JPH04257807A - 光学系の光軸調整方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、屈折力を持つ光学素子
を光路屈曲用素子として含む光学系の光軸調整方法に関
する。

【０００２】

【従来技術】各種の観察装置や測定装置の光学系を組み
立てる際には、光源、レンズ系、光検出素子等の各構成
要素の光軸を互いに一致させるための光軸調整が必要で
ある。従来、この種の光軸調整は以下のような方法で行
われていた。

【０００３】図４は光源１と、コンデンサ−レンズ２と
、対物レンズ３と、光検出素子４とを一つの光軸上に配
置した光学系を示している。この光学系では光源１から
の光がコンデンサ−レンズ２により図中破線で示す位置
に置かれた物体に照射され、物体からの光が対物レンズ
３により光検出素子４上に集められ、光検出素子から物
体像を表す信号を得るようになっている。

【０００４】この光学系の光軸調整を行うには、光源１
と光検出素子４とを結ぶ線Ｏが基準の光軸となるため、
他の構成要素をこの光軸上に正確に配置することが必要
である。このため、まず初めにコンデンサ−レンズ２と
対物レンズ３を取り外し、図５に示すように光源１の近
傍にミラ−５を挿入し、その側方にレ−ザ−光源６を配
置して、レ−ザ−光源６からのレ−ザ−光をミラ−５を
介して光軸Ｏに沿って入射させ、光検出素子４上の正し
い位置にレ−ザ−光が入射するように光検出素子４の位
置を微調整する。

【０００５】次いで、対物レンズ３を保持する保持枠７
に、ピンホ−ル８を持つ開口板９をピンホ−ル８が対物
レンズ３の光軸上に位置するように取り付け、ピンホ−
ル８を通って光検出素子４に到達するレ−ザ−光の光量
が最大となるように、保持枠７を光軸Ｏに垂直な面内で
移動調整する。この状態で対物レンズ３を保持枠７に取
り付ければ、対物レンズの光軸と光軸Ｏとがピンホ−ル
８の位置で交わることになる。

【０００６】次に、開口板９を取り外して代わりにミラ
−（図示せず）を保持枠７に取り付け、レ−ザ−光がこ
のミラ−で反射されて元の位置に戻るように、ピンホ−
ル８のあった位置を支点として保持枠７の傾きを調整す
る。この結果、対物レンズの光軸と光軸Ｏの傾きが補正
される。以上のようにして、対物レンズ３の光軸と光軸
Ｏとを一致させることができる。

【０００７】次に、実際に対物レンズ３を保持枠７に取
り付けて、対物レンズ３を通ったレ−ザ−光が光検出素
子４上の正しい位置に入射するか否かを確認し、誤差が
ある場合は先の調整を繰り返し行う。

【０００８】コンデンサ−レンズ２に関しても対物レン
ズ３と同様の調整を行うことにより、コンデンサ−レン
ズの光軸と光軸Ｏとを一致させることができる。このよ
うにして全ての構成要素の光軸を互いに一致させる調整
が完了する。

【０００９】なお、ここではレ−ザ−光を用いて調整を
行うように説明したが、光源自身がレ−ザ−、放射光光
源などのように指向性を持っている場合には、レ−ザ−
光源６およびミラ−５は必要ない。

【００１０】光学系が図６に示すように光路を屈曲させ
るための平面鏡１０および１１を含んでいる場合にも、
同じ調整方法が適用できる。即ち、平面鏡は光軸を持た
ないので、コンデンサ−レンズ２および対物レンズ３を
除去しておいて光源１からの光が光検出素子４の正しい
位置に入射するように調整する段階で平面鏡１０、１１
の傾きを調整すれば、その後は先に述べた方法をそのま
ま適用すれば良いのである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、例えば図６
の光学系において平面鏡１０、１１の代わりに凸面鏡が
あったとすると、レ−ザ−光（または光源１からの光）
が発散してしまうため光検出素子４への入射位置が分か
らなくなってしまい、反射鏡の位置を調整することがで
きない。したがって、その後の対物レンズ、コンデンサ
−レンズの位置調整もできないことになる。

【００１２】また、光をレンズの光軸から外れた位置を
通すようにしてレンズを光路屈曲用素子として使用する
場合には、先に述べた方法では偏心した位置への調整が
できないため、やはり光軸調整を行うことができない。

【００１３】このように、従来の方法は屈折力を持った
光学素子を光路屈曲用素子として含む光学系に適用でき
ないため、この種の光学素子を含む光学系では各構成要
素を保持する部分の機械的工作精度以上の高い精度で光
軸調整を行うことができなかった。

【００１４】本発明はこれらの事情に鑑み、屈折力を持
つ光学素子を光路屈曲用素子として含む光学系の光軸調
整を、光学的に高い精度で行う方法を提供することを目
的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段および作用】本発明の光軸
調整方法の適用対象となる光学系は、屈折力を持つ光学
素子を光路屈曲用素子として含むものである。このよう
な光学系において、本発明では光路屈曲用素子の入射側
の光軸を第１の光軸、射出側の光軸を第２の光軸とする
とき、光路屈曲用素子の入射側に配置された光学素子の
光軸を第１の光軸に対して調整する工程と、光路屈曲用
素子の射出側に配置された光学素子の光軸を第２の光軸
に対して調整する工程と、ピンホ−ルを介して第１の光
軸と第２の光軸とを一致させる工程と、を含むことを特
徴とするものである。

【００１６】図１は光路屈曲用素子の一例として楕円鏡
を含む光学系を示す図で、１は光源、１２は回転楕円面
の一部からなる楕円鏡、４は楕円鏡１２により曲げられ
た光軸上に配置された光検出素子である。光源１から指
向性を持った光が射出され、楕円鏡１２に入射するが、
例えば光源を楕円鏡の１つの焦点に置いて入射側の光軸
１３を設定すると、光軸１３は楕円鏡で反射されて他方
の焦点１４を通る第２の光軸１５となり、楕円鏡の前後
の光軸が設定されることになる。但し、焦点１４は空中
の位置であり、このままでは光軸調整に使えない。そこ
で、光軸１５上にピンホ−ルを持つ開口板を挿入し、透
過光量が最大となるようにその位置を調整すると、ピン
ホ−ルが焦点１４の位置に来る。

【００１７】次に光検出素子の側から図５に述べた方法
でレ−ザ−光などの指向性を持つ光を入射させ、ピンホ
−ルを透過する光量が最大となるように光の入射方向を
調整する。このようにして、ピンホ−ルを介して第２の
光軸１５が第１の光軸１３の延長線上に接続されること
になる。

【００１８】

【実施例】図２は本発明の方法を適用して光軸調整を行
う光学系の第１実施例の光学素子の配置を示す線図であ
る。この光学系は光軸Ｏ、Ｏ’　が放物面鏡２３の位置
で繋がるように屈曲した光学系である、図において、２
０は広い波長域に及ぶ指向性ビ−ム２１を発生する放射
光光源、２２はビ−ム２１の必要な波長成分のみを選択
的に透過させるフィルタである。２３は回転放物面の一
部からなるコンデンサ−ミラ−、２４は観察対象となる
試料、２５はシュヴァルツシルド光学系を含む対物レン
ズ、２６は光検出用のマイクロチャンネルプレ−トであ
る。

【００１９】光源２０から発しフィルタ２２を透過した
光は、コンデンサ−ミラ−２３により進行方向を２１．
５°曲げられると共に試料２４上に集光される。試料２
４で回折、散乱された光は対物レンズ２５によりマイク
ロチャンネルプレ−ト２６上に拡大して投影され、試料
２４の拡大像が得られる。

【００２０】光軸調整を行う際には、コンデンサ−ミラ
−２３の前側端部にピンホ−ル２７を持つ開口板２８、
後側端部にミラ−２９を夫々回転放物面の回転軸に垂直
に取り付けると共に、コンデンサ−ミラ−全体を光軸Ｏ
に垂直な面内で移動でき且つ光軸Ｏに対する傾きを調整
できるような第１の保持機構３０に取り付ける。

【００２１】なお、ピンホ−ル２７の位置は、これを通
りコンデンサ−ミラ−２３の回転軸に平行な光がコンデ
ンサ−ミラ−２３により反射されたとき進行方向が２１
．５°変化するように設定する。

【００２２】まず、第１の光軸Ｏに対する光軸調整の手
順を説明する。光源２０から光軸Ｏに沿って進む指向性
ビ−ム２１がピンホ−ル２７を通るようにコンデンサ−
ミラ−２３の位置を調整する。これは例えば、マイクロ
チャンネルプレ−ト２６の出力が最大となるようにコン
デンサ−ミラ−２３の位置を微調整することにより行う
ことができる。次にコンデンサ−ミラ−２３の後方から
光軸Ｏの延長線上に沿って進むレ−ザ−光３１をミラ−
２９に向けて照射し、反射光が元の方向に戻るように、
コンデンサ−ミラ−２３をピンホ−ル２７の位置を支点
として回動調整する。この状態で、コンデンサ−ミラ−
２３の回転軸が光軸Ｏと平行になり、且つ光軸Ｏに沿っ
た光がコンデンサ−ミラ−２３で２１．５°の方向に反
射される位置に入射するように調整ができたことになる
。

【００２３】次に、第２の光軸Ｏ’　に対する光軸調整
の手順を説明する。対物レンズ２５を保持する手段とし
て、光軸Ｏ’　に垂直な面内で移動でき且つ光軸Ｏ’　
に対する傾きを調整できる第２の保持機構３２を設ける
。対物レンズを取り付けない状態で、ピンホ−ル３３を
持つ開口板３４をピンホ−ル３３が対物レンズの光軸上
に位置するように第２の保持機構３２に取り付ける。ま
た、対物レンズ２５とコンデンサ−ミラ−２３の間の適
当な位置に受光素子（図示せず）を配置する。

【００２４】図２で述べた方法でマイクロチャンネルプ
レ−ト２６側から光軸Ｏ’　に沿って第２の保持機構３
２に向けてレ−ザ−光を照射し、受光素子の出力が最大
となるように調整してピンホ−ル３３を光軸Ｏ’　上に
位置させる。次に、第２の保持機構３２に対物レンズ２
５の光軸に垂直となるようにミラ−を取り付け（図示せ
ず）、ピンホ−ル３３の位置を支点として第２の保持機
構３２を回動させ、レ−ザ−光が元の方向に戻るように
調整する。この調整により対物レンズの光軸と光軸Ｏ’
　とが一致する。

【００２５】最後に光軸ＯとＯ’　を一致させる調整を
行う。そのために、第２の保持機構３２に対物レンズ２
５を取り付けると共に、ピンホ−ルを持つ開口板（図示
せず）を、ピンホ−ルが対物レンズの光軸上で適正な物
体距離（すなわち、実際に観察する際の物体位置と対物
レンズとの距離）だけ離れた位置に来るように取り付け
る。そして、光源２０からの光をフィルタ２２およびコ
ンデンサ−ミラ−２３を介して開口板上に集光させ、透
過光量が最大となるようにピンホ−ルの位置を調整し、
コンデンサ−ミラ−２３の焦点位置にピンホ−ルが来る
ようにする。

【００２６】このようにして行われた調整は、ピンホ−
ルの大きさおよび光軸調整に用いる光ビ−ムの太さ等に
より定まるずれを含んでいる恐れがある。このずれを更
に小さくするために、光源２０からの光が対物レンズ２
５によってマイクロチャンネルプレ−ト２６上に収束さ
れるように、対物レンズを光軸に垂直に移動させて微調
整を行う。これにより、光軸Ｏと光軸Ｏ’　とを数ミク
ロンの精度で一致させることができる。

【００２７】なお、光軸Ｏ’　に対する調整をした後に
対物レンズ２５を移動させているが、その光軸に対して
垂直な方向の移動量は数１０μｍ程度なので、マイクロ
チャンネルプレ−ト２６上での光軸の位置の移動は高々
１画素程度に過ぎず、特に問題となることはない。

【００２８】以上のように、屈折力を持つ回転放物面鏡
により曲げられた光路を持つ光学系の折れ曲がった２つ
の光軸をピンホ−ルを介して一致させることができる。

【００２９】図３は本発明の方法を適用して光軸調整を
行う光学系の第２実施例の光学素子の配置を示す線図で
ある。

【００３０】図において、４０はレ−ザ−プラズマ光源
、４１は一方の焦点が光源４０と一致するように配置さ
れた回転楕円面の一部からなるコンデンサ−ミラ−、４
２はコンデンサ−ミラ−４１の他方の焦点と一致するよ
うに配置された観察対象となる試料、４３はシュヴァル
ツシルド光学系を含む対物レンズ、４４は光検出用のＣ
ＣＤイメ−ジセンサ−である。光源４０から発した光は
、コンデンサ−ミラ−４１により進行方向を３０°曲げ
られると共に試料４２上に集光される。試料４２で回折
、散乱された光は対物レンズ４３によりＣＣＤイメ−ジ
センサ−４４上に拡大して投影され、試料４２の拡大像
が得られる。

【００３１】レ−ザ−プラズマ光源４０からの光は放射
光のような指向性を持たないので、この例では光軸調整
のためにレ−ザ−光を使用する。

【００３２】まず、第５図で述べた方法で光源側からコ
ンデンサ−ミラ−４１に向けてレ−ザ−光４６を光軸Ｏ
に沿って照射すると、レ−ザ−光４６はコンデンサ−ミ
ラ−４１により進行方向を変えられると共に集光されて
、焦点すなわち試料４２が置かれる位置に集まる。そこ
で、光軸Ｏ’　上にピンホ−ルを持った開口板を挿入し
、ピンホ−ルを透過する光量が最大となるようにその位
置を調整する。

【００３３】次に、第２図で述べた方法でＣＣＤイメ−
ジセンサ側からレ−ザ−光４７を照射し、ピンホ−ルを
透過する光量が最大となるようにレ−ザ−光４７の入射
方向を調整する。この調整により光軸Ｏ’　が光軸Ｏと
一致する。

【００３４】最後に、実施例１と同じ方法でレ−ザ−光
４７を用いて対物レンズ４３の光軸と光軸Ｏ’　との調
整を行う。

【００３５】以上のようにして光軸の調整が完了する。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、屈折力を持つ光学素子
を光路屈曲用素子として使用した光学系の光軸調整を光
学的に精度良く行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明する図。

【図２】本発明の第１実施例の光学系の光学要素の配置
を示す図。

【図３】本発明の第２実施例の光学系の光学要素の配置
を示す図。

【図４】従来の光軸調整方法を説明するための図。

【図５】光路中へレ−ザ−光を導入する方法を示す図。

【図６】平面鏡を含む光学系の光軸調整方法を説明する
図。

【符号の説明】

２０…放射光光源、２３…コンデンサ−ミラ−、２５、
４３…対物レンズ、２６…マイクロチャンネルプレ−ト
、４０…レ−ザ−プラズマ光源、４４…ＣＣＤイメ−ジ
センサ−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　　　屈折力を持つ光学素子を光路屈曲
   用素子として含む光学系の光軸調整方法であって、前記
   光路屈曲用素子の入射側の光軸を第１の光軸、射出側の
   光軸を第２の光軸とするとき、前記光路屈曲用素子の入
   射側に配置された光学素子の光軸を前記第１の光軸に対
   して調整する工程と、前記光路屈曲用素子の射出側に配
   置された光学素子の光軸を前記第２の光軸に対して調整
   する工程と、ピンホ−ルを介して前記第１の光軸と第２
   の光軸とを一致させる工程と、を含むことを特徴とする
   光学系の光軸調整方法。