JP2011226916A - 測光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光源1と、光源から発せられた測定光束を被検物Sに導く対物光学系15と、測定光束が被検物の測定面Saで反射された反射光束を測光する分光器20とを有する測光装置50は、反射光束の光路上に配置され、反射光束の焦点と異なる位置において反射光束の像を撮像する第2撮像素子42を有するアライメント状態確認部40と、第2撮像素子42で撮像した反射光束の像により得られた情報を表示する表示部46とを備えることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
図8は、特許文献1に記載の測光装置の概略構成を示す図である。光源101から発した測定光束は、照明レンズ102を通過してピンホール103に入射する。ピンホール103を通過した測定光束は、コリメータレンズ104で平行光となり、ハーフミラー105で下方の対物レンズ106に入射後、被検物107に照射される。被検物107の測定面108では、測定光束が反射されて反射光束となり、再び対物レンズ106を通過して集光レンズ109へ入射する。
また、前記演算部は、前記反射光束の像の内部領域の面積を前記アライメント量として算出してもよいし、内部領域における面積と周囲長との比率を前記アライメント量として算出してもよい。
光源1は、測定面Saや基準測定面SPa(以下、「測定面Sa等」と称することがある。)を照明するための測定光束を発生するもので、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。測定目的によっては、発光ダイオードや半導体レーザなどの発光素子からなる光源が用いられてもよい。
ピンホール絞り3は、照明レンズ2によって照明された測定光束の範囲を制限するピンホールを備える絞り部材であり、測定面Sa等の一部をスポット状に照明する。
コリメータレンズ4は、ピンホール絞り3から出射した測定光束を平行な光束とするために、焦点位置をピンホール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。コリメータレンズ4を透過した測定光束の一部は、ハーフミラー5により対物光学系15に導かれる。
対物レンズ16は、ハーフミラー5から入射する測定光束を、測定光束の光軸X1に垂直に設置された被検物S等の測定面Sa等に集光するとともに、測定面Sa等で反射された反射光束を集光するレンズまたはレンズ群である。対物レンズ16の開口は、絞り17によって所定の径に規定されている。
分光器20は、回折格子21と、一次元撮像素子22とを備える。回折格子21は、入射開口20aから入射された反射光束を波長ごとに分解して一次元撮像素子22の異なる画素位置に結像する。一次元撮像素子22は、画素ごとの受光量に応じた出力信号を出力する。
アライメント状態確認部40は、コリメータレンズ41と、第2撮像素子(撮像手段)42とを備える。コリメータレンズ41は、結像レンズ7の集光点に自身の焦点が一致するように配置されており、コリメータレンズ41によって平行光となった反射光束は、第2撮像素子42に投影される。すなわち、第2撮像素子42は、反射光束の光路上であって、反射光束の焦点となる結像レンズ7の集光点とは異なる位置に設置されている。
光源1から発せられた測定光束は、照明レンズ2、ピンホール絞り3、およびコリメータレンズ4を通り、ハーフミラー5で反射されて対物光学系15に入射する。測定光束は、ステージ6に保持された被検物Sの測定面Saに結像した後、測定面Saで反射されて反射光束となる。
反射光束は、ハーフミラー5を透過した後、結像レンズ7によって分光器20に入射し、回折格子21により波長ごとに分解されて一次元撮像素子22に結像される。一次元撮像素子22から出力された信号は、パソコン45に送られ、所定の演算がされると被検物Sの測定面Saの分光反射率が算出される。
まず使用者は、基準試料SPをステージ6上に設置し、ステージ6を光軸X1に対して平行に移動させ、基準測定面SPaが対物レンズ16の結像位置と一致するように調節する。調節時は、観察光学系30の第1撮像素子31で取得された反射光束の像を含む画像Im1を表示部46に表示し、画像Im1を見ながら反射光束の像が合焦位置となるように調節する。
なお、既に分光強度データRa(λ)が前回の測定においてパソコン45に記憶されている等の場合は、必要に応じてここまでの手順を省略してもよい。
被検物Sのアライメント調節終了後、使用者がパソコン45に測定開始の指令を入力すると、一次元撮像素子22の出力信号がパソコン45に送られ、被検物Sの分光強度データRb(λ)としてパソコン45の記憶領域に記憶される。
パソコン45は、分光強度データRa(λ)およびRb(λ)を用いて、下記数1の式に従い測定面Saの相対分光反射率Rresult(λ)を算出し、記憶領域に記憶する。なお、数1において、Rtheory(λ)とは、基準試料SPの分光反射率データを指す。
したがって、使用者は、第2撮像素子42の撮像した反射光束の像を見ることにより、被検物S等のアライメント状態にわずかなずれがあっても、これを容易に確認することができるとともに、当該像を見ながらステージ6の調節を行うことにより、容易に被検物S等を好適なアライメント状態に調節することができる。その結果、より高精度で、より再現性の高い測定を行うことができる。
第2撮像素子42は、複数の画素を有し、図3(a)に示す破線のように反射光束像Im20は画素ごとに区切られている。第2撮像素子42の水平方向(図3(a)における左右方向)の画素数をW、垂直方向(図3(a)における上下方向)の画素数をHとして、各画素の水平方向における位置をi(i=0、1、…、W−1)、垂直方向における位置をj(j=0、1、…、H−1)、水平方向の位置i、垂直方向の位置jの画素の輝度値をg[i][j]とすると、下記数2の式にしたがって、反射光束像の重心位置の座標(X、Y)を算出することができる。
反射光束像の重心位置は、被検物S等の測定面Sa等が光軸X1に垂直となっていれば、図3(b)に示す正円状の反射光束像Im21の中心(X1、Y1)となる。測定面が光軸X1に対して傾いていると、反射光束像は、例えば図3(c)に示す反射光束像Im22のように変形し、重心位置も反射光束像Im1の中心から乖離した位置(X2、Y2)に移動する。
パソコン45によって算出された重心位置は表示部46に表示されるが、その態様に特に制限はなく、数値表示でもよいし、ドットや十字等のカーソルとして反射光束像に重ねて表示してもよい。数値として表示する場合は、所望のアライメント状態(例えば、反射光束像がIm21のように正円状となる状態)における重心位置との乖離量として表示されてもよい。
使用者は、表示部46に表示されたアライメント量としての反射光束像の重心位置を見ながら、重心位置が所望の位置に移動し、被検物S等が好適なアライメント状態となるよう、ステージ6の調節を行う。
また、パソコン45が第2撮像素子42で撮像された反射光束像にもとづいて、反射光束像の重心位置を被検物S等のアライメント量として算出し、表示部46に表示するため、使用者は、重心位置を参照しながらより容易に被検物S等のアライメント調節を行うことができる。
まず、演算部としてのパソコン45は、第2撮像素子42で取得された反射光束像を含む画像Im2に対して、予め設定された閾値に従って2値化処理を行う。すると、図5(a)および図5(b)に示すように、画像Im2は、反射光束像Im23またはIm24と、反射光束像の外側の外部領域R1と、反射光束像に囲まれた内部領域R2との3つの領域に分けられる。パソコン45は、内部領域R2に相当する第2撮像素子42の画素を用いて、第2実施形態と同様の手順で内部領域R2の重心位置(図5(a)および図5(b)に、それぞれC1、C2として示す。)を算出する。算出された内部領域R2の重心位置は、被検物S等のアライメント量として、第2実施形態で説明したのと同様に被検物S等のアライメント状態の確認および調節に利用することができる。
さらに、パソコン45は、変形例1と同様の手順で内部領域R2の総画素数Nをカウントし、周囲長Lと総画素数Nとを用いてアライメント量を算出する。算出のための式はいくつか挙げられるが、例えば、下記の数3の式を用いることができる。数3を用いる場合、測定面Sa等が平面であれば、測定面Sa等が光軸X1に対して垂直となるときにアライメント量が1となるため、使用者はアライメント量を1に近づけるようにしてアライメント調節を行えばよい。
さらに、アライメント状態確認部で取得された反射光束像を含む画像が表示部に表示されず、観察光学系で取得された画像と算出されたアライメント量だけが表示部に表示される構成としてもよい。
15、60 対物光学系
20 分光器(測光手段)
40 アライメント状態確認部
42 第2撮像素子(撮像手段)
41 コリメータレンズ
45 パソコン(演算部)
46 表示部
50 測光装置
61 凹面鏡
62 凸面鏡
L 周囲長
R2 内部領域
S 被検物
Sa 測定面
Claims (7)
- 光源と、前記光源から発せられた測定光束を被検物に導く対物光学系と、前記測定光束が前記被検物の測定面で反射された反射光束を測光する測光手段とを有する測光装置であって、
前記反射光束の光路上に配置され、前記反射光束の焦点と異なる位置において前記反射光束の像を撮像する撮像手段を有するアライメント状態確認部と、
前記撮像手段で撮像した前記反射光束の像により得られた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。 - 前記アライメント状態確認部は、コリメータレンズを有し、前記反射光束は平行光とされてから前記撮像手段により撮像されることを特徴とする請求項1に記載の測光装置。
- 前記アライメント状態確認部は、前記撮像手段で撮像した前記反射光束の像にもとづいて前記被検物のアライメント状態を示すアライメント量を算出する演算部を有す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。
- 前記対物光学系は、凹面鏡と凸面鏡とを、互いの鏡面を対向させて配置することにより構成されていることを特徴とする請求項3に記載の測光装置。
- 前記演算部は、輪帯形状を呈する前記反射光束の像の内部領域の重心位置を前記アライメント量として算出することを特徴とする請求項4に記載の測光装置。
- 前記演算部は、輪帯形状を呈する前記反射光束の像の内部領域の面積を前記アライメント量として算出することを特徴とする請求項4に記載の測光装置。
- 前記演算部は、輪帯形状を呈する前記反射光束の像の内部領域における面積と周囲長との比率を前記アライメント量として算出することを特徴とする請求項4に記載の測光装置。
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