(57)【要約】【課題】レンズ等に不具合が生じて交換を必要とするようになった場合には、レンズとレンズホルダの全体を交換しなければならなかった。【解決手段】対物レンズユニット２とカバー部材と固定部材とを設けて対物レンズユニット冷却装置を構成した。対物レンズユニットは、レーザ光が透過される一以上の対物レンズと、一以上の対物レンズを保持するレンズホルダとを有し、レーザ光が透過されることにより発熱を生じる。カバー部材は、内筒カバー３４と外筒カバー３５を有し、両カバー間に設けた外側流路４８及び内筒カバー３４と対物レンズユニット２との間に設けた内側流路４１をあけて対物レンズを覆う。固定部材には、対物レンズユニットとカバー部材が固定され、対物レンズユニットと固定部材との固定部及びカバー部材と固定部材との固定部を、互いの接触面を密着させると共にねじ部でねじ結合する。これにより、流路に冷却媒体を流す通常の媒体圧力の下において、冷却媒体の漏れを生じない嵌合状態として固定した。【選択図】図１
2010157607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光が透過される一以上の対物レンズと、前記一以上の対物レンズを保持するレンズホルダとを有し、前記レーザ光が透過されることにより発熱を生じる対物レンズユニットと、
前記対物レンズユニットの外周面との間に冷却媒体を流すための流路をあけて当該対物レンズユニットを覆うカバー部材と、
前記対物レンズユニットと前記カバー部材とが固定される固定部材と、を設け、
前記対物レンズユニットと前記固定部材との固定部及び前記カバー部材と前記固定部材との固定部を、互いの接触面を密着させると共にねじ部でねじ結合することにより、前記流路に前記冷却媒体を流す媒体圧力の下において、前記冷却媒体の漏れを生じない嵌合状態として固定した
対物レンズユニット冷却装置。
【請求項２】
前記カバー部材の前記対物レンズユニットと対向する面に、前記冷却媒体の流れを規制する溝又は突条を設けた
請求項１記載の対物レンズユニット冷却装置。
【請求項３】
前記カバー部材は、前記冷却媒体を流すための流路をあけて互いに重ね合わされる内筒カバーと外筒カバーとの組み合わせからなる
請求項１記載の対物レンズユニット冷却装置。
【請求項４】
前記内筒カバーの内周面及び外周面並びに前記外筒カバーの内周面のうち少なくとも一面に、前記対物レンズの光軸を中心として螺旋状に延在されて前記冷却媒体の流れを規制する螺旋溝又は螺旋突条を設けた
請求項３記載の対物レンズユニット冷却装置。
【請求項５】
前記内筒カバーの内周面及び外周面並びに前記外筒カバーの内周面のうち少なくとも一面に、前記対物レンズの光軸と平行に延在されて前記冷却媒体の流れを規制する直線溝又は直線突条を設けた
請求項３記載の対物レンズユニット冷却装置。
【請求項６】
前記カバー部材に前記対物レンズユニットを貫通させると共に、その貫通部を封止するシール部材を設けた
請求項１記載の対物レンズユニット冷却装置。
【請求項７】
前記カバー部材と前記固定部材を、同一の材料によって形成した
請求項１記載の対物レンズユニット冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を対象物に照射してレーザ加工を施すレーザ加工装置や、レーザ光を対象物に照射して対象物の欠陥の有無等を検査するレーザ検査装置その他のレーザ光を使用する装置、機械等に用いて好適な対物レンズユニット冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の、この種の対物レンズユニット冷却装置としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。特許文献１には、レーザ加工機の集光レンズの冷却装置に関するものが記載されている。この特許文献１に係るレーザ加工機の集光レンズ冷却装置は、冷却エア吹出し手段とエア吹出し手段を設けたことを特徴としている。冷却エア吹出し手段は、レーザ加工機のレーザビーム集光レンズの上表面に冷却エアを直接吹き付ける。また、エア吹出し手段は、集光レンズ上表面の上部にエアスクリーンを形成する。
【０００３】
このような構成を有するレーザ加工機の集光レンズ冷却装置（以下「第１の従来例」という。）によれば、レーザ加工機のレーザ光路のレンズ上面にエアカーテンによりダストフリーの清浄な空間を設け、その内部で清浄エアをレンズ上面に吹き付けるようにした。そのため、レンズに吸収されたレーザ光の熱を、レンズ表面を汚損するおそれなしに、直接かつ平均的に冷却できる、という効果が期待される。
【０００４】
また、従来の対物レンズユニット冷却装置の他の例としては、例えば、特許文献２に記載されているようなものもある。特許文献２には、多レンズ系のレンズホルダに冷却装置を設けた冷却式レンズホルダに関するものが記載されている。この特許文献２に係る冷却式レンズホルダは、複数枚のレンズを重ねて配置する多レンズ系のレンズホルダに関する。各構成レンズの少なくとも一面に冷却用液体を流すようにしたことを特徴としている。
【０００５】
このような構成を有する冷却式レンズホルダ（以下「第２の従来例」という。）によれば、レンズ表面に直接冷却用液体を流すので、レンズを均一に冷却することができ、効率よく冷却することができる、という効果が期待される。
【特許文献１】特開平９−２７１９７４号公報
【特許文献２】特開２０００−１８７１４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した第１の従来例においては、１枚のレンズを保持したレンズ枠をレンズホルダの開口部に取り付け、そのレンズの上表面の上部にエアスクリーンを形成する構成となっていた。そのため、冷却構造が単体レンズのためのものであることから、複数のレンズを組み合わせた組合レンズのための冷却構造としては適用することができなかった。
【０００７】
また、上述した第２の従来例においては、レンズホルダに複数枚のレンズを保持すると共に、そのレンズホルダに冷却水用の流路を設け、その流路の一部をレンズ間の隙間として形成して、その流路に冷却水を流す構成となっていた。そのため、レンズホルダと複数枚のレンズとは一体不可分のものとして構成されていて、レンズだけの交換やレンズホルダだけの交換を行うことができなかった。従って、レンズ等に不具合が生じて交換を必要とするようになった場合には、レンズとレンズホルダの全体を交換しなければならないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、対物レンズユニットとカバー部材と固定部材とを設けて対物レンズユニット冷却装置を構成した。対物レンズユニットは、レーザ光が透過される一以上の対物レンズと、一以上の対物レンズを保持するレンズホルダとを有し、レーザ光が透過されることにより発熱を生じる。カバー部材は、対物レンズユニットの外周面との間に冷却媒体を流すための流路をあけて対物レンズユニットを覆う。固定部材は、対物レンズユニットとカバー部材とが固定される。そして、対物レンズユニットと固定部材との固定部及びカバー部材と固定部材との固定部を、互いの接触面を密着させると共にねじ部でねじ結合する。これにより、流路に冷却媒体を流す媒体圧力の下において、冷却媒体の漏れを生じない嵌合状態として固定した。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、対物レンズユニットを効果的に冷却できると共に、対物レンズユニットの取り付け・取り外し作業を簡単且つ迅速に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
対物レンズユニットを効果的に冷却することができ、対物レンズユニットの交換作業を簡単に、しかも迅速に行うことができるという目的を、簡単な構成によって実現した。
以下に、本発明の実施の形態を、添付した図面の図１〜図７を参照して説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１〜図３は、本発明に係る対物レンズユニット冷却装置の第１の実施の例を示すもので、図１は縦断面図、図２は図１のＸ部分の拡大断面図、図３は分解斜視図である。この対物レンズユニット冷却装置１は、対物レンズユニットの外側に冷却媒体を流通させて当該対物レンズユニットを冷却するもので、対物レンズユニット２と、固定部材３と、カバー部材４とを備えて構成されている。
【００１２】
図１及び図３に示すように、対物レンズユニット冷却装置１の対物レンズユニット２は、この実施例では、市販されている工業顕微鏡に用いられている対物レンズユニットを使用している。そのため、対物レンズユニット２については、ここでは構成の概略を説明する。対物レンズユニット２は、軸方向の両端が開口された中空の円筒体からなるレンズホルダ５と、このレンズホルダ５の内部に収納された単体レンズ又は二以上のレンズの組合せからなる対物レンズとによって構成されている。対物レンズの光軸はレンズホルダ５の軸心線と一致しており、レンズホルダ５の軸方向の一端にねじ軸部６が設けられている。
【００１３】
レンズホルダ５のねじ軸部６は、外周面に雄ねじが設けられた円筒状の部分からなり、このねじ軸部６を固定部材３のねじ穴に螺合させて締め付けることにより、対物レンズ２が固定部材３に固定されている。このレンズホルダ５のねじ軸部６側の端面部５ａの表面あらさは、他の部分よりも高く（例えば、数μｍ〜数十μｍ程度）設定する。
【００１４】
固定部材３は、取付リング７と、固定ブラケット８と、固定ベース９とが組み合わされた結合体として構成されている。取付リング７は、対物レンズユニット２の外径よりも少し直径の大きなリング状をなす板体として形成されている。取付リング７の中央穴７ａには、対物レンズユニット２のねじ軸部６の雄ねじと螺合される雌ねじが設けられている。この取付リング７の一方の面の半径方向内側には、周方向に連続する環状の逃げ溝１１が設けられている。この取付リング７の一面の逃げ溝１１より半径方向内側に設定された接触部７ｂは、その表面あらさが他の部分よりも高く（例えば、数μｍ〜数十μｍ程度）設定されている。
【００１５】
この取付リング７の接触部７ｂに対物レンズユニット２の端面部５ａが接触され、互いに圧接されて密着される。更に、取付リング７の一面の逃げ溝１１より半径方向外側の部分には、半径方向に延在された溝からなる流路溝１２が複数箇所に設けられている。流路溝１２は、この実施例では、周方向へ９０度の間隔をあけて４箇所に設けられている。また、取付リング７の他側の面の外周縁には、周方向に連続する環状の段部１３が設けられている。そして、取付リング７の段部１３より半径方向内側の部分には、後述するカバー部材をねじ止めするための複数のねじ通し穴１４が設けられている。この実施例では、ねじ通し穴１４は、周方向に等間隔をあけて８箇所に設けられている。
【００１６】
固定ブラケット８は、取付リング７の外径よりも直径の大きなリング状をなす板体として形成されている。この固定ブラケット８の貫通穴２４には、取付リング７の段部１３が嵌合される。固定ブラケット８の一面には、外径よりは小さいが貫通穴２４よりは直径の大きなリング状をなす円筒突部１５が設けられている。円筒突部１５の内周面には、２つの環状突部１６，１７と雌ねじ１８が設けられている。雌ねじ１８は円筒突部１５の内周面の先端側に配置され、その内側に第２の環状突部１７が配置され、その内側に第１の環状突部１６が配置されている。
【００１７】
第１の環状突部１６の内径と第２の環状突部１７の内径とは略同じ直径に設定されているが、雌ねじ１８の内径は両環状突部１６，１７よりも大きく設定されている。更に、円筒突部１５の第１の環状突部１６と第２の環状突部１７との間に、その肉厚部分を径方向に貫通する供給側連通孔２１が設けられている。供給側連通孔２１は１つ設けたが、周方向の複数箇所に設ける構造としてもよい。また、円筒突部１５の第１の環状突部１６と固定ブラケット８の平面部との間に、その肉厚部分を径方向に貫通する排出側連通孔２２が設けられている。排出側連通孔２２は１つ設けたが、周方向の複数箇所に設ける構造としてもよい。そして、固定ブラケット８の円筒突部１５より外側の部分に、固定ベース９にねじ止めするための複数のねじ通し穴２３が設けられている。この実施例では、ねじ通し穴２３は、同一円周上の７箇所に設けられている。
【００１８】
固定ベース９は、固定ブラケット８よりも平面の面積が大きな板状の部材からなり、固定ブラケット８の円筒突部１５が貫通される貫通穴２４が設けられている。固定ベース９の貫通穴２４の一面側には、固定ブラケット８の円筒突部１５から半径方向外側に展開されたフランジ部８ａが嵌合されるリング状をなす座部２５が設けられている。座部２５には、円筒突部１５の供給側連通孔２１に連通される供給側連通凹部２６と、円筒突部１５の排出側連通孔２２に連通される排出側連通凹部２７が設けられている。これら供給側連通凹部２６及び排出側連通凹部２７に対応して、固定ブラケット８には供給側配管継手２８と排出側配管継手２９が取り付けられている。
【００１９】
供給側配管継手２８は、フランジ部８ａの供給側連通凹部２６と連通される部分に設けたねじ穴にねじ部２８ａを螺合することによって固定ブラケット８に固定されている。この供給側配管継手２８のねじ部２８ａと反対側には、図示しない冷却媒体循環装置に連通された配管３１が接続されている。また、排出側配管継手２９は、フランジ部８ａの排出側連通凹部２７と連通される部分に設けたねじ穴にねじ部２９ａを螺合することによって固定ブラケット８に固定されている。この排出側配管継手２９のねじ部２９ａと反対側には、同じく冷却媒体循環装置に連通された配管３２が接続されている。
【００２０】
カバー部材４は、対物レンズ２の外側に嵌め合わされる内筒カバー３４と、この内筒カバー３４の外側に嵌め合わされる外筒カバー３５とによって構成されている。内筒カバー３４は、軸心部を軸方向に貫通する中央穴３６が設けられた筒軸部３４ａと、この筒軸部３４ａの軸方向の一端に連続して設けられたフランジ部３４ｂと、筒軸部３４ａの軸方向の他端に連続して設けられたシール部３４ｃとを有している。シール部３４ｃの内径は、レンズホルダ５の外径よりもやや小径に形成されていて、その内周面には周方向に連続する環状溝３７が設けられている。
【００２１】
環状溝３７には、シール部材の一具体例を示すＯ−リング３８が装着されており、このＯ−リング３８によって対物レンズ２との間がシールされている。Ｏ−リング３８によるシール状態は、冷却媒体循環装置によって循環される冷却媒体が、蒸留水、純水、水道水、治水等の液体である場合には、それらの液体が外部に漏れ出さないよう液密に設定する。また、冷却媒体循環装置によって循環される冷却媒体が、圧縮空気、圧縮窒素その他の気体である場合には、それらの気体が外部に漏れ出さないよう気密に設定する。更に、シール部３４ｃの開口側の端部には、半径方向内側に展開された内フランジ３９が形成されている。内フランジ３９の内径は対物レンズユニット２の外径よりも小径に形成されており、これにより、ねじ軸部６が緩んだ際の対物レンズユニット２の脱落を防止している。このシール部３４ｃの外周面には、雄ねじ４０が軸方向の中途部まで延在させて設けられている。
【００２２】
内筒カバー３４の筒軸部３４ａの中央穴３６の直径はシール部３４ｃの内周面の直径よりも大きく形成されており、これによりレンズホルダ５の外周面との間にある程度の広さを有する内側流路４１が形成されている。更に、筒軸部３４ａのシール部３４ｃの近傍には、筒軸部３４ａの内周面と外周面との間を連通する連通路４２が設けられている。連通路４２は、この実施例では６個設けているが、５個以下であってもよく、７個以上であってもよい。また、内筒カバー３４のフランジ部３４ｂには、位置決め座部４３と位置決め段部４４と複数の連通溝４５が設けられている。フランジ部３４ｂの外端面に位置決め座部４３が設けられ、その反対側の内端面に位置決め段部４４が設けられている。
【００２３】
位置決め座部４３は、取付リング７の段部１３と反対側の端面部の形状に対応する円形の凹部として形成されており、その端面部が嵌合される。この位置決め座部４３の半径方向外側に形成されたリング状突部に、本実施例では４つの連通溝４５が設けられている。４つの連通溝４５は周方向に等間隔に配置されており、各連通溝４５は径方向に延在されてフランジ部３４ｂの外周面と内周面との間を連通させている。これにより、排出側連通凹部２７と内側流路４１とが、流路溝１２と連通溝４５と排出側連通孔２２を介して冷却媒体が流通可能に連通されている。なお、連通溝４５の数は、３以下であってもよく、５以上であってもよいことは勿論である。
【００２４】
また、フランジ部３４ｂの外周面は、これを固定ブラケット８の円筒突部１５の凹部に嵌合する際に、第１の環状突部１６に対して精度よく嵌合されるように形成し、ラビリンスパッキンの効果を生ずるようにしている。なお、フランジ部３４ｂの外周面と、位置決め座部４３の内周面と、位置決め段部４４の外周面とは、これらの同心度を精度よく形成する。
【００２５】
外筒カバー３５は、軸心部を軸方向に貫通する中央穴４６が設けられた筒軸部３５ａと、この筒軸部３５ａの軸方向の一端に連続して設けられたフランジ部３５ｂと、筒軸部３５ａの軸方向の他端に連続して設けられたねじ軸部３５ｃとを有している。ねじ軸部３５ｃの内径は、内筒カバー３４のフランジ部３４ｂの外径よりも小径に形成されている。そして、ねじ軸部３５ｃの内周面には、フランジ部３４ｂの外周面に設けた雄ねじ４０に螺合される雌ねじ４７が設けられている。
【００２６】
外筒カバー３５の筒軸部３５ａの中央穴４６の直径は、内筒カバー３４の筒軸部３４ａの外周面の直径よりも大きく形成されている。これにより、筒軸部３５ａの内周面と筒軸部３４ａの外周面との間にある程度の広さを有する外側流路４８が形成されている。外筒カバー３５のフランジ部３５ｂには、嵌合座部５１と嵌合段部５２と雄ねじ５３と複数の連通溝５４が設けられている。フランジ部３５ｂの外端面に嵌合座部５１が設けられ、外周面に嵌合段部５２が設けられている。そして、嵌合段部５２の内端面側に、円筒突部１５の凹部に設けた雌ねじ１８に螺合される雄ねじ５３が設けられている。
【００２７】
嵌合座部５１は、内筒カバー３４の位置決め段部４４の形状に対応する円形の凹部として形成されており、その位置決め段部４４が嵌合される。この嵌合座部５１の半径方向外側に形成されたリング状をなす突部に、本実施例では４つの連通溝５４が設けられている。４つの連通溝５４は周方向に等間隔に配置されており、各連通溝５４は径方向に延在されてフランジ部３５ｂの外周面と内周面との間を連通させている。これにより、供給側連通凹部２６と外側流路４８とが、連通溝５４と供給側連通孔２１を介して冷却媒体が流通可能に連通されている。なお、連通溝５４の数は、３以下であってもよく、５以上であってもよいことは勿論である。
【００２８】
また、フランジ部３５ｂの嵌合段部５２は雄ねじ５３の外径よりも小径に形成されている。この嵌合段部５２の外周面は、これを固定ブラケット８の円筒突部１５の凹部に嵌合する際に、第２の環状突部１７に対して精度よく嵌合されるように形成し、ラビリンスパッキンの効果を生ずるようにしている。なお、フランジ部３５ｂの嵌合段部５２の外周面と、嵌合座部５１の内周面とは、互いの同心度を精度よく形成する。内筒カバー３４には、取付リング７が複数の固定ねじ５５によって締め付け固定される。そのため、取付リング７のねじ通し穴１４に対応する内筒カバー３４の位置決め座部４３には、同数のねじ穴５６が設けられている。
【００２９】
更に、図２に示すように、内筒カバー３４の筒軸部３４ａの内周面及び外周面と外筒カバー３５の筒軸部３５ａの内周面には、冷却媒体のためのガイド部５７ａ，５７ｂ，５８が設けられている。ガイド部５７ａ，５７ｂ，５８は、内側流路４１及び外側流路４８を移動する冷却媒体をガイドして供給側から排出側までスムースに移動させ、対物レンズ２の全体を冷却させることを目的とするものである。この実施例では、螺旋状に連続するねじ山のような突条を設け、その突条をガイド部５７ａ，５７ｂ，５８として用いている。ねじ山の形状としては、三角形に限定されるものではなく、四角形や台形は勿論のこと、丸形その他の形状とすることができる。更に、螺旋形の突条に変えて、螺旋形の溝としてガイド部を形成することができ、また、光軸と平行に延在される直線状の突条又は直線溝として形成することもできる。
【００３０】
固定部材３を構成する取付リング７、固定ブラケット８、固定ベース９及びカバー部材４を構成する内筒カバー３４、外筒カバー３５の材質としては、例えば、アルミニウム合金（例えば、超ジュラルミン７０系等）が好適である。しかしながら、これに限定されるものではなく、例えば、表面に酸化アルミニウムの皮膜を形成したステンレス合金（超硬質アルマイト処理を施したＳＵＳ）等を用いることもできる。なお、取付リング７と固定ブラケット８と固定ベース９と内筒カバー３４と外筒カバー３５とを同一の材料で形成する場合には、それらの熱膨張係数を同じにできるため、メカニカルシール部におけるシール性能の更なる向上を図ることができる。
【００３１】
このような構成を有する対物レンズ冷却装置１は、例えば、次のようにして組み立てることができる。まず、取付リング７の中央穴７ａに設けた雌ねじに対物レンズ２のねじ軸部６を螺合させ、そのねじ軸部６を十分に締め込む。次に、内筒カバー３４の中央穴３６に対物レンズ２を挿入し、内筒カバー３４の位置決め座部４３に取付リング７を嵌め合わせる。そして、複数本の固定ねじ５５を用いて取付リング７を内筒カバー３４にねじ止めする。これにより、内筒カバー３４のシール部３４ｃに装着されたＯ−リング３８が対物レンズ２のレンズホルダ５の外周面に密着され、その部分が気密（或いは液密）に封止される。その結果、対物レンズ２と内筒カバー３４の間に円筒状の内側流路４１が形成される。この内側流路４１に、取付リング７に設けた流路溝１２と内筒カバー３４に設けた連通溝４５を介して、排出側連通孔２２が連通されている。
【００３２】
次に、内筒カバー３４を取り付けた状態の取付リング７を、固定ブラケット８の円筒突部１５内に挿入し、取付リング７の段部１３を固定ブラケット８の中央穴８ａに嵌め合わせる。そして、内筒カバー３４のフランジ部３４ｂを、円筒突部１５の第１の環状突部１６に嵌め合わせる。次いで、外筒カバー３５の中央穴４６に内筒カバー３４を挿入し、フランジ部３５ｂの外周面に設けた雄ねじ５３を円筒突部１５に設けた雌ねじ１８に螺合させる。これと共に、ねじ軸部３５ｃの内周面に設けた雌ねじ４７を内筒カバー３４のシール部３４ｃの外周面に設けた雄ねじ４０に螺合させる。これにより、外筒カバー３５と固定ブラケット８との間及び外筒カバー３５と内筒カバー３４との間がそれぞれねじ結合される。
【００３３】
その結果、内筒カバー３４と外筒カバー３５との間に円筒状の外側流路４８が形成される。この外側流路４８に、内筒カバー３４に設けた連通路４２を介して内側流路４１が連通されていると共に、外筒カバー３５に設けた連通溝５４を介して、供給側連通孔２１が連通されている。そして、外筒カバー３５のねじ込みによる締付力によって内筒カバー３４が取付リング７に押圧され、外筒カバー３５の嵌合座部５１が内筒カバー３４のフランジ部３４ｂに圧接されると共に、内筒カバー３４の位置決め座部４３が取付リング７に圧接される。このようなメカニカルシール部を介して、対物レンズ２と内筒カバー３４と外筒カバー３５とが固定部材３に気密（或いは液密）に固定される。
【００３４】
次に、固定ベース９の貫通穴２４に円筒突部１５を嵌合し、ねじ通し穴２３に挿通される図示しない複数の固定ねじを用いて固定ブラケット８を固定ベース９にねじ止めする。その後、固定ブラケット８に供給側配管継手２８及び排出側配管継手２９を取り付ける。そして、図示しない冷却媒体循環装置に、供給側配管３１を介して供給側配管継手２８が接続されると共に、排出側配管３２を介して排出側配管継手２９が接続される。これにより、冷却媒体循環装置から出力される冷却媒体が、供給側配管３１を介して供給側配管継手２８から対物レンズ冷却装置１に供給される。そして、対物レンズ冷却装置１の内部を流通した冷却媒体が、排出側配管継手２９から排出側配管３２に出されて、冷却媒体循環装置に戻される。
【００３５】
ここで、冷却媒体としては、冷却作用を行うことができる各種の気体や液体を用いることができる。冷却媒体の気体としては、例えば、空気、窒素、アンモニア、ヘリウム、フレオン等を挙げることができる。また、冷却媒体の液体としては、例えば、水（蒸留水、純水、水道水、治水等）、液体窒素、液体ヘリウム、潤滑油等を挙げることができる。なお、これらの冷却媒体には、適当な圧力（例えば、５気圧程度）を加えて流動させるようにする。
【００３６】
次に、対物レンズユニット冷却装置１の冷却作用について説明する。対物レンズユニット冷却装置１の供給側連通凹部２６に供給された冷却媒体は、供給側連通孔２１から連通溝５４を経て外側流路４８内に入り込み、円筒状の外側流路４８を先端側に移動する。そして、連通路４２から内側流路４１内に入り込み、円筒状の内側流路４１を基端側に移動する。この際、外筒カバー３５の内周面や内筒カバー３４の外周面或いは内周面の少なくとも一面に、冷却媒体をガイドする螺旋溝や直線溝等からなるガイド部５７ａ，５７ｂ，５８を設けることにより、冷却媒体の移動を促進させて冷却効率を高めることができる。
【００３７】
内側流路４１の基端側に移動した冷却媒体は、逃げ溝１１から流路溝１２、連通溝４５及び排出側連通孔２２を介して排出側連通凹部２７内に入り込む。そして、排出側配管継手２９から排出側配管３２を介して冷却媒体循環装置に戻される。この循環工程が繰り返されることにより、対物レンズユニット冷却装置１の対物レンズユニット２が冷却され、所定の温度範囲内に保持される。その結果、対物レンズユニット２が、例えば、電子顕微鏡のための対物レンズや、レーザ加工のための対物レンズである場合には、レンズ装置の発熱を防ぎ、或いは、一定に保持して温度変化を防ぎ、環境変化を無くして、光学揺らぎを防ぐことができる。
【００３８】
図７は、前述したような構成を有する対物レンズユニット冷却装置１を備えた装置の一具体例を示すもので、レーザ加工装置６０に適用したものである。このレーザ加工装置６０は、対物レンズを通してレーザ光をワークに照射して、そのワークに加工を加えるもので、装置フレーム６１と、一軸ステージ６２と、レーザ発生部６３と、レーザ光路部６４とを備えて構成されている。
【００３９】
装置フレーム６１は、一軸ステージ６２やレーザ発生部６３その他の機構全体を支えるもので、下部にワーク支持台６５を有している。ワーク支持台６５は、その上面が水平面とされていて、加工対象物であるワーク６６が載置される。一軸ステージ６２は、対物レンズ２を保持して上下方向へ昇降動作させ、レーザ光の焦点をワーク６６の加工位置に位置合わせするものである。この一軸ステージ６２は、昇降ホルダ６７とステージ本体６８とボールネジ６９とステッピングモータ７１等を備えて構成されている。
【００４０】
昇降ホルダ６７は、対物レンズユニット２を着脱可能に保持することができるもので、この昇降ホルダ６７が、図示しないクロスローラガイドを介してステージ本体６８に昇降動作可能に保持されている。ステージ本体６８の昇降ホルダ６７と反対側の面には側方に突出するナット部７２が設けられており、このナット部７２をボールネジ６９が上下方向へ貫通されている。ボールネジ６９の上下両端部は、装置フレーム６１に取り付けられた２つの軸受７３，７３を介して回動自在に支持されている。ボールネジ６９の一端はカップリング７４を介してステッピングモータ７１の回転軸７１ａに連結され、一体的に回動自在とされている。ステッピングモータ７１は装置フレーム６１に固定されていて、回転軸７１ａが、装置フレーム６１に取り付けられた軸受７５によって回転自在に支持されている。
【００４１】
レーザ発生部６３は、加工用のレーザ光を発生する光源部であり、例えば、ＹＡＧレーザを用いることができる。レーザ光の波長としては、１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、３５５ｎｍ、２６６ｎｍ等を用いることができる。レーザ発生部６３は、レーザ光路部６４を介して一軸ステージ６２に保持されている対物レンズ２と光学的に接続されており、対物レンズ２により焦点を合わされて、ワーク６６に対してレーザ光を照射してレーザ加工が可能とされている。
【００４２】
レーザ光路部６４は、アッテネータ８１とホモジナイザ８２とスリット８３と３つのミラー８４，８５，８６を備えて構成されている。レーザ発生部６３から発射されたレーザ光は、アッテネータ８１を透過し、第１のミラー８４により反射されてホモジナイザ８２に向かう。ホモジナイザ８２を透過したレーザ光は、第２のミラー８５で反射された後、スリット８３を透過し、第３のミラー８６により反射されて対物レンズユニット２の対物レンズに導入される。この対物レンズによってレーザ光の焦点が調整され、その焦点調整されたレーザ光によってワーク６６の所定部位がレーザ加工される。アッテネータ８１は、レーザ光の光量を減衰させるための光学モジュールである。ホモジナイザ８２は、レーザ光のプロファイルを照射面において均一化するためのモジュールである。スリット８３は、レーザ光の幅を規制するもので、レーザ光の光軸上に配置されている。
【００４３】
このような構成を有するレーザ加工装置６０としては、例えば、レーザ顕微鏡、レーザ彫刻装置、レーザ切断装置、レーザ溶接装置等に適用することができる。これらの装置において、前述した対物レンズユニット冷却装置１を用いることにより、対物レンズの発熱を抑制して装置環境の温度変化を遮断し、精度良い精密加工を維持することができ、熱膨張による寸法変化や光学揺らぎ等を防ぐことができる。
【実施例２】
【００４４】
図４は、本発明に係る対物レンズユニット冷却装置の第２の実施の例を示す説明図である。この第２の実施例に係る対物レンズユニット冷却装置９０が前述した対物レンズユニット冷却装置１と異なるところは、カバー部材を１個の筒体カバー９１で形成すると共に、固定部材を取付リング９２と固定ブラケット９３との２部品によって構成した点である。
【００４５】
筒体カバー９１は、軸心部を軸方向に貫通する中央穴９４が設けられた筒軸部９１ａと、この筒軸部９１ａの軸方向の一端に連続して設けられたフランジ部９１ｂと、筒軸部９１ａの軸方向の他端に連続して設けられたシール部９１ｃとを有している。シール部９１ｃの内径はレンズホルダ５の外径よりもやや小径に形成されており、その穴９４ａを対物レンズ２が貫通し、その対物レンズユニット２の先端部が筒体カバー９１の端面より外側に突出されている。
【００４６】
更に、シール部９１ｃの穴９４ａの内周面には周方向に連続する環状溝９５が設けられており、その環状溝９５にＯ−リング９６が装着されている。このＯ−リング９６により、対物レンズユニット２のレンズホルダ５と筒体カバー９１との間が気密（或いは液密）にシールされている。筒体カバー９１の、フランジ部９１ｂの端面には流路座部９７が設けられ、外周面には雄ねじ９８が設けられている。流路座部９７は、中央穴９４の直径よりも大きなリング状の凹部として形成されている。
【００４７】
このような形状を有する筒体カバー９１に対応させて、固定ブラケット９３には雌ねじ９９と２つのねじ穴１０１，１０２が設けられ、取付リング９２には２つの連通孔１０３，１０４が設けられている。取付リング９２は、対物レンズ２のねじ軸部６が螺合される中央穴１０５を有するボス部９２ａと、このボス部９２ａの軸方向一端において半径方向外側へ展開するように形成されたフランジ部９２ｂとからなっている。中央穴１０５の内周面には雌ねじが設けられており、この雌ねじにねじ軸部６の雄ねじが螺合される。２つの連通孔１０３，１０４はフランジ部９２ｂに設けられており、一方は供給側連通孔１０３であり、他方は排出側連通孔１０４である。
【００４８】
固定ブラケット９３は、取付リング９２よりも大きな矩形の板体として形成されており、その略中央部に、表裏面間を貫通する中央穴１０６が設けられている。中央穴１０６には、内側座部１０７と外側座部１０８とが２段構造として設定されており、外側座部１０８の内周面に雌ねじが設けられている。中央穴１０６には取付リング９２のボス部９２ａが嵌合され、内側座部１０７にはフランジ部９２ｂが嵌合される。そして、外側座部１０８の雌ねじには、筒体カバー９１のフランジ部９１ｂに設けた雄ねじが螺合される。なお、２つのねじ穴１０１，１０２は、供給側ねじ穴１０１と排出側ねじ穴１０２であり、取付リング９２の２つの連通孔１０３，１０４と対応する位置に設けられている。
【００４９】
このような構成を有する対物レンズユニット冷却装置９０は、例えば、次のようにして簡単に組み立てることができる。まず、取付リング９２の中央穴１０５に設けた雌ねじに対物レンズユニット２のねじ軸部６を螺合させ、そのねじ軸部６を十分に締め込む。次に、固定ブラケット９３の中央穴１０６に取付リング９２のボス部９２ａを嵌め合わせる。次いで、対物レンズユニット２を筒体カバー９１の中央穴９４に挿入し、フランジ部９１ｂに設けた雄ねじを外側座部１０８の雌ねじに螺合させる。そして、筒体カバー９１を回して十分に締め込むことにより、取付リング９２が筒体カバー９１と固定ブラケット９３で挟持される。
【００５０】
この場合、固定ブラケット９３の内側座部１０７の座面と取付リング９２のフランジ部９２ｂの一面が密着される。これと同時に、取付リング９２のフランジ部９２ｂの他面及び外側座部１０８の座面と筒体カバー９１のフランジ部９１ｂの端面とが密着される。これにより、上記密着面とされたメカニカルシール部の働きにより、気密（或いは液蜜）性を保持して対物レンズ２を確実に固定することができる。
【００５１】
また、筒体カバー９１のシール部９１ｃに保持されたＯ−リング９６を対物レンズユニット２が貫通されるため、そのＯ−リング９６が対物レンズユニット２の外周面に密着される。これにより、筒体カバー９１と対物レンズユニット２との間に、Ｏ−リング９６でシールされた円筒状の冷媒流路１０９が形成される。この冷媒流路１０９に、取付リング７に設けた２つの連通孔１０３，１０４を介して、固定ブラケット９３に設けた供給側ねじ穴１０１と排出側ねじ穴１０２とが連通される。
【００５２】
次いで、固定ブラケット９３の供給側ねじ穴１０１に供給側配管継手２８を取り付け、排出側ねじ穴１０２に排出側配管継手２９を取り付ける。そして、図示しない冷却媒体循環装置に、供給側配管３１を介して供給側配管継手２８を接続し、排出側配管３２を介して排出側配管継手２９を接続する。これにより、冷却媒体循環装置から出力される冷却媒体が、供給側配管３１を介して供給側配管継手２８から対物レンズユニット冷却装置９０に供給される。そして、対物レンズユニット冷却装置９０の内部を流通した冷却媒体が、排出側配管継手２９から排出側配管３２に出され、冷却媒体循環装置に戻される。
【００５３】
このように組み立てられる対物レンズユニット冷却装置９０の作用は、次のようなものである。即ち、対物レンズユニット冷却装置９０の供給側連通孔１０３に供給された冷却媒体は、筒体カバー９１の流路座部９７から冷媒流路１０９内に入り込み、円筒状の冷媒流路１０９を先端側に移動する。そして、冷媒流路１０９を流路座部９７側に戻るように移動して、排出側連通孔１０４から排出側配管３２に排出される。なお、筒体カバー９１の内周面に、冷却媒体をガイドする螺旋溝や直線溝等からなるガイド部を設けることにより、冷却媒体の移動を促進させて冷却効率を高めることができる。このように、本願発明の第２の実施例によっても、前記第１の実施例と同様の効果を得ることができる。
【実施例３】
【００５４】
図５は、本発明に係る対物レンズユニット冷却装置の第３の実施の例を示す説明図である。この第３の実施例に係る対物レンズユニット冷却装置１１０が前述した対物レンズユニット冷却装置９０と異なるところは、筒体カバー９１の先端部を閉じて中央穴内に対物レンズユニット２を収納し、Ｏ−リング９６の使用を廃止した点である。そのため、ここでは構成が異なる筒体カバー１１１について説明し、同一部分に同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
【００５５】
筒体カバー１１１が筒軸部１１１ａとフランジ部１１１ｂを有する点は、筒体カバー９１と共通する。しかしながら、シール部となる部分には、石英ガラスからなる遮蔽板１１２が気密（或いは液密）に固着されている。遮蔽板１１２を石英ガラスで形成した理由は、その中央部をレーザ光が透過するからである。このように構成することによっても、前記実施例と同様の効果を得ることができる。
【実施例４】
【００５６】
図６は、本発明に係る対物レンズユニット冷却装置の第４の実施の例を示す説明図である。この第４の実施例に係る対物レンズユニット冷却装置１２０が前述した対物レンズユニット冷却装置１１０と異なるところは、筒体カバー１２１に２つの配管継手２８，２９を取り付ける構造とした点である。そのため、ここでは構成が異なる筒体カバー１２１について説明し、同一部分に同一の符号を付して、重複した説明を省略する。
【００５７】
筒体カバー１２１が筒軸部１２１ａとフランジ部１２１ｂを有する点は、筒体カバー１１１と共通する。この筒体カバー１２１には、供給側配管継手２８を接続するための供給側ねじ穴１２２と、排出側配管継手２９を接続するための排出側ねじ穴１２３とが設けられている。供給側ねじ穴１２２は対物レンズユニット２のねじ軸部６に近い上部位置に設けられ、排出側ねじ穴１２３はねじ軸部６から離れた下部位置に設けられている。これは、冷媒とされた冷えた圧縮空気は、その比重が重いために自然に降下され、温められて比重が軽くなった空気を自動的に対流させる作用を有するからである。このように構成することによっても、前記実施例と同様の効果を得ることができる。
【００５８】
前述した実施の形態では、工業顕微鏡用対物レンズを用いているが、冷却手段のない加工用対物レンズにも適用することができる。更に、前記実施例においては、冷却媒体として圧縮エアを用いているが、他の気体（例えば、圧縮窒素）を用いることができることは勿論である。更に又、チラー（産業機器、計測機器、食品加工機器、理化学機器等の温度を一定に保つための装置の総称。）による循環冷却水、蒸留水、純水、治水等の液体を用いることもできる。
【００５９】
以上説明したように、本発明によれば、対物レンズ筐体と冷却用筐体を一体物として、当該一体物を固定するためのブラケット等に、ねじ部及びメカニカルシール部を介して固定するようにする。これにより、一体物固定用ブラケット等から当該一体物を容易に取り外すことができ、対物レンズユニットの交換に要する時間を従来に比べて短縮することができると共に、冷却用筐体部を再び使用することができる。また、冷却用筐体を二重構造とし、当該二重構造の外側から内側に向かって冷却媒体が流れるようにし、更に、当該冷却用筐体と冷却媒体が接する面に冷却媒体が流れる方向と平行な直線状の溝、或いは螺旋状の溝を形成する構成とする。これにより、冷却媒体の循環効率を高め、冷却媒体による冷却効率を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の対物レンズユニット冷却装置の形態の第１の実施の例を中央部において縦方向に断面して示す説明図である。
【図２】図１のＸ部分を拡大して示す要部断面図である。
【図３】図１に示す対物レンズユニット冷却装置の分解斜視図である。
【図４】本発明の対物レンズユニット冷却装置の形態の第２の実施の例を中央部において縦方向に断面して示す説明図である。
【図５】本発明の対物レンズユニット冷却装置の形態の第３の実施の例を中央部において縦方向に断面して示す説明図である。
【図６】本発明の対物レンズユニット冷却装置の形態の第４の実施の例を中央部において縦方向に断面して示す説明図である。
【図７】本発明の対物レンズユニット冷却装置を用いたレーザ加工装置の実施の例を示すブロック説明図である。
【符号の説明】
【００６１】
１，９０，１１０，１２０…対物レンズユニット冷却装置、  ２…対物レンズユニット、  ３…固定部材、  ４…カバー部材、  ５…レンズホルダ、  ６…ねじ軸部、  ７，９２…取付リング、  ８,９３…固定ブラケット、  ９…固定ベース、  １２…流路溝、  １５…円筒突部、  １６，１７…環状突部、  ２１，１０３…供給側連通孔、  ２２，１０４…排出側連通孔、  ２８，２９…配管継手、  ３１，３２…配管、  ３４…内筒カバー、  ３４ａ，９１ａ，１１１ａ…筒軸部、  ３４ｂ，９１ｂ，９２ｂ，１１ｂ…フランジ部、  ３４ｃ，９１ｃ…シール部、  ３５…外筒カバー、  ３５ｃ…ねじ軸部、  ３８，９６…Ｏ−リング（シール部材）、  ４１…内側流路、  ４２…連通路、  ４５…連通溝、  ４８…外側流路、  ５１…嵌合座部、  ５２…嵌合段部、  ５４…連通溝、  ６０…レーザ加工装置、  ９１…筒体カバー（カバー部材）、  ９２ａ…ボス部、  １０７…内側座部、  １０８…外側座部、  １０９…冷媒流路、  １１１，１２１…筒体カバー（カバー部材）、  １１２…遮蔽板
【図１】
2010157607.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010157607.tif 000007
【図６】
2010157607.tif 000008
【図７】
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