JP2001221954A - ビームスプリッタの配置方法および光学計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 像のコントラストを改善することができ、ま
た偽像の発生を防止することができるビームスプリッタ
の配置方法および光学計測装置を提供する。 【解決手段】 オートコリメータ１において、光源３か
ら発せられる光源光Ｉ１が進行する光軸Ａ上に、ビーム
スプリッタ６を、面６１および６２が光軸Ａに対して直
交する軸Ｃに対して所定角度α１だけ傾斜するように配
置する。所定角度α１は、例えば１度〜７度の範囲内に
設定される。ビームスプリッタ６の内面反射により発生
した不要光は、接眼レンズ８の方向とは異なる方向に進
み、接眼レンズ８には計測対象物から戻ってきた計測光
Ｍ１だけが到達する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばオートコリ
メータ、反射式偏心顕微鏡あるいは焦点位置検出器等の
ようなビームスプリッタを備えた光学計測装置、および
そのような光学計測装置におけるビームスプリッタの配
置方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学計測装置として、測定対象物の微小
な角度変化を計測することができるオートコリメータが
知られている。オートコリメータは、例えば特開平６−
５９１７２号公報に開示されるように、光磁気ディスク
装置、オーディオ機器、ビジュアル機器等の光ピックア
ップに使用される対物レンズの光軸の傾きを調節するた
めの反射式偏心顕微鏡や、例えば特開平９−９０１９９
号公報に開示されるように、自動焦点カメラの焦点位置
検出器として幅広く応用されている。

【０００３】図８は従来の一般的なオートコリメータの
構成を表すものである。なお、光源光Ｉ１、透過光Ｔ
１、計測光Ｍ１および内面反射光Ｒ１は、実際にはいず
れも光軸Ａ上に重なっている光であるが、説明の便宜
上、この図では互いに離して図示している。同様に、光
軸Ｂに沿って進む計測光Ｍ１および内面反射光Ｒ１もま
た、互いに離して図示しているが、実際には、光軸Ｂ上
で重なっている。

【０００４】図８に示したように、オートコリメータ１
００は、光源１０３と、光源１０３から発せられた光の
一部を通過させて点光源として機能するスリット１０５
と、スリット１０５を通過した光源光Ｉ１が入射するビ
ームスプリッタ１０６と、測定対象物１１０とビームス
プリッタ１０６との間に配置された対物レンズ１０４と
を備えている。光源１０３、スリット１０５、ビームス
プリッタ１０６、対物レンズ１０４および計測対象物１
００は、この順で光軸Ａ上に配置されている。ビームス
プリッタ１０６は、正四面体（立方体）状の形状をな
し、光源からの光源光Ｉ１が入射する面１６１と、測定
対象物１１０から反射され対物レンズ１０４を透過して
きた計測光Ｍ１が入射する面１６２と、これらの面１６
１，１６２に対してそれぞれ４５度の傾斜角度をなすハ
ーフミラー１６６と、面１６１，１６２に直交する１対
の面１６４，１６５とを有している。面１６１，１６２
は互いに平行であり、面１６４，１６５は互いに平行で
ある。このビームスプリッタ１０６は、面１６１，１６
２が光軸Ａと直交するように（面１６４，１６５が光軸
Ａと平行になるように）配置されている。

【０００５】このオートコリメータ１００はまた、光軸
Ａと直交する光軸Ｂ上に、ビームスプリッタ１０６から
離れる方向に順に配置されたレンズ１８１、レチクル１
０７およびレンズ１８２を備えている。レンズ１８１，
１８２は、接眼レンズ１０８を構成している。レチクル
１０７は、測定対象物１１０で反射されて戻ってきた計
測光Ｍ１がスリット１０５の像（以下、単にスリット像
という。）を結像する位置に配置されており、このスリ
ット像の位置変化を検出し易くするための目盛りを備え
ている。

【０００６】このような構成のオートコリメータ１００
では、光源１０３から発せられた光源光Ｉ１は、計測光
の光軸Ａに沿ってスリット１０５を通過し、ビームスプ
リッタ１０６および対物レンズ１０４を順に透過し、透
過光Ｔ１として測定対象物１１０に到達する。この透過
光Ｔ１は、測定対象物１１０で反射されたのち、計測光
Ｍ１として光軸Ａに沿って逆方向に進み、さらに、対物
レンズ１０４を透過してビームスプリッタ１０６に到達
し、面１６２に入射する。

【０００７】上記のように、ビームスプリッタ１０６
は、各面１６１，１６２が光軸Ａと直交するように配置
され、したがって、ハーフミラー１６６は光軸Ａに対し
て４５度の角度をなしている。このため、ビームスプリ
ッタ１０６の面１６２に入射した計測光Ｍ１は、ハーフ
ミラー１６６によって光軸Ａと直交する光軸Ｂの方向に
反射されて分岐し、光軸Ｂ上を進行する。分岐された計
測光Ｍ１によるスリット像は、レンズ１８１によってレ
チクル１０７上に結像する。計測作業者は、このスリッ
ト像の位置変化をレンズ１８２を通して目視観測するこ
とにより、測定対象物の測定面の微少な変位（角度変
化）等を計測することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、スリット
１０５を通過してビームスプリッタ１０６に入射した光
の大半は、測定対象物１１０の微小な角度変化の計測に
用いられる有用光（透過光Ｔ１）となる。すなわち、こ
の有用光は、ビームスプリッタ１０６および対物レンズ
１０４を透過して測定対象物１１０で反射され、計測光
Ｍ１として対物レンズ１０４を経てビームスプリッタ１
０６のハーフミラー１６６で分岐反射され、レチクル１
０７上に結像する。しかしながら、従来のオートコリメ
ータにおいては、以下のような問題があった。

【０００９】スリット１０５を通過してビームスプリッ
タ１０６に入射した光源光Ｉ１の一部はハーフミラー１
６６を直進してビームスプリッタ１０６の面１６２に達
し、他の部分はハーフミラー１６６で反射されて不要成
分（反射光Ｒ２）となり、面１６５に達する。面１６２
に達した光は、その大半が面１６２を透過して透過光Ｔ
１となるが、他の部分は面１６２において、この面と垂
直に内面反射し、不要成分（反射光Ｒ１）となる。この
不要成分（Ｒ１）は、有用光（計測光Ｍ１）と同じ光路
を辿って（光軸Ａおよび光軸Ｂに沿って）レチクル１０
７上の同じ位置に達する。

【００１０】一方、ハーフミラー１６６で反射されて面
１６５に達した不要成分（反射光Ｒ２）の一部は、この
面１６５で垂直に内面反射して光軸Ｂ上を逆進し、有用
光（計測光Ｍ１）と同じ光路を辿ってレチクル１０７上
の同じ位置に達する。さらに、不要成分（反射光Ｒ１，
Ｒ２）の各一部は、ビームスプリッタ１０６の他の面１
６１，１６４においても垂直に内面反射する。

【００１１】結局、ビームスプリッタ１０６の内部で
は、反射光Ｒ１，Ｒ２の一部が面１６１，１６２，１６
４，１６５およびハーフミラー６６で反射を繰り返すこ
とによる多重反射が行われ、これにより、生じた光（不
要成分）のうちのかなりの部分が光軸Ｂに沿って接眼レ
ンズ１０８に入射することとなる。これらの不要成分
は、計測光Ｍ１によってレチクル１０７上に形成される
スリット像のコントラストを低下させるように作用す
る。例えば、反射式偏心顕微鏡においては、これらの不
要成分が偽像（ゴースト）を生じる要因になってしま
う。このため、光学計測作業の妨げになるばかりか、人
為的な計測ミスを招く可能性もあった。

【００１２】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、偽像の発生を防止して観測像のコン
トラストを改善することができるビームスプリッタの配
置方法および光学計測装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のビームスプリッ
タの配置方法は、所定の光源から第１の光軸に沿って進
行してきた光源光が入射する第１の面と、第１の面から
入射した光源光を出射させると共に、出射後、計測対象
物を経て戻ってきた計測光が入射する第２の面と、第１
の面と第２の面との間に設けられ、第２の面から入射し
た計測光の一部を反射して第１の光軸と交差する第２の
光軸の方向に分岐させる光分離面とを備えたビームスプ
リッタを配置するための方法であって、少なくとも第２
の面が、第１の光軸と直交する面に対して所定の角度で
傾斜することとなるように、光源と計測対象物とを結ぶ
第１の光軸上にビームスプリッタを配置するようにした
ものである。

【００１４】本発明の光学計測装置は、所定の光源と計
測対象物とを結ぶ第１の光軸上に配置されたビームスプ
リッタを有する光学計測装置であって、ビームスプリッ
タが、光源から第１の光軸に沿って進行してきた光源光
が入射する第１の面と、第１の面から入射した光源光を
出射させると共に、出射後、計測対象物を経て戻ってき
た計測光が入射する第２の面と、第１の面と第２の面と
の間に設けられ、第２の面から入射した計測光の一部を
反射して第１の光軸と交差する第２の光軸の方向に分岐
させる光分離面とを備え、少なくともビームスプリッタ
の第２の面が、第１の光軸と直交する面に対して所定の
角度で傾斜するように構成したものである。

【００１５】本発明のビームスプリッタの配置方法また
は光学計測装置では、所定の光源から第１の光軸に沿っ
て進行してきた光源光はビームスプリッタの第１の面か
ら入射したのち、第２の面に到達し、ここから外部に出
射する。第２の面から出射した光は、計測対象物を経て
戻ってくることで計測光となり、再び第２の面に入射す
る。第２の面に入射した計測光は、ビームスプリッタの
第１の面と第２の面との間に設けられた光分離面によっ
て一部が反射され、第１の光軸と交差する第２の光軸の
方向に向かう。このビームスプリッタは、少なくとも第
２の面が、第１の光軸と直交する面に対して所定の角度
で傾斜することとなるように、光源と計測対象物とを結
ぶ第１の光軸上に配置されている。このため、ビームス
プリッタの第１の面を経て第２の面に到達してここで内
面反射した光は、計測対象物を経て戻ってきて第２の面
に入射した計測光と異なる光路を進み、第２の光軸の方
向には向かわない。すなわち、これらの２つの光の光路
分離がなされる。

【００１６】本発明のビームスプリッタの配置方法また
は光学計測装置では、ビームスプリッタとして、第１の
面と第２の面とが互いに平行をなすものを用いることが
好ましい。また、ビームスプリッタとして、光分離面が
第１の面および第２の面に対してそれぞれ４５度の角度
をなすものを用いることが好ましい。

【００１７】また、本発明の光学計測装置では、第２の
光軸を、ビームスプリッタの第２の面の傾斜角度に応じ
て、第１の光軸と直交する方向よりも光源に近づく方向
に設定するのが好ましい。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００１９】図１〜図３を参照して、本発明の一実施の
形態に係る光学計測装置としてのオートコリメータにつ
いて詳細に説明する。なお、本発明に係るビームスプリ
ッタの配置方法は、本実施の形態に係るオートコリメー
タにより具現化されるので、以下、併せて説明する。

【００２０】図１は、本実施の形態に係るオートコリメ
ータ１の断面構成を表し、図２は、オートコリメータ１
の簡略化した構成および基本原理を表すものである。な
お、これらの図において、ビームスプリッタ６の各透過
面における屈折量は微小であるので、これを無視した形
で各光路を描いている。

【００２１】図１および図２に示したように、オートコ
リメータ１は、光源３と、光源３から発せられた光の一
部を通過させて点光源またはそれに近い光源を形成する
スリット５と、光源３とスリット５との間に設けられ、
光源３からの光をスリットに集中させるためのコンデン
サレンズ（図示せず）と、このコンデンサレンズを通過
した光源光Ｉ１が入射するビームスプリッタ６と、対物
レンズ４とを備えている。光源３、スリット５、ビーム
スプリッタ６、対物レンズ４は、この順で光軸Ａ上に配
置されている。この光軸Ａの延長上には、後述する計測
対象物１０が配置されるようになっている。ここで、光
軸Ａが本発明における「第１の光軸」の一具体例に対応
する。

【００２２】ビームスプリッタ６は、立方体（正六面
体）形状をなしており、光源からの光源光Ｉ１が入射す
る面６１と、面６１から入射した光源光Ｉ１を光軸Ａに
沿って出射させると共に計測対象物１０から戻ってきた
計測光Ｍ１が入射する入射面６２と、これらの面６１，
６２に対してそれぞれ４５度の傾斜角度をなすハーフミ
ラー６６とを有している。面６１，６２は互いに平行で
ある。ビームスプリッタ６は、その中心を光軸Ａが通
り、かつ、面６１，６２が光軸Ａと直交する面に対して
角度α１をなすように配置されている。ビームスプリッ
タ６については、後にさらに詳述する。

【００２３】このオートコリメータ１はまた、光軸Ａと
直交する直交軸Ｃに対して角度α２をなすと共にビーム
スプリッタ６の中心を通る光軸Ｂ上に、ビームスプリッ
タ６から離れる方向に順に配置されたレンズ８１、レチ
クル７およびレンズ８２を備えている。これらのレンズ
８１、レチクル７およびレンズ８２は、鏡筒８０に収容
されている。レンズ８１，８２は、接眼レンズ８を構成
している。レチクル７は、計測対象物１０で反射されて
戻ってきた計測光Ｍ１がスリット５の像（以下、単にス
リット像という。）を結像させる位置に配置されてい
る。レチクル７は、スリット像の２次元的な（光軸Ｂと
直交する面内での）変位を観測しやすくするための目盛
りを備えている。光軸Ｂは、ビームスプリッタ６の傾斜
角度α１に応じて、光軸Ａと直交する方向よりも光源３
に近づく方向に角度α２をなすように設定されている。
ここで、α２＝α１×２である。ここで、光軸Ｂが本発
明における「第２の光軸」の一具体例に対応する。

【００２４】図１に示したように、オートコリメータ１
の光源３は光源収納ユニット３０の内部に取り付けられ
ている。図示していないが、光源３は、光源点燈回路を
介在させて光源点燈用電源に接続されるようになってい
る。光源３としては、例えば白色光源が使用される。但
し、その他の光源（例えばレーザ光源等）も使用可能で
ある。

【００２５】光源収納ユニット３０には、スリット５を
収納するスリット収納ユニット５０が取り付けられてい
る。スリット収納ユニット５０は、スリット５を支持す
るスリット支持部５１と、スリット支持部５１上に配置
されたスリット５を押さえるスリット押さえ部５２と、
スリット押さえ部５２をスリット支持部５１に対して固
定するための固定環５３とを備えて構成されている。ス
リット５には、微小な開口（図示せず）が形成されてい
る。開口としては、例えば、円形開口（ピンホール）の
ほか、レチクル７上でのスリット像の２次元的な微少変
位を計測しやすくするために、十字型開口等が採用され
る。

【００２６】スリット収納ユニット５０には、ビームス
プリッタ収納ユニット６００が取り付けられている。ビ
ームスプリッタ収納ユニット６００の内部には、ビーム
スプリッタ支持部６０１が取り付けられており、このビ
ームスプリッタ支持部６０１にビームスプリッタ６が取
り付けられている。符号は付けないが、ビームスプリッ
タ支持部６０１は、複数の締結手段（具体的には例えば
６本のねじ）によりビームスプリッタ収納ユニット６０
０の内部に取り付けられている。ビームスプリッタ６
は、ビームスプリッタ支持部６０１の４本の押さえ部材
６０２により、光軸Ａに対する傾斜角α１を調節できる
ように取り付けられている。

【００２７】対物レンズ４は筒状の対物レンズ鏡筒４０
の内部に取り付けられている。この対物レンズ鏡筒４０
は、筒状の第１の中間連結鏡筒および第２の中間連結鏡
筒４２を介してビームスプリッタ収納ユニット６００に
取り付けられている。

【００２８】光軸Ａ上において、オートコリメータ１の
対物レンズ４側の外部には、微小な角度変化の計測対象
となる計測対象物１０が配置されるようになっている。
一方、光軸Ｂ上において、オートコリメータ１の接眼レ
ンズ８側の外部には計測作業者の眼９が位置するように
なっている。計測作業者は、レチクル７上に結像したス
リット像を、接眼レンズ８を通して目視観測を行うこと
で、計測対象物１０の微小変位（例えば基準面に対する
被検面の傾き等）を計測することができるようになって
いる。

【００２９】接眼レンズ８は、上記のように、鉛直方向
に配置される光軸Ａと直交する水平方向の軸（直交軸
Ｃ）を基準としてこれよりも光源３に近づく方向に角度
α２だけ傾斜した光軸Ｂ上に配設されているので、計測
作業者は、目視観測時において上部から斜め下方向を見
下ろすような状態で接眼レンズ８を覗き込むことができ
る。すなわち、目視観測の際の計測作業者の姿勢を楽に
することができるので、計測作業を効率よく行うことが
できる。

【００３０】図３は、本実施の形態に係るオートコリメ
ータ１のビームスプリッタ６の部分を拡大して表すもの
である。なお、この図においても、各光路については、
各透過面における屈折を無視した形で描いている。

【００３１】図３に示したように、ビームスプリッタ６
は、光軸Ａと光軸Ｂとが交差する位置に配設されてい
る。このビームスプリッタ６は、２つのプリズム６Ａ，
６Ｂを接合して構成されており、４つの面６１，６２，
６４，６５を有している。面６１，６２は互いに平行で
あり、面６４，６５は互いに平行である。また、面６
１，６２と面６４，６５とは互いに直交している。

【００３２】面６１は、スリット５を通過した光源光Ｉ
１が入射する面であり、本発明における「第１の面」の
一具体例に対応する。面６２は、面６１から入射した光
源光Ｉ１を光軸Ａに沿って出射させると共に、対物レン
ズ４から戻ってきた計測光Ｍ１が入射する面であり、本
発明における「第２の面」の一具体例に対応する。面６
４は、面６２から入射した計測光Ｍ１を光軸Ｂに沿って
接眼レンズ８の方向に出射させる面である。面６５は、
面６４に対向する面であり、計測に関与する光は通過し
ない。

【００３３】２つのプリズム６Ａ，６Ｂの接合面には、
ハーフミラー６６が形成されている。このハーフミラー
６６は、例えば誘電体多層膜により構成されている。ハ
ーフミラー６６は、面６１，６２に対してそれぞれ４５
度の角度をなしている。言い換えると、ハーフミラー６
６は光軸Ａに対して角度βだけ傾斜して配置されてい
る。但し、β＝（４５−α１）度である。ここで、ハー
フミラー６６が本発明における「光分離面」の一具体例
に対応する。

【００３４】次に、以上のような構成のオートコリメー
タ１の動作および作用について、図１〜図３を使用して
説明する。なお、図３では、光軸Ａおよび光軸Ｂ上を進
む光のみを図示している。

【００３５】まず、計測対象物１０の計測に関与する光
（以下、有用光という。）の挙動について説明する。

【００３６】光源３から発せられた光源光Ｉ１は、光軸
Ａ上を進み、スリット５を通過して拡がりながらビーム
スプリッタ６に到達する。ビームスプリッタ６に達した
光源光Ｉ１の大半は、面６１を透過してハーフミラー６
６に達する。ハーフミラー６６は、光源光Ｉ１のうちの
約半分の光量をそのまま光軸Ａの方向に透過させ、他の
約半分の光量を反射光Ｒ２として面６５の方向（接眼レ
ンズ８とは逆の方向）に反射する。

【００３７】光源光Ｉ１のうち、ハーフミラー６６を透
過した光は光軸Ａに沿って拡がりながら直進し、面６２
に到達する。面６２に達した光源光Ｉ１のうちの大半
は、この面６２をそのまま透過して透過光Ｔ１として対
物レンズ４に到達し、他の部分は、面６２で内面反射し
て反射光Ｒ１となる。

【００３８】対物レンズ４に到達した透過光Ｔ１は、こ
こで例えば光軸Ａとほぼ平行な光に変換され、オートコ
リメータ１の外部に配置された計測対象物１０に到達す
る。計測対象物１０の表面では、透過光Ｔ１が反射され
て計測光Ｍ１となり、光軸Ａに沿って逆進して、オート
コリメータ１の対物レンズ４に到達する。

【００３９】対物レンズ４を逆進方向に透過した計測光
Ｍ１は、ビームスプリッタ６に到達し、面６２からその
内部に入射する。面６２から入射した計測光Ｍ１は、そ
の約半分の光量が、ハーフミラー６６により光軸Ｂの方
向（光軸Ａと直交する直交軸Ｃに対して光源３に近づく
方向にα２の角度をなす方向）に反射され、面６４から
出射する。ビームスプリッタ６の面６４から出射した計
測光Ｍ１は、光軸Ｂ上に配置された接眼レンズ８に入射
し、レンズ８１によってレチクル７上にスリット像を形
成する。計測作業者は、レチクル７の目盛に対するスリ
ット像の変位を接眼レンズ８２を通して目視観測するこ
とにより、計測対象物１０の微小な角度変位を計測する
ことができる。一方、ビームスプリッタ６に入射した計
測光Ｍ１のうちの他の約半分の光量は、ハーフミラー６
６を直進して光源の方向に向かい、計測には関与しな
い。

【００４０】次に、計測対象物１０の計測に関与しない
光（以下、不要光という。）の挙動について説明する。

【００４１】面６１からビームスプリッタ６内部に入射
した光源光Ｉ１のうち、約半分の光量は、上記のよう
に、ハーフミラー６６によって接眼レンズ８とは逆の方
向に反射され、反射光Ｒ２として面６５に達する。ハー
フミラー６６は、光軸Ａに対してβ（＝４５−α１）の
角度をなしているため、このハーフミラー６６で反射さ
れた反射光Ｒ２は、光軸Ａと直交する直交軸Ｃの方向に
は向かわず、直交軸Ｃから角度α２（＝２×α１）だけ
光源３とは逆方向にずれた方向に向かう。一方、面６５
は、光軸に対してα１の角度をなしている。この結果、
面６５に対する反射光Ｒ２の入射角は（９０−α１）度
となり、面６５での反射は垂直反射ではなくなる。この
ため、この面６５で反射した光は、計測対象物１０から
の計測光Ｍ１が向かう接眼レンズ８の方向（光軸Ｂの方
向）とは全く異なる方向に進む。なお、この面６５で反
射した光は、その後、ビームスプリッタ６の内部で多数
回の反射を繰り返しながら、それぞれの一部がビームス
プリッタ６の外部に出射するが、接眼レンズ８の方向に
向かう光は（殆ど）生じない。

【００４２】また、ハーフミラー６６を透過して面６２
に達した光源光Ｉ１のうちの一部分は、この面６２で内
面反射して反射光Ｒ１となる。この面６２は、光軸Ａと
直交する直交軸Ｃに対してα１の角度をなしている。こ
のため、面６２での内面反射は垂直反射にはならず、反
射光Ｒ１は、光軸Ａに対して角度α２（α１×２）の方
向に向かう。この反射光Ｒ１は、さらに、ハーフミラー
６６によってその約半分の光量が反射されて面６４の方
向に向かい、他の約半分はそのまま直進して面６１に向
かう。ハーフミラー６６で反射した光は、計測対象物１
０からの計測光Ｍ１が向かう接眼レンズ８の方向とは全
く異なる方向に進む。なお、このハーフミラー６６で反
射した光および透過した光は、その後、ビームスプリッ
タ６の内部で多数回の反射を繰り返しながら、それぞれ
の一部がビームスプリッタ６の外部に出射するが、接眼
レンズ８の方向に向かう光は殆ど生じない。

【００４３】次に、光軸Ａに対するビームスプリッタ６
の傾斜角度（すなわち、面６１，６２が直交軸Ｃに対し
てなす角度）α１の方向および大きさについて考察す
る。

【００４４】上記のように、ビームスプリッタ６を角度
α１だけ傾斜させると、ビームスプリッタ６で分岐され
た計測光Ｍ１の進行方向（光軸Ｂの方向）は、光軸Ａと
直交する直交軸Ｃの方向に対して、角度α１の２倍の大
きさの角度α２をなす方向となる。例えば、角度α１を
５度に設定した場合には、直交軸Ｃに対する光軸Ｂの傾
斜角度α２は１０度になる。すなわち、光軸Ｂの方向
は、ビームスプリッタ６の面６１，６２の傾斜角度に応
じて定まる。特に、ビームスプリッタ６を、図３におけ
る反時計方向に傾斜させた場合には、上記のように、光
軸Ｂの方向は、光軸Ａと直交する直交軸Ｃよりも光源３
に近づく方向に設定されることとなる。このため、計測
作業者は、観測し易い姿勢で作業を行うことができる。
但し、そのような事情を考慮しないのであれば、ビーム
スプリッタ６を図３における時計方向に傾斜させるよう
にしてもよいのはもちろんである。

【００４５】光軸Ａに対するビームスプリッタ６の傾斜
角度α１は、ハーフミラー６６で反射されて戻ってきた
計測光Ｍ１の進行方向が、面６１で反射された反射光Ｒ
１や面６５で反射された反射光Ｒ２等の進行方向から、
できるだけ離れた角度方向となるようにするのが好まし
い。このためには、角度α１をできるだけ大きくする必
要がある。ところが、角度α１をあまりに大きくし過ぎ
ると、光源光Ｉ１と透過光Ｔ１との間に距離が生ずる結
果、ビームスプリッタ６の前後で光軸ずれが生じるので
好ましくない。これは、例えば、ビームスプリッタ６の
各透過面（面６１，６２，６４）において色分離（光の
波長ごとに異なる光路をとること）が生ずる結果、最終
的にレチクル７に結像するスリット像が色にじみによっ
て鮮明さを欠くことになるからである。

【００４６】本出願人らは、上記の観点を考慮して、角
度α１の最適な範囲を実験により求めたところ、１度〜
７度の範囲、より好ましくは、約５度±１度程度に設定
するのが好ましいという結果を得ている。

【００４７】因みに、例えば図８に示したようなオート
コリメータにおけるビームスプリッタ６の取り付け精度
は、一般に、０．１度〜０．２度の範囲である。したが
って、本実施の形態における上記の角度範囲（１度〜７
度）は、通常のオートコリメータにおけるビームスプリ
ッタの取り付け精度範囲を大きく上回っている。すなわ
ち、本実施の形態のオートコリメータ１は、ビームスプ
リッタ６を一般な取り付け精度よりも大きな角度で意図
的に傾斜させている点に大きな特徴を有するものであ
る。

【００４８】このように、本実施の形態のオートコリメ
ータ１によれば、ビームスプリッタ６の全体を光軸Ａに
直交する直交軸Ｃに対して角度α１だけ傾斜させること
により、面６２が光軸Ａと直交しないようにしたので、
面６２で反射する反射光Ｒ１の進行方向と、この面６２
に入射してくる計測光Ｍ１の進行方向とを異ならせるこ
とができる。さらに、ビームスプリッタ６の全体を光軸
Ａに直交する直交軸Ｃに対して角度α１だけ傾斜させる
ことにより、ハーフミラー６６が光軸Ａと４５度以外の
角度で交差するようにしたので、ハーフミラー６６で反
射した反射光Ｒ２が面６５で反射することで生ずる反射
光やそれから派生する内面反射光の進行方向と、面６２
に入射してくる計測光Ｍ１の進行方向とを異ならせるこ
ともできる。すなわち、計測対象物１０の計測に関与す
る計測光Ｍ１を接眼レンズ８に導くようにする一方で、
ビームスプリッタ６の内面での不要な反射光Ｒ１，Ｒ２
等が接眼レンズ８に入射するのを容易かつ確実に防止す
ることができる。したがって、接眼レンズ８によって観
測されるスリット像の偽像の発生を減少させることがで
き、スリット像のコントラストを改善することができ
る。この結果、光学計測作業が容易になると共に、計測
ミスも減少する。

【００４９】また、本実施の形態によれば、ビームスプ
リッタ６の傾斜角度α１に応じて、光軸Ｂを光源３に近
づく方向に傾斜させるようにしたので、接眼レンズ８が
やや上向きとなり、計測作業者９はより楽な姿勢でスリ
ット像を観測することができる。

【００５０】また、本実施の形態によれば、ビームスプ
リッタ６の取り付け角度を僅かに変更するという極めて
簡易な方法によって、計測に有害な不要光を排除するこ
とができるので、例えば、ビームスプリッタ６の各面に
高性能の反射防止膜を施す必要がなくなる等、ビームス
プリッタ６の製造コストを低減することができ、ひいて
はオートコリメータ全体としての製造コストや製品コス
トを低減することができる。

【００５１】次に、本実施の形態に関するいくつかの変
形例について説明する。なお、以下の変形例で示す図４
〜図７では、図３に示したビームスプリッタ６の各部に
対応する部分に同一の符号を付し、詳細な説明を省略す
るものとする。

【００５２】〈第１の変形例〉図４は、本実施の形態の
第１の変形例に係るオートコリメータにおけるビームス
プリッタ６Ａの形状を表すものである。本変形例のビー
ムスプリッタ６Ａは、面６１と面６４との間の角部およ
び面６２と面６５との間の角部がそれぞれ面取りされた
六角柱形状のプリズムで構成されている。但し、これら
の面取りは、光源光Ｉ１がけられない程度の大きさとす
る。このビームスプリッタ６Ａは、上記実施の形態のビ
ームスプリッタ６と同様に、面６１、６２およびハーフ
ミラー６６を含む全体を光軸Ａに垂直な直交軸Ｃに対し
て角度α１だけ傾斜させた状態で取り付られている。そ
の他の構成および作用は上記実施の形態の場合と同様で
ある。

【００５３】本変形例によれば、ビームスプリッタ６Ａ
の重量を上記実施の形態（図３）の場合よりも軽量化す
ることができると共に、設置スペースを小さくすること
ができる。

【００５４】〈第２の変形例〉図５は、第２の変形例に
係るオートコリメータにおけるビームスプリッタ６Ｂの
形状を表すものである。本変形例では、ビームスプリッ
タ６Ｂは、直方体形状のプリズムで構成されており、面
６１および面６２の辺の長さよりも面６４および面６５
の辺の長さが長くなっている。このビームスプリッタ６
Ｂは、上記実施の形態の場合と同様に、面６１、６２お
よびハーフミラー６６を含む全体を光軸Ａに垂直な直交
軸Ｃに対して角度α１だけ傾斜させた状態で取り付られ
ている。その他の構成および作用は上記実施の形態の場
合と同様である。

【００５５】本変形例によれば、ビームスプリッタ６Ｂ
の傾き角度が上記実施の形態の場合と同じα１であった
としても、ハーフミラー６６が光軸Ａとなす角度γが上
記実施の形態（図３）における角度βよりも大きくな
る。この結果、光軸Ｂと直交軸Ｃとのなす角度α３が上
記実施の形態（図３）における角度α２よりも大きくな
り、接眼レンズ８の向きがさらに上向きとなって、計測
作業性（接眼レンズ８の覗きやすさ）が一層向上する。

【００５６】〈第３の変形例〉図６は、第３の変形例に
係るオートコリメータのビームスプリッタ６Ｃの形状を
表すものである。本変形例のビームスプリッタ６Ｃは、
立方体形状ではなく、斜方体形状を有するように形成さ
れたものであり、このビームスプリッタ６Ｃを、ハーフ
ミラー６６が光軸Ａと４５度をなすように配置する。こ
のとき、面６１，６２は、光軸Ａと直交する直交軸Ｃに
対して上記実施の形態の場合と同じ角度α１をなすよう
になっている。なお、本変形例では、計測光Ｍ１は光軸
Ａと直交する直交軸Ｃの方向に進むので、接眼レンズ８
の光軸Ｂを直交軸Ｃと一致させる必要がある。その他の
構成は上記実施の形態の場合と同様である。

【００５７】このような形状のビームスプリッタ６Ｃに
おいても、面６２における内面反射光Ｒ１を計測光Ｍ１
から分離して、この反射光Ｒ１が接眼レンズ８に入射し
ないようにすることができる。一方、面６５における反
射光Ｒ２については、この面６５で垂直反射をするの
で、計測光Ｍ１と同じ光路を進行して接眼レンズ８に入
射する。但し、その光量は、反射光Ｒ１と比べると十分
に小さいので、計測光Ｍ１への影響はあまり大きくはな
い。なお、この図では、面６１での反射光Ｒ１のみを図
示し、面６５での反射光Ｒ２の図示を省略している。

【００５８】本変形例は、何らかの理由で接眼レンズ８
を光軸Ａと直交する方向（水平方向）に配設する必要が
ある場合に有用である。

【００５９】〈第４の変形例〉図７は、第４の変形例に
係るオートコリメータのビームスプリッタ部分を表すも
のである。本変形例のビームスプリッタ６Ｄの形状は、
立方体形状でも斜方体形状でもなく、図３に示したビー
ムスプリッタ６のうちの計測対象物１０側の面６２のみ
が、光軸Ａと直交する直交軸Ｃに対して角度α１をなす
ように形成されたものである。このビームスプリッタ６
Ｄを、ハーフミラー６６が光軸Ａと４５度をなすように
配置する。このとき、面６１は光軸Ａと直交し、面６２
は、光軸Ａと直交する直交軸Ｃに対して上記実施の形態
の場合と同じ角度α１をなしている。なお、本変形例で
も、上記第３の変形例の場合と同様に、計測光Ｍ１は光
軸Ａと直交する直交軸Ｃの方向に進むので、接眼レンズ
８を直交軸Ｃに沿って配置する必要がある。その他の構
成は上記実施の形態の場合と同様である。

【００６０】このような形状のビームスプリッタ６Ｃに
おいても、面６２における内面反射光Ｒ１を計測光Ｍ１
から分離して、この反射光Ｒ１が接眼レンズ８に入射し
ないようにすることができる。一方、面６５における反
射光Ｒ２については、第３の変形例の場合と同様に、こ
の面６５で垂直反射をして接眼レンズ８に入射するが、
その光量は、反射光Ｒ１と比べると十分に小さいので、
計測光Ｍ１への影響はあまり大きくはない。なお、この
図でも、面６１での反射光Ｒ１のみを図示し、面６５で
の反射光Ｒ２の図示を省略している。

【００６１】本変形例もまた、上記第３の変形例の場合
と同様に、何らかの理由で接眼レンズ８を光軸Ａと直交
する方向に配設する必要がある場合に有用である。

【００６２】なお、図５〜図７に示した第２〜第４の変
形例では、厳密には、プリズム６Ｂ（または６Ｃまたは
６Ｄ）の面６２に入射するときの計測光Ｍ１の入射角
は、プリズム６Ｂ（または６Ｃまたは６Ｄ）の面６４か
ら出射するときの出射角と等しくならないことから、接
眼レンズ８に到達した光に色分解が生じていることも予
想されるが、その入射角と出射角との角度差が僅かであ
り、かつ、特に高い計測精度が要求される計測用途でな
ければ、実用上大きな問題とはならない。

【００６３】以上、実施の形態およびその変形例を挙げ
て本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態や
変形例に限定されず、さらに種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態およびその変形例では、微少な
角度変位の光学的計測に使用されるオートコリメータに
本発明を適用した場合を説明したが、本発明は、その他
の用途にも適用可能である。例えば、オートコリメータ
を基本的構成とする反射式偏心顕微鏡や自動焦点カメラ
の焦点位置検出器等の光学計測装置にも適用することが
できる。

【００６４】また、上記実施の形態等では、計測対象物
の表面反射による角度変位を計測する場合について説明
したが、計測対象物が光を透過可能なもの（透明体）で
あれば、そのような計測対象物の変位計測にも本発明を
適用することが可能である。この場合には、計測対象物
１０の背後（光源とは反対側）に反射ミラーを配置し、
計測対象物を透過した光をこの反射ミラーによって反射
させ、再び計測対象物を透過させてビームスプリッタに
導くようにすればよい。これにより、計測対象物を透過
する際に生じた光の角度変位を計測することができる。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のビームス
プリッタの配置方法または光学計測装置によれば、ビー
ムスプリッタを、少なくとも第２の面が、第１の光軸と
直交する面に対して所定の角度で傾斜することとなるよ
うに、光源と計測対象物とを結ぶ第１の光軸上に配置す
るようにしたので、ビームスプリッタの第１の面を経て
第２の面に到達して内面反射した光の光路と、計測対象
物を経て戻ってきて第２の面に入射した計測光の光路と
を分離することができる。すなわち、ビームスプリッタ
の内面反射等により生じた不要な光が第２の光軸の方向
に向かうという不都合を、ビームスプリッタの第２の面
を所定角度だけ傾斜させることによって、効果的に回避
することができる。したがって、計測にとって有害な光
が計測光に与える影響を極めて簡易な方法で低減でき、
光源像の偽像の発生防止や光源像のコントラスト改善等
が可能となる。さらに、この結果、熟練者でなくとも光
学計測作業を容易に行うことが可能となると共に、計測
ミスを減少させることもできるという効果を奏する。

【００６６】特に、請求項５に記載の光学計測装置によ
れば、第２の光軸が、ビームスプリッタの第２の面の傾
斜角度に応じて、第１の光軸と直交する方向よりも光源
に近づく方向に設定されるようにしたので、計測者が計
測作業をより楽な姿勢で行うことができるという効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る光学計測装置とし
てのオートコリメータの構成を表す断面図である。

【図２】図１に示したオートコリメータの概略構成およ
び動作原理を表す図である。

【図３】図１に示したオートコリメータのビームスプリ
ッタの拡大断面図である。

【図４】本発明の実施の形態の第１の変形例に係るオー
トコリメータのビームスプリッタの拡大断面図である。

【図５】本発明の実施の形態の第２の変形例に係るオー
トコリメータのビームスプリッタの拡大断面図である。

【図６】本発明の実施の形態の第３の変形例に係るオー
トコリメータのビームスプリッタの拡大断面図である。

【図７】本発明の実施の形態の第２の変形例に係るオー
トコリメータのビームスプリッタの拡大断面図である。

【図８】従来のオートコリメータの概略構造を表す図で
ある。

【符号の説明】

１…オートコリメータ、Ｉ１…光源光、Ｍ１…計測光、
Ｔ１…透過光、Ｒ１，Ｒ２…反射光、３…光源、４…対
物レンズ、５…スリット、６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ
…ビームスプリッタ、６１，６２…面、６６…ハーフミ
ラー、７…レチクル、８…接眼レンズ、１０…計測対象
物、Ａ，Ｂ…光軸、Ｃ…直交軸。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA32 AA37 DD02 DD12 FF01 GG02 GG24 JJ12 LL00 LL04 LL28 LL46 LL47 PP24 2H052 AA14 AB10 AB24 AC04 AD14 AF22

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の光源から前記第１の光軸に沿って
   進行してきた光源光が入射する第１の面と、前記第１の
   面から入射した光源光を出射させると共に、出射後、前
   記計測対象物を経て戻ってきた計測光が入射する第２の
   面と、前記第１の面と第２の面との間に設けられ、前記
   第２の面から入射した計測光の一部を反射して前記第１
   の光軸と交差する第２の光軸の方向に分岐させる光分離
   面とを備えたビームスプリッタを配置するための方法で
   あって、 少なくとも前記第２の面が、前記第１の光軸と直交する
   面に対して所定の角度で傾斜することとなるように、光
   源と計測対象物とを結ぶ第１の光軸上に前記ビームスプ
   リッタを配置することを特徴とするビームスプリッタの
   配置方法。
2. 【請求項２】 前記ビームスプリッタとして、前記第１
   の面と第２の面とが互いに平行をなすものを用いるよう
   にしたことを特徴とする請求項１に記載のビームスプリ
   ッタの配置方法。
3. 【請求項３】 前記ビームスプリッタとして、前記光分
   離面が前記第１の面および第２の面に対してそれぞれ４
   ５度の角度をなすものを用いるようにしたことを特徴と
   する請求項１または請求項２に記載のビームスプリッタ
   の配置方法。
4. 【請求項４】 所定の光源と計測対象物とを結ぶ第１の
   光軸上に配置されたビームスプリッタを有する光学計測
   装置であって、 前記ビームスプリッタは、 前記光源から前記第１の光軸に沿って進行してきた光源
   光が入射する第１の面と、 前記第１の面から入射した光源光を出射させると共に、
   出射後、前記計測対象物を経て戻ってきた計測光が入射
   する第２の面と、 前記第１の面と第２の面との間に設けられ、前記第２の
   面から入射した計測光の一部を反射して前記第１の光軸
   と交差する第２の光軸の方向に分岐させる光分離面とを
   備え、 少なくとも前記ビームスプリッタの前記第２の面が、前
   記第１の光軸と直交する面に対して所定の角度で傾斜し
   ていることを特徴とする光学計測装置。
5. 【請求項５】 前記第２の光軸は、 前記ビームスプリッタの前記第２の面の傾斜角度に応じ
   て、前記第１の光軸と直交する方向よりも前記光源に近
   づく方向に設定されていることを特徴とする請求項４に
   記載の光学計測装置。
6. 【請求項６】 前記ビームスプリッタにおける前記第１
   の面と第２の面とが互いに平行をなすと共に、前記光分
   離面が前記第１の面および第２の面に対してそれぞれ４
   ５度の角度をなすことを特徴とする請求項４または請求
   項５に記載の光学計測装置。