JPH03241313A - 光軸調整方法とそれに用いる光軸調整装置 - 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】 ［概要］ 光軸調整方法およびそれに用いる光軸調整装置に関し、 高精度光学系の構築において、レンズやピンホールなど
を極めて高い精度で、かつ、容易に光軸合わせして結合
することを目的とし、 ピンホール基準マークを通る参照光軸に沿って移動可能
に顕微鏡を設置し、前記顕微鏡を所定の距離だけ移動し
、所定の光学部品の合焦点基準マークを前記顕微鏡で観
測して位置設定したのち、前記合焦点基準マークに合焦
するように合焦点基準マークの前後に前記光学部品の位
置を設定していくことを特徴として光軸調整方法を構成
する。

また、そのための装置として、顕微鏡を有する撮像装置
と、前記撮像装置に検知された前記合焦点基準マークを
拡大表示するＴＶモニタと、前記撮像装置の姿勢を調節
する姿勢制御機構と、前記姿勢制御機構を支持する支持
台と、前記支持台を滑動自在に嵌合支持する直進移動ス
テージと、前記直進移動ステージを参照光軸に平行に設
置するための平行調節機構を有する固定ブロックとを少
なくとも備えるように光軸調整装置を構成する。

〔産業上の利用分野］ 本発明は、ホログラフィック露光系などの高精度光学系
の構築にあたり、レンズやピンホール等の光学部品を極
めて高精度で、かつ、簡易で能率的に位置調整を行う方
法とそのための調整装置に関する。

一般に光学系では基台上に各種光学部品を光軸を合わせ
て位置設定することが要求される。

たとえば、第６図はホログラフィック露光光学系の例を
示す図である。基台である光学ベツド３００上にレーザ
発振器４０．ハーフミラ−３０１，集光レンズ３０”、
ピンホール１０゛　を通ってホログラムディスク３０３
に入射する光路を形成する光学系と、ハーフミラ−３０
１を透過しミラー３０２．もう一方の集光レンズ３０゛
、ピンホール１０’　を通ってホログラムディスク３０
３に入射するもう一方の光路を形成する光学系とにより
ホログラフィック露光光学系が構築された最も簡単な例
を模式的に示したものである。上記各光路とも光軸調整
に誤差があると、レーザ光にノイズが生じてホログラム
ディスク３０３上に形成されるホログラムの空間周波数
分布が所望のものと異なってきて、たとえば、ホログラ
ムスキャナとして使用した場合に走査精度や直線性が劣
化する。

通常、レーザビームを微小に絞って使用する場合、集光
レンズ、コリメータレンズとピンホールの組合せを用い
るが、収差のない極めて高価なレンズを使用しない限り
微小ピンホールでのノイズを取り切ることはできない。

このために、レンズピンホールを多段に結合させる構成
がしばしば用いられる。

第５図はレンズ−ピンホール多段結合光学系の例を示す
図である。たとえば、この例ではレンズ３０−ピンホー
ル１０−レンズ３０の光学部品の組み合わせを４段結合
した場合を示したものである。

このように多段に結合する場合には、それぞれの光学部
品の光軸を合わせて位置設定する必要があり、高精度、
かつ、簡易で能率的な光軸調整方法とそのための装置の
開発が求められている。

〔従来の技術〕

第９図は従来の光軸調整の例を示す図である。

図中、４０はレーザ発振器、たとえば、ガスレーザ発振
器や半導体レーザなと、１００は、たとえば、数１００
μｍφのピンホール基準マーク１０１（ピンホール板の
孔）を有するピンホール板である。

通常、ピンホール孔径が数〜数１０μｍφと非常に小さ
い場合には、そこにレーザビームを入射するとその通過
光強度がバックグランド光と分離困難なほど微弱となり
、さらに、ピンホールでの回折により通過光が広がり光
軸の設定が困難となる。

そこで、先ずピンホール径の大きい前記ピンホール板１
００をレーザビームの中心がピンホール基準マーク１０
１（ピンホール板の孔）の中心を通るように、たとえば
、パワーメータを使用してビーム位置を測定しながら配
置する。この程度にピンホール径が大きいと通過光強度
は十分で回折効果の影響も余り問題にならずに参照光軸
として用いることができる。

次に、所要の光学部品、たとえば、集光用のレンズ３０
”ａを光軸を合わせて位置設定し、さらに、前記レンズ
３０゛ａの合焦位置にピンホール板１０’　のピンホー
ル１１゛　が合致するようにピンホール板１０゛の位置
設定を行う。さらに、多段に光学部品を配置するときは
上記方法を繰り返して行う。

第８図は従来の゛光軸調整の判定方法の例を示すＺ−Ｚ
矢視図である。同図（イ）は光軸が合っていない場合、
同図（ロ）は光軸が合っている場合である。すなわち、
ピンホール基準マーク１０１（ピンホール板の孔）を通
過した光をレンズ３０゛ａで受けると光の一部がその表
面、たとえば、凸表面で反射されてピンホール板１００
に同心円形の干渉リングを形成する。このとき光軸が合
っていなければ同図（イ）に示したごとくピンホール１
１゛　　と干渉リングの中心が食い違って見えるので、
再度レンズ３０’ａの位置調整を行い同図（ロ）に示し
たごとくピンホール１１”　と干渉リングの中心が正し
く合致したら、レンズ３０’ａの中心が参照光軸に合致
したと判定して、次のピンホール板１０゛　の位置設定
に入る。レンズ３０“ａの合焦位置とピンホール１１”
の合致の判定は肉眼でも比較的容易にできるし。

また、必要により通過光をパワーメータで測定し最大強
度になるように位置設定するなどしている場合もある。

〔発明が解決しようとする課Ｂ］ しかし、以上のごとき従来の光軸調整方法では、レンズ
表面の反射光を用い、しかも、ピンホール孔に干渉リン
グの中心を合わせるといった方法であり誤差が生し易い
。たとえば、第７図は従来法の問題点の一例を示す図で
あり、レンズ３０°の中心が光軸中心からずれたために
ピンホール板１０”のピンホール１１゛　が光軸中心か
らＬ２だけ位置ずれして設定された状態を示したもので
ある。同様の誤差が前後左右に生し、高精度を要する光
学系。

たとえば、ホログラフィック露光光学系などにはこのよ
うな従来の光軸調整方法は使用できないという問題があ
り、その解決が必要であった。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、ピンホール基準マーク１０１を通る参照
光軸１２に沿って移動可能に顕微鏡２１を設置し、前記
顕微鏡２１を所定の距離だけ移動し、所定の光学部品３
０の合焦点基準マーク１１を前記顕微鏡２１で観測して
位置設定したのち、前記合焦点基準マーク１１に合焦す
るように合焦点基準マーク１１の前後に前記光学部品３
０の位置を設定していくことを特徴とした光軸調整方法
により解決することができる。さらに、これを具体的に
行うために、顕微鏡２１を有する撮像装置２０と、前記
撮像装置２０に検知された前記合焦点基準マーク１１を
拡大表示するＴＶモニタ２２と、前記撮像装置２０の姿
勢を調節する姿勢制′４１１機構２３と、前記姿勢制？
Ｂ機構２３を支持する支持台２４と、前記支持台２４を
滑動自在に嵌合支持する直進移動ステージ２６と、前記
直進移動ステージ２６を参照光軸に平行に設置するため
の平行調節機構２８を有する固定ブロック２７とを少な
くとも備えた光軸調整装置を用いて効率的に解決するこ
とができる。

〔作用〕

本発明方法によれば、先ず微小なピンホール径を有する
ピンホール板１０の位置設定を正確に行い、次いでその
微小ピンホール１１に正しく合焦するように光学部品、
たとえば、レンズ３０を配置していくのでそれぞれの位
置設定誤差が小さくなり、高精度の光学系を構築するこ
とができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の光軸調整方法を示す図で、概略手順を
順次図示したものである。図中、１２は参照光軸である
。

なお、前記従来例の諸図面で説明したものと同等の部分
については同一符号を付し、かつ、同等部分についての
説明は省略する。

同図（１）で比較的大きな径を有するピンホール基準マ
ーク１０１（ピンホール孔）を設けた参照ピンホール板
１００によりレーザ４０からのレーザビームの参照光軸
１２を設定する。設定方法は従来の場合と同様に、たと
えば、透過光のパワーメータ出力が最大になるよう位置
設定すればよい。次いで、参照光軸１２に沿って移動可
能に設置した顕微鏡により合焦点基準マーク１１ａ、た
とえば、小さな径のピンホール像を観察してそのピンホ
ールを有するピンホール板１０ａの位置を正確に設定す
る。

次に、同図（２）に示したごとく上記で位置設定された
ピンホール板１０ａの前方に光学部品３０ａ、たとえば
、集光用レンズを前記ピンホールｌｌａに合焦するよう
に調整配置する。位置調整の判定には前記したごとく目
視により合焦ビームがピンホールｌｌａを通過するのを
観測しても容易に行うことができるし、必要により通過
光のパワーメータ出力が最大になるよう位置設定しても
よい。

次に、同図（３）に示したごとく上記で位置設定された
ピンホール板１０ａの後方に光学部品３０ｂ、たとえば
、コリメータ用レンズを平行ビームが得られるように調
整配置する。位置調整の判定には前記従来例で説明した
ごとく、ピンホール板１０ａへのレンズ３０ｂの前面か
らの反射干渉リングの中心とピンホールｌｌａとの合致
の確認と、レンズ３０ｂを透過した光の平行度を干渉計
、たとえば、マツハツエンダ干渉計で判定するなど適宜
公知の方法を利用して行えばよい。次いで、前記顕微鏡
を参照光軸１２に沿って所定の距離だけ移動し、ピンホ
ール板ｌＯｂを前記（１）で述べたのと同様にして精度
よく位置設定する。

さらに、多段に光学部品を配置したいときは、同図（４
）に示したごとく前記（１）〜（３）の手順に従い、た
とえば、集光用レンズ３０Ｃ，コリメータ用レンズ３０
ｄ、ピンホール板１０ｃ、集光用レンズ３０ｅのごとく
に位置設定し配置して行けばよい。

第２図は本発明の実施例装置を示す図である。

図中、２０は撮像装置、２１は撮像装置２０の先端に取
り付けられた顕微鏡、２２は撮像装置２０の撮像素子に
結像した光学像が電気信号に変換・伝送されて再度拡大
された像として再生表示するためのＴＶモニタである。

２３は撮像装置２０の姿勢制御機構で。

たとえば、よく知られた上下・左右・回転等の必要十分
な多軸姿勢制御機構を用いればよい。２４は前記姿勢制
御機構２３を支える支持台で、直進移動ステージ２６の
レール部分に滑動自在に嵌合して前後に微調移動できる
ようになっている。また、支持台２４は直進移動ステー
ジ２６上を図示してないスケールによって所定の距離だ
け移動することができ、必要により固定ネジ２５により
直進移動ステージ２６上の所定個所に固定できるように
なっている。

２７は固定ブロックで、たとえば、光学系を構築する光
学ベツドの上に、前記参照光軸とは＼平行に。

たとえば、磁気的に固定される。２８は複数の平行調節
機構で、たとえば、ネジ送り機構を用い、前記直進移動
ステージ２６が参照光軸と平行になるように調整するた
めのものである。なお、この平行性の調整にはＴＶモニ
タの基準マーク、たとえば、十字マークとピンホール基
準マーク１０１（ピンホールの孔）の拡大像の合致の状
態を観測しながら行えばよい。

第３図は本発明の実施例装置の要部を示す図（一部断面
）である。図中、２９は撮像素子で、たとえば、ＣＣＤ
素子、２１０は顕微鏡２１の対物レンズであり、たとえ
ば、倍率１０倍のものを用いて８インチのＴＶモニタ２
２上で約２００倍の映像が得られる。

第４図は本発明の実施例装置による光軸調整光学系を示
す図である。図中、３００は光学ベツド、２００は光軸
調整装置である。なお、本図では光学部品、たとえば、
ピンホール板１０と光軸調整装置２００がぶつからない
ように、ピンホール板スタンド１３は横に梁をせり出し
てピンホール板１０を保持するようにしている。光学部
品がレンズの場合も同様な保持スタンドを用いればよい
。本実施例装置２００を用いて本発明方法により光学部
品の位置調整を行う具体的手順は既に説明したところに
より極めて明白であるので説明を省略する。

上記実施例装置では全ての操作を手動で行ったが、たと
えば、ＴＶモニタの映像の偏差を自動的に検出し平行調
節機構２８および姿勢制御機構２３にフィードバックし
て、これらの調節、制御機構を自動的に駆動制御するよ
うにして、より一層の高精度化と高能率化を図るように
してもよいことは勿論である。

以上述べた実施例は一例を示したもので、本発明の趣旨
に添うものである限り、使用する部品や構成なと適宜好
ましいもの、あるいはその組み合わせを用いることがで
きることは言うまでもない。

〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば先ず微小なピンホ
ール径を有するピンホール板ｌＯの位置設定を正確に行
い、次いでその微小ピンホール１１に正しく合焦するよ
うに光学部品、たとえば、レンズ３０を配置していくの
でそれぞれの位置設定誤差が小さくなり、さらに、作業
能率が大巾に向上する。

たとえば、従来方法によれば、位置設定精度が±１００
μｍ程度であったものが、本発明により５０μｍ以下に
改善され、また、光軸調整に要する時間は従来の１７３
以下に短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光軸調整方法を示す図、第２図は本発
明の実施例装置を示す図、第３図は本発明の実施例装置
の要部を示す図（一部断面）、 第４図は本発明の実施例装置による光軸調整光学系を示
す図、 第５図はレンズ−ピンホール多段結合光学系の例を示す
１図、 第６図はホログラフィック露光光学系の例を示す図、 第７図は従来法の問題点の一例を示す図、第８図は従来
の光軸調整の判定方法の例を示す２−２矢視図、 第９図は従来の光軸調整の例を示す図である。 図において、 １０（１０ａ、　１０ｂ、　１０ｃ）はピンホール板（
光学部品）、１１　（ｌｌａ、　ｌｌｂ、　１ｌｃ）は
合焦点基準マーク（ピンホール）、 １２は参照光軸、１３はピンホール板スタンド、２０は
撮像装置、２１は顕微鏡、２２はＴＶモニタ、２３は姿
勢制御機構、２４は支持台、２５は固定ネジ、２６は直
進移動ステージ、 ２７は固定ブロック、 ２８（２８ａ、２８ｂ）は平行調節機構、２９は撮像素
子、ネ ３０　（３０ａ〜３０４）は光学部品（レンズ）、４０
はレーザ、 １００は参照ピンホール板、 １０１はピンホール基準マーク（ピンホールの孔）、２
００光軸調整装置である。 李発ｅ１４／）是軸訓望方須Σ示イ閏 第　　１　　起 ’１３ 半発明ｎ軒杷伊１共Ｉｓ示ず旧 第　　２　図 本発明の実施中１拭置によろ是釉調芒児げ本乏示マ回第
　　４　　図 第 ５ 回 ボログ“ン；ンｋ・／７嘔４ζうろ−ソ乙、？壽＼〆つ
イク１ｊΣか１ｒａ箒　　６　　　口 冨 臼 （イ）栗牛由η＼合、′？いＴｊＣＪ号Ｚ≧（ロン児幸
由カベｈ７””ろ１芳チ、ζｉ柾来／）東軸畑望の例Ｅ
示■濠 第　　ｑ　　ロ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ピンホール基準マーク（１０１）を通る参照光軸
   （１２）に沿って移動可能に顕微鏡（２１）を設置し、
   前記顕微鏡（２１）を所定の距離だけ移動し、所定の光
   学部品（３０）の合焦点基準マーク（１１）を前記顕微
   鏡（２１）で観測して位置設定したのち、前記合焦点基
   準マーク（１１）に合焦するように合焦点基準マーク（
   １１）の前後に前記光学部品（３０）の位置を設定して
   いくことを特徴とした光軸調整方法。
2. （２）顕微鏡（２１）を有する撮像装置（２０）と、前
   記撮像装置（２０）に検知された前記合焦点基準マーク
   （１１）を拡大表示するＴＶモニタ（２２）と、前記撮
   像装置（２０）の姿勢を調節する姿勢制御機構（２３）
   と、 前記姿勢制御機構（２３）を支持する支持台（２４）と
   、前記支持台（２４）を滑動自在に嵌合支持する直進移
   動ステージ（２６）と、 前記直進移動ステージ（２６）を参照光軸に平行に設置
   するための平行調節機構（２８）を有する固定ブロック
   （２７）とを少なくとも備えることを特徴とした光軸調
   整装置。