(57)【要約】【課題】  内径が小さい孔の内部を観察することができる光学顕微鏡及び観察方法を提供すること。【解決手段】  本発明の一態様にかかる顕微鏡１００は、試料に設けられた孔に対物レンズ３３を挿入して孔の内壁面を観察する顕微鏡であって、照明光を内壁面の方向に出射して、内壁面に集光する対物レンズ３３と、内壁面で反射され前記対物レンズを介して入射した前記反射光を結像する結像レンズ５３と、結像レンズ５３の光軸上に設けられ、結像レンズ５３から出射された照明光を反射するミラー５４と、対物レンズ３３の光軸上に設けられ、ミラー５４で反射された照明光をシリンダ２２の内壁面の方向に反射して、対物レンズ３３に入射させるミラー５６とを備えるものである。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に設けられた孔に対物レンズを挿入し、前記対物レンズを介して照明光を前記孔の内壁面に照射して、前記内壁面で反射された反射光によって前記内壁面を観察する顕微鏡であって、
照明光を出射する光源と、
前記照明光を前記内壁面の方向に出射して、当該内壁面に集光する対物レンズと、
前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に配置され、前記内壁面で反射され前記対物レンズを介して入射した前記反射光を結像する結像レンズと、
前記結像レンズの光軸上に設けられ、前記結像レンズから出射された照明光を反射する第１の反射部材と、
前記対物レンズの光軸上に設けられ、前記第１の反射部材で反射された照明光を前記孔の内壁面の方向に反射して、前記対物レンズに入射させる第２の反射部材とを備える顕微鏡。
【請求項２】
前記第１の反射部材と前記第２の反射部材との間の光路中に、前記第１の反射部材で反射された照明光を反射する第３の反射部材が配置され、
前記第３の反射部材で反射された照明光が前記第２の反射部材に入射する請求項１に記載の顕微鏡。
【請求項３】
前記第１の反射部材が前記対物レンズの側面側に配置され、
前記結像レンズの光軸の延長線上に前記対物レンズが配置されている請求項１又は２に記載の顕微鏡。
【請求項４】
前記結像レンズが、前記孔内に挿入可能に設けられたレンズホルダに取り付けられている請求項３に記載の顕微鏡。
【請求項５】
前記光源と前記内壁面とが共役な関係に配置され、
コンフォーカル光学系を介して前記内壁面で反射された反射光を検出する検出器をさらに備える請求項１乃至４のいずれかに記載の顕微鏡。
【請求項６】
前記対物レンズと前記内壁面との相対距離を変化させる駆動手段をさらに備える請求項４に記載の顕微鏡。
【請求項７】
前記結像レンズと前記光源との間の光路中に設けられ、前記光源からの照明光を走査する走査手段をさらに備える請求項１乃至６のいずれかに記載の顕微鏡。
【請求項８】
試料に設けられた孔に、前記孔の内壁面の方向に照明光を出射する対物レンズを挿入し、
照明光を出射し、
前記照明光の光路中に設けられた結像レンズに前記照明光を入射させ、
前記結像レンズから出射された照明光を当該結像レンズの光軸上に配置された第１の反射部材に入射させ、
前記第１の反射部材で反射された照明光を第２の反射部材に入射させ、
前記第２の反射部材で反射された照明光を、前記第２の反射部材の反射方向に設けられた前記対物レンズに入射させ、
前記対物レンズから出射された照明光を前記内壁面に入射させ、
前記内壁面に入射した照明光のうち、前記内壁面で反射された反射光を、前記対物レンズ、前記第２の反射部材、前記第１の反射部材、及び前記結像レンズを介して検出して、前記内壁面を観察する観察方法。
【請求項９】
前記結像レンズ、及び前記対物レンズを前記孔に挿入した状態で、観察を行なう請求項８に記載の観察方法。
【請求項１０】
前記結像レンズの光軸方向に沿って、前記対物レンズを前記孔に挿入する請求項８又は９に記載の観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は顕微鏡及び観察方法に関し、特に詳しくは、試料に設けられた孔の内壁面を観察する顕微鏡及び観察方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エンジンなどの開発、生産において、シリンダブロックに設けられたシリンダ内壁の観察、検査、解析することが非常に重要である。シリンダ内径が非常に小さくなってしまうと、計測用の顕微鏡を挿入できないため、従来は、サンプルをカットしたり、レプリカを取るなどして、３次元計測を行なっていた。しかしながら、開発段階ではシリンダをカットすることもできるが、量産ラインにおける検査では、製品をカットできない。そのため、シリンダの内壁を非破壊で検査したいという要望がある。
【０００３】
これに対し、ボイラ等の管内の内壁を観察するための顕微鏡が開示されている（特許文献１参照）。この顕微鏡では、円筒の先端側に、対物レンズ及びミラーが組み込まれた構成を有している。そして、円筒をボイラ等の管内に挿入することにより、内壁を観察している。
【０００４】
さらに、レンズの合焦位置を変化させ、合焦位置におけるレンズの変位量から光学中心と内壁表面の距離を求める孔内面検査装置が開示されている（特許文献２参照）。特許文献２の段落００２１には、ビームサイズ法、ナイフエッジ法、非点収差法、フーコー法などの差動検出方式を用いて合焦状態を検出している点が記載されている。また、段落００２９には、ピンホール検出方式を採用することが可能である点も記載されている。さらに、特許文献２の図４には、対物レンズと内壁との間に反射ミラーを配置する構成が開示されている。これにより、光学鏡筒を細くすることができ、内径の小さい孔内の検査を行うことができるが段落００３１に記載されている。
【特許文献１】特開平１０−１２３４２４号公報
【特許文献２】特開２００２−３９７２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年の自動車用シリンダブロックの製造工程では、より精密な観察、検査が要求されている。従って、より高ＮＡ、高倍率の対物レンズを使用する必要がある。高ＮＡ、高倍率の対物レンズでは、通常、ワーキングディスタンスが短かくなるため、対物レンズを内壁に近づける必要がある。従って、対物レンズと内壁との間にミラーを設ける構成を採用することが困難となってしまい、シリンダ内壁の近傍に対物レンズを配置する光学系を取らなければならない。この場合、光学鏡筒の側面に円筒状の対物レンズが配置される構成となる。そのため、円筒状の対物レンズを用いるとシリンダ内に光学鏡筒を挿入することができず、より内径の小さいシリンダを観察することができなくなってしまうという問題点がある。特に、コンフォーカル光学系で観察を行なう場合、対物レンズと内壁表面の距離を変化させる必要がある。従って、シリンダ内壁と光学鏡筒とのクリアランスを広くする必要があるため、内径が小さいシリンダを観察することができなくなってしまうという問題点がある。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、内径が小さい孔の内壁面を観察することができる光学顕微鏡シリンダブロックの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様にかかる顕微鏡は、試料に設けられた孔に対物レンズを挿入し、前記対物レンズを介して照明光を前記孔の内壁面に照射して、前記内壁面で反射された反射光によって前記内壁面を観察する顕微鏡であって、照明光を出射する光源（例えば、本発明の実施の形態にかかる光源４１）と、前記照明光を前記内壁面の方向に出射して、当該内壁面に集光する対物レンズ（例えば、本発明の実施の形態にかかる対物レンズ３３）と、前記光源と前記対物レンズとの間の光路中に配置され、前記内壁面で反射され前記対物レンズを介して入射した前記反射光を結像する結像レンズ（例えば、本発明の実施の形態にかかる結像レンズ５３）と、前記結像レンズの光軸上に設けられ、前記結像レンズから出射された照明光を反射する第１の反射部材（例えば、本発明の実施の形態にかかるミラー５４）と、前記対物レンズの光軸上に設けられ、前記第１の反射部材で反射された照明光を前記孔の内壁面の方向に反射して、前記対物レンズに入射させる第２の反射部材（例えば、本発明の実施の形態にかかるミラー５６）とを備えるものである。これにより、内径が小さい孔の内壁面を観察することができる。
【０００８】
本発明の第２の態様にかかる顕微鏡は、上記の顕微鏡であって、前記第１の反射部材と前記第２の反射部材との間の光路中に、前記第１の反射部材で反射された照明光を反射する第３の反射部材（例えば、本発明の実施の形態にかかるミラー５５）が配置され、前記第３の反射部材で反射された照明光が前記第２の反射部材に入射するものである。これにより、簡易な構成で内径が小さい孔の内壁面を観察することができる。
【０００９】
本発明の第３の態様にかかる顕微鏡は、上記の顕微鏡であって、前記第１の反射部材が前記対物レンズの側面側に配置され、前記結像レンズの光軸の延長線上に前記対物レンズが配置されているものである。これにより、内径がより小さい孔の内壁面を観察することができる。
【００１０】
本発明の第４の態様にかかる顕微鏡は、上記の顕微鏡であって、前記結像レンズが、前記孔内に挿入可能に設けられたレンズホルダに取り付けられているものである。これにより、内径がより小さい孔の奥側の内壁面を観察することができる。
【００１１】
本発明の第５の態様にかかる顕微鏡は、上記の顕微鏡であって、前記光源と前記内壁面とが共役な関係に配置され、コンフォーカル光学系を介して前記内壁面で反射された反射光を検出する検出器をさらに備えるものである。これにより、内径が小さい孔の内壁面を高解像度で、観察することができる。
【００１２】
本発明の第６の態様にかかる顕微鏡は、上記の顕微鏡であって、前記対物レンズと前記内壁面との相対距離を変化させる駆動手段をさらに備えるものである。これにより、焦点合わせを簡便に行うことができる。
【００１３】
本発明の第７の態様にかかる顕微鏡は、上記の顕微鏡であって、前記結像レンズと前記光源との間の光路中に設けられ、前記光源からの照明光を走査する走査手段をさらに備えるものである。これにより、広い領域を観察することができる。
【００１４】
本発明の第８の態様にかかる観察方法は、試料に設けられた孔に、前記孔の内壁面の方向に照明光を出射する対物レンズを挿入し、照明光を出射し、前記照明光の光路中に設けられた結像レンズに前記照明光を入射させ、前記結像レンズから出射された照明光を当該結像レンズの光軸上に配置された第１の反射部材に入射させ、前記第１の反射部材で反射された照明光を第２の反射部材に入射させ、前記第２の反射部材で反射された照明光を、前記第２の反射部材の反射方向に設けられた前記対物レンズに入射させ、前記対物レンズから出射された照明光を前記内壁面に入射させ、前記内壁面に入射した照明光のうち、前記内壁面で反射された反射光を、前記対物レンズ、前記第２の反射部材、前記第１の反射部材、及び前記結像レンズを介して検出して、前記内壁面を観察するものである。内径が小さい孔の内壁面を観察することができる。
【００１５】
本発明の第９の態様にかかる観察方法は、上記の観察方法であって、前記結像レンズ、及び前記対物レンズを前記孔に挿入した状態で、観察を行なうものである。内径が小さい孔の奥側の内壁面を観察することができる。
【００１６】
本発明の第１０の態様にかかる観察方法は、上記の観察方法であって、前記結像レンズの光軸方向に沿って、前記対物レンズを前記孔に挿入するものである。これにより、内径がより小さい孔の内壁面を観察することができる
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、内径が小さい孔の内壁面を観察することができる光学顕微鏡及び観察方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明を適用可能な実施の形態が説明される。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化がなされている。又、当業者であれば、以下の実施形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。尚、各図面において、同一要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略する。
【００１９】
本発明にかかる顕微鏡の構成について図１を用いて説明する。図１は、顕微鏡の全体構成を示す側面図である。図１において、１０はベース、１１はＺガイド、１２はコンフォーカル光学ヘッド、１３はステージ、１４は台座ブロック、２１はシリンダブロック、２２はシリンダ、３３は対物レンズ、３５は支持体、５１はレンズホルダ、５２はミラーホルダである。なお、本実施の形態では、顕微鏡１００をレーザ走査型共焦点顕微鏡として説明する。
【００２０】
本実施の形態では、この顕微鏡１００によって、自動車エンジンのシリンダブロック２１を観察する例について説明する。すなわち、本実施の形態では、試料がシリンダ２２を複数有するシリンダブロック２１であるとして説明する。そして、シリンダ２２の内壁表面を観察する。なお、本実施の形態では、図１に示すように、鉛直方向をＺ方向とし、シリンダ２２の軸方向をＹ方向とする。従って、＋Ｚ方向が上方向となり、−Ｚ方向が下方向となる。さらに、Ｚ方向及びＹ方向に垂直な方向をＸ方向とする。従って、紙面と垂直な方向がＸ方向となる。
【００２１】
ベース１０の上には、ステージ１３が設けられている。ステージ１３は、例えば、Ｘ−Ｙ−Ｚステージであり、シリンダブロック２１を水平方向（ＸＹ方向）及び鉛直方向（Ｚ方向）に移動させることができる。ステージ１３上には、高さ調整のための台座ブロック１４を介して、シリンダブロック２１が載置されている。このシリンダブロック２１は、図２に示すように、４つのシリンダ２２が設けられている。なお、図２はシリンダブロック２１の構成を示す正面図である。シリンダブロック２１には４つのシリンダ２２が鉛直方向に沿って配列されている。本実施の形態にかかる顕微鏡１００は、シリンダ２２の内壁を観察して、検査を行う。シリンダ２２は内径が一定の円筒状に形成されている。シリンダ２２は、例えば、内径８０ｍｍの円筒である。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態にかかる顕微鏡１００では、観察を行うために設けられたコンフォーカル光学ヘッド１２がＺガイド１１を介してベース１０に取り付けられている。コンフォーカル光学ヘッド１２は、Ｚガイド１１に沿ってＺ方向に移動する。すなわち、コンフォーカル光学ヘッドはＺガイド１１によってスライド可能に設けられている。従って、コンフォーカル光学ヘッド１２を鉛直方向に移動させ、シリンダブロック２１の大きさ及びシリンダ２２の位置に応じた高さ調整を行なうことができる。
【００２３】
コンフォーカル光学ヘッド１２には、光源や検出器を含む光学系が設けられている。コンフォーカル光学ヘッド１２に内包されている光学系の構成については後述する。このコンフォーカル光学ヘッド１２のステージ１３側からは、支持体３５がＹ方向に突出して設けられている。支持体３５は、中空の筒状に形成されている。よって、支持体３５の内部が照明光及び検出光の光路となる。すなわち、コンフォーカル光学ヘッド１２に設けられている照明用の光源から出射された照明光が、支持体３５の内部を通って、シリンダ２２の内壁に照射される。そして、シリンダ２２の内壁で反射された反射光が、支持体３５の内部を通って、コンフォーカル光学ヘッド１２に設けられた検出器に検出される。
【００２４】
コンフォーカル光学ヘッド１２から水平方向に延設された支持体３５の先端側には、円筒状のレンズホルダ５１が取り付けられている。コンフォーカル光学ヘッド１２から延設された支持体３５の先端側には、レンズホルダ５１が取り付けられている。すなわち、支持体３５の＋Ｙ方向の端部には、レンズホルダ５１が設けられている。支持体３５は、その先端側に設けられたレンズホルダ５１を支持している。このレンズホルダ５１の内部には結像レンズ（図示せず）が設けられている。
【００２５】
レンズホルダ５１の先端側には、ミラーホルダ５２が設けられている。ミラーホルダ５２の内部には、複数のミラー（図示せず）が取り付けられている。ミラーホルダ５２の側面には、対物レンズ３３が取り付けられている。対物レンズ３３はミラーホルダ５２の側面から下方に延びるよう配置されている。ミラーホルダ５２の先端の下方には、対物レンズ３３を設けるための凹部が形成されている。すなわち、ミラーホルダ５２の側面には、対物レンズ３３の一部を収納するための凹部が設けられている。対物レンズ３３は、鉛直方向に沿って設けられている。すなわち、ミラーホルダ５２に内包されるミラーで反射された光は、上側から対物レンズ３３に入射する。そして、この光は、対物レンズ３３の下側から出射される。対物レンズ３３はミラーホルダ５２に内部に設けられたミラーで反射された光を集光する。ミラーホルダ５２及び対物レンズ３３等の詳細な構成については、後述する。
【００２６】
対物レンズ３３、ミラーホルダ５２、及びレンズホルダ５１がシリンダ２２内に挿入された状態で、シリンダ２２内壁を観察する。具体的には、ステージ１３上に設けられた台座ブロック１４の上に、シリンダブロック２１を載置する。そして、レンズホルダ５１をシリンダ２２の内部に挿入されるよう、Ｚガイド１１によってコンフォーカル光学ヘッド１２の高さを調整する。さらに、シリンダ２２の内部にレンズホルダ５１が挿入されるよう、ステージ１３のＸ方向の位置を調整する。そして、ステージ１３をＹ方向に移動させ、シリンダブロック２１とコンフォーカル光学ヘッド１２とを近づけていく。従って、＋Ｙ方向が対物レンズの挿入方向となる。シリンダ２２の内部にレンズホルダ５１が挿入されるまで、ステージ１３を移動させる。このとき、シリンダ２２の中心軸と、レンズホルダ５１の中心軸とが平行になるように、ステージ１３及びＺガイド１１を駆動することが好ましい。レンズホルダ５１をシリンダ２２に挿入することによって、シリンダ２２の奥側の内壁面を観察することができる。
【００２７】
コンフォーカル光学ヘッド１２に設けられた照明光源からの光ビームは、所定の光学系を通ってレンズホルダ５１の内部に導入される。そして、このとき、光ビームの光軸は、レンズホルダの中心軸と一致するよう光学系が配設されている。従って、光ビームはＹ方向に沿ってレンズホルダ５１の先端側まで伝播されて、ミラーホルダ５２に入射する。そして、光ビームは、ミラーホルダ５２に内包されている複数のミラーによって反射される。光ビームは、ミラーホルダ５２を通過して、対物レンズ３３に入射する。対物レンズ３３で屈折された光ビームは、シリンダ２２の内壁に照射される。そして、シリンダ２２の内壁で反射された光ビームは、入射光の経路と同様の経路で伝播し、コンフォーカル光学ヘッド１２に設けられた検出器で検出される。さらに、ステージ１３又はＺガイド１１を駆動して、対物レンズ及びコンフォーカル光学ヘッドを駆動して、Ｚ方向に移動することによって、焦点合わせが行なわれる。
【００２８】
次に、本実施の形態にかかる検査装置の光学系の構成について、図３を用いて説明する。図３は、本実施の形態にかかる検査装置の光学系の構成を示す図である。なお、図１及び図２と同様の構成については説明を省略する。コンフォーカル光学ヘッド１２の筐体内には、光源４１、偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳ）４３、λ／４板４２、ミラー４４、検出器４６、レンズ４７、レンズ４８及びリレーレンズ４９が設けられている。光源４１は、例えば、レーザ光源であり、シリンダ内壁を照明するための光ビームを出射する。
【００２９】
図３に示すように、光源４１から出射された光ビームは、レンズ４７で屈折され、ＰＢＳ４３に入射する。ＰＢＳ４３は入射した光ビームの一部をミラー４４の方向に反射する。ＰＢＳ４３は、例えば、Ｐ偏光成分を透過し、Ｓ偏光成分を反射する。ここでは、光源４１の光を効率よく反射するよう、偏光軸が調整されている。ＰＢＳ４３とミラー４４の間には、λ／４板４２が配設されている。λ／４板４２は、ＰＢＳ４３で反射されたＳ偏光成分を円偏光する。λ／４板４２を透過した光はミラー４４に入射する。ミラー４４は、ＰＢＳ４３からの光ビームを対物レンズ３３の方向に反射する。また、ミラー４４は、ガルバノミラーなどの走査ミラーである。ミラー４４を振動させることにより、光ビームが２次元走査される。具体的には、ミラー４４は、シリンダ２２の内壁面上で、ＸＹ方向に光ビームを走査する。すなわち、対物レンズ３３からＺ方向に沿って出射された光ビームが、Ｘ方向及びＹ方向に走査されるよう、ミラー４４の傾きが変化する。そして、ミラー４４は光ビームを支持体３５の方向に反射する。
【００３０】
ここで、ミラー４４はレンズホルダ５１の中心軸の延長線上に配置されている。これにより、光ビームは支持体３５を介してレンズホルダ５１の内部に入射する。ミラー４４で反射された光ビームは、リレーレンズ４９を介して、レンズホルダ５１の内部に入射する。そして、光ビームは、レンズホルダ５１の中心軸に沿って伝播し、レンズホルダ５１に内包された結像レンズ（図示せず）に入射する。さらに、結像レンズで屈折された光ビームは平行光束となって、ミラーホルダ５２の内部に入射する。ミラーホルダ５２に入射した光ビームは、ミラーホルダ５２内に設置された複数のミラーで反射される。そして、ミラーで反射した光ビームは対物レンズ３３に入射する。なお、ミラーホルダ５２内のミラー及びレンズホルダ内の結像レンズの構成については後述する。
【００３１】
対物レンズ３３は入射した光ビームを屈折して、シリンダ２２の内壁に集光する。対物レンズ３３によって集光された光ビームが照明光となって、シリンダ２２の内壁面を照明する。すなわち、対物レンズ３３によって集光された光ビームが照射された領域が照明領域となる。なお、対物レンズ３３に入射する光ビームは、結像レンズによって平行光束になっている。そして、光源４１からの光はシリンダ２２の内壁に結像される。対物レンズ３３には、高ＮＡ、高倍率のものが用いられている。また、対物レンズ３３は、例えば、同焦点距離が４５ｍｍ、ワーキングディスタンスが０．３ｍｍの対物レンズである。
【００３２】
対物レンズ３３の光軸は、Ｚ方向と平行に設けられている。すなわち、対物レンズの光軸は鉛直方向に沿って配置され、シリンダ２２の内壁に対して略垂直になっている。従って、対物レンズ３３は照明光をシリンダ２２の内壁面の方向に出射する。換言すると、対物レンズ３３はＹ方向、すなわち、挿入方向から傾いて配置されており、対物レンズ３３から出射される照明光は、直接シリンダ２２の内壁面に入射する。
【００３３】
シリンダ２２の内壁面で反射された反射光は、対物レンズ３３からシリンダ２２内壁に入射する入射光と同様の光路を伝播していく。すなわち、照明光と同様の光路で反射光が伝播して、検出器４６まで到達する。具体的には、シリンダ２２内壁で鉛直上方に反射された反射光は、対物レンズ３３に入射する。そして、対物レンズ３３で屈折された反射光はミラーホルダ５２の内部に入射する。対物レンズ３３は、反射光を平行光束にする。この反射光は、ミラーホルダ５２内のミラーで反射され、レンズホルダ５１の内部に入射する。そして、レンズホルダ５１内に設けられた結像レンズで屈折される。結像レンズは、対物レンズ３３からの反射光を収束して、一次像をつくる。また、反射光は、レンズホルダ５１の中心軸に沿って伝播していく。結像レンズで屈折された反射光は、支持体３５を介して、コンフォーカル光学ヘッド１２の内部に入射する。そして、反射光は、リレーレンズ４９で屈折され、ミラー４４に入射する。ミラー４４は対物レンズ３３からの反射光をデスキャンして、λ／４板４２に反射する。ＰＢＳ４３に入射した反射光の一部は、ＰＢＳ４３を透過して、レンズ４８で屈折され、検出器４６に入射する。ここで、反射光は、λ／４板を通過するため、円偏光が直線偏光になる。そして、光源４１からの光ビームがλ／４板４２を往復で２回通過するため、Ｐ偏光がＳ偏光に偏光される。よって、反射光はＰＢＳ４３を透過して、検出器４６に効率よく入射する。
【００３４】
検出器４６は、例えば、光電子増倍管やフォトダイオードなどのポイントセンサであり、入射した光の強度に応じた検出信号を出力する。検出器４６の受光面とシリンダ２２内壁の表面とは、共役な結像関係に配置されている。また、点光源である光源４１とシリンダ２２とが、共役な結像関係に配置されている。すなわち、コンフォーカル光学ヘッド１２に含まれる光学系及び対物レンズ３３とはコンフォーカル光学系を構成している。これにより、点光源である光源４１からの光ビームが対物レンズ３３によってシリンダ２２内壁の表面に集光される。さらに、シリンダ２２内壁の表面で反射された反射光が検出器４６の受光面で結像する。検出器４６はコンフォーカル光学系を介して入射した光を検出している。従って、焦点がずれた位置からの反射光は検出器４６の受光面の位置でぼやけてしまい、受光面の外側を通過するため光強度が弱くなる。これにより焦点から外れた像は消失してしまい、内壁表面の検査を精度よく行うことができる。対物レンズ３３の合焦点位置以外からの反射光は、検出器４６の検出画素に入射しなくなる。検出器４６は検出したデータを処理装置（図示せず）に出力する。なお、検出器４６の前にピンホールを配置してもよい。
【００３５】
コンフォーカル光学系では、対物レンズ３３の合焦点位置が試料表面に配置されているとき、最も検出光量が大きくなる。よって、シリンダ２２内壁の表面に集光されているとき、最も検出光量が大きくなる。本実施の形態では、焦点位置合わせを行なうために、例えば、ステージ１３を駆動して、対物レンズ３３とシリンダ２２の内壁との距離を調整する。具体的には、ステージ１３を駆動して、シリンダブロック２１を上方に移動すると、対物レンズ３３とシリンダ２２の内壁との距離が近くなる。一方、ステージ１３を駆動して、シリンダブロック２１を下方に移動すると、対物レンズ３３とシリンダ２２の内壁との距離が離れていく。従って、ステージ１３を上下に駆動すると、対物レンズ３３とシリンダ２２の内壁面との距離が変化していく。コンフォーカル光学系を用いているため、対物レンズ３３とシリンダ２２の内壁面との距離に応じて、検出光量が変化していく。そして、検出器４６の光量が最大となる位置に、ステージ１３を駆動する。これにより、対物レンズ３３からの光が、シリンダ２２の内壁面に集光された状態となり、対物レンズ３３の焦点合わせを行なうことができる。このように、焦点合わせを行なっている状態で、反射光の強度を検出器で検出する。これにより、合焦点位置での反射光を検出することができる。なお、焦点合わせは、ステージ１３の駆動に限らず、Ｚガイド１１の駆動によって行なってもよい。すなわち、ステージ１３及びコンフォーカル光学ヘッドの少なくとも一方を移動させて、対物レンズ３３と内壁面との相対距離を変化させればよい。このように、対物レンズ３３と内壁面との相対距離を変化させる駆動手段を設けることによって、焦点合わせを行なうことができる。
【００３６】
さらに、ミラー４４の駆動によって、光ビームを走査している。すなわち、ミラー４４の傾斜角度を変えて、光ビームによって照明される照明領域をＸ方向及びＹ方向に走査している。そして、照明領域を走査するとともに、それぞれの照明領域で焦点合わせを行う。照明領域毎に検出器４６で反射光を検出する。これにより、共焦点観察画像を撮像することができる。この共焦点観察画像を例えば、表示モニタに表示させることによって、シリンダ２２内壁を観察することができる。
【００３７】
次に、レンズホルダ５１に内包される結像レンズ及びミラーホルダ５２に内包されるミラーの構成について図４を用いて説明する。図４（ａ）はレンズホルダ５１及びミラーホルダ５２の構成を模式的に示す側面断面図及び正面図である。図４（ａ）の左側には、レンズホルダ５１及びミラーホルダ５２の側面断面図が示されており、図４（ａ）の右側には、レンズホルダ５１及びミラーホルダ５２を対物レンズ側から見た図が示されている。さらに、図４（ｂ）には、比較のため、従来の顕微鏡におけるレンズホルダ５１とミラーホルダ５２の一例の構成が示されている。
【００３８】
レンズホルダ５１の内部には、円筒状の結像レンズ５３が固定されている。また、ミラーホルダ５２の内部には、ミラー５４、ミラー５５及びミラー５６が固定されている。ミラー５４、ミラー５５、及びミラー５６は例えば、金属反射鏡であり、入射光のほとんどを正反射する。また、ミラー５４、ミラー５５、及びミラー５６は、例えば、直径が１５ｍｍ〜２０ｍｍ程度の反射鏡である。レンズホルダ５１の先端側には、ミラーホルダ５２が取り付けられている。また、ミラーホルダ５２の先端下方には、対物レンズ３３が取り付けられている。従って、対物レンズ３３は内壁面の方向に照明光を出射する。
【００３９】
レンズホルダ５１の中心軸と結像レンズ５３の光軸は略一致している。従って、結像レンズ５３は、照明光である光ビームを＋Ｙ方向に出射する。また、結像レンズ５３は、上記の通り、スキャンされた光源４１からの光ビームを平行光束にする。結像レンズ５３は、例えば、直径３８ｍｍ、焦点距離２００ｍｍのチューブレンズである。なお、対物レンズ３３及び結像レンズ５３は無限遠系レンズである。これにより、無限遠補正光学系となり、結像レンズ５３と対物レンズ３３の間の光が平行光束となる。従って、結像レンズ５３と対物レンズ３３との間が、所定の光路長となるように配置されている。
【００４０】
この結像レンズ５３の光軸上には、ミラー５４が配置されている。ミラー５４は対物レンズ３３の側面近傍に配置される。ミラー５４はＹ軸から４５°傾斜して配置されている。従って、結像レンズ５３から＋Ｙ方向に出射した照明光が、＋Ｚ方向に反射される。ミラー５４で反射された照明光は、ミラー５５に入射する。ミラー５５は、Ｚ軸から４５°傾斜して配置されている。従って、ミラー５５は入射した照明光を、＋Ｙ方向に反射する。ミラー５５により反射された照明光は、ミラー５６に入射する。ミラー５６はＹ軸から４５°傾斜して配置されている。ミラー５６は、対物レンズ３３の光軸上に配置されている。すなわち、ミラー５６は対物レンズ３３の上方に配置されている。そして、ミラー５５にから入射した入射光は、ミラー５６で−Ｚ方向に反射される。すなわち、ミラー５６は内壁面の方向に照明光を反射する。これにより、照明光が、対物レンズ３３に入射する。対物レンズ３３は、照明光をシリンダ２２の内壁面に集光する。また、内壁面で反射された反射光も同様の光路で伝播していく。
【００４１】
ここでミラーホルダ５２の先端下方には、対物レンズ３３を取り付けるため、凹部が設けられている。従って、結像レンズ５３の光軸の延長線上に対物レンズ３３が配置される。具体的には、ミラーホルダ５２の先端側には、対物レンズ３３を設けるための凹部が形成されている。この凹部は、ミラーホルダ５２の下側に形成されている。従って、ミラーホルダ５２は先端側が細くなるよう加工されている。すなわち、ミラーホルダ５２は、先端側の高さが低くなっており、先端側の断面が円形ではなくなっている。対物レンズ３３はこの凹部の分だけ上側に配置される。すなわち、Ｚ方向においてレンズホルダ５１の上端に対物レンズ３３を近づけることができる。これにより、挿入部分の高さＡ、すなわち、対物レンズ３３の下端から、レンズホルダ５１の上端までの高さＡを低くすることができる。
【００４２】
ここで、結像レンズ５３の光軸の延長線上に対物レンズ３３が配置される。すなわち、結像レンズ５３は、対物レンズ３３の側面に向かって照明光を出射する。ここで、対物レンズ３３の側面と結像レンズ５３の間にはミラー５４が配置されている。すなわち、対物レンズ３３の側面側には、ミラー５４が配設されている。結像レンズ５３と対物レンズ３３の間において、結像レンズ５３の光軸上には、ミラー５４が配置される。このミラー５４は、対物レンズ３３の側面から−Ｙ方向に延長した延長線上に配置される。すなわち、ミラー５４は円筒状の対物レンズ３３の側面の一部からシリンダ２２の軸方向に延びた延長線上に配置される。ここで、ミラー５４はＺ方向において、対物レンズ３３の出射側の端面から結像レンズ５３の上端の間に配置されている。
【００４３】
ここで、高さＡは、例えば、７０ｍｍ程度である。ミラーホルダ５２の上端とレンズホルダ５１の上端の位置が一致する場合、ミラーホルダ５２の対物レンズ３３が設けられている部分の高さは、約２５ｍｍである。これにより、焦点合わせのため、ステージ１３を鉛直方向に駆動した場合でも、内径が８０ｍｍのシリンダ２２の内壁面を観察することができる。
【００４４】
図４（ａ）に示す構成のレンズホルダ５１に、図３で示すようミラー４４で反射された照明光がリレーレンズ４９を介して入射される。すなわち、レンズホルダ５１の中心軸上に、ミラー４４、及びリレーレンズ４９が配置される。そして、上述のとおり、対物レンズ３３によって内壁面を照明する。
【００４５】
一方、図４（ｂ）に示す従来の顕微鏡では、ミラーホルダ５２に１つのミラー５４が設けられている。図４（ｂ）に示す顕微鏡では、結像レンズ５３から出射された照明光がミラー５４によって鉛直下方に反射されて、対物レンズ３３に入射する。この構成では、結像レンズ５３の光軸から対物レンズの下端までのＺ方向における距離が長くなってしまう。さらに、結像レンズ５３とレンズホルダ５１の間には一定のクリアランスを設ける必要があるため、結像レンズ５３の径によってレンズホルダ５１の大きさが制限されている。従って、ミラー５４の上端とレンズホルダ５１とのＺ方向における間隔を図４（ａ）の構成と比べて広くする必要がある。すなわち、対物レンズ３３の下端からレンズホルダ５１の上端までの高さＢは高さＡに比べて大きくなる。換言すると、図４（ａ）に示す構成を採用することによって、高さＡを小さくすることができる。
【００４６】
ここで、同じ対物レンズ３３及び結像レンズ５３を使用した場合、図４（ａ）に示す構成では観察可能なシリンダ内径を、図４（ｂ）に示す構成よりも、例えば１０ｍｍ程度狭くすることができる。具体的には、対物レンズ３３の下端からミラーホルダ５２の上端までの高さＢが、約８０ｍｍとなってしまう。従って、焦点合わせを行うためのステージ１３の駆動を考慮すると、観察可能なシリンダ２２の径は約９０ｍｍとなってしまう。従って、観察可能なシリンダ２２の最小径を約１０ｍｍ小さくすることができる。これにより、内径が小さい孔の内部を観察することができる。さらに、高ＮＡ、高倍率の対物レンズを用いることができるため、より微細な観察をすることができる。結像レンズ５３と対物レンズ３３とで無限遠系レンズを構成することで、簡易な構成で微細な観察を行なうことができる。
【００４７】
対物レンズ３３に高ＮＡ、高倍率のものを使用すると、ワーキングディスタンスが短くなる。そのため、対物レンズ３３を挿入方向と平行に配置することが困難になる。従って、高ＮＡ、高倍率の対物レンズ３３を使用すると、図４（ａ）に示すように対物レンズ３３を挿入方向から傾けて配置する必要がある。また、対物レンズ３３及び結像レンズ５３を無限遠系レンズにすると、対物レンズ３３と結像レンズ５３との間の光路長を所定の長さに設定する必要がある。従って、シリンダ２２の奥側を観察するためには、結像レンズ５３をシリンダ２２内に挿入する必要がある。対物レンズ３３が挿入方向と垂直に配置される構成では、結像レンズ５３を孔内に挿入すると、対物レンズ３３の長さ及び結像レンズ５３の径によって挿入可能なシリンダ径が制限されてしまう。しかしながら、図４（ａ）に示す構成を採用することによって、狭い径のシリンダに対して対物レンズ及び結像レンズを挿入することができる。これにより、内径が小さいのシリンダの内壁面を観察することができる。この構成は、焦点合わせのため、Ｚ方向に対物レンズ３３と内壁面との相対距離を変化させるコンフォーカル光学系に好適である。
【００４８】
なお、ミラーホルダ５２内に配設されるミラーの配置を図４に示すものに限られるものではない。ここで、内径が小さい孔の内部を観察するための別のミラー配置について図５を用いて説明する。図５（ａ）、図５（ｂ）、及び図５（ｃ）は、それぞれ、別のミラー配置を模式的に示す側面図である。なお、図４で示した構成と同様の構成については、説明を省略する。
【００４９】
図５（ａ）では、結像レンズ５３と対物レンズ３３との間に、２つのミラー５４及びミラー５６が設けられている。ここで、ミラー５４は、結像レンズ５３から出射された照明光をミラー５６の方向に反射する。ここで、ミラー５４に対する照明光の入射角が、４５°よりも広い角度となっている。従って、反射光はＺ軸とＹ軸との間の方向に伝播していく。そして、ミラー５６を対物レンズ３３の光軸上に配置している。これにより、ミラーを２つにすることができるため、ミラー数を減らすことができる。なお、ミラー５４は、対物レンズ３３の側面側に配置する。すなわち、対物レンズ３３側面から挿入方向に延長した延長線上に対物レンズを配置することが好ましい。これにより、より小さい孔の内壁面を観察することができる。
【００５０】
図５（ｂ）では、結像レンズ５３の対物レンズ３３との間に、３つのミラー５４、ミラー５５、及びミラー５６が配設されている。ここで、図５（ｂ）に示す構成では、ミラー５４及びミラー５５に対する照明光の入射角度が４５°よりも小さくなっている。従って、ミラー５４とミラー５５の間の照明光は、Ｚ軸とＹ軸との間の方向に沿って伝播する。なお、ミラー５４は、対物レンズ３３の側面側に配置する。すなわち、対物レンズ３３側面から挿入方向に延長した延長線上にミラー５４を配置することが好ましい。この構成では、ミラー５４及びミラー５５の径を小さくすることができる。
【００５１】
図５（ｃ）では、結像レンズ５３がＺ方向に沿って配置されている。結像レンズ５３は、−Ｚ方向に照明光を出射する。そして、結像レンズ５３の光軸上には、ミラー５４が配置されている。ミラー５４は結像レンズ５３から出射された照明光をミラー５６の方向に反射する。ミラー５６は対物レンズ３３の光軸上に配置されている。そして、ミラー５６は照明光を対物レンズ３３の方向に反射する。この構成は、シリンダ２２の開口近辺を観察する場合に好適である。この構成では、ミラー５４及びミラー５６の径を大きくすることなく、ミラー数を低減することができる。
【００５２】
上記の顕微鏡１００で観察することによって、シリンダブロック２１を検査することができる。なお、上記の説明では、本実施の形態にかかる顕微鏡１００でシリンダ２２の内壁を観察する場合について説明したが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、上記の顕微鏡１００によって、試料に設けられた孔の内壁面を観察することができる。これにより、孔の内径が小さい試料であっても内壁面を観察することができる。
【００５３】
なお、上記の説明では、対物レンズ３３を鉛直下方に設置したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、鉛直上方に設置してもよい。さらには、対物レンズ３３を水平方向や斜め方向に配置してもよい。これらの場合であっても、同様の効果を得ることができる。さらに、シリンダの内壁面全体を観察するため、対物レンズ３３、ミラーホルダ５２、及び、レンズホルダ５１をＹ軸を回転軸として回転させてもよい。この場合、例えば、結像レンズ５３の光軸、すなわち、レンズホルダ５１の中心軸を回転軸とすることができる。
【００５４】
なお、本実施の形態にかかる顕微鏡の光学系は、図３で示したコンフォーカル光学系に限られるものではない。もちろん、コンフォーカル光学系のみのらず、ノンコンフォーカル光学系に対して、図４に示す構成を用いることも可能である。なお、レンズホルダ５１、ミラーホルダ５２、及び支持体３５等は、別々の部品によって構成してもよく、１つの部品によって構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明にかかる顕微鏡の全体構成を示す側面図である。
【図２】本発明にかかる顕微鏡で観察されるシリンダブロックの構成を示す正面図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる顕微鏡の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１及び従来の顕微鏡に用いられるレンズホルダ及びミラーホルダ近傍の構成を示す図である。
【図５】実施形態１と異なる形態の顕微鏡の対物レンズ周辺の構成を模式的に示す側面断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０  ベース、１１  Ｚガイド、１２  コンフォーカル光学系、１３  ステージ、
１４  台座ブロック、２１  シリンダブロック、２２  シリンダ、
３５  支持部、４１  光源、４２  シリンドリカルレンズ、４３  ＰＢＳ、
４４  ミラー、４６  検出器、４７  レンズ、４８  レンズ、４９  リレーレンズ、
５１  レンズホルダ、５２  ミラーホルダ、５３  結像レンズ、５４  ミラー、
５５  ミラー、５６  ミラー、１００  顕微鏡
【図１】
2007183380.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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