JP2010216864A - 測光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】測光装置において、測光を行うための被測定面の配置調整を容易に行うことができるようにする。
【解決手段】光源１と、被測定面８を照明する照明光学系と、被測定面８で反射された測定光束Ｌ３を集光する集光光学系と、この集光光学系によって集光された測定光束Ｌ５を測定する分光器１１とを有する測光装置５０であって、被測定試料７を保持する保持台１９と、被測定面８を集光光学系を介して撮像する撮像部１６と、少なくとも被測定試料７の配置調整時に、被測定試料７と撮像部１６との間の光路上に設けられた絞り２１と、撮像部１６で撮像された被測定面８の像の輝度分布から、輝度分布の偏りを示す輝度分布偏り情報を生成する演算処理部１８と、演算処理部１８で生成された輝度分布偏り情報を表示するモニタ１７とを備える。
【選択図】図１
【解決手段】光源１と、被測定面８を照明する照明光学系と、被測定面８で反射された測定光束Ｌ３を集光する集光光学系と、この集光光学系によって集光された測定光束Ｌ５を測定する分光器１１とを有する測光装置５０であって、被測定試料７を保持する保持台１９と、被測定面８を集光光学系を介して撮像する撮像部１６と、少なくとも被測定試料７の配置調整時に、被測定試料７と撮像部１６との間の光路上に設けられた絞り２１と、撮像部１６で撮像された被測定面８の像の輝度分布から、輝度分布の偏りを示す輝度分布偏り情報を生成する演算処理部１８と、演算処理部１８で生成された輝度分布偏り情報を表示するモニタ１７とを備える。
【選択図】図１
Description
本発明は測光装置に関する。例えば、顕微測光装置、分光測光装置、顕微分光測光装置、反射率測定装置など被測定試料からの反射光の光量を測定する測光装置に関する。
従来、被測定試料からの反射光の光量を測定する測光装置が種々利用されている。
このような測光装置の一例として、例えば、特許文献１には、対物レンズを介して被測定試料に光を照射し、被測定試料が対物レンズの合焦位置に置かれているときの反射光を対物レンズを介して取り込んで測定するとともに、対物レンズを含む顕微光学系から生じる迷光を測定し、測定反射光と迷光との差を被測定試料の実反射光とする顕微測光装置における反射光測定方法であって、迷光は、対物レンズの非合焦位置に被測定試料が位置しているときに測定されることを特徴とする顕微測光装置における反射光測定方法が記載されている。
このような測光装置の一例として、例えば、特許文献１には、対物レンズを介して被測定試料に光を照射し、被測定試料が対物レンズの合焦位置に置かれているときの反射光を対物レンズを介して取り込んで測定するとともに、対物レンズを含む顕微光学系から生じる迷光を測定し、測定反射光と迷光との差を被測定試料の実反射光とする顕微測光装置における反射光測定方法であって、迷光は、対物レンズの非合焦位置に被測定試料が位置しているときに測定されることを特徴とする顕微測光装置における反射光測定方法が記載されている。
しかしながら、上記のような従来の測光装置には、以下のような問題があった。
例えば、特許文献１に記載の技術では、被測定試料の反射率は入射光束の入射角に依存しているため、被測定試料が測定光軸に対して測定を行う所定角度から傾いていると、被測定試料の反射率が変化して、反射光量が変化し、測定誤差の原因となる。
また、被測定試料が光学素子等であって表面にコーティングが施されている場合、反射率はコーティングの膜設計に応じた角度依存性を有し、光学素子のコーティング面に対する入射光束の入射角が変化すると、コーティング面の反射率が変化することになる。特に曲率を有するレンズなどの場合、レンズの全領域でコーティングを均一に行うことは難しいため、光学素子の面頂部と周縁部では反射率は異なることが多い。このため、被測定試料の傾きの影響も測定部位によって異なるものとなる。
また、被測定試料が測定光軸に対して測定を行う所定角度から傾いていると、途中の光学系でけられて、反射光量が変化するため、測定誤差が発生する。
このように、測光装置においては、被測定試料への入射光束の光軸が、被測定試料の被測定面に対して所定角度であることが、再現性の高い測定や、高精度の測定を行うためには重要である。
特許文献１の記載の顕微測光装置の場合、入射光束の光軸に対して被測定試料の被測定面が、例えば配置誤差などによって所定の配置位置からわずかに傾いて配置された場合、被測定試料の反射率もわずかに変化して反射光束の光量が変化するが、反射光束の結像位置や像の大きさは接眼レンズ部においても分光器においてもほとんど変化しないため、被測定試料が所定の配置位置に対して傾いていることを検知できないという問題がある。
例えば、特許文献１に記載の技術では、被測定試料の反射率は入射光束の入射角に依存しているため、被測定試料が測定光軸に対して測定を行う所定角度から傾いていると、被測定試料の反射率が変化して、反射光量が変化し、測定誤差の原因となる。
また、被測定試料が光学素子等であって表面にコーティングが施されている場合、反射率はコーティングの膜設計に応じた角度依存性を有し、光学素子のコーティング面に対する入射光束の入射角が変化すると、コーティング面の反射率が変化することになる。特に曲率を有するレンズなどの場合、レンズの全領域でコーティングを均一に行うことは難しいため、光学素子の面頂部と周縁部では反射率は異なることが多い。このため、被測定試料の傾きの影響も測定部位によって異なるものとなる。
また、被測定試料が測定光軸に対して測定を行う所定角度から傾いていると、途中の光学系でけられて、反射光量が変化するため、測定誤差が発生する。
このように、測光装置においては、被測定試料への入射光束の光軸が、被測定試料の被測定面に対して所定角度であることが、再現性の高い測定や、高精度の測定を行うためには重要である。
特許文献１の記載の顕微測光装置の場合、入射光束の光軸に対して被測定試料の被測定面が、例えば配置誤差などによって所定の配置位置からわずかに傾いて配置された場合、被測定試料の反射率もわずかに変化して反射光束の光量が変化するが、反射光束の結像位置や像の大きさは接眼レンズ部においても分光器においてもほとんど変化しないため、被測定試料が所定の配置位置に対して傾いていることを検知できないという問題がある。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、測光を行うための被測定面の配置調整を容易に行うことができる測光装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、光源と、該光源からの光束により被測定試料の被測定面を照明する照明光学系と、該照明光学系によって照明された前記被測定面で反射された測定光束を集光する集光光学系と、該集光光学系によって集光された前記測定光束の光量を測定する測光部とを有する測光装置であって、前記被測定試料を保持する保持台と、該保持台に保持された前記被測定試料の前記被測定面を前記集光光学系を介して撮像する撮像部と、前記撮像部で撮像された前記被測定面の像の輝度分布から、輝度分布の偏りを示す輝度分布偏り情報を生成する演算処理部と、該演算処理部で生成された前記輝度分布偏り情報を表示する表示部とを備える構成とする。
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の測光装置において、前記集光光学系と前記測光部との間の光路を分岐させる光路分岐部材を備え、前記撮像部は、前記光路分岐部材によって分岐された光路上に配置された構成とする。
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の測光装置において、前記輝度分布偏り情報は、前記被測定面の像における光軸から一定距離だけ離れた３箇所以上の領域の輝度値である構成とする。
請求項４に記載の発明では、請求項１または２に記載の測光装置において、前記輝度分布偏り情報は、前記被測定面の像の輝度分布の重心位置の情報である構成とする。
請求項５に記載の発明では、請求項１または２に記載の測光装置において、前記輝度分布偏り情報は、前記被測定面の像の輝度分布のうち、一定閾値以上の輝度を有する高輝度領域の位置を示す情報である構成とする。
本発明の測光装置は、撮像部により集光光学系を通して被測定面の像を取得し、演算処理部で求められた被測定面の像の輝度分布偏り情報を表示部に表示することで測定者が被測定面の傾きを検知できるので、測光を行うための被測定面の配置調整を容易に行うことができるという効果を奏する。
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
本発明の実施形態に係る測光装置について説明する。
図１は、発明の実施形態に係る測光装置の概略構成を示す測定基準軸を含む模式的な断面図である。
本発明の実施形態に係る測光装置について説明する。
図１は、発明の実施形態に係る測光装置の概略構成を示す測定基準軸を含む模式的な断面図である。
本実施形態の測光装置５０は、図１に示すように、被測定試料７の被測定面８を落射照明することによって、分光スペクトル、および相対分光反射率を測定するものである。被測定試料７は、特に限定されないが、例えば、レンズ、光学フィルタ、反射ミラー等の光学素子などを挙げることができる。なお、図１は模式図のため、被測定試料７を平板状に描いているが、レンズや曲面ミラーの場合には、被測定面８は曲面になる。
測光装置５０の概略構成は、光源１、照明レンズ２、ピンホール板３、コリメータレンズ４、ハーフミラー５、絞り２１（開口絞り）、対物レンズ６、保持台１９、結像レンズ９、ビームスプリッタ１０（光路分岐部材）、分光器１１（測光部）、撮像部１６、演算処理部１８、およびモニタ１７（表示部）を備える。
このうち、保持台１９、対物レンズ６、絞り２１、ハーフミラー５、結像レンズ９、ビームスプリッタ１０、分光器１１は、分光器１１の入射光軸で規定される測光装置５０の測定基準軸Ｏ上に、この順に配置されている。
測光装置５０の概略構成は、光源１、照明レンズ２、ピンホール板３、コリメータレンズ４、ハーフミラー５、絞り２１（開口絞り）、対物レンズ６、保持台１９、結像レンズ９、ビームスプリッタ１０（光路分岐部材）、分光器１１（測光部）、撮像部１６、演算処理部１８、およびモニタ１７（表示部）を備える。
このうち、保持台１９、対物レンズ６、絞り２１、ハーフミラー５、結像レンズ９、ビームスプリッタ１０、分光器１１は、分光器１１の入射光軸で規定される測光装置５０の測定基準軸Ｏ上に、この順に配置されている。
光源１は、被測定面８を照明するため照明光束Ｌ０を発生するもので、例えば、ハロゲンランプや重水素ランプなどを採用することができる。また、被測定試料７の測定の目的により、ＬＥＤや半導体レーザなどの発光素子からなる光源を採用してもよい。
照明レンズ２は、光源１で発生された照明光束Ｌ０を集光し、ピンホール板３を照明するレンズである。
ピンホール板３は、被測定面８の一部をスポット状に照明するため、照明レンズ２によって集光された照明光束Ｌ０の透過範囲を規制するピンホール３ａを備える絞り部材である。
光源１、照明レンズ２、およびピンホール板３は、ピンホール３ａから発散する照明光束Ｌ１を発生する光源部を構成している。このような光源部は、近似的な点光源を構成している。
照明レンズ２は、光源１で発生された照明光束Ｌ０を集光し、ピンホール板３を照明するレンズである。
ピンホール板３は、被測定面８の一部をスポット状に照明するため、照明レンズ２によって集光された照明光束Ｌ０の透過範囲を規制するピンホール３ａを備える絞り部材である。
光源１、照明レンズ２、およびピンホール板３は、ピンホール３ａから発散する照明光束Ｌ１を発生する光源部を構成している。このような光源部は、近似的な点光源を構成している。
本実施形態では、ピンホール３ａの像が被測定面８に投影されるため、ピンホール３ａを透過する照明光束Ｌ０の光量分布は、均一分布であればより好ましいが、少なくとも光軸に対称な光量分布を有するように設定する。
このため、特に図示しないが、光源１からピンホール板３の間の光路には、例えば、拡散板や光量均一化光学系などを適宜配置してもよい。
このため、特に図示しないが、光源１からピンホール板３の間の光路には、例えば、拡散板や光量均一化光学系などを適宜配置してもよい。
コリメータレンズ４は、ピンホール３ａから出射された照明光束Ｌ１を平行光束とするため、焦点位置がピンホール３ａの中心に一致するように配置されたレンズまたはレンズ群である。
ハーフミラー５は、対物レンズ６および結像レンズ９の間の光路上で、コリメータレンズ４に対向する位置に配置され、コリメータレンズ４を透過した照明光束Ｌ１の一部を対物レンズ６側に反射して、測定基準軸Ｏの軸上光束として、対物レンズ６に入射させる光路合成手段である。
ハーフミラー５は、対物レンズ６および結像レンズ９の間の光路上で、コリメータレンズ４に対向する位置に配置され、コリメータレンズ４を透過した照明光束Ｌ１の一部を対物レンズ６側に反射して、測定基準軸Ｏの軸上光束として、対物レンズ６に入射させる光路合成手段である。
絞り２１は、ハーフミラー５と対物レンズ６との間の光路上で、測定基準軸Ｏと同軸に設けられた開口絞りである。本実施形態では、開口径が一定の固定絞り板によって構成されている。
絞り２１は、測定の妨げとならない限り、被測定試料７の分光スペクトルや相対分光反射率の測定時（以下、単に「測光時」と称する）に設けられていてもよいが、少なくとも後述する被測定試料７の被測定面８の配置調整時（以下、単に「配置調整時」と称する）に設けられていればよい。ただし、以下では、配置調整時の構成および光路を中心に説明するので、特に断らない限り、絞り２１が配置されているものとして説明する。
また、絞り２１は、分光反射率の測定時と配置調整時とでは、開口径が可変、もしくは切り換え可能に設けられていてもよい。また、配置調整を行う間に、開口径が可変、もしくは切り換え可能になっていてもよい。
絞り２１は、測定の妨げとならない限り、被測定試料７の分光スペクトルや相対分光反射率の測定時（以下、単に「測光時」と称する）に設けられていてもよいが、少なくとも後述する被測定試料７の被測定面８の配置調整時（以下、単に「配置調整時」と称する）に設けられていればよい。ただし、以下では、配置調整時の構成および光路を中心に説明するので、特に断らない限り、絞り２１が配置されているものとして説明する。
また、絞り２１は、分光反射率の測定時と配置調整時とでは、開口径が可変、もしくは切り換え可能に設けられていてもよい。また、配置調整を行う間に、開口径が可変、もしくは切り換え可能になっていてもよい。
対物レンズ６は、ハーフミラー５で反射され、絞り２１を透過した照明光束Ｌ２を、対物レンズ６に対向して保持された被測定試料７の被測定面８に向けて集光するとともに、照明光束Ｌ２が被測定面８で反射された測定光束Ｌ３を集光するため、レンズ光軸が測定基準軸Ｏと同軸に配置されたレンズまたはレンズ群である。
このように、照明レンズ２、ピンホール板３、コリメータレンズ４、ハーフミラー５、および対物レンズ６は、光源１からの光束により被測定試料７の被測定面８を照明する照明光学系を構成している。
このように、照明レンズ２、ピンホール板３、コリメータレンズ４、ハーフミラー５、および対物レンズ６は、光源１からの光束により被測定試料７の被測定面８を照明する照明光学系を構成している。
保持台１９は、被測定試料７を測定基準軸Ｏに対する傾きおよび測定基準軸Ｏに直交する方向の位置が調整可能な状態に保持するもので、本実施形態では、例えば、測定基準軸Ｏに直交する２軸回りの傾斜を調整する傾斜調整ステージと、測定基準軸Ｏに直交する２軸方向の移動量を調整する２軸移動ステージとが、１軸移動ステージなどからなる移動部２０によって測定基準軸Ｏに沿う方向に移動可能に支持された構成を採用している。
保持台１９は、対物レンズ６を挟んで、絞り２１と対向する側に、被測定試料７を保持する保持面１９ａが配置されている。
これにより、保持面１９ａ上に保持された被測定試料７は、移動部２０によって測定基準軸Ｏに沿う方向の移動できる。また、保持台１９の傾斜調整ステージを駆動することで、保持面１９ａの傾斜角を測定基準軸Ｏに直交する２軸回り（例えば、図１の紙面垂直軸回りと、この紙面垂直軸および測定基準軸Ｏに直交する紙面内の軸回り）に変化させることができる。また、保持台１９の２軸移動ステージを駆動することで、保持面１９ａの測定基準軸Ｏに直交する方向の位置を変化させることができる。
保持台１９は、対物レンズ６を挟んで、絞り２１と対向する側に、被測定試料７を保持する保持面１９ａが配置されている。
これにより、保持面１９ａ上に保持された被測定試料７は、移動部２０によって測定基準軸Ｏに沿う方向の移動できる。また、保持台１９の傾斜調整ステージを駆動することで、保持面１９ａの傾斜角を測定基準軸Ｏに直交する２軸回り（例えば、図１の紙面垂直軸回りと、この紙面垂直軸および測定基準軸Ｏに直交する紙面内の軸回り）に変化させることができる。また、保持台１９の２軸移動ステージを駆動することで、保持面１９ａの測定基準軸Ｏに直交する方向の位置を変化させることができる。
結像レンズ９は、測定光束Ｌ３のうち、対物レンズ６によって集光され、絞り２１およびハーフミラー５を透過した測定光束Ｌ４を集光し、分光器１１の入射開口１１ａに結像させるものである。
このように、対物レンズ６および結像レンズ９は、照明光学系によって照明された被測定面８で反射された測定光束Ｌ３を集光する集光光学系を構成している。
このように、対物レンズ６および結像レンズ９は、照明光学系によって照明された被測定面８で反射された測定光束Ｌ３を集光する集光光学系を構成している。
ビームスプリッタ１０は、結像レンズ９と分光器１１の間の光路上に配置され、結像レンズ９によって集光される測定光束Ｌ４の光路を、測定基準軸Ｏに沿って透過する測定光束Ｌ５の光路と、測定基準軸Ｏに交差する方向に進む測定光束Ｌ６の光路とに分岐する光路分岐部材である。
分光器１１は、回折格子１２と１次元撮像素子１３とを備え、入射開口１１ａから入射された測定光束Ｌ５を回折格子１２によって波長毎に分解して、１次元撮像素子１３上の異なる位置に結像し、１次元撮像素子１３の出力から、測定光束Ｌ５の分光スペクトル信号を取得する測光部である。
分光器１１は、入射光軸が測定基準軸Ｏと一致しており、分光器１１の入射開口１１ａは結像レンズ９の焦点位置に配置されている。
また、分光器１１は、演算処理部１８と電気的に接続され、分光スペクトル信号が演算処理部１８に送出されるようになっている。
分光器１１は、入射光軸が測定基準軸Ｏと一致しており、分光器１１の入射開口１１ａは結像レンズ９の焦点位置に配置されている。
また、分光器１１は、演算処理部１８と電気的に接続され、分光スペクトル信号が演算処理部１８に送出されるようになっている。
撮像部１６は、被測定面８を、集光光学系を介して撮像するものであり、結像レンズ９の像面位置に形成される被測定面８の像を結像する撮像レンズ１４と、撮像レンズ１４の像面に撮像面が配置され、撮像レンズ１４によって結像された被測定面８の像を光電変換する撮像素子１５とを備える。
撮像素子１５は、本実施形態の場合、例えば、短辺方向にＨ個、長辺方向にＷ個（ただし、Ｈ、Ｗは、Ｈ＜Ｗを満たす自然数）の受光部が配列され、画素数がＨ×Ｗの矩形状の撮像面を有するもので、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ撮像デバイスなどを採用することができる。
撮像素子１５は、演算処理部１８に電気的に接続され、撮像素子１５によって光電変換された映像信号が演算処理部１８に送出されるようになっている。
撮像素子１５は、本実施形態の場合、例えば、短辺方向にＨ個、長辺方向にＷ個（ただし、Ｈ、Ｗは、Ｈ＜Ｗを満たす自然数）の受光部が配列され、画素数がＨ×Ｗの矩形状の撮像面を有するもので、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ撮像デバイスなどを採用することができる。
撮像素子１５は、演算処理部１８に電気的に接続され、撮像素子１５によって光電変換された映像信号が演算処理部１８に送出されるようになっている。
演算処理部１８は、分光器１１から送出された分光スペクトル信号に演算処理を施して、相対分光反射率を算出したり、分光スペクトルや相対分光反射率などの測定結果をモニタ１７に表示させたりするとともに、撮像部１６から送出された映像信号に演算処理を施すものである。
撮像部１６から送出された映像信号に対する演算処理としては、Ｈ×Ｗ個の受光部からなる各画素に対応して、輝度値ｇ（ｉ，ｊ）（ただし、ｉ，ｊは、１≦ｉ≦Ｈ、１≦ｊ≦Ｗの整数）からなる輝度分布を取得する演算処理や、これら輝度値ｇ（ｉ，ｊ）の輝度分布の偏りを示す輝度分布偏り情報を生成する演算処理を挙げることができる。
本実施形態の輝度分布偏り情報は、一例として、被測定面８の像における測定基準軸Ｏから一定距離だけ離れた４箇所の領域の輝度値を採用している。
演算処理部１８の装置構成は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース、外部記憶装置などを備えるコンピュータを採用している。また、演算処理部１８には、不図示の操作部が接続され、操作部を通して測定者から適宜表示指示を入力することで、モニタ１７に表示させる情報の切り替えや重ね合わせ表示などの表示形態を変更できるようになっている。
撮像部１６から送出された映像信号に対する演算処理としては、Ｈ×Ｗ個の受光部からなる各画素に対応して、輝度値ｇ（ｉ，ｊ）（ただし、ｉ，ｊは、１≦ｉ≦Ｈ、１≦ｊ≦Ｗの整数）からなる輝度分布を取得する演算処理や、これら輝度値ｇ（ｉ，ｊ）の輝度分布の偏りを示す輝度分布偏り情報を生成する演算処理を挙げることができる。
本実施形態の輝度分布偏り情報は、一例として、被測定面８の像における測定基準軸Ｏから一定距離だけ離れた４箇所の領域の輝度値を採用している。
演算処理部１８の装置構成は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース、外部記憶装置などを備えるコンピュータを採用している。また、演算処理部１８には、不図示の操作部が接続され、操作部を通して測定者から適宜表示指示を入力することで、モニタ１７に表示させる情報の切り替えや重ね合わせ表示などの表示形態を変更できるようになっている。
モニタ１７は、演算処理部１８に電気的に接続され、演算処理部１８から送出される情報を表示するものである。演算処理部１８から送出される情報としては、分光反射率や分光スペクトルなどの測定情報や、演算処理部１８で生成された輝度分布偏り情報を挙げることができる。
次に、本実施形態の測光装置５０の動作について説明する。
図２は、本発明の実施形態に係る測光装置の表示部に表示される画像の一例を示す模式図である。図３は、被測定面が傾いた場合の測定光束の様子を示す模式的な光路図である。図４（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る測光装置の表示部に表示される輝度分布偏り情報の表示例を示す棒グラフである。
図２は、本発明の実施形態に係る測光装置の表示部に表示される画像の一例を示す模式図である。図３は、被測定面が傾いた場合の測定光束の様子を示す模式的な光路図である。図４（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態に係る測光装置の表示部に表示される輝度分布偏り情報の表示例を示す棒グラフである。
測光装置５０で、被測定試料７の分光反射率等の測定を行うには、反射率が既知の参照試料（不図示）の分光スペクトルを測定し、次に被測定試料７の分光スペクトルを測定し、参照試料の既知反射率に基づいて測光装置５０の測定系の透過率の補正を行った上で、参照試料の分光スペクトルの測定値に対する被測定試料７の分光スペクトルの測定値の比に基づいて分光反射率を求める。
このとき、反射率の測定誤差、測定バラツキを低減して測定精度を向上するには、それぞれの測定に先立って、参照試料の被検面および被測定試料７の被測定面８の配置調整を行って被測定面８の傾きを、測定基準軸Ｏに対して反射率を定義する入射角に合わせることが重要である。
本実施形態では、参照試料でも被測定試料７でも同様にして配置調整を行うことができるので、以下では、被測定試料７の配置調整の例で説明する。
このとき、反射率の測定誤差、測定バラツキを低減して測定精度を向上するには、それぞれの測定に先立って、参照試料の被検面および被測定試料７の被測定面８の配置調整を行って被測定面８の傾きを、測定基準軸Ｏに対して反射率を定義する入射角に合わせることが重要である。
本実施形態では、参照試料でも被測定試料７でも同様にして配置調整を行うことができるので、以下では、被測定試料７の配置調整の例で説明する。
本実施形態では、反射率を定義する入射角は０°であるため、配置調整として、被測定面８の測光位置での法線を測定基準軸Ｏに平行にする傾き調整を行う。
また、例えば、被測定試料７が球面レンズからなり、被測定面８にレンズ光軸に沿って入射する入射光に対する反射率を測定する場合には、配置調整として、被測定試料７の面頂位置の法線を測定基準軸Ｏに一致させる位置および傾きの調整を行う。
以下では、被測定面８が平面である場合の傾き調整について説明する。
また、例えば、被測定試料７が球面レンズからなり、被測定面８にレンズ光軸に沿って入射する入射光に対する反射率を測定する場合には、配置調整として、被測定試料７の面頂位置の法線を測定基準軸Ｏに一致させる位置および傾きの調整を行う。
以下では、被測定面８が平面である場合の傾き調整について説明する。
まず、図１に示すように、保持台１９に被測定試料７を保持させ、移動部２０を駆動して被測定面８を測定基準軸Ｏに沿う方向に移動させ、被測定面８を対物レンズ６の焦点面近傍に位置づける。
そして、光源１を点灯する。
光源１から出射された照明光束Ｌ０は、照明レンズ２によって集光され、これによりピンホール板３が照明される。ピンホール板３のピンホール３ａは、コリメータレンズ４の焦点位置に配置されているため、照明光束Ｌ０のうちピンホール３ａを透過した照明光束Ｌ１は、コリメータレンズ４に入射して平行光束となってハーフミラー５に到達する。
そして、光源１を点灯する。
光源１から出射された照明光束Ｌ０は、照明レンズ２によって集光され、これによりピンホール板３が照明される。ピンホール板３のピンホール３ａは、コリメータレンズ４の焦点位置に配置されているため、照明光束Ｌ０のうちピンホール３ａを透過した照明光束Ｌ１は、コリメータレンズ４に入射して平行光束となってハーフミラー５に到達する。
ハーフミラー５では、照明光束Ｌ１の一部が絞り２１側に反射され、測定基準軸Ｏに沿って進む軸上光束として絞り２１に到達する。この照明光束Ｌ１は、絞り２１を通過することで、光束径が絞り２１の開口径の大きさに規制された照明光束Ｌ２として、対物レンズ６に入射する。この照明光束Ｌ２は、対物レンズ６の焦点位置に向けて集光され、被測定面８に到達する。
ここで、対物レンズ６の焦点面には、コリメータレンズ４および対物レンズ６からなる照明光学系の光学倍率に応じたピンホール３ａの像が投影される。
ここで、対物レンズ６の焦点面には、コリメータレンズ４および対物レンズ６からなる照明光学系の光学倍率に応じたピンホール３ａの像が投影される。
被測定面８では、照明光束Ｌ２の一部が反射され、測定光束Ｌ３として対物レンズ６に入射して集光される。この測定光束Ｌ３は、絞り２１を透過することで、測定基準軸Ｏを中心として光束径が規制された測定光束Ｌ４としてハーフミラー５に入射する。
ハーフミラー５では、測定光束Ｌ４の一部が透過して、結像レンズ９に入射し、結像レンズ９によって集光されて、ビームスプリッタ１０に到達する。
ハーフミラー５では、測定光束Ｌ４の一部が透過して、結像レンズ９に入射し、結像レンズ９によって集光されて、ビームスプリッタ１０に到達する。
ビームスプリッタ１０では、ハーフミラー５を透過した測定光束Ｌ４の光路が、ビームスプリッタ１０を透過する測定光束Ｌ５と、ビームスプリッタ１０で反射される測定光束Ｌ６とに分岐される。
測定光束Ｌ５は、分光器１１の入射開口１１ａに入射し、回折格子１２によって分光されて、波長毎に１次元撮像素子１３上の異なる位置で受光される。
一方、測定光束Ｌ６は、撮像部１６に入射し、対物レンズ６および結像レンズ９からなる集光光学系の光学倍率、および撮像レンズ１４の光学倍率によって決まる大きさで、撮像素子１５上に投影され、撮像素子１５によって被測定面８上の光像が撮像される。
測定光束Ｌ５は、分光器１１の入射開口１１ａに入射し、回折格子１２によって分光されて、波長毎に１次元撮像素子１３上の異なる位置で受光される。
一方、測定光束Ｌ６は、撮像部１６に入射し、対物レンズ６および結像レンズ９からなる集光光学系の光学倍率、および撮像レンズ１４の光学倍率によって決まる大きさで、撮像素子１５上に投影され、撮像素子１５によって被測定面８上の光像が撮像される。
撮像素子１５の映像信号は、演算処理部１８に送出され、図１、２に示すように、モニタ１７の表示画面１７ａ上に表示される。本実施形態では、ピンホール３ａの画像に対応して、背景に比べて輝度が高いスポット画像２３が表示される。
被測定面８が、対物レンズ６の焦点面からずれている状態では、スポット画像２３はデフォーカスされた画像となっている。
そこで、測定者は、モニタ１７の表示画面１７ａをみてスポット画像２３が鮮明な画像となるように、移動部２０によって保持台１９を測定基準軸Ｏに沿う方向に移動させて、スポット画像２３のフォーカス調整を行う。フォーカス調整された状態では、被測定面８は対物レンズ６の焦点位置に位置づけられている。
被測定面８が、対物レンズ６の焦点面からずれている状態では、スポット画像２３はデフォーカスされた画像となっている。
そこで、測定者は、モニタ１７の表示画面１７ａをみてスポット画像２３が鮮明な画像となるように、移動部２０によって保持台１９を測定基準軸Ｏに沿う方向に移動させて、スポット画像２３のフォーカス調整を行う。フォーカス調整された状態では、被測定面８は対物レンズ６の焦点位置に位置づけられている。
次に、測定者は、保持台１９の傾きを調整することで、被測定面８の法線の傾きが測定基準軸Ｏに平行となるように傾き調整を行う。
図３の２点鎖線で示すように、被測定面８が、測定基準軸Ｏに直交する平面に対して斜めに傾いていると、照明光束Ｌ２は、２点鎖線で示す測定光束Ｌ３’のように、光軸が測定基準軸Ｏに交差する方向に反射される。このため、対物レンズ６の開口角や絞り２１の開口径の外側に入射する光束は、絞り２１を通過することができず、けられた状態になる。この結果、被測定面８の法線が測定基準軸Ｏに平行な場合の測定光束Ｌ４よりも、光束径が小さく、かつ光束の中心が測定基準軸Ｏからずれた測定光束Ｌ４’として、絞り２１を通過する。すなわち、測定光束Ｌ４’は、測定光束Ｌ４に比べて外周側の一部の光束が遮光され、わずかに全体光量が低下するとともに光量分布が測定基準軸Ｏに対して偏った光束となっている。
また、被測定面８は対物レンズ６の焦点位置に調整されているため、ピンホール板３、被測定面８、撮像素子１５の撮像面は互いに共役になっている。この結果、撮像素子１５の撮像面上では、測定光束Ｌ４’による像の大きさは、測定光束Ｌ４による像の大きさと同じだが、スポット画像２３の輝度分布には、被測定面８の傾きに応じて偏りが生じることなる。
ここで、スポット画像２３は照明光学系によって被測定面８に投影されたピンホール３ａの像を拡大表示したものであり、被測定面８上では、微小スポットになっているから、被測定面８に反射率分布があってもスポット画像２３内では略均一の反射率と見なすことができる。また、照明光束Ｌ２は、少なくとも光軸に対する周方向の輝度分布は均一と見なすことができる。したがって、スポット画像２３の輝度分布の偏りは、略すべて被測定面８の傾きによって発生していると見なすことができる。
図３の２点鎖線で示すように、被測定面８が、測定基準軸Ｏに直交する平面に対して斜めに傾いていると、照明光束Ｌ２は、２点鎖線で示す測定光束Ｌ３’のように、光軸が測定基準軸Ｏに交差する方向に反射される。このため、対物レンズ６の開口角や絞り２１の開口径の外側に入射する光束は、絞り２１を通過することができず、けられた状態になる。この結果、被測定面８の法線が測定基準軸Ｏに平行な場合の測定光束Ｌ４よりも、光束径が小さく、かつ光束の中心が測定基準軸Ｏからずれた測定光束Ｌ４’として、絞り２１を通過する。すなわち、測定光束Ｌ４’は、測定光束Ｌ４に比べて外周側の一部の光束が遮光され、わずかに全体光量が低下するとともに光量分布が測定基準軸Ｏに対して偏った光束となっている。
また、被測定面８は対物レンズ６の焦点位置に調整されているため、ピンホール板３、被測定面８、撮像素子１５の撮像面は互いに共役になっている。この結果、撮像素子１５の撮像面上では、測定光束Ｌ４’による像の大きさは、測定光束Ｌ４による像の大きさと同じだが、スポット画像２３の輝度分布には、被測定面８の傾きに応じて偏りが生じることなる。
ここで、スポット画像２３は照明光学系によって被測定面８に投影されたピンホール３ａの像を拡大表示したものであり、被測定面８上では、微小スポットになっているから、被測定面８に反射率分布があってもスポット画像２３内では略均一の反射率と見なすことができる。また、照明光束Ｌ２は、少なくとも光軸に対する周方向の輝度分布は均一と見なすことができる。したがって、スポット画像２３の輝度分布の偏りは、略すべて被測定面８の傾きによって発生していると見なすことができる。
本実施形態では、演算処理部１８によってスポット画像２３の輝度分布の偏りを表す輝度分布偏り情報を算出し、測定者が不図示の操作部によって演算処理部１８に表示指示を行うことで、算出された輝度分布偏り情報を表示画面１７ａに表示させる。
本実施形態の輝度分布偏り情報は、図２に示すように、スポット画像２３において、測定基準軸Ｏを中心とする円周上の４箇所の輝度表示領域２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｄ、２２Ｃの輝度値の組を採用している。
輝度表示領域２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｄ、２２Ｃは、円周上にこの順に設定され、輝度表示領域２２Ａ、２２Ｄは、撮像素子１５の撮像面の短辺方向において対向して設けられ、輝度表示領域２２Ｂ、２２Ｃは、撮像素子１５の撮像面の長辺方向において対向して設けられている。
これら輝度表示領域は、それぞれ単一画素から構成されていてもよいし、それぞれ同数、同一領域形状を有する複数画素によって構成されていてもよい。例えば、長辺方向、短辺方向の２つの画素を組み合わせた合計４つの矩形状の画素領域や、１つの画素を中心として長辺方向、短辺方向にそれぞれ隣接する合計５つの十字状の画素領域などを採用することができる。輝度表示領域が複数画素の集まりからなる場合、輝度表示領域の輝度値は、複数画素の輝度の１つの代表値、例えば平均輝度値などを割り当てる。
本実施形態の輝度分布偏り情報は、図２に示すように、スポット画像２３において、測定基準軸Ｏを中心とする円周上の４箇所の輝度表示領域２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｄ、２２Ｃの輝度値の組を採用している。
輝度表示領域２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｄ、２２Ｃは、円周上にこの順に設定され、輝度表示領域２２Ａ、２２Ｄは、撮像素子１５の撮像面の短辺方向において対向して設けられ、輝度表示領域２２Ｂ、２２Ｃは、撮像素子１５の撮像面の長辺方向において対向して設けられている。
これら輝度表示領域は、それぞれ単一画素から構成されていてもよいし、それぞれ同数、同一領域形状を有する複数画素によって構成されていてもよい。例えば、長辺方向、短辺方向の２つの画素を組み合わせた合計４つの矩形状の画素領域や、１つの画素を中心として長辺方向、短辺方向にそれぞれ隣接する合計５つの十字状の画素領域などを採用することができる。輝度表示領域が複数画素の集まりからなる場合、輝度表示領域の輝度値は、複数画素の輝度の１つの代表値、例えば平均輝度値などを割り当てる。
輝度表示領域２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｄ、２２Ｃの輝度値は、測定基準軸Ｏに対する対称性から、被測定面８の法線が測定基準軸Ｏと平行になると、それぞれの輝度値は等しくなる。
このため、本実施形態では、輝度表示領域２２Ａ、２２Ｄの輝度値の大小関係によって、撮像素子１５の撮像面の短辺方向に沿う方向の傾き度合いが分かり、輝度表示領域２２Ｂ、２２Ｃの輝度値の大小関係によって、撮像素子１５の撮像面の短辺方向に沿う方向の傾き度合いが分かる。
例えば、輝度値が０〜１００までの値をとるとして、輝度表示領域２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄの輝度値の組（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）が、（９０，８０，１００，９０）であった場合、Ａ＝ＤかつＢ＜Ｃなので、撮像素子１５の長辺方向に対応する方向に傾きが生じていることが分かり、測定者は、傾きを調整する方向や程度を容易に把握することができる。
このため、本実施形態では、輝度表示領域２２Ａ、２２Ｄの輝度値の大小関係によって、撮像素子１５の撮像面の短辺方向に沿う方向の傾き度合いが分かり、輝度表示領域２２Ｂ、２２Ｃの輝度値の大小関係によって、撮像素子１５の撮像面の短辺方向に沿う方向の傾き度合いが分かる。
例えば、輝度値が０〜１００までの値をとるとして、輝度表示領域２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄの輝度値の組（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）が、（９０，８０，１００，９０）であった場合、Ａ＝ＤかつＢ＜Ｃなので、撮像素子１５の長辺方向に対応する方向に傾きが生じていることが分かり、測定者は、傾きを調整する方向や程度を容易に把握することができる。
輝度分布偏り情報の表示画面１７ａへの表示形態は、輝度値の組（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を数値情報として表示する表示形態と、図４（ａ）、（ｂ）に示すような輝度値の組（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を棒グラフ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄで表示する形態とを測定者が選択できるようになっている。
例えば、棒グラフ表示が選択された場合、図４（ａ）のように各棒グラフの高さにバラツキがあると、測定者は被測定面８が傾いていると判断し、輝度値の差の大きさや差の発生位置から傾き調整の方向を判断して、保持台１９の保持面１９ａの傾き調整を行う。
図４（ｂ）のように輝度値の差を表す各棒グラフの高さの差が許容範囲内となったとき、傾き調整を終了する。
輝度値の差の許容値は、傾き調整の許容誤差から適宜値を設定する。本実施形態では、例えば、５以内としておく。
この場合、例えば、演算処理部１８によって、輝度値の組（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）の平均輝度値からの偏差を算出し、偏差が許容値の１／２以内の棒グラフを青色、偏差が許容値の１／２より大きい棒グラフを赤色、というように偏差の大きさによって色分け表示してもよい。この場合、測定者は各棒グラフが青色となるように調整すればよいので、調整状態が直観的に分かりやすくなり、傾き調整をより容易に行うことができる。
例えば、棒グラフ表示が選択された場合、図４（ａ）のように各棒グラフの高さにバラツキがあると、測定者は被測定面８が傾いていると判断し、輝度値の差の大きさや差の発生位置から傾き調整の方向を判断して、保持台１９の保持面１９ａの傾き調整を行う。
図４（ｂ）のように輝度値の差を表す各棒グラフの高さの差が許容範囲内となったとき、傾き調整を終了する。
輝度値の差の許容値は、傾き調整の許容誤差から適宜値を設定する。本実施形態では、例えば、５以内としておく。
この場合、例えば、演算処理部１８によって、輝度値の組（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）の平均輝度値からの偏差を算出し、偏差が許容値の１／２以内の棒グラフを青色、偏差が許容値の１／２より大きい棒グラフを赤色、というように偏差の大きさによって色分け表示してもよい。この場合、測定者は各棒グラフが青色となるように調整すればよいので、調整状態が直観的に分かりやすくなり、傾き調整をより容易に行うことができる。
なお、傾き調整の過程で、被測定面８の測定基準軸Ｏに沿う方向の位置が変化するおそれがある場合には、傾き調整後に移動部２０を駆動して、再度フォーカス調整を行ってもよい。
このように傾き調整が終了すると、照明光束Ｌ２は入射角０°に対する許容範囲内の角度で被測定面８に入射する照明光束になっているので、測定光束Ｌ５によって、測光を行うことができる。
例えば、分光器１１に入射された測定光束Ｌ５によって、分光スペクトル信号を取得して分光スペクトルの測定を行うことができる。
また、分光スペクトル信号から相対分光反射率を求める場合には、上記のような傾き調整と分光スペクトル信号の取得を、参照試料および被測定試料７に対してそれぞれ行って、取得された各分光スペクトル信号を演算処理部１８に記憶し、演算処理部１８によって、２つの分光スペクトル信号を演算することで、相対分光反射率を求める。
例えば、分光器１１に入射された測定光束Ｌ５によって、分光スペクトル信号を取得して分光スペクトルの測定を行うことができる。
また、分光スペクトル信号から相対分光反射率を求める場合には、上記のような傾き調整と分光スペクトル信号の取得を、参照試料および被測定試料７に対してそれぞれ行って、取得された各分光スペクトル信号を演算処理部１８に記憶し、演算処理部１８によって、２つの分光スペクトル信号を演算することで、相対分光反射率を求める。
以上では、被測定面８が平面の場合、例えば被測定試料７が光学フィルタなどの平面部材である場合の例で説明したが、被測定面８が曲面からなる光学レンズなどの場合には、輝度分布は、照明光束Ｌ２が被測定面８に垂直入射する面頂位置に対応する位置が高輝度となり、面頂位置から被測定面８の外周側に向かうにつれて、曲面の傾斜角の変化に応じて輝度分布が低下していくことになる。
このため、球面からなる被測定面８では、測定基準軸Ｏに対する面頂位置の位置ずれと、測定基準軸Ｏに対する光軸の傾きとによって輝度分布の偏りが発生する。したがって、配置調整としては、輝度分布偏り情報を見ながら、保持台１９の２軸移動ステージによる位置調整と、傾斜調整ステージの傾き調整とを行えばよい。
被測定面８の曲率半径などにもよるが、一般には、面頂位置の測定基準軸Ｏに対する位置ずれが、輝度分布の偏りの主たる要因となる。そこで、配置調整の手順としては、輝度分布偏り情報を見ながら、まず保持台１９の２軸移動ステージを駆動して、被測定面８を測定基準軸Ｏに直交する方向に移動させる位置調整を行って輝度分布の偏りを低減してから、輝度分布の偏りが許容値以下にならない場合に保持台１９の傾斜調整ステージを駆動して傾き調整を行うという手順で行うと効率的である。
このように、被測定面８が曲面の場合には、被測定面８の傾きとともに、面頂位置の測定基準軸Ｏに対する位置ずれも調整できるから、測定領域を一定に保った状態で測光を行うことができる。
なお、この場合、照明光束Ｌ２が均一な光量分布を有していても、スポット画像２３は、レンズ面頂部と外周部との間の反射率の相違によって輝度分布を有するが、測定基準軸Ｏを中心とする円周上では、均一な輝度分布を有するため、上記と同様にして、配置調整を行うことができる。
このため、球面からなる被測定面８では、測定基準軸Ｏに対する面頂位置の位置ずれと、測定基準軸Ｏに対する光軸の傾きとによって輝度分布の偏りが発生する。したがって、配置調整としては、輝度分布偏り情報を見ながら、保持台１９の２軸移動ステージによる位置調整と、傾斜調整ステージの傾き調整とを行えばよい。
被測定面８の曲率半径などにもよるが、一般には、面頂位置の測定基準軸Ｏに対する位置ずれが、輝度分布の偏りの主たる要因となる。そこで、配置調整の手順としては、輝度分布偏り情報を見ながら、まず保持台１９の２軸移動ステージを駆動して、被測定面８を測定基準軸Ｏに直交する方向に移動させる位置調整を行って輝度分布の偏りを低減してから、輝度分布の偏りが許容値以下にならない場合に保持台１９の傾斜調整ステージを駆動して傾き調整を行うという手順で行うと効率的である。
このように、被測定面８が曲面の場合には、被測定面８の傾きとともに、面頂位置の測定基準軸Ｏに対する位置ずれも調整できるから、測定領域を一定に保った状態で測光を行うことができる。
なお、この場合、照明光束Ｌ２が均一な光量分布を有していても、スポット画像２３は、レンズ面頂部と外周部との間の反射率の相違によって輝度分布を有するが、測定基準軸Ｏを中心とする円周上では、均一な輝度分布を有するため、上記と同様にして、配置調整を行うことができる。
本実施形態の測光装置５０によれば、被測定試料７の配置調整時に測定基準軸Ｏと同軸に設けられた絞り２１を通して被測定面８の像を取得するので、被測定面８の傾きによる測定光束Ｌ３の反射方向のずれが、絞り２１を透過後の測定光束Ｌ４の光量分布の偏りとなり、測定者は、演算処理部１８によって生成された輝度分布偏り情報をモニタ１７で見ながら、被測定面８の配置調整を行うことができる。このため、測定光束Ｌ６を利用して被測定試料７の配置調整を容易に行うことができる。
また、本実施形態で配置調整に用いる測定光束Ｌ６は、ビームスプリッタ１０によって、光路分岐されたものなので、配置調整と並行して分光スペクトルを測定し、必要に応じて、モニタ１７に表示させることもできる。そして、配置調整終了と同時に、測定光束Ｌ５によって測光を行うことができる。そのため、配置調整と測光とを連続的に行うことができるので、迅速な測定を行うことができる。
また、本実施形態では、測光時にも撮像部１６によって、輝度分布の偏りを測定し続けることができるので、何らかの理由で、測光中に被測定面８が許容値以上に傾いたり、ずれたりしたことを検知した場合には、警告メッセージをモニタ１７に出力させるようにしてもよい。
また、本実施形態で配置調整に用いる測定光束Ｌ６は、ビームスプリッタ１０によって、光路分岐されたものなので、配置調整と並行して分光スペクトルを測定し、必要に応じて、モニタ１７に表示させることもできる。そして、配置調整終了と同時に、測定光束Ｌ５によって測光を行うことができる。そのため、配置調整と測光とを連続的に行うことができるので、迅速な測定を行うことができる。
また、本実施形態では、測光時にも撮像部１６によって、輝度分布の偏りを測定し続けることができるので、何らかの理由で、測光中に被測定面８が許容値以上に傾いたり、ずれたりしたことを検知した場合には、警告メッセージをモニタ１７に出力させるようにしてもよい。
次に本実施形態の第１変形例について説明する。
図５は、本発明の実施形態の第１変形例の測光装置の表示部に表示される輝度分布偏り情報の表示例を示す模式図である。図６は、本発明の実施形態の第１変形例の撮像部の画素配置を示す模式図である。
図５は、本発明の実施形態の第１変形例の測光装置の表示部に表示される輝度分布偏り情報の表示例を示す模式図である。図６は、本発明の実施形態の第１変形例の撮像部の画素配置を示す模式図である。
本変形例は、測光装置５０と同様の装置構成を用いて、輝度分布偏り情報のみを代えたものである。以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。
本変形例の輝度分布偏り情報は、被測定面８の像の輝度分布の重心位置の情報を採用している。重心位置は、表示画面１７ａ上の測定基準軸Ｏを原点（０，０）とし、撮像素子１５の短辺方向をＸ軸、長辺方向をＹ軸としたＸＹ座標系によって、Ｇ（Ｘ，Ｙ）として表される。
この輝度分布偏り情報の表示形態は、図５に示すように、表示画面１７ａ上に、スポット画像２３、スポット画像２３の重心位置を示す重心位置マーク２４、およびＧ（Ｘ，Ｙ）の数値情報を重ね合わせて表示している。
Ｘ、Ｙは、次式（１）、（２）に基づいて演算処理部１８で算出する。
本変形例の輝度分布偏り情報は、被測定面８の像の輝度分布の重心位置の情報を採用している。重心位置は、表示画面１７ａ上の測定基準軸Ｏを原点（０，０）とし、撮像素子１５の短辺方向をＸ軸、長辺方向をＹ軸としたＸＹ座標系によって、Ｇ（Ｘ，Ｙ）として表される。
この輝度分布偏り情報の表示形態は、図５に示すように、表示画面１７ａ上に、スポット画像２３、スポット画像２３の重心位置を示す重心位置マーク２４、およびＧ（Ｘ，Ｙ）の数値情報を重ね合わせて表示している。
Ｘ、Ｙは、次式（１）、（２）に基づいて演算処理部１８で算出する。
ここで、図６に示すように、ｉ，ｊは、撮像素子１５の短辺方向および長辺方向の画素位置を示す添字であり、Ｈ、Ｗは、撮像素子１５の短辺方向および長辺方向の画素数（受光部の数）である。また、ｇ（ｉ，ｊ）は、画素（ｉ，ｊ）の輝度値である。また、（Ｘ０，Ｙ０）は、撮像素子１５上における測定基準軸Ｏの位置座標である。
なお、本変形例の輝度値ｇ（ｉ，ｊ）は、スポット画像２３のみの重心位置を算出するようにしている。このため、演算処理部１８は、重心位置の演算の前に、背景除去処理のための閾値を設定し、この閾値以下の輝度値を０に設定して、被測定面８上のスポット画像２３以外の輝度分布を除去する背景除去処理を行う。背景除去処理のための閾値としては、背景画像の輝度値以上、かつ配置調整時に予想されるスポット画像２３の最低輝度より小さい適宜の値を採用する。
（Ｘ０，Ｙ０）は、例えば、演算処理部１８によって、スポット画像２３を輪郭抽出処理してスポット画像２３の外形線２３ａを取得し、外形線２３ａの中心座標を求める、といった演算処理によって算出することができる。また、（Ｘ０，Ｙ０）は、測定基準軸Ｏに対する撮像素子１５の配置位置によって決まるため、この位置関係が一定している場合には、測定毎に算出する必要はなく、撮像部１６の取付時に決まる一定値に固定してもよい。
なお、本変形例の輝度値ｇ（ｉ，ｊ）は、スポット画像２３のみの重心位置を算出するようにしている。このため、演算処理部１８は、重心位置の演算の前に、背景除去処理のための閾値を設定し、この閾値以下の輝度値を０に設定して、被測定面８上のスポット画像２３以外の輝度分布を除去する背景除去処理を行う。背景除去処理のための閾値としては、背景画像の輝度値以上、かつ配置調整時に予想されるスポット画像２３の最低輝度より小さい適宜の値を採用する。
（Ｘ０，Ｙ０）は、例えば、演算処理部１８によって、スポット画像２３を輪郭抽出処理してスポット画像２３の外形線２３ａを取得し、外形線２３ａの中心座標を求める、といった演算処理によって算出することができる。また、（Ｘ０，Ｙ０）は、測定基準軸Ｏに対する撮像素子１５の配置位置によって決まるため、この位置関係が一定している場合には、測定毎に算出する必要はなく、撮像部１６の取付時に決まる一定値に固定してもよい。
本変形例では、上記実施形態と同様にして、配置調整を開始すると、表示画面１７ａに図５に示す画面が表示される。
被測定面８が測定基準軸Ｏに直交する平面に対して傾いていると、輝度分布が偏るため、スポット画像２３の重心位置マーク２４が原点位置（０，０）からずれ、重心位置の情報が数値化されて、表示画面１７ａに表示される。
測定者、重心位置マーク２４およびＧ（Ｘ，Ｙ）の数値を見ながら、保持台１９を駆動して、重心位置マーク２４が、外形線２３ａの中心側に移動し、Ｇ（Ｘ，Ｙ）が原点（０，０）を中心とする所定半径以下の許容範囲に入るように配置調整を行う。
被測定面８が測定基準軸Ｏに直交する平面に対して傾いていると、輝度分布が偏るため、スポット画像２３の重心位置マーク２４が原点位置（０，０）からずれ、重心位置の情報が数値化されて、表示画面１７ａに表示される。
測定者、重心位置マーク２４およびＧ（Ｘ，Ｙ）の数値を見ながら、保持台１９を駆動して、重心位置マーク２４が、外形線２３ａの中心側に移動し、Ｇ（Ｘ，Ｙ）が原点（０，０）を中心とする所定半径以下の許容範囲に入るように配置調整を行う。
本変形例によれば、重心位置マーク２４または２つの数値のみを見ながら調整を行うことができるので、より容易に配置調整を行うことができる。
次に本実施形態の第２変形例について説明する。
図７は、本発明の実施形態の第２変形例の測光装置の表示部に表示される輝度分布偏り情報の表示例を示す模式図である。図８は、本発明の実施形態の第２変形例の測光装置の輝度分布偏り情報の算出方法を説明する模式的なグラフである。横軸は画素位置、縦軸は輝度を示す。図９は、本発明の実施形態の第２変形例の測光装置の配置調整後の表示部に表示される画像を示す模式図である。
図７は、本発明の実施形態の第２変形例の測光装置の表示部に表示される輝度分布偏り情報の表示例を示す模式図である。図８は、本発明の実施形態の第２変形例の測光装置の輝度分布偏り情報の算出方法を説明する模式的なグラフである。横軸は画素位置、縦軸は輝度を示す。図９は、本発明の実施形態の第２変形例の測光装置の配置調整後の表示部に表示される画像を示す模式図である。
本変形例は、測光装置５０と同様の装置構成を用いて、輝度分布偏り情報のみを代えたものである。以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。
本変形例の輝度分布偏り情報は、被測定面８の像の輝度分布のうち、一定閾値以上の輝度を有する高輝度領域の位置を示す情報を採用している。
この輝度分布偏り情報の表示形態は、図６に示すように、表示画面１７ａ上に、スポット画像２３、および高輝度領域を示す高輝度領域マーク２５ａを重ね合わせて表示している。
高輝度領域マーク２５ａは、演算処理部１８によって予め設定された一定閾値Ｐｔｈと輝度値ｇ（ｉ，ｊ）を比較し、Ｐｔｈ以上の画素領域を、例えば、赤色などで強調表示させる。例えば、図７のＥ−Ｅ線に沿う輝度分布が、図８に示す曲線６０で表される場合、点ｂ、ｃ間の範囲が、閾値Ｐｔｈ以上となっているので、表示画面１７ａ上では、赤色などで強調表示される。このため、高輝度領域マーク２５ａは、図７に示す斜線部の範囲が赤色に表示される。
高輝度領域マーク２５ａの位置情報は、例えば、高輝度領域マーク２５ａの範囲内の輝度値を閾値Ｐｔｈに置き換えた輝度データを生成して、この輝度データの重心位置を第１変形例と同様にして求めることができる。この重心位置を表示画面１７ａ上に表示させてもよい。
本変形例では、数値情報を表示しない例として、演算処理部１８は、このように算出された高輝度領域マーク２５ａの重心位置と原点（０，０）との距離が許容値以下になると、高輝度領域マーク２５ａの強調表示色を、赤色から青色に変えるようにしている。
本変形例の輝度分布偏り情報は、被測定面８の像の輝度分布のうち、一定閾値以上の輝度を有する高輝度領域の位置を示す情報を採用している。
この輝度分布偏り情報の表示形態は、図６に示すように、表示画面１７ａ上に、スポット画像２３、および高輝度領域を示す高輝度領域マーク２５ａを重ね合わせて表示している。
高輝度領域マーク２５ａは、演算処理部１８によって予め設定された一定閾値Ｐｔｈと輝度値ｇ（ｉ，ｊ）を比較し、Ｐｔｈ以上の画素領域を、例えば、赤色などで強調表示させる。例えば、図７のＥ−Ｅ線に沿う輝度分布が、図８に示す曲線６０で表される場合、点ｂ、ｃ間の範囲が、閾値Ｐｔｈ以上となっているので、表示画面１７ａ上では、赤色などで強調表示される。このため、高輝度領域マーク２５ａは、図７に示す斜線部の範囲が赤色に表示される。
高輝度領域マーク２５ａの位置情報は、例えば、高輝度領域マーク２５ａの範囲内の輝度値を閾値Ｐｔｈに置き換えた輝度データを生成して、この輝度データの重心位置を第１変形例と同様にして求めることができる。この重心位置を表示画面１７ａ上に表示させてもよい。
本変形例では、数値情報を表示しない例として、演算処理部１８は、このように算出された高輝度領域マーク２５ａの重心位置と原点（０，０）との距離が許容値以下になると、高輝度領域マーク２５ａの強調表示色を、赤色から青色に変えるようにしている。
本変形例では、上記実施形態と同様にして、配置調整を開始すると、表示画面１７ａに図７に示す画面が表示される。
被測定面８が測定基準軸Ｏに直交する平面に対して傾いていると、輝度分布が偏るため、高輝度領域マーク２５ａがスポット画像２３の外形線２３ａの中心である原点位置からずれた位置に赤色などで強調表示される。高輝度領域マーク２５ａの外形は、輝度分布の偏りに応じて種々の形状に変化し、配置調整が十分でない場合には、円形からはずれた形状、例えば楕円状などの円形が歪んだ形状になる。
測定者は、高輝度領域マーク２５ａを見ながら、保持台１９を駆動して、高輝度領域マーク２５ａが外形線２３ａの中心側に移動し、高輝度領域マーク２５ａの中心が外形線２３ａの中心から所定半径以下の許容範囲に入るように配置調整を行う。
高輝度領域マーク２５ａの中心がこのような許容範囲に入ると、演算処理部１８は、図９に示すように、高輝度領域マーク２５ａの強調表示色を、例えば青色（図示の二重斜線）などに変化させた高輝度領域マーク２５ｂとして表示する。
被測定面８が測定基準軸Ｏに直交する平面に対して傾いていると、輝度分布が偏るため、高輝度領域マーク２５ａがスポット画像２３の外形線２３ａの中心である原点位置からずれた位置に赤色などで強調表示される。高輝度領域マーク２５ａの外形は、輝度分布の偏りに応じて種々の形状に変化し、配置調整が十分でない場合には、円形からはずれた形状、例えば楕円状などの円形が歪んだ形状になる。
測定者は、高輝度領域マーク２５ａを見ながら、保持台１９を駆動して、高輝度領域マーク２５ａが外形線２３ａの中心側に移動し、高輝度領域マーク２５ａの中心が外形線２３ａの中心から所定半径以下の許容範囲に入るように配置調整を行う。
高輝度領域マーク２５ａの中心がこのような許容範囲に入ると、演算処理部１８は、図９に示すように、高輝度領域マーク２５ａの強調表示色を、例えば青色（図示の二重斜線）などに変化させた高輝度領域マーク２５ｂとして表示する。
このように、測定者は、高輝度領域マーク２５ａの位置、外形を観察しながら、配置調整を進め、強調表示色が変化する高輝度領域マーク２５ｂが現れることで、配置調整が終了したことが分かる。
本変形例によれば、高輝度領域マーク２５ａのみを見ながら調整を行うことができるので、より容易に配置調整を行うことができる。
本変形例によれば、高輝度領域マーク２５ａのみを見ながら調整を行うことができるので、より容易に配置調整を行うことができる。
なお、上記の説明では、集光光学系と測光部との間の光路を分岐させる光路分岐部材を備え、撮像部は、光路分岐部材によって分岐された光路上に配置された場合の例で説明したが、光路分岐部材を省略した構成としてもよい。
例えば、上記実施形態で、ビームスプリッタ１０を削除し、分光器１１と撮像部１６とを、例えばターレット機構などによって、結像レンズ９の焦点位置に選択的に切り換えて配置した構成としてもよい。この場合、まず、撮像部１６を結像レンズ９の焦点位置に配置して、測定光束Ｌ５による画像によって配置傾整を行い、配置調整終了後に、撮像部１６と分光器１１とを入れ替えることで、分光スペクトル信号を取得する測光を行うことができる。
この場合の測定光束Ｌ５は、ビームスプリッタ１０による光量減衰が発生しないため、分光スペクトル信号の測定精度が向上される。
例えば、上記実施形態で、ビームスプリッタ１０を削除し、分光器１１と撮像部１６とを、例えばターレット機構などによって、結像レンズ９の焦点位置に選択的に切り換えて配置した構成としてもよい。この場合、まず、撮像部１６を結像レンズ９の焦点位置に配置して、測定光束Ｌ５による画像によって配置傾整を行い、配置調整終了後に、撮像部１６と分光器１１とを入れ替えることで、分光スペクトル信号を取得する測光を行うことができる。
この場合の測定光束Ｌ５は、ビームスプリッタ１０による光量減衰が発生しないため、分光スペクトル信号の測定精度が向上される。
また、上記の説明では、測光部として、分光器１１を採用した例で説明したが、分光器１１に代えて、どのような測光部を備える構成としてもよい。
また、本発明の測光装置は、被測定試料からの反射光の光量を測定する測光装置であれば、分光測光装置に限定されるものではなく、顕微測光装置、顕微分光測光装置、反射率測定装置などであってもよい。
例えば、分光器１１に代えて、撮像部１６によって被測定面８の輝度分布を取得して、被測定面８の反射率測定を行う測光装置を構成してもよい。この場合、撮像部１６は、測光部と、配置調整を行うための撮像部を兼ねることができ、ビームスプリッタ１０も省略することができる。
また、本発明の測光装置は、被測定試料からの反射光の光量を測定する測光装置であれば、分光測光装置に限定されるものではなく、顕微測光装置、顕微分光測光装置、反射率測定装置などであってもよい。
例えば、分光器１１に代えて、撮像部１６によって被測定面８の輝度分布を取得して、被測定面８の反射率測定を行う測光装置を構成してもよい。この場合、撮像部１６は、測光部と、配置調整を行うための撮像部を兼ねることができ、ビームスプリッタ１０も省略することができる。
また、上記の実施形態の説明では、輝度表示領域が、４箇所の場合の例で説明したが、輝度表示領域の数は、４箇所に限定されるものではない。
輝度分布の２次元的な偏りを検知して、配置調整を行うには、輝度表示領域は３箇所以上あればよい。
輝度分布の２次元的な偏りを検知して、配置調整を行うには、輝度表示領域は３箇所以上あればよい。
また、上記の説明では、配置調整時の開口絞りとして絞り２１を配置した場合の例で説明した。このような構成によれば、測光時と配置調整時とで、測定系の開口絞りを切り替えることができる。
ただし、測光時の開口絞りを配置調整時の開口絞りとして兼用できる場合には、絞り２１は削除してもよい。
また、開口絞りは、開口絞り部材で構成されていなくてもよい。例えば、対物レンズ６のレンズ有効径によって開口絞りが構成されていてもよい。
ただし、測光時の開口絞りを配置調整時の開口絞りとして兼用できる場合には、絞り２１は削除してもよい。
また、開口絞りは、開口絞り部材で構成されていなくてもよい。例えば、対物レンズ６のレンズ有効径によって開口絞りが構成されていてもよい。
また、上記の説明では、被測定試料の被測定面が平面であっても、球面であっても配置調整を行うことができるように、保持台は、測定基準軸Ｏに対する傾きおよび測定基準軸Ｏに直交する方向の位置が調整可能な状態に保持する構成としたが、傾き調整、配置位置調整のいずれかのみが行えるようにしてもよい。例えば、被測定面が平面に限られるような場合には傾き調整が行える構成であればよい。また、被測定面が球面に限られるような場合で、保持姿勢の誤差が少なく、被測定面の光軸の傾きが測定基準軸Ｏと略同軸に保持できる場合には、測定基準軸Ｏに直交する方向の位置調整が行える構成であればよい。
また、上記の説明では、保持台における測定基準軸Ｏに直交する方向の位置の調整は、２軸移動ステージで保持台を移動するものとして説明したが、保持台上の被測定試料の保持面を高精度な平面とし、被測定試料を保持台の保持面上で滑らせて位置調整するような構成としてもよい。
また、上記の説明では、保持台における測定基準軸Ｏに直交する方向の位置の調整は、２軸移動ステージで保持台を移動するものとして説明したが、保持台上の被測定試料の保持面を高精度な平面とし、被測定試料を保持台の保持面上で滑らせて位置調整するような構成としてもよい。
また、上記の説明では、測光装置が落射照明を用いている場合の例で説明したが、落射照明以外の照明を用いてもよい。例えば、被測手試料に入射角０°以上の角度で照明光束を入射させる照明光学系と、被測定試料で反射された測定光束を出射角方向で集光する集光光学系とを備える構成として、まったく同様にして配置調整を行うことができる。この場合、配置調整は、被測定試料の傾き等を調整して、照明光学系の光軸が測定基準軸である集光光学系の光軸に一致する方向に反射させるための調整になる。
この場合、被測定面の位置調整は、理想的な反射面を規定する法線に沿う方向および法線に直交する方向の位置調整になる。
この場合、被測定面の位置調整は、理想的な反射面を規定する法線に沿う方向および法線に直交する方向の位置調整になる。
また、上記の説明では、被測定試料の配置調整を保持台で行う場合の例で説明したが、配置調整は、被測定面の集光光学系に対する相対位置の調整と集光光学系の光軸に対する相対傾きの調整が行えればよく、保持台を固定して、集光光学系側を移動できるようにしてもよい。
また、上記の実施形態、各変形例で説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせて実施することができる。
１ 光源
２ 照明レンズ
３ａ ピンホール
４ コリメータレンズ
５ ハーフミラー
６ 対物レンズ
７ 被測定試料
８ 被測定面
９ 結像レンズ
１０ ビームスプリッタ（光路分岐部材）
１１ 分光器
１５ 撮像素子
１６ 撮像部
１７ モニタ（表示部）
１７ａ 表示画面
１８ 演算処理部
１９ 保持台
２０ 移動部
２１ 絞り（開口絞り）
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ 輝度表示領域（領域）
２３ スポット画像
２４ 重心位置マーク
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ 棒グラフ
５０ 測光装置
Ｌ０、Ｌ２ 照明光束
Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６ 測定光束
Ｏ 測定基準軸
２ 照明レンズ
３ａ ピンホール
４ コリメータレンズ
５ ハーフミラー
６ 対物レンズ
７ 被測定試料
８ 被測定面
９ 結像レンズ
１０ ビームスプリッタ（光路分岐部材）
１１ 分光器
１５ 撮像素子
１６ 撮像部
１７ モニタ（表示部）
１７ａ 表示画面
１８ 演算処理部
１９ 保持台
２０ 移動部
２１ 絞り（開口絞り）
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ 輝度表示領域（領域）
２３ スポット画像
２４ 重心位置マーク
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ 棒グラフ
５０ 測光装置
Ｌ０、Ｌ２ 照明光束
Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６ 測定光束
Ｏ 測定基準軸
Claims (5)
- 光源と、該光源からの光束により被測定試料の被測定面を照明する照明光学系と、該照明光学系によって照明された前記被測定面で反射された測定光束を集光する集光光学系と、該集光光学系によって集光された前記測定光束の光量を測定する測光部とを有する測光装置であって、
前記被測定試料を保持する保持台と、
該保持台に保持された前記被測定試料の前記被測定面を前記集光光学系を介して撮像する撮像部と、
前記撮像部で撮像された前記被測定面の像の輝度分布から、輝度分布の偏りを示す輝度分布偏り情報を生成する演算処理部と、
該演算処理部で生成された前記輝度分布偏り情報を表示する表示部とを備えることを特徴とする測光装置。 - 前記集光光学系と前記測光部との間の光路を分岐させる光路分岐部材を備え、
前記撮像部は、前記光路分岐部材によって分岐された光路上に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の測光装置。 - 前記輝度分布偏り情報は、
前記被測定面の像における光軸から一定距離だけ離れた３箇所以上の領域の輝度値であることを特徴とする請求項１または２に記載の測光装置。 - 前記輝度分布偏り情報は、
前記被測定面の像の輝度分布の重心位置の情報であることを特徴とする請求項１または２に記載の測光装置。 - 前記輝度分布偏り情報は、
前記被測定面の像の輝度分布のうち、一定閾値以上の輝度を有する高輝度領域の位置を示す情報であることを特徴とする請求項１または２に記載の測光装置。
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- 2009-03-13 JP JP2009061440A patent/JP2010216864A/ja active Pending
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