JP2002303513A

JP2002303513A - 観測装置

Info

Publication number: JP2002303513A
Application number: JP2001159787A
Authority: JP
Inventors: Moritoshi Ando; 護俊安藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2001-01-30
Filing date: 2001-05-29
Publication date: 2002-10-18

Abstract

(57)【要約】【課題】観測対象物およびその周辺部分が高温で発光し
ており、減光フィルタを使用した観測対象物の目視によ
る形状観測が困難な場合においても、観測対象物の形状
観測を行うことができるようにした観測装置を提供す
る。【解決手段】ＣＺ法で成長中の結晶４について、同一面
ないし略同一面について、０°方向の偏光による画像、
４５°方向の偏光による画像、９０°方向の偏光による
画像を取得し、偏光特性の傾きを算出して結晶４の表面
の傾きを求め、結晶４の形状観測可能な明るさ画像を作
成して表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、観測対象物の画像
を得ることにより観測対象物の形状観測を行う観測装
置、および、観測対象物の画像を得ることにより観測対
象物の温度分布観測を行う観測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、単結晶製造法の一種として、ＣＺ
（Ｃzochralski）法が知られている。ＣＺ法は、坩堝に
入れた結晶素材を加熱して熔解液とし、単結晶の種結晶
を上から垂らして結晶素材の熔解液に漬け、ゆっくり回
転させながら引き上げることにより単結晶を成長させる
という方法であり、シリコンや光学結晶などの単結晶を
製造する場合に使用されている。

【０００３】図２３は光学結晶の一種であるＬiＴaＯ₃
の単結晶をＣＺ法で製造する場合を説明するための概略
的部分斜視図である。図２３中、１は坩堝、２は結晶素
材の熔解液、３は種結晶、４は成長中の結晶を示してい
るが、通常は、成長中の結晶４の上部から四方に４本の
凸状部５〜８が発生する。このような凸状部５〜８が発
生する場合には、成長中の結晶４が単結晶として順調に
成長していることが分かっている。

【０００４】しかし、時には、成長中の結晶４に正常な
凸状部５〜８のほかに、通常では発生しない異常な凸状
部、例えば、図２４に示すような凸状部９、１０が発生
することがある。このように通常では発生しない異常な
凸状部９、１０が発生した場合、成長中の結晶４が双晶
化していることが分かっている。したがって、凸状部
９、１０のような通常では発生しない異常な凸状部が発
生した場合には、結晶４は使用することができないもの
となっているので、以後の結晶成長を中止する必要があ
る。

【０００５】そこで、ＬiＴaＯ₃の単結晶をＣＺ法で製
造する場合には、周期的に炉の外部から成長中の結晶４
を観測する必要があるが、結晶４の温度は１７００°Ｋ
の高温となっており、結晶４や炉の内壁が自ら発光して
いる。この発光は強度が強く、赤外線を含んでいるた
め、肉眼で直接、炉内部の成長中の結晶４を観測するこ
とができない。

【０００６】ここで、物体が高温になると発光する現象
は、黒体輻射として知られており、そのピーク波長は、
物体の温度（°Ｋ）×波長（μｍ）＝２８９８から求め
ることができ、物体温度が１７００°Ｋの場合には、
１.５μｍである。図２５は物体温度が１７００°Ｋの
場合の発光波長と発光強度の関係を示す図であり、発光
波長がピーク波長である１.５μｍよりも短くなると、
発光強度が弱くなる傾向にあることがわかる。

【０００７】そこで、ＬiＴaＯ₃の単結晶をＣＺ法で製
造する場合には、図２４に示すように、緑ないし青色の
濃い減光フィルタ１１を使用して、目視により、炉の内
部の成長中の結晶４を観測することが行われていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、減光フィルタ
１１を使用した目視による観測では、成長中の結晶４の
形状を明るさの変化として観測することになるが、炉の
内部では、成長中の結晶４と周辺部分との温度差が極め
て小さく、また、成長中の結晶４の表面温度は場所によ
る温度差が殆どないため、成長中の結晶４の形状を正確
に観測することが難しいという問題点があった。

【０００９】また、炉内の温度は、炉内の断熱材、加熱
用コイルに加える電力、坩堝の大きさ、結晶４の大きさ
等の様々な要因が影響しあっている。結晶４を成長させ
る場合には、熔解液２の温度や、結晶４の温度分布を計
測し、適正な温度となっていることを確認する必要があ
るが、結晶４のような高温の固体の温度計測は熱電対の
ような接触式のセンサを使うことができないので、放射
温度計のような非接触方式の温度計を用いて温度計測が
行われている。

【００１０】しかし、放射温度計による温度計測では、
結晶４の表面で反射された光と結晶４が放射する光を合
算した光を観測することになるため、結晶４の正確な温
度分布観測を行うことができないという問題点があっ
た。また、炉壁に設けられた観測窓に汚れがある場合に
も、結晶４の正確な温度計測を行うことができないとい
う問題点があった。

【００１１】本発明は、かかる点に鑑み、観測対象物お
よびその周辺部分が高温で発光しており、減光フィルタ
を使用した観測対象物の目視による形状観測が困難な場
合においても、観測対象物の形状観測を行うことができ
るようにした観測装置、および、観測対象物およびその
周辺部分が高温で発光している場合においても、観測対
象物の正確な温度分布観測を行うことができるようにし
た観測装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明中、第１発明の観
測装置は、観測対象物の偏光方向の異なる偏光による複
数の画像を取得するための撮像手段と、この撮像手段に
より取得した複数の画像を処理して観測対象物の明るさ
画像を作成する画像処理手段と、この画像処理手段によ
り作成された観測対象物の明るさ画像を表示する画像表
示手段を有するというものである。

【００１３】第１発明によれば、観測対象物の偏光方向
の異なる偏光による複数の画像を処理して観測対象物の
明るさ画像を作成し、これを表示することができるの
で、観測対象物およびその周辺部分が高温で発光してお
り、減光フィルタを使用した観測対象物の目視による形
状観測が困難な場合においても、観測対象物の形状観測
可能な明るさ画像を得ることができる。

【００１４】本発明中、第２発明の観測装置は、観測対
象物からの光を観測対象物の表面で反射した光と観測対
象物が放射した光とに分離する光分離手段を有するとい
うものである。

【００１５】第２発明によれば、光分離手段により分離
された観測対象物が放射した光に含まれる近接した２個
の波長の光による観測対象物の同一ラインの２個のライ
ン画像を得るようにする場合には、観測対象物およびそ
の周辺部分が高温で発光している場合であっても、２色
法による物体の温度計測法を実行することができるの
で、観測対象物の温度分布観測を行うことができる。

【００１６】なお、光分離手段により分離された観測対
象物で反射した光による観測対象物の２次元画像を得る
ようにする場合には、観測対象物およびその周辺部分が
高温で発光しており、減光フィルタを使用した観測対象
物の目視による形状観測が困難な場合においても、観測
対象物の形状観測を行うことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図２２を参照して、
第１発明の第１実施形態〜第３実施形態および第２発明
の第１実施形態〜第３実施形態について、ＬiＴaＯ₃の
単結晶をＣＺ法で製造する場合に使用する観測装置を例
にして説明する。なお、図１、図２、図１１〜図１８、
図２０〜図２２において、図２３、図２４に対応する部
分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。

【００１８】（第１発明の第１実施形態・・図１〜図１
２）図１は第１発明の第１実施形態の概念図である。図
１中、１２、１３、１４は観測対象物である右周りに回
転させながら引き上げている成長中の結晶４の同一面な
いし略同一面を時間をずらして結晶４から見て同一方向
および同一距離から同一倍率で、かつ、異なる偏光方向
の偏光により撮像するための撮像手段である。

【００１９】撮像手段１２は、垂直方向（以下、９０°
方向という）の偏光による結晶４の画像を取得するため
のものであり、１５は光軸、１６は減光フィルタ、１７
は透過軸（偏光子に仮想した軸であり、偏光子を透過し
た光の偏光方向に平行な軸をいう）を光軸１５に直交す
る面上で９０°方向とする偏光子、１８はテレビカメラ
である。なお、減光フィルタ１６および偏光子１７はテ
レビカメラ１８に取り付けられる。

【００２０】撮像手段１３は、水平方向に対して４５°
方向（以下、４５°方向という）の偏光による結晶４の
画像を取得するためのものであり、１９は光軸、２０は
減光フィルタ、２１は透過軸を光軸１９に直交する面上
で４５°方向とする偏光子、２２はテレビカメラ１８と
同一倍率のテレビカメラである。なお、減光フィルタ２
０および偏光子２１はテレビカメラ２２に取り付けられ
る。

【００２１】撮像手段１４は、水平方向（以下、０°方
向という）の偏光による結晶４の画像を取得するための
ものであり、２３は光軸、２４は減光フィルタ、２５は
透過軸を光軸２３に直交する面上で０°方向とする偏光
子、２６はテレビカメラ１８と同一倍率のテレビカメラ
である。なお、減光フィルタ２４および偏光子２５はテ
レビカメラ２６に取り付けられる。

【００２２】また、２７はテレビカメラ１８が撮像した
画像を蓄積する画像蓄積手段、２８はテレビカメラ２２
が撮像した画像を蓄積する画像蓄積手段、２９はテレビ
カメラ２６が撮像した画像を蓄積する画像蓄積手段であ
る。

【００２３】また、３０は画像蓄積手段２７、２８、２
９から画像を読み出して、成長中の結晶４の明るさ画像
を作成する画像処理手段、３１は画像処理手段３０が作
成した画像を表示する画像表示手段である。

【００２４】図２は撮像手段１２、１３、１４の配置例
を示す図であり、図２Ａは概略的平面図、図２Ｂ、図２
Ｃおよび図２Ｄは概略的側面図である。図２中、Ａは結
晶４上の点であり、Ａ点は、結晶４が右周りに回転する
ことにより、Ａ点を含む平面座標上のＢ１点、Ｂ２点お
よびＢ３点を順に通過することになる。Ｐは結晶４の回
転中心である。

【００２５】そこで、例えば、Ａ点を画面中央とする画
像を得ようとする場合には、撮像手段１２は、例えば、
光軸１５がＢ１点を含み、光軸１５と平面座標上のＰ−
Ｑ１線とが角度αをなし、光軸１５と水平方向とが角度
βをなし、かつ、前端部１２ＡがＢ１点から距離Ｌにあ
るように配置される。

【００２６】撮像手段１３は、例えば、光軸１９がＢ２
点を含み、光軸１９と平面座標上のＰ−Ｑ２線とが角度
αをなし、光軸１９と水平方向とが角度βをなし、か
つ、前端部１３ＡがＢ２点から距離Ｌにあるように配置
される。

【００２７】撮像手段１４は、例えば、光軸２３がＢ３
点を含み、光軸２３と平面座標上のＰ−Ｑ３線とが角度
αをなし、光軸２３と水平方向とが角度βをなし、か
つ、前端部１４ＡがＢ３点から距離Ｌにあるように配置
される。

【００２８】このように、撮像手段１２、１３、１４
は、観測対象物である回転しながら成長する結晶４の同
一面ないし略同一面を時間をずらして結晶４から見て同
一方向、同一距離から同一倍率で撮像できるように配置
される。なお、撮像手段１２、１３、１４により、結晶
４の同一面ないし略同一面を時間をずらして結晶４から
見て同一方向から撮像する場合には、撮像手段１２、１
３、１４の結晶４に対する観測方向は異なっているが、
結晶４の周辺部分から結晶４に入射する光は均等とみる
ことができるので、観測条件は同じである。

【００２９】このように構成された第１発明の第１実施
形態においては、偏光方向を９０°方向とする偏光によ
る結晶４の画像がテレビカメラ１６により取得され、偏
光方向を４５°方向とする偏光による結晶４の画像がテ
レビカメラ２２により取得され、偏光方向を０°方向と
する偏光による結晶４の画像がテレビカメラ２６により
取得される。

【００３０】そして、テレビカメラ１６により取得され
た画像は画像蓄積手段２７に蓄積され、テレビカメラ２
２により取得された画像は画像蓄積手段２８に蓄積さ
れ、テレビカメラ２６により取得された画像は画像蓄積
手段２９に蓄積される。

【００３１】その後、画像蓄積手段２７、２８、２９か
ら結晶４の同一面ないし略同一面を撮像した画像が読み
出され、画像処理手段３０により結晶４の表面の傾きが
計算され、形状観測可能な明るさ画像が作成され、画像
表示手段３１に表示される。

【００３２】ここで、図３は高温の球体から放射される
発光の偏光状態を説明するための概略的斜視図である。
高温の球体３２から放射される発光は、観測方向と球面
の法線との角度が小さいときには出射面に平行な偏光
（ｐ）と垂直な偏光（ｓ）とが含まれることになり、観
測方向と球面の法線との角度が大きいほど、出射面に平
行な偏光（ｐ）の割合の方が出射面に垂直な偏光（ｓ）
の割合より大きいものとなる。なお、出射面が観測方向
に平行な球体３２上の大円（ｕ）の半径方向に一致しな
い場合には、出射面の水平方向に対する角度だけ傾いた
偏光が得られることになる。

【００３３】また、図４は誘電体の板にランダム偏光を
入射した場合の反射光の偏光状態を説明するための概略
的斜視図であり、誘電体の板３３にランダム偏光３４を
入射すると、反射光３５は、反射面に平行な偏光（ｓ）
と入射面に平行な偏光（ｐ）を含むことになる。なお、
図５は誘電体の板３３に入射する反射面に平行な偏光
（ｓ）および入射面に平行な偏光（ｐ）の入射角と反射
率の関係を示している。

【００３４】したがって、図６に示すように、誘電体の
球体３６にランダム偏光が入射すると、反射光は、反射
面に平行な偏光（ｓ）および入射面に平行な偏光（ｐ）
を含むことになるが、観測方向を一定とし、誘電体の球
体３６への入射角を変化させると、反射面に平行な偏光
（ｓ）の反射率と入射面に平行な偏光（ｐ）の反射率が
変化することになる。また、観測方向に対し直交方向へ
入射点が回転した場合には、偏光の比は一定で、その回
転角が変化することになる。

【００３５】そこで、高温で発光する誘電体の球体を観
測した場合、観測される偏光は、反射光の偏光と発光の
偏光を合成した偏光となるが、結晶４の表面の或る場所
からの反射光が、ブリュースターの条件を満たし、反射
面に平行な直線偏光となっている場合がある。ここで、
例えば、反射面に平行な直線偏光が、図７Ａに示すよう
に水平方向の直線偏光である場合、結晶４の発光は、図
７Ｂに示すように水平方向の偏光と垂直方向の偏光を含
むことになるので、観測される偏光は、図７Ｃに示すよ
うな両者を合算した成分を持つ偏光になる。

【００３６】図８は偏光子を介して観測される偏光特性
を説明するための図であり、もし、図８Ａに示すよう
に、反射面に平行な偏光（ｓ）と入射面に平行な偏光
（ｐ）の偏光強度が等しければ、偏光子を介して観測さ
れる偏光強度は、破線３７で示すように、偏光子の透過
軸の方向３８の角度にかかわらず、一定となる。しか
し、図８Ｂに示すように、反射面と平行な偏光（ｓ）と
入射面に平行な偏光（ｐ）の偏光強度が異なる場合に
は、偏光子を介して観測される偏光強度は、破線３９で
示すようなものとなる。

【００３７】ここで、図８に示すように、反射面に平行
な偏光（ｓ）と入射面に平行な偏光（ｐ）の偏光強度が
異なる場合において、反射面が水平方向に対して傾いて
いると、偏光子を介して観測される偏光特性は回転する
ことになる。例えば、図９に示すように、反射面が水平
方向に対して角度θだけ傾いている場合、偏光子を介し
て観測される偏光特性は、破線４０で示すように、図８
に示す偏光特性を角度θだけ傾けたものとなる。このこ
とから、偏光子を介して観測される偏光特性を観測すれ
ば、高温で発光する誘電体の球体における反射面の角度
が分かることになる。

【００３８】図１０は偏光特性と反射面の傾きの関係を
説明するための図であり、反射面に平行な偏光（ｓ）の
電気ベクトルをＱ、入射面に平行な偏光（ｐ）の電気ベ
クトルをＰ、透過軸を０°方向とする偏光子を介して観
測される偏光の強度をＩ₀、透過軸を４５°方向とする
偏光子を介して観測される偏光の強度をＩ₄₅、透過軸を
９０°方向とする偏光子を介して観測される偏光の強度
をＩ₉₀とし、ストロークパラメータＳ₀、Ｓ₁、Ｓ₂を
それぞれ、Ｓ₀＝Ｉ₀＋Ｉ₉₀、Ｓ₁＝２Ｉ₀−Ｓ₀、Ｓ
₂＝２Ｉ₄₅−Ｉ₀と定義すると、数１が成立する。

【００３９】

【数１】

【００４０】したがって、高温で発光する誘電体の球体
の場合、透過軸を０°方向とする偏光子を介して観測さ
れる偏光強度Ｉ₀と、透過軸を４５°方向とする偏光子
を介して観測される偏光強度Ｉ₄₅と、透過軸を９０°方
向とする偏光子を介して観測される偏光強度Ｉ₉₀を観測
し、ストロークパラメータＳ₀、Ｓ₁、Ｓ₂を求める
と、反射面の傾き（θ）は、θ＝１／２・ｔａｎ^-1（Ｓ
₂／Ｓ₁）で算出することができることになる。

【００４１】ここで、第１発明の第１実施形態によれ
ば、結晶４の同一面ないし略同一面を時間をずらして同
一方向、同一距離から同一倍率で撮像し、結晶４の同一
面ないし略同一面について、９０°方向の偏光による画
像、４５°方向の偏光による画像、０°方向の偏光によ
る画像を取得することができる。

【００４２】例えば、図１１Ａは結晶４の或る面を撮像
した画像であり、図１１Ａはテレビカメラ１８で撮像し
た９０°方向の偏光による画像、図１１Ｂはテレビカメ
ラ２２で撮像した４５°方向の偏光による画像、図１１
Ｃはテレビカメラ２６で撮像した０°方向の偏光による
画像である。

【００４３】ここで、結晶４や結晶素材の熔解液２で反
射せずに周辺部分から直接、撮像手段１２、１３、１４
に入射する光はランダム偏光であるので、テレビカメラ
１８、２２、２６では同じ強度の画像となる。また、結
晶素材の熔解液２の表面は水平面であるので、一定の偏
光を有している。また、結晶４の表面は偏光を有してい
るが方向によって偏光の程度が異なる。

【００４４】そこで、第１発明の第１実施形態では、直
線偏光が観測された点は、結晶４あるいは熔解液２の表
面であるので、このような点から得られる３方向の偏光
の強度Ｉ₀、Ｉ₄₅、Ｉ₉₀に基づいて、ストロークパラメ
ータＳ₀、Ｓ₁、Ｓ₂を求めることにより、結晶４の表
面の角度を算出するという処理を行う。

【００４５】したがって、第１発明の第１実施形態によ
れば、結晶４およびその周辺部分が高温で発光してお
り、減光フィルタを使用した結晶４の目視による形状観
測が困難な場合においても、結晶４の形状観測可能な明
るさ画像を得ることができるので、結晶４の形状観測を
行うことができる。

【００４６】なお、結晶４の同一面ないし略同一面につ
いて、０°方向の偏光による画像、４５°方向の偏光に
よる画像および９０°方向の偏光による画像をそれぞれ
複数取得し、それぞれ平均化処理を行うようにする場合
には、０°方向の偏光による画像、４５°方向の偏光に
よる画像および９０°方向の偏光による画像について、
Ｓ／Ｎ比の良好な画像を得ることができ、結晶４の表面
の角度を高精度に算出することができる。

【００４７】また、図１２に示すように、画像表示手段
３１の表示面４２に結晶４の回転角が９０°ずつ異なる
明るさ画像４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄを同時に表
示するようにしても良く、このようにする場合には、結
晶４の全周囲を同時に観測することができる。

【００４８】（第１発明の第２実施形態・・図１３）図
１３は第１発明の第２実施形態の概念図である。図１３
中、４４はテレビカメラ、４５は回転可能な偏光子、４
６は偏光子４５を回転させるモータ、４７は偏光子の回
転角を検出する回転エンコーダである。

【００４９】また、４８は偏光子４５の回転角が予め決
められた角度、例えば、水平方向に対して、０°、４５
°、９０°、１８０°、２２５°、２７０°の角度でタ
イミング信号を出力するタイミング信号作成手段であ
り、テレビカメラ４４は、撮像タイミング信号が出力さ
れたタイミングで撮像を行うようにされている。

【００５０】また、４９はテレビカメラ４４が撮像した
画像を蓄積する画像蓄積手段、５０は画像蓄積手段４９
から画像を読み出して、第１発明の第１実施形態の場合
と同様の処理を行い成長中の結晶４の明るさ画像を作成
する画像処理手段、５１は画像処理手段５０が作成した
画像を表示する画像表示手段である。

【００５１】第１発明の第２実施形態においても、結晶
４の同一面ないし略同一面を時間をずらして同一方向、
同一距離から同一倍率で撮像し、結晶４の同一面ないし
略同一面について、０°方向の偏光による画像、４５°
方向の偏光による画像、９０°方向の偏光による画像を
取得することができる。

【００５２】したがって、第１発明の第２実施形態によ
っても、第１発明の第１実施形態と同様に、結晶４およ
びその周辺部分が高温で発光しており、減光フィルタを
使用した結晶４の目視による形状観測が困難な場合にお
いても、結晶４の形状観測可能な明るさ画像を得ること
ができるので、結晶４の形状観測を行うことができる。

【００５３】なお、第１発明の第２実施形態において
は、結晶４の一回転毎に偏光角の異なる画像が撮像され
ることになるが、結晶４の引き上げ速度は遅いので一回
転しても形状に大きな変化はない。

【００５４】（第１発明の第３実施形態・・図１４）図
１４は第１発明の第３実施形態の概念図である。図１４
中、５２はテレビカメラ、５３は左右に移動可能とされ
た偏光子板であり、５４は透過軸を９０°方向とする偏
光子、５５は透過軸を４５°方向とする偏光子、５６は
透過軸を０°方向とする偏光子である。

【００５５】また、５７はテレビカメラ５２が撮像した
画像を蓄積する画像蓄積手段、５８は画像蓄積手段５７
から画像を読み出して、第１発明の第１実施形態の場合
と同様の処理を行い成長中の結晶４の明るさ画像を作成
する画像処理手段、５９は画像処理手段５８が作成した
画像を表示する画像表示手段である。

【００５６】第１発明の第３実施形態においても、結晶
４の同一面ないし略同一面を時間をずらして同一方向、
同一距離から同一倍率で撮像し、結晶４の同一面ないし
略同一面について、０°方向の偏光による画像、４５°
方向の偏光による画像、９０°方向の偏光による画像を
取得することができる。

【００５７】したがって、第１発明の第３実施形態によ
っても、第１発明の第１実施形態と同様に、結晶４およ
びその周辺部分が高温で発光しており、減光フィルタを
使用した結晶４の目視による形状観測が困難な場合にお
いても、結晶４の形状観測可能な明るさ画像を得ること
ができるので、結晶４の形状観測を行うことができる。

【００５８】（第２発明の第１実施形態・・図１５）図
１５は第２発明の第１実施形態の概念図である。図１５
中、６０、６１は炉壁に設けられた二重の観測窓であ
り、６０は内側の観測窓、６１は外側の観測窓である。
なお、６２、６３は炉内のガスにより観測窓６０の炉内
側の面に付着した汚れを示している。

【００５９】また、６４は観測窓６０、６１を透過した
炉内からの光を集光して結晶４の画像を結像するための
結像レンズ、６５は透明なガラスからなるビームスプリ
ッタ、６５Ａはビームスプリッタ６５のガラス面の法線
である。

【００６０】ここで、可視光で結晶４を観測すると、炉
壁を光源として結晶４の表面で反射した光と結晶４が放
射した光とを合算した光を観測することになる。このと
き、炉壁を光源として結晶４の表面で反射した光は、図
１６Ａに示すように、反射面に平行な偏光（ｓ）が強
く、結晶４が放射する光は、図１６Ｂに示すように、入
射面に平行な偏光（ｐ）が強くなる。したがって、結晶
４の形状を観測するには、結晶４の表面で反射した光の
うち、ｓ方向の偏光を観測すれば良く、結晶４の温度を
観測するには、結晶４が放射する光のうち、ｐ方向の偏
光を観測すれば良いことになる。

【００６１】そこで、ビームスプリッタ６５は、そのガ
ラス面の法線方向が結晶４の回転軸６６と光学系の光軸
６７とが作る平面と平行になるように、かつ、そのガラ
ス面と観測角との角度がビームスプリッタ６５の材料か
ら求められるブリュースター角となるように配置する。
このようにすると、ビームスプリッタ６５で反射される
光は結晶４の表面で反射した光だけとなり、ビームスプ
リッタ６５を透過する光は結晶４が放射した光だけとな
る。なお、観測角度は、結晶４の表面で反射した光の水
平偏光成分が多くなるように、なるべく、低い方が望ま
しい。

【００６２】また、６８は２次元ＣＣＤセンサであり、
２次元ＣＣＤセンサ６８は、その撮像面にビームスプリ
ッタ６５で反射した光、すなわち、結晶４の表面で反射
した光による結晶４の画像が結像されるように配置され
る。結晶４の表面で反射した光の強度は結晶４の表面の
角度の影響を受けるため、このように２次元ＣＣＤセン
サ６８を設けると、２次元ＣＣＤセンサ６８で観測され
る光強度から結晶４の形状を計測することができる。

【００６３】また、６９はビームスプリッタ６５を透過
した光、すなわち、結晶４が放射した光のうち、ｐ方向
の光のみを通過させる偏光子、７０はカラーラインＣＣ
Ｄセンサであり、７０Ｒは赤色ライン画像用ラインＣＣ
Ｄセンサ、７０Ｇは緑色ライン画像用ラインＣＣＤセン
サ、７０Ｂは青色ライン画像用ラインＣＣＤセンサであ
る。

【００６４】図１７はカラーラインＣＣＤセンサ７０の
配置例を説明するための図である。カラーラインＣＣＤ
センサ７０は、結晶４の回転軸６６と光学系の光軸６７
とが作る平面７１と結晶４の表面が交わるライン７２が
観測ラインとなるように、例えば、緑色ライン画像用ラ
インＣＣＤセンサ７０Ｇのセンサ配列ラインの中心が平
面７１と平行かつ交わるように配置される。

【００６５】ここで、円錐形の結晶４が放射する光を観
測する場合、観測される結晶４の発光量は、観測方向と
観測ライン７２の法線７２Ａとが作る角度βに依存す
る。このため、結晶４の発光量は、結晶面の角度が分か
らないと決定できない。結晶４の結晶面の角度が簡単に
分かるのは、結晶４の回転軸６６と光軸６７とが作る平
面７１と結晶４の表面とが交わるライン７２上である。
このライン７２内にある結晶角度は結晶４の引き上げ速
度と結晶４の成長速度との比で決まるため、ほぼ一定で
ある。そこで、カラーラインＣＣＤセンサ７０は、結晶
上のライン７２が観測ラインとなるように配置されてい
る。

【００６６】図１８は第２発明の第１実施形態の動作を
説明するための図である。図１８Ａは成長中の結晶４な
どを示しており、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは種結晶３の４個の面
を示している。第２発明の第１実施形態では、カラーラ
インＣＣＤセンサ７０により、結晶４が所定角度回転す
るごとに、例えば、結晶４が２度回転するごとに結晶４
のライン画像が撮像される。

【００６７】図１８ＢはカラーラインＣＣＤセンサ７０
の出力画像を示しており、７３Ｒは赤色ライン画像用ラ
インＣＣＤセンサ７０Ｒの出力画像、７３Ｇを緑色ライ
ン画像用ラインＣＣＤセンサ７０Ｇの出力画像、７３Ｂ
は青色ライン画像用ラインＣＣＤセンサ７０Ｂの出力画
像である。

【００６８】青色ライン画像用ラインＣＣＤセンサ７０
Ｂの出力画像７３Ｂにおいて、７４は種結晶３の部分の
画像、７５は種結晶３と結晶４との間のネックの部分の
画像、７６は結晶４の部分の画像、Ａｖ、Ｂｖ、Ｃｖ、
Ｄｖは種結晶３のＡ面、Ｂ面、Ｃ面、Ｄ面の画像、５
ｖ、６ｖ、７ｖ、８ｖは凸状部５、６、７、８のライン
画像である。

【００６９】図１８Ｃは２次元ＣＣＤセンサ６８により
得られる２次元画像を示している。２次元ＣＣＤセンサ
６８により得られる２次元画像とカラーラインＣＣＤセ
ンサ７０により得られるライン画像とを対応させること
により、カラーラインＣＣＤセンサ７０が撮像した部分
（観測ライン）を知ることができる。

【００７０】したがって、カラーラインＣＣＤセンサ７
０により得られる赤色ライン画像、緑色ライン画像、青
色ライン画像のうち、２個のライン画像、例えば、緑色
ライン画像と青色ライン画像を使用して２色法による物
体の温度計測法を使用する場合には、結晶４の表面温度
を計測することができる。

【００７１】図１９は２色法による物体の温度計測法を
説明するための図であり、発光している物体の発光波長
と発光強度の関係を示している。物体の発光強度は物体
の温度が上昇すると増大する。また、近接した２つの発
光波長（λ１、λ２）と発光強度との関係（傾き角）は
温度によって変化する。そこで、２色の波長に対して観
測光の発光強度を求めて、その差から発光強度の傾き角
を求めると物体の温度が分かることになる。この温度計
測法では、波長依存性がない汚れであれば、汚れによる
光量減衰の影響を受けない温度観測が可能となる。

【００７２】なお、緑色ライン画像用ラインＣＣＤセン
サ７０Ｇと青色ライン画像用ラインＣＣＤセンサ７０Ｂ
の間隔は分かっているので、遅延を考慮することによ
り、正確に同一観測ラインの緑色ライン画像および青色
ライン画像を得ることは可能であるが、市販のカラーラ
インＣＣＤセンサは、緑色ライン画像用ラインＣＣＤセ
ンサと青色ライン画像用ラインＣＣＤセンサの間隔は数
十μｍ程度であるから、遅延を考慮しなくとも、同時に
撮像した緑色ライン画像と青色ライン画像を同一観測ラ
インの画像として取り扱っても問題はない。

【００７３】以上のように、第２発明の第１実施形態に
よれば、２次元ＣＣＤセンサ６８により得られる結晶４
の２次元画像から結晶４の形状を観測することができる
と共に、カラーラインＣＣＤセンサ７０により得られる
ライン画像を使用した２色法による物体の温度計測法を
実行することにより、結晶４の温度分布を観測すること
ができる。

【００７４】（第２発明の第２実施形態・・図２０）図
２０は第２発明の第２実施形態の概念図である。図２０
中、７７は偏光子６９を透過した光、すなわち、結晶４
が放射した光の中のｐ方向の偏光の中の特定の波長の偏
光だけを反射し、それ以外の偏光は透過する色分離フィ
ルタ、７８は色分離フィルタ７７で反射した光の波長に
近接した、かつ、２色法による物体の温度計測が可能な
波長の偏光のみを透過する波長フィルタである。

【００７５】また、７９は色分離フィルタ７７で反射し
た光による結晶４の画像が結像されるモノクロラインＣ
ＣＤセンサ、８０は波長フィルタ７８を透過した光によ
る結晶４の画像が結像されるモノクロラインＣＣＤセン
サである。

【００７６】すなわち、第２発明の第２実施形態は、図
１５に示す第２発明の第１実施形態が備えるカラーライ
ンＣＣＤセンサ７０の代わりに、色分離フィルタ７７と
波長フィルタ７８とモノクロラインＣＣＤセンサ７９、
８０を設け、その他については、図１５に示す第２発明
の第１実施形態と同様に構成したものである。

【００７７】モノクロラインＣＣＤセンサ７９、８０
は、結晶４の回転軸６６と光学系の光軸６７とが作る平
面と結晶４の表面とが交わるラインを観測ラインとして
ライン画像を得ることができるように配置され、これら
モノクロラインＣＣＤセンサ７９、８０により、結晶４
が所定角度回転するごとに、例えば、結晶４が２度回転
するごとに結晶４のライン画像が撮像される。

【００７８】したがって、第２発明の第２実施形態によ
れば、２次元ＣＣＤセンサ６８により得られる結晶４の
２次元画像から結晶４の形状を観測することができると
共に、モノクロラインＣＣＤセンサ７９、８０により得
られる２個のライン画像を使用した２色法による物体の
温度計測法を実行することにより、結晶４の温度分布を
観測することができる。

【００７９】また、色分離フィルタ７７および波長フィ
ルタ７８を使用して近接した２個の波長の光をモノクロ
ラインＣＣＤセンサ７９、８０に与えるようにしている
ので、第２発明の第１実施形態の場合よりも近接した２
個の波長の光を使用した２色法による物体の温度計測を
行うことができ、第２発明の第１実施形態よりも精度の
高い結晶４の温度分布観測を行うことができる。

【００８０】（第２発明の第３実施形態・・図２１）図
２１は第２発明の第３実施形態の概念図である。図２１
中、８１はカラーＴＶカメラであり、第２発明の第３実
施形態は、図１５に示す第２発明の第１実施形態が備え
るカラーラインＣＣＤセンサ７０の代わりに、カラーＴ
Ｖカメラ８１を設け、その他については、図１５に示す
第２発明の第１実施形態と同様に構成したものである。

【００８１】なお、カラーＴＶカメラ８１は、結晶４の
回転軸６６と光学系の光軸６７とが作る平面と結晶４の
表面とが交わるラインのカラーライン画像が２次元カラ
ー画像の中の一水平ライン画像として含まれるように配
置され、所定の時間間隔で撮像が行われる。

【００８２】したがって、第２発明の第３実施形態によ
れば、２次元ＣＣＤセンサ６８により得られる結晶４の
２次元画像から結晶４の形状を観測することができると
共に、カラーＴＶカメラ８１の出力画像のうち、結晶４
の回転軸６６と光学系の光軸６７とが作る平面と結晶４
の表面とが交わるラインを撮像している水平ライン画像
に含まれる、例えば、緑色ライン画像と青色ライン画像
を使用した２色法による物体の温度計測法を実行するこ
とにより、結晶４の温度分布観測を行うことができる。

【００８３】なお、カラーＴＶカメラ８１は、同一水平
ライン上に各色に対するセンサが配列されていることか
ら、結晶４の回転方向に対するセンサの位置の差が発生
しないので、第２発明の第３実施形態は、結晶４が低速
な回転をしている場合に使用して好適である。

【００８４】（第２発明の第４実施形態・・図２２）図
２２は第２発明の第４実施形態の概念図である。８２は
色分離フィルタ７７で反射された光による結晶４の画像
が結像されるモノクロＴＶカメラ、８３は波長フィルタ
７８を透過した光による結晶４の画像が結像されるモノ
クロＴＶカメラである。

【００８５】すなわち、第２発明の第４実施形態は、図
２０に示す第２発明の第２実施形態が備えるモノクロラ
インＣＣＤセンサ７９、８０の代わりに、モノクロＴＶ
カメラ８２、８３を設け、その他については、図２０に
示す第２発明の第２実施形態と同様に構成したものであ
る。

【００８６】モノクロＴＶカメラ８２、８３は、結晶４
の回転軸６６と光学系の光軸６７とが作る平面と結晶４
の表面とが交わるラインのライン画像が２次元画像の中
の一水平ライン画像として含まれるように配置され、結
晶４が所定角度回転するごとに撮像が行われる。

【００８７】したがって、第２発明の第４実施形態によ
れば、２次元ＣＣＤセンサ６８により得られる結晶４の
２次元画像から結晶４の形状を観測することができると
共に、モノクロＴＶカメラ８２、８３の出力画像のう
ち、結晶４の回転軸６６と光学系の光軸６７とが作る平
面と結晶４の表面とが交わるラインのライン画像を使用
した２色法による物体の温度計測法を実行することによ
り、結晶４の温度分布観測を行うことができる。

【００８８】また、色分離フィルタ７７および波長フィ
ルタ７８を使用して近接した波長の光をモノクロライン
ＣＣＤセンサ７９、８０に与えるようにしているので、
図２１に示す第２発明の第３実施形態の場合よりも近接
した２個の波長の光を使用した２色法による物体の温度
計測を行うことができ、図２０に示す第２発明の第２実
施形態よりも精度の高い結晶４の温度観測を行うことが
できる。

【００８９】また、モノクロＴＶカメラ８２、８３を使
用しているので、多数の水平ラインのうち、結晶４の回
転軸６６と光学系の光軸６７とが作る平面と結晶４の表
面とが交わるラインを撮像した水平ラインの画像を使用
すれば足りるので、結晶４の回転方向の機械的な位置合
わせは不要となる。

【００９０】

【発明の効果】以上のように、本発明中、第１発明によ
れば、観測対象物およびその周辺部分が高温で発光して
おり、減光フィルタを使用した観測対象物の目視による
形状観測が困難な場合においても、観測対象物の形状観
測可能な明るさ画像を得ることができるので、観測対象
物の形状観測を行うことができる。

【００９１】本発明中、第２発明によれば、光分離手段
により分離された観測対象物が放射する光に含まれる近
接した２個の波長の光による観測対象物の同一ラインの
２個のライン画像を得るようにする場合には、観測対象
物およびその周辺部分が高温で発光している場合であっ
ても、２色法による物体の温度計測法を実行することが
できるので、観測対象物の温度分布観測を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１発明の第１実施形態の概念図である。

【図２】第１発明の第１実施形態が備える撮像手段の配
置例を示す図である。

【図３】高温の球体から放射される発光の偏光状態を説
明するための概略的斜視図である。

【図４】誘電体の板にランダム偏光を入射した場合の反
射光の偏光状態を説明するための概略的斜視図である。

【図５】誘電体の板に入射する反射面に平行な偏光およ
び入射面に平行な偏光の入射角と反射率の関係を示す図
である。

【図６】誘電体の球体からの反射光の偏光状態を説明す
るための図である。

【図７】偏光の合成例を説明するための図である。

【図８】偏光子を介して観測される偏光特性を説明する
ための図である。

【図９】偏光子を介して観測される偏光特性を説明する
ための図である。

【図１０】偏光特性と反射面の傾きの関係を説明するた
めの図である。

【図１１】第１発明の第１実施形態により得ることがで
きる画像例を示す図である。

【図１２】画像表示手段への画像表示例を示す図であ
る。

【図１３】第１発明の第２実施形態の概念図である。

【図１４】第１発明の第３実施形態の概念図である。

【図１５】第２発明の第１実施形態の概念図である。

【図１６】結晶４からの光の性質を説明するための図で
ある。

【図１７】第２発明の第１実施形態が備えるカラーライ
ンＣＣＤセンサの配置例を説明するための図である。

【図１８】第２発明の第１実施形態の動作を説明するた
めの図である。

【図１９】２色法による物体の温度計測法を説明するた
めの図である。

【図２０】第２発明の第２実施形態の概念図である。

【図２１】第２発明の第３実施形態の概念図である。

【図２２】第２発明の第４実施形態の概念図である。

【図２３】ＬiＴaＯ₃の単結晶をＣＺ法で製造する場合
を説明するための概略的部分斜視図である。

【図２４】ＬiＴaＯ₃の単結晶をＣＺ法で製造する場合
を説明するための概略的部分斜視図である。

【図２５】物体温度が１７００°Ｋの場合の発光波長と
発光強度の関係を示す図である。

【符号の説明】

（図１）１２〜１４撮像手段１５、１９、２３光軸１６、２０、２４減光フィルタ１７、２１、２５偏光子１８、２２、２６テレビカメラ（図１３）４４テレビカメラ４５回転可能な偏光子４６モータ（図１４）５２テレビカメラ５３偏光子板５４、５５、５６偏光子（図１５）６０、６１観測窓６２、６３汚れ６４結像レンズ６５ビームスプリッタ６８２次元ＣＣＤセンサ６９偏光子７０カラーラインＣＣＤセンサ（図２０）７７色分離フィルタ７８波長フィルタ７９、８０モノクロラインＣＣＤセンサ（図２１）８１カラーＴＶカメラ（図２２）８２、８３モノクロＴＶカメラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA35 AA51 BB07 BB15 BB16 CC00 DD04 DD12 FF41 FF49 FF66 GG09 JJ03 JJ05 JJ26 LL22 LL24 LL34 LL46 QQ24 QQ26 SS02 SS13 2G066 AA04 AA15 AC20 BA14 BB02 BB15 CA01 CA16 4G077 AA02 BC37 CF10 EH04 EH06 PF52 PF53

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】観測対象物の偏光方向の異なる偏光による
複数の画像を取得するための撮像手段と、該撮像手段により取得した複数の画像を処理して前記観
測対象物の明るさ画像を作成する画像処理手段と、該画像処理手段により作成された前記観測対象物の明る
さ画像を表示する画像表示手段を有することを特徴とす
る観測装置。
【請求項２】前記偏光方向の異なる偏光は、偏光方向が
４５°ずつ異なる３方向の偏光であることを特徴とする
請求項１記載の観測装置。
【請求項３】前記複数の画像の処理には、前記観測対象
物の同一点ないし略同一点からの光の前記３方向の偏光
強度に基づいて前記観測対象物の表面の傾きを算出する
工程が含まれることを特徴とする請求項２記載の観測装
置。
【請求項４】観測対象物からの光を前期観測対象物の表
面で反射した光と前記観測対象物が放射した光とに分離
する光分離手段を有することを特徴とする観測装置。
【請求項５】前記光分離手段により分離された前期観測
対象物の表面で反射した光による前記観測対象物の２次
元画像を得るための撮像手段を有することを特徴とする
請求項４記載の観測装置。
【請求項６】前記光分離手段により分離された前記観測
対象物が放射した光に含まれる２色法による温度計測が
可能な２個の波長の光による前記観測対象物の同一ライ
ンの２個のライン画像を得るための撮像手段を有するこ
とを特徴とする請求項４記載の観測装置。