用スペーサ３の直径は、光路分割ユニット５に設けられた円筒状の空間５１の直径と略同じ大きさである。したがって、ビームスプリッタ１が台座２に正しく固定されていれば、ビームスプリッタ１を光路分割ユニット５内に正確に配置することができる。なお、調整用スペーサ３の詳細は後述する。

ビームスプリッタ１は、図２Ａに示すように、第１のプリズム１１と第２のプリズム１２とが互いに接合されてなる。ただし、第１のプリズム１１のうち第２のプリズム１２と接合される面の面積は、第２のプリズム１２のうち第１のプリズム１１と接合される面の面積よりも小さい。したがって、図１に示すように、第１のプリズム１１と第２のプリズム１２とは、接合面Ｒにおいて互いに接合されるとともに、接合面Ｒと同一平面上に接合面Ｒの周に接した２つの非接合面ｒ１とｒ２とを有する。なお、接合面Ｒは、ビームスプリッタ１において光束を反射する反射面であるため、以下の説明では「反射面Ｒ」と称する。また、非接合面ｒ１およびｒ２は、後述する測定に用いるため、以下の説明では「測定面ｒ１およびｒ２」と称する。

図２Ｂは、図２Ａの矢印ａの方向から見たビームスプリッタ１、台座２、および調整用スペーサ３の図である。ビームスプリッタ１は、台座２の上に、コマ２１によって位置決めされ接着される。台座２は円盤形状を有し、その外径ははめあい公差にて高精度に加工される。この外径は、例えば対物レンズなどの重要部品と同軸上にあり、いわゆる光軸の基準となる。ビームスプリッタ１を位置決めするコマ２１は、その外径中心を目安に固定される。

ビームスプリッタ１には、外形寸法に多少の製造誤差が発生する場合がある。例えば、図３Ａに示すように、ビームスプリッタ１の外形寸法にプラス方向の誤差が乗っていると、ビームスプリッタ１の反射ポイント（反射面と光軸との交点）が設計上の点Ｐ１から外形寸法の誤差分ｄ１だけ上方向にシフトし、点Ｐ２となる。
また、図３Ｂに示すように、ビームスプリッタ１の外形寸法にマイナス方向の誤差が乗っていると、ビームスプリッタ１の反射ポイントが設計上の点Ｐ１から外形寸法の誤差分ｄ２だけ下方向にシフトし、点Ｐ３となる。

ビームスプリッタ１の外形寸法公差は、０.１ｍｍ程度が製造費用などの面から、現状では一般的である。光学部品の位置精度が、例えば０.１ｍｍ以下となる非常に高精度な顕微鏡装置あるいは工業用に用いられる測定用の顕微鏡装置などにとっては、このようなビームスプリッタでの光軸ずれは、光学像の質を悪化させ、顕微鏡装置の総合性能に大きな障害となりうる。

そこで、本実施形態では、図３Ａおよび図３Ｂで説明した反射ポイントのシフトをキャンセルして光軸ずれを調整するために、調整用スペーサ３を用いる。調整用スペーサ３は、図２Ｂに示すように、接続部材２２により台座２に固定される。
次に、図４のフローチャートを用いて、顕微鏡装置におけるビームスプリッタ１の位置調整の流れについて説明する。

ステップＳ１において、測定面ｒ１およびｒ２上の測定点の位置を測定する。
図５Ａは、図２Ａの矢印ｂの方向から見たビームスプリッタ１および台座２の図である。台座２に接着したビームスプリッタ１を、３次元測定器の試料台に載せ、台座２の外径データからその中心軸を求める。次に、測定面ｒ１上の測定点Ｍ１およびＭ２と測定面ｒ２上の測定点Ｍ３およびＭ４との位置を測定する。このように、それぞれの測定面に測定点を有することにより、位置の測定誤差を抑えることができる。

ステップＳ２において、ステップＳ１で測定した測定点Ｍ１〜Ｍ４の測定結果に基づいて、反射面Ｒの平面データを求める。
ステップＳ３において、調整用スペーサ３の高さを決定する。まず、中心軸（光軸）とステップＳ２で求めた平面データとに基づき、その交点を算出する。この交点が反射ポイントである。そして、図５Ｂに示すように、設計寸法と台座２の底面から反射ポイントまでの距離との差を求める。この差分がビームスプリッタ１における光軸ずれである。したがって、この光軸ずれをキャンセルするように、調整用スペーサ３の高さを決定する。

なお、他の方法を用いて測定を行っても良い。例えば、図６に示すように、Ｖ字ブロック６を試料台として用い、上方からプローブをビームスプリッタ１に近づけることにより、Ｖ字ブロック６の底面から反射面Ｒまでの距離Ｄを測定する。そして、予め測定した設計寸法に基づく基準値と測定した距離Ｄとに基づいて、調整用スペーサ３の高さを決定しても良い。

以上説明したように、本実施形態によれば、ビームスプリッタは、互いに接合された２つのプリズムを有し、その接合面と同一平面上に、接合面の周に接した非接合面を少なくとも２面有する。したがって、ビームスプリッタの反射面の位置を正確に測定することができる。
また、本実施形態によれば、互いに接合された２つのプリズムを有し、その接合面と同一平面上に、接合面の周に接した非接合面を有するビームスプリッタに対して、非接合面上の少なくとも３点の測定点の位置を測定する。そして、測定結果に基づいて接合面の位置を求め、接合面の位置に応じてビームスプリッタの位置を調整する。したがって、測定した反射面の位置に応じてビームスプリッタの位置を精度良く調整することができる。そのため、顕微鏡装置などの高精度な光学装置において、ビームスプリッタの製造誤差に起因する光軸ずれを調整することができる。

ここで、ビームスプリッタ１を形成するプリズム１１およびプリズム１２は、ガラス部品であり、ビームスプリッタ１を配置する台座２や調整用スペーサ３は金物部品である。金物部品の場合は、比較的低コストで製造誤差の少ない部品を製造することが可能であるが、ガラス部品の場合は、製造誤差を抑えることが困難である。本実施形態では、プリズム１１およびプリズム１２のようなガラス部品の製造誤差を、台座２や調整用スペーサ３のような金物部品で調整している。すなわち、抑えるのが困難なガラス部品の製造誤差を、抑えることが可能な金物部品によって吸収していることになる。

また、本実施形態によれば、ビームスプリッタは、非接合面を少なくとも２面有し、それぞれの非接合面に前述した測定点を有する。したがって、接合面の位置の測定誤差をより抑えることができる。
また、本実施形態によれば、ビームスプリッタは、第１のプリズムの第１の面と、第２のプリズムの第２の面とを接合して形成され、第１の面の面積は第２の面の面積より小さく、第１の面と第２の面とが接合された状態で、第２の面内に、第１の面と接合されていない面がある。したがって、第２の面内で、第１の面と接合されていない面に測定点を設けることにより、ビームスプリッタの反射面の位置を正確に測定することができる。

なお、本実施形態で説明したビームスプリッタ１の構成は一例であり、本発明はこの例に限定されない。例えば、図７Ａに示すように、片側のみに測定面（非接合面）を有する構成としても良い。また、図７Ｂに示すように、一方のプリズムの角の部分を削ることにより、測定面（非接合面）を有する構成としても良い。また、図７Ｃに示すように、本実施形態のビームスプリッタ１と図７Ａの例を組み合わせることにより、測定面（非接合面）を有する構成としても良い。何れの場合も、測定面（非接合面）は、反射面（接合面）と同一平面上で、反射面（接合面）の周に接していれば良い。なお、図７Ｂおよび図７Ｃに示すように、複数の測定面（非接合面）を有している場合には、反射面（接合面）の位置の測定誤差をより抑えることができる。

また、本実施形態では、調整用スペーサ３を用いてビームスプリッタ１の製造誤差に起因する光軸ずれを調整する例を示したが、本実施形態で説明した反射面（接合面）の位置の測定と、台座２の高さまたは配置の調整とを繰り返すことにより、光軸ずれを調整する構成としても良い。
また、本実施形態では、顕微鏡装置の観察光路と照明光路とを光路分割するためのビームスプリッタを例に挙げて説明したが、他の用途のビームスプリッタの位置調整においても、本発明を同様に適用することができる。

また、本実施形態では、２つのプリズムが互いに接合されてなるビームスプリッタを例に挙げて説明したが、３つ以上のプリズムが互いに接合されてなるビームスプリッタにも、本発明を同様に適用することができる。
また、本実施形態では、ビームスプリッタを備えた光学装置の一例として顕微鏡装置を例に挙げて説明したが、顕微鏡装置以外の光学装置にも、本発明を同様に適用することができる。

顕微鏡装置におけるビームスプリッタの位置調整の流れについて説明する図である。 顕微鏡装置におけるビームスプリッタの位置調整の流れについて説明するフローチャートである。 ビームスプリッタの構成について説明する図である。 ビームスプリッタの構成について説明する別の図である。 接合面の位置の測定について説明する図である。 接合面の位置の測定について説明する別の図である。 ビームスプリッタの構成について説明する別の図である。

符号の説明

１…ビームスプリッタ，２…台座，３…調整用スペーサ，５…光路分割ユニット，６…Ｖ字ブロック，１１…第１のプリズム，１２…第２のプリズム

Claims (6)

1. 互いに接合された２つのプリズムを有し、その接合面と同一平面上に、前記接合面の周に接した非接合面を有するビームスプリッタと、
   前記非接合面上の少なくとも３点の測定点の位置を測定する測定部と、
   前記測定部による測定結果に基づいて前記接合面の位置を求め、前記接合面の位置に応じて前記ビームスプリッタの位置を調整する調整部と
   を備えたことを特徴とする光学装置。
2. 請求項１に記載の光学装置において、
   前記ビームスプリッタは、前記非接合面を少なくとも２面有し、
   前記測定部は、それぞれの前記非接合面に前記測定点を有する
   ことを特徴とする光学装置。
3. 請求項１に記載の光学装置において、
   前記ビームスプリッタは、第１のプリズムの第１の面と、第２のプリズムの第２の面とを接合して形成され、前記第１の面の面積は前記第２の面の面積より小さく、前記第１の面と前記第２の面とが接合された状態で、前記第２の面内に、前記第１の面と接合されていない面がある
   ことを特徴とする光学装置。
4. 互いに接合された２つのプリズムを有し、その接合面と同一平面上に、前記接合面の周に接した非接合面を有するビームスプリッタの位置を調整する位置調整方法であって、
   前記非接合面上の少なくとも３点の測定点の位置を測定する測定手順と、
   前記測定手順による測定結果に基づいて前記接合面の位置を求め、前記接合面の位置に応じて前記ビームスプリッタの位置を調整する調整手順と
   を有することを特徴とするビームスプリッタの位置調整方法。
5. 請求項４に記載の位置調整方法において、
   前記ビームスプリッタは、前記非接合面を少なくとも２面有し、
   前記測定手順では、それぞれの前記非接合面に前記測定点を有する
   ことを特徴とする位置調整方法。
6. 請求項４に記載の位置調整方法において、
   前記ビームスプリッタは、第１のプリズムの第１の面と、第２のプリズムの第２の面とを接合して形成され、前記第１の面の面積は前記第２の面の面積より小さく、前記第１の面と前記第２の面とが接合された状態で、前記第２の面内に、前記第１の面と接合されていない面がある
   ことを特徴とする位置調整方法。

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