JP2002031761A - 対物レンズの加工装置及び加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 倍率の異なる対物レンズに切り換えても、視
野中心がずれることを防止できる対物レンズを製造す
る。 【解決手段】 レボルバの支持ねじ部に螺合する取付ね
じ部２４及びレボルバの当て付け面に当て付けられる取
付面２３を対物レンズ１に加工する。対物レンズ１に平
行光を照射する９光学系と、対物レンズ１を透過して結
像する標本１０を有し、標本１０に結像したスポットを
観察する観察系１４と、対物レンズ１を保持するチャッ
ク２と、チャック２を回転させるスピンドル５と、標本
１０と対物レンズ１の焦点位置とが一致するようにチャ
ック２とスピンドル５との相対位置を調整する位置調整
機構４と、標本１０と対物レンズ１の取付面２３との間
隔を一定に保った状態で対物レンズ１の取付面２３を加
工する取付面加工工具１６と、取付面加工工具１６とは
別個に配置され、対物レンズ１の取付ねじ部２４を加工
する取付ねじ部加工工具１８とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、顕微鏡等の光学機
器に使用する対物レンズを加工する加工装置及び加工方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】微小電子部品等の生産においては、顕微
鏡などの光学機器を用いてその検査を行っている。この
操作では、まず低倍率の対物レンズを用いて視野内に測
定個所を位置決めし、次にレボルバを回転させて高倍率
の対物レンズに切り換えて測定を行う。このような操作
においては、対物レンズの光学系誤差のため、低倍率の
対物レンズから高倍率の対物レンズへ切り替えた時に視
野中心がずれて測定個所が外れたり、焦点がずれること
がある。このような場合には、視野中心を合わせるため
に低倍率の対物レンズに再度切り換えて、再度の位置決
めや、焦点合わせを行う必要がある。

【０００３】このような煩雑な操作をなくすため、顕微
鏡等の光学機器に自動位置決め機構や自動焦点合わせ機
構を設けることが行われている。図５はこのような機構
を備えた特開平５−８８０９１号公報に記載された顕微
鏡である。

【０００４】この顕微鏡は、試料１０３に焦点が合うよ
うに、試料ステージ１０４を自動的に移動させる機能を
有するものであり、この機能を実現するために、接眼レ
ンズ１０５、対物レンズ１０１に加えて、撮像素子１０
６透過平面板１０７及び制御装置１１０を備えている。

【０００５】透過平面板１０７は接眼レンズ１０５と対
物レンズ１０１との間に設けられており、パルスモータ
１０８によって回転されることにより、これらのレンズ
１０５，１０１間の光路内に挿入及び離脱する。パルス
モータ１０８は制御装置１１０によって制御されるもの
である。

【０００６】試料ステージ１０４は制御装置１１０によ
って制御されたパルスモータ１２０に連結されており、
制御装置１１０からの指令に従って、光路内で上下方向
に移動する。撮像素子１０６は接眼レンズ１０５の上方
に位置するように顕微鏡の鏡筒に固定されており、その
出力信号がビデオアンプ１０９によって増幅された後、
制御装置１１０に送出される。制御装置１１０は、ＭＰ
Ｕ（処理装置）１１１、ＲＯＭ１１２、ＲＡＭ１１３、
バスライン１１４、モータドライバ１１５，１１６、Ａ
／Ｄコンバータ１１７を備えている。

【０００７】この顕微鏡では、試料ステージ１０４を制
御装置１１０によって移動させ、透過平面板１０７を挿
入した時と離脱した時とのそれぞれのコントラスト値を
撮像素子１０６が測定し、制御装置１１０がそれらの値
を比較する。この比較値から合焦点を求め、その位置ま
で試料ステージ１０４を移動させることにより自動的に
合焦させるものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５の
ように自動的に合焦させる機構を備えた顕微鏡では、構
成部品が多くなり、構造が複雑で、高価となる問題があ
る。これに対し、観察者が手作業で視野中心を合わせる
場合には、熟練を要したり、焦点合わせをする際に試料
ステージの移動を微細に調整する必要があり、観察の際
の負担となるばかりでなく、タクトタイムが長くなる問
題がある。

【０００９】本発明はこのような従来の問題点を考慮し
てなされたものであり、測定対象物を観察したり測定す
る際に、自動位置決め機構や自動焦点合わせ機構を用い
なくても、対物レンズを低倍率から高倍率に切り換えた
ときに、再度の位置決めや焦点合せを必要とすることな
く、観察や測定を行うことができる対物レンズを加工す
る加工装置及び加工方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】光学機器のレボルバに取
り付けた対物レンズを低倍率から高倍率に切り換えた際
に、視野中心や焦点がずれるのは、レボルバのそれぞれ
によって、対物レンズの取付位置または取付角度がずれ
ていたり、対物レンズの焦点位置から対物レンズの取付
面までの距離がずれているためである。本発明では、対
物レンズのレボルバ取付位置またはレボルバ取付角度お
よび対物レンズの焦点位置から取付面までの距離が異な
った対物レンズ間で常に同一となるように、レボルバへ
の取付面及び取付ねじ部を加工するものである。

【００１１】すなわち、請求項１の発明の対物レンズの
加工装置は、レボルバの支持ねじ部に螺合する取付ねじ
部及びレボルバの当て付け面に当て付けられる取付面を
対物レンズに加工する装置であって、対物レンズに平行
光を照射する光学系と、対物レンズを透過して結像する
標本を有し、この標本に結像したスポットを観察する観
察系と、対物レンズを保持するチャックと、チャックを
回転させるスピンドルと、前記標本と対物レンズの焦点
位置とが一致するようにチャックとスピンドルとの相対
位置を調整する位置調整機構と、標本と対物レンズの取
付面との間隔を一定に保った状態で対物レンズの取付面
を加工する取付面加工工具と、取付面加工工具とは別個
に配置され、対物レンズの取付ねじ部を加工する取付ね
じ部加工工具とを備えていることを特徴とする。

【００１２】この発明では、標本と対物レンズの焦点位
置とが一致するように位置調整を行い、標本と対物レン
ズの取付面との間隔を一定に保った状態で取付面の加工
を行う。この加工では、標本と対物レンズの取付面との
距離が常に一定となっているため、異なった対物レンズ
を加工しても、その焦点位置と取付面との距離が常に一
定となる。このため、加工された対物レンズを顕微鏡の
レボルバに取り付けると、レボルバに対する方向が常に
所定の方向となるため、対物レンズを切り換えても視野
中心が一定となり、焦点がずれることがなくなる。

【００１３】このような発明では、高価な自動位置決め
機構や自動焦点合わせ機構が不要となり、また、再度の
位置決めや焦点合わせが不要となってタクトタイムを短
縮することができる。

【００１４】請求項２の発明は、請求項１記載の発明で
あって、前記標本と対物レンズの取付面との間隔を一定
に保った状態で、観察系と取付面加工工具とが一体的に
平行光の光路に沿って移動可能となっていることを特徴
とする。

【００１５】この発明では、観察系と取付面加工工具と
が一体的に移動可能となっているため、取付面加工工具
は、標本と対物レンズの取付面との距離を常に一定に保
った状態で取付面を加工することができ、標本と対物レ
ンズの間隔調整を簡素化することができる。

【００１６】請求項３の発明の対物レンズの加工方法
は、レボルバの支持ねじ部に螺合する取付ねじ部及びレ
ボルバの当て付け面に当て付けられる取付面を対物レン
ズに加工する方法であって、前記対物レンズに照射した
平行光を標本に結像させ、標本と対物レンズの焦点位置
を一致させると共に、標本と対物レンズの取付面との間
隔を一定に保った状態で前記取付ねじ部及び取付面を加
工することを特徴とする。

【００１７】標本と対物レンズの焦点位置を一致させる
と共に、標本と対物レンズの取付面との間隔を一定に保
った状態で対物レンズを加工するため、異なった対物レ
ンズであっても焦点位置と取付面との距離が常に一定と
なる。このため、対物レンズを顕微鏡のレボルバに取り
付け、対物レンズを切り換えても視野中心が一定とな
り、焦点がずれることがなくなる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示する実施の形
態により具体的に説明する。なお、各実施の形態におい
て、同一の要素は同一の符号を付して対応させてある。

【００１９】（実施の形態１）図１は本発明の実施の形
態１における加工装置であり、図２はレボルバに対する
対物レンズの装着状態である。

【００２０】対物レンズ１はレンズ群（図示省略）を鏡
筒１ａの内部に有している。図２に示すように鏡筒１ａ
の上部には、取付面２３及び取付ねじ部２４が形成され
ている。レボルバ２５は対物レンズ１を取り付けるため
の当て付け面２５ａ及び支持ねじ部２５ｂが円周方向に
沿って複数箇所形成されている。対物レンズ１は取付ね
じ部２４をレボルバ２５の支持ねじ部２５ｂに螺合さ
せ、取付面２３を当て付け面２５ａに当て付けることに
よりレボルバ２５に装着される。従って、レボルバ２５
に対する対物レンズ１の取付位置及び取付方向は、取付
面２３及び取付ねじ部２４によって決定される。

【００２１】加工装置は、図１に示すように、旋盤のス
ピンドル５及びチャック２と、光学系９と、観察系１４
と、取付面加工工具（取付面切削バイト）１６と、取付
ねじ部加工工具（取付ねじ部切削バイト）１８とを備え
ている。

【００２２】チャック２は加工される対物レンズ１の鏡
筒１ａをチャッキングすることにより対物レンズ１を保
持するものである。チャック２にはスリットが設けられ
ており、対物レンズ１と接触する部分には、ベークライ
ト、デルリン（商標名）等の非金属材料からなる緩衝材
３が貼り付けられることにより、チャック時に対物レン
ズ１を傷付けることがないようになっている。なお、チ
ャッキングされる対物レンズ１はレンズ群が鏡筒１ａ内
に組み込まれており、取付面２３及び取付ねじ部２４に
は切削代が若干残っているものである。

【００２３】スピンドル５はチャック２を回転させるも
のである。スピンドル５は平面方向及び上下方向の振れ
が極小となるように調整されている。これは、後述する
取付面加工工具である取付面切削バイト１６によって対
物レンズ１の取付面２３を加工する際の取付面２３の面
精度を向上させるためである。また、光学系９からの平
行光に対するスピンドル５の中心軸との平行度のズレも
サブミクロンオーダの精度で調整してある。

【００２４】かかるスピンドル５はモータ（図示省略）
によって回転駆動するが、モータの発熱による装置全体
の熱変位を抑制するため、架台（図示省略）を別にし、
さらにエアで冷却されるようになっている。なお、スピ
ンドル５の形態としてはベアリングを組み合わせたも
の、エアスピンドルを用いたもの、その他のものを使用
することができる。

【００２５】スピンドル５とチャック２との間には、位
置調整機構４が設けられている。位置調整機構４はスピ
ンドル５に対してチャック２すなわち対物レンズ１をシ
フト及びチルト方向に調整することにより、スピンドル
５及びチャック２（対物レンズ１）の相対位置を調整す
るものである。そして、この調整の状態でチャック２す
なわち対物レンズ１を固定する。微調整の構造として
は、ガイドとマイクロヘッドを用いて行うものや、磁石
を用いて行うものなどを選択することができる。

【００２６】図３はガイド及びマイクロヘッドを用いて
調整を行う位置調整機構の一例を示している。この位置
調整機構５０では、ＸＹステージ５１上にＸＺ方向のチ
ルト調整ステージ５３が設けられている。ＸＺ方向のチ
ルト調整ステージ５３は、ＸＹステージ５１上に設けら
れたガイドシャフト５２を中心に回動するようになって
いる。又、チルト調整ステージ５３におけるガイドシャ
フト５２を挟んだ一側は、ばね５４によって付勢されて
いると共に、他側には、マイクロヘッド５５が取り付け
られている。この構造では、マイクロヘッド５５を回転
操作することにより、チルト調整ステージ５３はＸＺ方
向に傾くため、同方向へのチルト調整を行うことができ
る。

【００２７】さらに図示を省略するが、ＸＺ方向のチル
ト調整ステージ５３上に、これと直交する方向のガイド
シャフトを設けると共に、このガイドシャフトを中心と
して回動するＹＺ方向のチルト調整ステージを設ける。
そして、そのマイクロヘッドを回転操作してＹＺ方向の
チルト調整を行う。これにより、ＸＹＺの３方向へのチ
ルト調整を行うことができる。

【００２８】光学系９は対物レンズ１に平行光を照射す
るものであり、レーザ６、レンズ７、ＰＢＳ（偏光ビー
ムスプリッタ）８を備えている。レーザ６としては、波
長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザを用いることが良好で
ある。

【００２９】観察系１４は対物レンズ１側から標本１
０、コリメートレンズ１１、結像レンズ１２、ＣＣＤ１
３が平行光に沿って順に配置されることにより構成され
ている。又、ＣＣＤ１３には、モニタ１５が接続されて
いる。

【００３０】標本１０は光学系９からの平行光の一部を
反射し、一部を透過させるハーフミラーからなり、光学
系９からの平行光に対して直交するように配置されてい
る。ＣＣＤ１３は標本１０を透過し結像レンズ１２によ
って結像したスポットをモニタ１５に写し出す。このス
ポットがモニタ１５の中心に来るように装置製作時に調
整する。さらに光軸方向に調整可能な調整機構（図示せ
ず）を有している。

【００３１】観察系１４はモニタ１５上に映し出される
スポットを最小にするように平行光の光路に沿って上下
方向に調整可能となっている。この実施の形態では、後
述するように取付面切削バイト１６と観察系１４とがＬ
字形の連結アーム２６によって連結されており、従っ
て、観察系１４及び取付面切削バイト１６とが一体とな
って光路に沿って移動可能となっている。又、このよう
に連結アーム２６によって、観察系１４と取付面切削バ
イト１６とが一体的となっているため、標本１０の上面
から対物レンズ１の取付面２３までの距離を常に一定に
することができる。

【００３２】取付面切削バイト１６には、平面方向の一
軸に沿って移動可能となっており、そのための移動軸
（図示省略）が設けられている。この取付面切削バイト
１６はモータ１７によって駆動されることにより、対物
レンズ１の取付面２３を一定量切削する。なお、取付面
切削バイト１６の移動方向は、スピンドル５の中心軸と
精密に直角になるように図示せぬ測定装置により、装置
取付時に位置出しされている。

【００３３】取付面切削バイト１６はＬ字形の連結アー
ム２６によって観察系１４と一体となっており、観察系
１４の標本１０と取付面切削バイト１６との間隔が常
時、一定となっている。これにより、どの対物レンズ１
を製作する際にも焦点位置、即ち、標本１０の上面から
取付面２３（取付面切削バイト１６）の間での位置が一
定となるようにセットされる。なお、取付面切削バイト
１６の材質としては、単結晶ダイヤモンド、超硬金属、
ハイスなどを用いることができる。又、段取り時にはツ
ールプリセッタなどによって位置決めしてからセットす
る。

【００３４】取付ねじ部切削バイト１８は取付面切削バ
イト１６とは別個に設けられておりＮＣ制御モータ１９
によって移動し、対物レンズ１を切削加工する。制御モ
ータ１９は直交する上下及び左右の２方向への移動を制
御する第１モータ１９ａ及び第２モータ１９ｂを有する
ものである。この切削バイト１８も取付面切削バイト１
６と同様、段取り時にツールプリセッタで位置決めして
からセットする。また、切削バイト１８の左右の移動方
向も、スピンドル５の回転軸と直角になるように位置決
めされる。

【００３５】取付ねじ部切削バイト１８による加工は、
外周加工、ねじ切削、仕上げを行う。このため、この実
施の形態では、外径加工時とねじ切り時の２つの刃が一
体となったバイトを使用するものである。又、明視野用
のねじと暗視野用のねじの切削を切り替える場合には、
ＮＣ側で設定を行うことにより、段取り時に変更するこ
とによって対応する。

【００３６】このように、取付ねじ部切削バイト１８と
取付面切削バイト１６の２種類のバイトを用いることに
より、前段で行う取付ねじ２４の加工中に発生したバイ
トの熱が取付面２３を切削する際に伝わることがなく、
対物レンズ１の全長方向が切削熱により伸びて、標本１
０の上面から取付面までの距離が変化することを防止す
ることができる。

【００３７】次に、この実施の形態による加工方法につ
いて説明する。

【００３８】対物レンズ１の鏡筒１ａをチャック２内に
挿入し、チャック２を閉じることにより対物レンズ１を
チャック２に保持する。光学系９から平行光を照射する
ことにより、光学系９からの平行光の結像をモニタ１５
に写し出す。そして、モニタ１５を観察しながら、スピ
ンドル５を回転させ結像の回転中心がモニタ１５の中心
に位置するように位置調整機構４で調整し、その位置を
固定する。結像の回転中心がモニタ１５の中心に位置す
るように調整することにより、対物レンズ１が取付ねじ
部２４でレボルバ２５に取り付けられたとき、対物レン
ズ１の焦点の方向が常に一定になる。

【００３９】この状態で、スタートスイッチ（図示省
略）を押すことにより取付面切削バイト１６により、鏡
筒１ａの取付面２３の端面切削を行う。その後、取付ね
じ部切削バイト１８の外径加工用バイトにより取付ねじ
部２４の外周を切削する。外周切削が終了した時点で、
取付ねじ部切削バイト１８のねじ切削用バイトによって
切削して取付ねじ部２４を切削加工する。

【００４０】次の対物レンズ１を切削する際は、加工後
の対物レンズ１をチャック２から外した後、同様の段取
りを行って後、加工を行う。これによって、どの対物レ
ンズ１を加工しても焦点から取付面２３までの距離を常
に一定にすることができる。従って、観察者が顕微鏡等
の光学機器に対物レンズ１を取り付けて低倍率から高倍
率に切り換えても焦点がずれることがなく、視野中心を
一定とすることができる。従って、観察や測定の際の操
作性が向上すると共に、煩雑な構造の自動焦点合わせ機
構や移動位置決め機構が不要となる。

【００４１】（実施の形態２）図４は本発明の実施の形
態２における対物レンズの加工装置を示す。この実施の
形態では、チャック２とスピンドル５との間に配置され
た位置調整機構４に調整モータ２１が連結されている。
調整モータ２１は第１モータ２１ａ及び第２モータ２１
ｂの二つのモータによって構成されており、位置調整機
構４を少なくとも２方向に制御するようになっている。
二つのモータ２１ａ、２１ｂは制御装置２０に接続され
ており、標本１０上に結像したスポットをモニタ１５で
観察し、その位置を制御装置２０によってフイードバッ
クすることにより、スポットがモニタ１５の中心に位置
するように位置決めすることができる。

【００４２】以上に加えて、この実施の形態では、観察
系１４と取付面切削バイト１６とを連結する連結アーム
２６が上下動モータ２２に支持されている。上下動モー
タ２２は観察系１４と取付面切削バイト１６とが一体と
なって平行光の光路に沿って上下動できるように制御す
るものである。

【００４３】このように上下動モータ２２を設けること
により、モニタ１５上のスポットが最小径になるように
制御装置２０内で画像処理し、合焦した位置で取付面切
削バイト１６を位置決めすることができる。このとき、
観察系１４が連結アーム２６によって連結されているた
め、観察系１４も取付面切削バイト１６と一体となって
移動する。このため、標本１０と対物レンズ１の取付面
２３を一定に保った状態で取付面２３を加工することが
できる。

【００４４】このような実施の形態では、位置ずれと焦
点ずれとを補正するため、対物レンズ１を作製するタク
トタイムを短縮することができる。

【００４５】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、観察系の標本
と対物レンズの焦点位置とが一致するように調整した
後、対物レンズの取付面及び取付ねじ部を加工するた
め、顕微鏡等の光学機器に対物レンズを取り付け、レボ
ルバの回転で低倍率から高倍率へ対物レンズを交換した
際に、視野中心がずれず、測定個所を再び探す必要がな
く、操作性が向上するばかりでなく、自動位置決め機構
が不要なため、対物レンズを取り付ける顕微鏡等の光学
機器の構成を単純かつ安価にできる。

【００４６】又、、取付面加工工具と取付ねじ部加工工
具の２種類の工具を有しているため、ねじ加工時に発生
したねじ部加工工具の熱が対物レンズの取付面の切削時
に影響することがなく、対物レンズの全長が熱影響で伸
びて焦点がずれることを防止できる。同様に、スピンド
ルを取付面加工工具及び標本から離しているため、スピ
ンドルから発生する熱の影響で対物レンズの全長が伸び
て焦点がずれるのを防止できる。

【００４７】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
と同様な効果を有するのに加えて、観察系と取付面加工
工具とが一体的に移動するため、標本と対物レンズの取
付面との距離を常に一定に保った状態で取付面を加工す
ることができ、標本と対物レンズの間隔調整を簡素化す
ることができる。

【００４８】請求項３の発明によれば、標本と対物レン
ズの焦点位置を一致させると共に、標本と対物レンズの
取付面との間隔を一定に保った状態で対物レンズを加工
するため、異なった対物レンズであっても焦点位置と取
付面との距離が常に一定となり、このため、対物レンズ
を顕微鏡のレボルバに取り付けて、対物レンズを切り換
えても視野中心が一定となり、焦点がずれることがなく
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の加工装置を示す正面図
である。

【図２】対物レンズをレボルバに取り付けた状態の部分
破断正面図である。

【図３】位置調整機構の正面図である。

【図４】本発明の実施の形態２の加工装置を示す正面図
である。

【図５】自動調整機能を備えた従来の顕微鏡のブロック
図である。

【符号の説明】 １ 対物レンズ ２ チャック ５ スピンドル ９ 光学系 １０ 標本 １４ 観察系 １６ 取付面切削バイト １８ 取付ねじ部切削バイト ２３ 取付面 ２４ 取付ねじ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 津幡 敏晴 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H087 KA09 LA01 NA00

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レボルバの支持ねじ部に螺合する取付ね
   じ部及びレボルバの当て付け面に当て付けられる取付面
   を対物レンズに加工する装置であって、 対物レンズに平行光を照射する光学系と、対物レンズを
   透過して結像する標本を有し、この標本に結像したスポ
   ットを観察する観察系と、対物レンズを保持するチャッ
   クと、チャックを回転させるスピンドルと、前記標本と
   対物レンズの焦点位置とが一致するようにチャックとス
   ピンドルとの相対位置を調整する位置調整機構と、標本
   と対物レンズの取付面との間隔を一定に保った状態で対
   物レンズの取付面を加工する取付面加工工具と、取付面
   加工工具とは別個に配置され、対物レンズの取付ねじ部
   を加工する取付ねじ部加工工具とを備えていることを特
   徴とする対物レンズの加工装置。
2. 【請求項２】 前記標本と対物レンズの取付面との間隔
   を一定に保った状態で、観察系と取付面加工工具とが一
   体的に前記平行光の光路に沿って移動可能となっている
   ことを特徴とする請求項１記載の対物レンズの加工装
   置。
3. 【請求項３】 レボルバの支持ねじ部に螺合する取付ね
   じ部及びレボルバの当て付け面に当て付けられる取付面
   を対物レンズに加工する方法であって、 前記対物レンズに照射した平行光を標本に結像させ、標
   本と対物レンズの焦点位置を一致させると共に、標本と
   対物レンズの取付面との間隔を一定に保った状態で前記
   取付ねじ部及び取付面を加工することを特徴とする対物
   レンズの加工方法。