JPH01503642A - 光学的走査ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光学的走査ヘッド 本発明は請求項１の前文にかかる光学的走査ヘッドに関する。

この型式の光学的走査ヘッドはＣＤブレヤーと協同してＣＤ（コンパクトディス ク）に入力された光学的情報を読み取るのに使用される。測定光源が対物鏡軸線 上に配設されずに該対物鏡軸線に対して直角の軸線上に配設されていて、測定光 源からの測定光は偏光鏡及び対物鏡を介して被走査表面に焦点を結ぶ、従って全 高の極めて低い走査ヘッドが得られ、これによって自動車用ラジオの標準寸法に 等しい低い全高のＣＤプレヤーを製造することができる。

この型式の走査ヘッドの自動車用ＣＤプレヤーにおける使用と無関係の別の利点 は、偏光鏡が走査ヘッドの開口内に挿入されているので、操作のために測定光源 り対物鏡間の光学経路に接近できることである。

ＣＤブレヤー用及び試料表面の形状と表面粗さの高解像測定用走査ヘッドを使用 する西独公開特許第３５３６７００号が知られている。上記において、測定時に 表面部分を目視観察できれば便利な場合がある。

自動車用ＣＤプレヤー及び請求項１の前文に述べられたような偏光鏡を極めて低 価格で改造して、測定中に試料表面の直接観察ができれば価値のあることが知ら れている。

この目的のために本発明では測定された光に対しては非透過性があるがスペクト ルの可視領域内の少なくとも一つの波長に対しては透過性があり、また反射する 前面部のみならず後面部にも光学的高品質部を有する偏光鏡を提供する。従って 該偏光鏡の直後に観察装置を設けることができる。偏光鏡は元来誘電性であるこ とが多く、可視光を透過する基部材（一般にガラス）を含むので、大抵の場合Ｃ Ｄブレヤー用として走査ヘッドに設けられていた偏光鏡を取り外してその後面を 光学的高品質が得られるようにさらに磨いて再取り付けＩるだけで充分である。

光学的観察装置には市販の顕微鏡用接眼鏡を利用することができる。

光学的走査ヘッドの本発明による改造によって、極めて安い追加費用で試料表面 の各測定点の目視観察をすることができる。追加的に設けた光学部品は特別に製 造する必要がなく、大きな取付はスペースを必要とせず、また走査ヘッドの重量 が特に増大することがない。

ＣＤプレヤーの走査ヘッドに使用する対物鏡の焦点距離は極めて短く（実際には ４．５Ｍ）また直径も小さい（実際には６〜８ＩＩＸ１１）ので、これらの対物 鏡は略顕微鏡の対物鏡に相当する。従って本発明によれば市販の対眼鏡を併用す ることによって、走査ヘッドと一体化した顕微鏡を得ることができる。

本発明の好都合な成果は従属請求項に述べられている。

本発明の請求項２にかかる成果によって、外部光が極めて弱くまた走査ヘッドに よって投影ができる場合でも測定点の目視観察をすることができる。走査ヘッド と照明装置とを含んだ観察装置は小型でかつ表面の平滑なユニットに形成される 。また観察光が正確に測定点を照すので照明装置の必要電力は僅かである。

本発明の請求項３にかかる成果によって、走査ヘッドを改造したにも拘らず全高 が低くなる利点がある。

本発明の請求項４にかかる成果によって、測定結果の品質を低下することなしに 試料表面上のある点の目視観察と酸点の測定とを同時に実施することができる。

時折接近し難い点の試料表面を測定する必要がある。このような場合に本発明の 請求項６にかかる成果によって、走査ヘッドに一体化した顕微鏡によって観察者 を疲れさせないで観察することができる。高解像の極めて小さい半導体像変換器 がテレビジョンカメラの撮像管と取り換えることによって比較的安価で得られる 。この種のカメラのために開発された電子技術を用いてモニターに取付けられる 。

本発明の請求項７にかかる成果は、本来測定点を直接観察する能力のない走査ヘ ッドを観察装置と一体化しないで使用したものである。

本発明の請求項８にかかる成果は、遠隔場所からの測定点の観察を容易にしたも のである。

本発明の請求項９にかかる成果によって、観察用光源を走査ヘッドから場所的に 離すことができる。このことによって観察光を測定点に導くための装置に特別の 考慮をしなくても熱から保護できる利点がある。

以下、添付図面を参照して実施例について本発明の詳細な説明する。

図面の簡単な説明 第１図は試料面の高解像測定用光学的走査ヘッドの継断面図を示す概略図、第２ 図は第１図の走査ヘッドに使用する別の積分像変換器付き接眼部材と該接眼部材 に接続したモニターの概略図、第３図は別の走査ヘッドの第１図と同様の図であ る。

第１図に走査ヘッドを総体的に符号１０で示す。該走査ヘッド１０は試料１２の 表面粗さ及び表面構造の高精密測定に使用される。

走査へラド１０は略カップ形のハウジング１４を含む、ハウジング１４の下部開 口１６内には軸線磁場を生ずるトロイダルコイル１８がかたく挿入されている。

トロイダルコイル１８は対物リング２２の外側に付着された環状の永久磁石２０ と協同する。対物リング２２は対物鏡２４を保持する。

半径方向のクリアランスを有するトロイダルコイル１８に、永久磁石２０と、対 物リング２２と、対物鏡２４とで構成したユニットを挿入し、互に平行に延びた ２枚の板ばね２６　、２Ｂで支持する。第１図の左側に示すユニットの断面形は 眼鏡状で、対物鏡２４は蔽われていな（、又第１図の右側に示す断面形は帯片状 で、画板ばねの最端部はねじ３０によってハウジング１４のクロスピース３２に 取付けられている。従って板ばね２６　、２８は対物鏡２４のための゛平行四辺 形の弾性支持体を構成する。

第１図の右側に示すようにハウジング１４の壁部には赤色に発光する半導体レー ザ装置３４が配設されている。該半導体レーザ装置３４から出たレーザ光は半透 過性測定鏡３６を通過して偏光鏡３８に達する。この偏光鏡はガラス製裏打部材 ４０と該裏打部材の下側に取付けた誘電Ｎ４２とからなり、上記の誘電層は偏光 鏡によってレーザ光を反射するように選択される０反射したレーザ光は対物鏡２ ４を通過し、該対物鏡によって試料１２の表面上に焦点を結ぶ。

試料の表面で反射したレーザ光は対物鏡２４で集光され、偏光鏡３８によって測 定鏡３６に送り戻される。該測定鏡によって反射した測定光を分離してそれを光 電変換装置４４に送る。咳光電変換装置の中心線を４６で示す、光電変換装置４ ４は中心線４６に対する入射光の位置に基いて出力信号を出す、この出力信号は 走査へラド１０に関連しかつ総体的に符号５０で示した作動回路の入力増幅器４ ８に送られる。

作動回路５０はスイッチ回路を含む、このスイッチ回路は中心線４６に測定光が 入射した時に得られた信号と、瞬間的に得られた光電変換装置の出力信号との偏 差をしらべるものである。これらの二つの信号間の偏差に対応して、作動回路５ ０によって電力増幅器５２に送る誤差信号を生じ、これをトロイダルコイル１８ に送る。トロイダルコイル１８に送られる供給電流は、光電変換装置４４上の測 定光が再び中心線４６に一致するまで増減する。測定光が中心線に一致するのは 、対物鏡２４と試料１２の表面の照射点との間の距離が対物鏡の焦点距離と正し く同一になった場合である。

上記の説明から、走査ヘッド１０が試料１２の上方を移動する時に対物鏡２４が 試料１２の表面形状に対応して軸線方向に移動することが判る。対物リング１２ と協同する位置測定装置或いはバランスに必要なトロイダルコイル１８用供給電 流を測定することによって、試料の表面形状と共に変化する電気信号が発生する 。本開示のために上記の測定信号（トロイダルコイル１８と、永久磁石２０及び 板ばね２６　、２８によって形成された駆動系の非直線性を修正した後の）がト ロイダルコイル電流から誘導され、この測定信号は導線５４に送られる。

これまでに述べた走査ヘッドの構造は自動車用ＣＤブレヤーの構造と同一である 。

しかし第１図に示す走査ヘッドでは、測定された試料表面上の点の目視観察装置 を追加して設けることができる。この目的のためにガラス製裏打部材４０の後面 を光学的高品質が得られるように磨く、現在取付けられている市販のＣＤ走査ヘ ッドをハウジング１４から外し、その後面を光学的高品質が得られるように磨が いた後に、磨かれた偏光鏡３８を再びハウジング１４に挿入する。

総体的に符号５６で示した目視観察装置はハウジング５８を備える。このハウジ ングには筒６０とランプ室６２が区画形成されている。ランプ室６２内にはハロ ゲンランプ６４が設けられ、該ハロゲンランプのフィラメントコイルは弯曲した 光ガイド６８の端部上のレンズ６６に焦点を結んでいる。

光ガイドは筒６０に進入し、垂直状に下方に延びた該光ガイドの部分は対物鏡の 軸線及び筒の軸線上に横たわっている。

筒６０にはプラスチックレンズ等の筒状レンズ７０が挿入されている。装置の全 高をできるだけ低くするために、図示するように筒状レンズ７０の中心部を穿孔 して光ガイド６８の下端部を挿通する。筒６０の上端には接眼レンズ７２が挿入 されている。

ハロゲンランプ６４から出た光は光ガイド６８を介して偏光鏡３８を通過し、さ らに対物鏡２４を介して試料表面に達して該試料表面上で焦点を結ぶ、試料表面 で反射した観察光の一部が再び偏光鏡３８を通過し、筒状レンズ７０及び接眼レ ンズ７２を通って観察者の眼に入射する。このため対物鏡２４と、筒状レンズ７ ０と、接眼レンズ７２とで顕微鏡を形成し、該顕微鏡を通して試料表面の細部を 拡大して観察することができる。このようにして観察した試料表面の点はレーザ 光を用いて測定した点と正確に同一である。

また試料表面で反射した観察光の一部は偏光鏡３８及び測定鏡３６を介して光電 変換装置４４に入る。もし目視観察と測定とが同時に行なわれると、この光が対 物鏡２４の操作を妨げ、従って試料表面の測定を妨げることがある。上記を防止 するために、作動回路５０に関連した供給回路７４によって半導体レーザ装置３ ４に電流を流し、また入力増幅器４８を相感応整流器状に構成して、光電変換装 置４４にも侵入する怖れのある光の非変調部分によって接眼部の調節を損われな いようにする。

第２図は、接眼レンズ７２の代りに筒６０の上端に挿入可能な接眼部材７６を示 す、接眼部材７６は半導体の像変換器７８を含む、ＴＶカメラに使用されるもの と同様に、筒状レンズ７０によって作られた試料表面の実像は像変換器７８の光 感応面上に横たわる。像変換器７８は市販の携行用ＴＶカメラの電子装置と全く 同一の描像電子装置８０を介してモニター８２に接続されている。このモニター で、測定中の試料表面の領域の顕微像を試料表面測定と同時に観察することがで きる。接眼レンズをのぞき込む時に、観察者が偶々走査ヘッド１０に触れて、試 料表面上を走査ヘッドが移動する極めて精確な経路を機械的に影響を与えるもの であるが、上記の観察法によってなんらの危険もなしに都合よ〈実施することが 可能となる。又この方法によって筒の内部等の極めて接近性の悪い場所で走査ヘ ッドを操作する場合でも試料表面の目視観察が可能となる。

第３図に示す別の実施例において、前述した部品には前述実施例と同一の符号を 付け、詳しい説明を省略した。

ハウジング５８をハウジング１４から切り離し、ハウジング５日があった場所に アダプター板８４を螺着し、該アダプター板に筒８６を区画形にする０弾性の締 付スリーブ８８を介して上記の筒８６に可撓性の凝集したファイバケーブル９０ の一端を取付ける。上記のファイバケーブルは通常の方法で束にされかつ像の伝 送可能な多数のガラスファイバ又は合成ファイバで出来ている。

また筒６０には観察光に対して半透過性の鏡９４が挿着されている。ハロゲンラ ンプ６４から出てレンズ６６によってァイバケーブル９０に入れる。またファイ バケーブルは試料表面で反射した光を接眼レンズ７２に送り戻す。

国際調査報告 −１−−１赫−一−ｋ　ＰＣＴ／ＥＰ　８Ｅ１１００５２７国際調査報告 ＥＰ　８８００５２７ Ｓ＾　２２８９８

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．好ましくは半導体レーザ等の測定用光源と、該測定用光源を試料表面に焦点 を結ばせる対物鏡とを備え、該対物鏡の軸線は光源の軸線に対して好ましくは直 交状に交差するように傾けられ、又上記対物鏡の軸線と光源の軸線との交点に配 設されかつ測定光に対して不透過性の偏光鏡と、測定用光源と対物鏡の間であっ て好ましくは測定用光源と偏光鏡との間に設けられかつ測定光に対して半透過性 の測定鏡と、試料表面から反射して戻って来て測定鏡により偏光された測定光に よって作動しかつ該測定光の入射点に基いて出力信号を発生する光電変換装置と 、対物鏡を軸線方向に移動させる調節装置と、光電変換装置の出力信号に基いて 調節装置を作動させて以って光電変換装置の出力信号を所定の値にする制御回路 と、対眼鏡の位置に対応した測定信号を発生する手段とを備えた光学的走査ヘッ ドにおいて、上記偏光鏡（３８）が、測定光スペクトルに含まれない少なくとも 一つの光波長に対して透過性がありかつ該偏光鏡の裏側に光学的高品質部を有し 、また該偏光鏡の後部に光学的観察装置（７０，７２）が設けられたことを特徴 とする光学的走査ヘッド。
2. ２．対物鏡（２４）の軸線上の測定光スペクトルに含まれない少なくとも一つの 光波長を有する光の観察に照明装置（６４〜７８）が利用された請求項１に記載 の走査ヘッド。
3. ３．上記の照明装置が、対物鏡の軸線の側方に設けられた照明光源（６４）と、 観察光を対物鏡の軸線に対して殊に弯曲した光ガイド（６８）状にかたよらせる 手段（６８）とを備えた請求項２に記載の走査ヘッド。
4. ４．光電変換装置（４４）の変調された測定光と出力信号とを作る測定光源（３ ４）が相感応整流器（４８）によって処理された請求項１から３までのいずれか １項に記載の走査ヘッド。
5. ５．光学的観察装置が、筒状レンズ（７０）と接眼レンズ（７２）とを備えた請 求項１から４までのいずれか１項に記載の走査ヘッド。
6. ６．光学的観察装置が、筒状レンズ（７０）を半導体の像変換器（７８）とを備 えた請求項１から４までのいずれか１項に記載の走査ヘッド。
7. ７．光学的観察装置（７０，７２，７８）と照明装置（６４〜７８）とが走査ヘ ッドのハウジング（１４）に取付けた別のハウジング（５８）内に設けられた請 求項１から６までのいずれか１項に記載の走査ヘッド。
8. ８．光学的観察装置が、凝集されたファイバケーブル（９０）に備えた請求項１ から７までのいずれか１項に記載の走査ヘッド。
9. ９．照明光源（６４）はファイバケーブル（９０）に導く装置（９４）を備えた 請求項８に記載の走査ヘッド。