JP2019207175A - 測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で高ロバストに光学特性を測定する測定装置を提供する。【解決手段】試料の光学特性を測定する測定装置であって、光源からの光を、開口部を介して試料に照射する照射部と、照射部により照射された光の試料からの反射光による像を得る撮像部と、撮像部の出力に基づいて試料の光学特性を得る処理部と、を備え、開口部は、複数の開口を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、光学特性の測定装置に関する。

印刷物、塗装またはプラスチック材などの物体表面の光学特性は品質に関わる重要な要素であり、例えば、ＪＩＳやＩＳＯでは、光沢等、物体表面や内部（試料）の光学特性を評価するための規格が設けられている。物体表面の光学特性の評価指標としては、例えば、鏡面光沢度、写像性、ヘイズなどがある。このような光学特性の測定装置として、散乱特性（ＢＲＤＦ）を取得してから多くの指標を一度に算出する汎用装置がある。

特許文献１は、ピンホールを２次光源とし、その像を撮像素子で取得する装置を開示している。ピンホールを２次光源としているため、角度分解能の高い散乱特性を取得しうるものの、光量を確保するには、ピンホールとコリメータレンズとの距離を大きくする必要があり、装置が大型化しうる。一方、大型化を抑えた測定として特許文献２や特許文献３がある。特許文献２では、有限開口を２次光源とし、開口像のボケを多画素素子で捉え、大型化を抑えつつ、複数種類の反射特性を測定可能としている。また、特許文献３では、有限開口を２次光源とし、基準となる開口像と測定による出力像のデコンボリューション演算を実施する際、ウィナーフィルタの係数を最適化することで、計算誤差を抑制している。

特開２０１０−２７６４９２号公報 特開２０１４−１２６４０８号公報 特開２０１６−２１１９９９号公報

しかしながら、特許文献２および３では、大型化を抑制することは可能であるが、演算処理が複雑であり、ロバスト性が低い。

本発明は、簡易な構成で高ロバストに光学特性を測定する測定装置を提供することを例示的目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、試料の光学特性を測定する測定装置であって、光源からの光を、開口部を介して試料に照射する照射部と、照射部により照射された光の試料からの反射光による像を得る撮像部と、撮像部の出力に基づいて試料の光学特性を得る処理部と、を備え、開口部は、複数の開口を含む、ことを特徴とする。

本発明によれば、簡易な構成で高ロバストに光学特性を測定する測定装置が提供される。

第１実施形態における光学特性の測定装置の構成を説明する図である。 処理部で実施されるＢＲＤＦの取得フローを説明する図である。 従来の測定装置によるＢＲＤＦ取得結果の一例を示した図である。 拡散の強い試料を用いた場合の従来の測定装置によるＢＲＤＦ取得結果の一例を示した図である。 第１実施形態における測定装置によるＢＲＤＦ取得結果の一例を示した図である。 拡散の強い試料を用いた場合の第１実施形態における測定装置によるＢＲＤＦ取得結果の一例を示した図である。 式(２)のＧ_ＦＦＴのパワースペクトルを示した図である。 ウィナー係数を固定した場合のＢＲＤＦの取得フローを説明する図である。 複数の開口の形状および配置について説明する図である。 第２実施形態における開口像の拡大図である。 第２実施形態における開口３０１を用いたＢＲＤＦ取得結果の一例を示した図である。 第２実施形態における開口４０１を用いたＢＲＤＦ取得結果の一例を示した図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態における光学特性の測定装置２００の構成を説明する図である。図１（Ａ）は、本実施形態における光学特性の測定装置２００の概略構成図である。測定装置２００は、投光系である照射部１０、受光系である撮像部２０、処理部４を備える。照射部１０は、光源１、開口部２０１およびレンズ１０２を含む。

光源１は、例えば不図示の光学系を介して、開口部２０１の開口を照射する。光源１は、例えば、ＬＥＤが採用される。光源１は、例えば、後述する受光部３の分光感度特性を加味して、標準の光Ｄ６５と分光視感効率Ｖ（λ）との組み合わせと略一致するように選定する。このほかにも、有効と判断される波長帯域が、予め決まっている場合は、その帯域に合わせて選定してもよい。開口部２０１は、複数の開口を含む。開口部２０１の詳細については後述する。開き角１１３は、レンズ１０２から視た場合の開口部２０１の開口の開き角（投光側の開き角）である。開口部２０１からの光束は、レンズ１０２で略平行な光束となり、試料２に照射される。

撮像部２０は、レンズ１０３、受光部３を含む。撮像部２０は、照射部１０により照射された光の、試料２からの反射光による像を取得する。レンズ１０３は、レンズ１０２からの光１１１が試料２で正反射してなる正反射光１１２を受光するように構成されている。開き角１１４は、光学系の光学倍率と投光側の開き角１１３との積で決定される、レンズ１０３から視た場合の受光部３の受光領域の開き角（受光側の開き角）である。開口部２０１と受光部３とは、光学的に共役な関係にあるのが好ましい。

受光部３は、例えば、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ構造の固体撮像素子を含みうる。特に一素子が碁盤の目のように並んでいる構造が望ましい。受光部３は、電気ケーブル５を介して、処理部４（演算装置）に接続されている。受光部３に入射した光は、各画素毎に光電変換され、処理部４に伝送される。処理部４は入力された信号に基づき、例えば、散乱特性(ＢＲＤＦ)などの光学特性を得る。処理部４は、それには限定されないが、コンピュータ（またはＣＰＵのようなデバイス（プロセッサ等）を含む情報処理装置）を含んで構成されうる。

ここで、開口部２０１の詳細について説明する。図１（Ｂ）は、第１実施形態における開口部２０１に含まれる複数の開口２０１ａを示した図である。白抜き部が光を透過する開口２０１ａである。開口２０１ａは、開口部２０１に形成されているため、実際の開口２０１ａの形状は、開口部２０１の厚みを含む立体形状となる。しかし、本実施形態においては、説明簡単のため、開口２０１ａの形状という場合、開口部２０１の開口２０１ａを有する面の方向から見た開口２０１aの平面形状を意味するものとする。図示したように、本実施形態の開口部２０１は、複数の異なる形状の開口２０１ａを含む。開口部２０１は、例えば凸部を有する形状の開口２０１ａを含む、または、五角形や六角形などの５つ以上の角を持つ形状の開口２０１ａを含む、など、より複雑かつ異なる形状の開口２０１ａの組合わせであることが望ましい。なお、開口部２０１は、三角形の開口２０１ａを含んでいても良い。また、開口２０１ａの形状および配置を含む開口部２０１の構成は、線対称の軸を１つのみ有する、または、１８０度と３６０度の２つの回転角度に関してのみ回転対称であることが望ましい。

。図１（Ｃ）は、開口部２０１において、開口２０１ａが形成される範囲である開口範囲２０１ｂを示した図である。点線で示す開口範囲２０１ｂを６×６の領域に分割し、複数の開口を形成する。図１（Ｄ）は、開口範囲２０１ｂに複数の開口２０１ａを形成した模式図である。例えば、開口範囲２０１ｂを１．２［ｍｍ］×１．２［ｍｍ］とすると、６×６に分割した各領域２０１ｃの大きさは、０．２［ｍｍ］×０．２［ｍｍ］となる。このような開口は、アルミなどの金属板に、エッチング、または、レーザー加工などの方法により形成することが可能である。また、ガラス板に蒸着したクロムなどの金属膜をエッチングして形成することも可能である。

開口範囲２０１ｂを開口の代表的な大きさと考えると、レンズ１０２の焦点距離と合わせて、投光側の開き角１１３が決まる。例えば、レンズ１０２の焦点距離を３６［ｍｍ］とすると、ｔａｎ＾−１（１．２／３６）＝１．９［°］となる。これは、入射角度の分解能と解釈される。本実施形態では、入射面内方向と入射面に垂直な方向が同じ大きさの開口を採用しているが、入射面内方向に分解能が必要となるケースでは、入射面内方向の開口のサイズを制限してもよい。この場合は、長方形の開口範囲を設けることで、光量を確保することが可能である。

本実施形態では、同一サイズの領域２０１ｃを組み合わせて開口２０１ａを形成しているが、複数の開口２０１ａは、異なる大きさの要素を含むように構成してもよい。図１に示した開口２０１ａの形状は、一例にすぎず、その他の組み合わせをとることも可能である。また、ここでは矩形の開口の組み合わせを例として挙げているが、円や、任意の多角形、任意の閉曲線で描かれる形状の組み合わせを用いてもよい。

次に、測定装置２００における試料２の光学特性の測定方法について説明する。レンズ１０２は、開口部２０１から出射した光束が略平行光になるような位置、つまり、焦点距離と略一致するように配置される。レンズ１０２から投光された光束は、試料２の表面において試料２のＢＲＤＦに従い拡散反射される。このとき、不図示のレンズホルダなどにより略平行光束の大きさが決まる。例えば、レンズホルダの大きさを１０［ｍｍ］×１０［ｍｍ］とすると、同等の大きさの光束が投光される。入射角度が、例えば、６０［°］とすると、試料２の表面では、２０［ｍｍ］×１０［ｍｍ］となる。測定される光学特性は、この範囲での平均的な値となる。

したがって、所望の測定範囲が予め決定している場合は、適宜、レンズホルダの形状により、投光する光束のサイズを調整することが可能である。複数の大きさを持つ開口部品を設けることで、投光する光束サイズを選択できるような構成をとることも可能である。また、説明のため、入射角度を６０［°］の例を挙げたが、例えば、不図示の可動部を設けることで、入射角度、および、受光角度を可変に設定できるような光学系を採用することも可能である。また、予め複数の光学系を一体に構成することで、複数の入射角度と受光角度をもつ光学系を構成することも可能である。

試料２の表面で、拡散反射された光束の一部は、レンズ１０３によって集光され、受光部３に入射する。レンズ１０３の焦点距離と受光部３の有効領域の大きさにより、受光側の開き角１１４が決定される。例えば、レンズ１０３の焦点距離を、レンズ１０２と同じように、３６［ｍｍ］として、受光器の有効領域が５［ｍｍ］×５［ｍｍ］の場合を考えると、受光側の開き角１１４は、ｔａｎ＾−１（５／３６）＝７．９［°］となる。このパラメータに関しても、所望の開き角、使用する受光器のサイズなどの情報から、適宜変更しうる。

ここで、従来の光学特性の取得方法について説明する。従来の測定装置は、本実施形態における測定装置２００と開口部の構成が異なる。図１（Ｅ）は開口部１０１の模式図である。白抜き部が光を透過する開口を示している。従来の測定装置では１つの矩形の開口を用いている。

図２は、処理部４で実施されるＢＲＤＦの取得フローを説明する図である。工程Ｓ１では、開口部１０１の開口の情報である開口像Ｇ（ｘ，ｙ）と、試料２を介して撮像部２０により得られる開口の像である出力像Ｉ（ｘ，ｙ）を取得する。開口像Ｇは、基準とするため、例えば、試料２として鏡面を用い測定した際の像や、別の撮像部により直接に開口を撮像して得られる像である。また、予め取得された設計値としての情報であっても良い。工程Ｓ２では、開口像Ｇと出力像Ｉをそれぞれフーリエ変換し、開口像Ｇの空間周波数像Ｇ_ＦＦＴと出力像Ｉの空間周波数像Ｉ_ＦＦＴを得る。Ｇ_ＦＦＴとＩ_ＦＦＴは光学特性の１つであるＢＲＤＦと以下の関係式で表すことができる。

ここでＮ_ｍ、Ｎ_ｎは、それぞれ受光部３の縦方向の画素数、横方向の画素数である。また、Ｎ_ｍ0、Ｎ_ｎ0はＢＲＤＦの中心座標を決める定数である。Ｂ_ＦＦＴは、ＢＲＤＦの空間周波数像である。式１の形態では、開口部１０１の開口が矩形形状をしているため、Ｇ_ＦＦＴ（ｍ，ｎ）が０の値になる場合があり、計算上発散しうる。これを回避する手段として、ウィナーフィルタを用いる。
式（２）において、ｃはウィナー係数であり、ｃによってフィルタのゲインが変化する。工程Ｓ３では、散乱度を求め、工程Ｓ４では、工程Ｓ３で求めた散乱度から空間周波数フィルタ（ウィーナーフィルタ）を決定する。工程Ｓ５では周波数空間のＢＲＤＦをフーリエ変換して、実空間に変換する。

ここでＢは試料２のＢＲＤＦである。ＢＲＤＦとしてのＢは、本来は非負の値であるが、式（３）によって計算した結果、負の値が現れることがある。適切なフィルタを選択すれば、負の値は小さい値を取るため、非負化（０丸め、絶対値で正の値）しても、その影響は無視できる。以上により、ＢＲＤＦを得ることができる。

図３は、従来の測定装置によるＢＲＤＦ取得結果の一例を示した図である。図３（Ａ）は、開口部１０１の開口像Ｇを示した図である。図３（Ｂ）は、試料２のＢＲＤＦを示した図である。図３（Ｂ）の縦軸は入射面内方向、横軸は入射面内に垂直な方向に対応し、範囲は図２に示す受光側の開き角１１４に対応する。また、白色部がＢＲＤＦの値が大きいことを意味し、黒色部が小さいことを意味している。ここでは、図を明確に表示するために、２値化したデータを示している。実際の分布は、例えば、ガウシアン分布に従う、なめらかに変化する連続量である。これは、他の図においても同様である。

図３（Ｃ）は、試料２を介して取得した、開口部１０１の出力像Ｉを示した図である。図３（Ｄ）〜（Ｈ）は、ウィナー係数ｃの値を変化させたときに得られるＢＲＤＦ算出値を示した図である。図３（Ｄ）はｃ＝１０＾−６、図３（Ｅ）はｃ＝１０＾−５、図３（Ｆ）はｃ＝１０＾−４、図３（Ｇ）はｃ＝１０＾−３、図３（Ｈ）はｃ＝１０＾−２、に対応する。従来の測定装置を用いて光学特性を得ると、ｃ＝１０＾−６が選択されることとなり、図３（Ｄ）のようなＢＲＤＦが得られる。これは、図３（Ｄ）〜（Ｈ）の中で、図３（Ｂ）に示した試料２のＢＲＤＦと最も一致することがわかる。

一方、ウィナー係数ｃが大きい場合に誤差が大きくなる。図３（Ｅ）〜（Ｈ）を参照すると、図３（Ｆ）のｃ＝１０＾−４において顕著な誤差が発生しはじめ、図３（Ｇ）（Ｈ）では、さらに大きな誤差が生じている。図４は、拡散の強い試料２を用いた場合の従来の測定装置によるＢＲＤＦ取得結果の一例を示した図である。図４（Ａ）は、開口部１０１の開口像Ｇを示した図である。図４（Ｂ）は、拡散の強い試料２のＢＲＤＦを示した図である。図４（Ｄ）〜（Ｈ）は、ウィナー係数ｃの値を変化させたときに得られるＢＲＤＦ算出値を示した図である。図４（Ｄ）はｃ＝１０＾−６、図４（Ｅ）はｃ＝１０＾−５、図４（Ｆ）はｃ＝１０＾−４、図４（Ｇ）はｃ＝１０＾−３、図４（Ｈ）はｃ＝１０＾−２、に対応する。この場合は、ｃ＝１０＾−４である図４（Ｆ）が拡散の強い試料２のＢＲＤＦ（図４（Ｂ））を最もよく再現し、その他のウィナー係数ｃの値を採用した場合は誤差が大きくなる。以上のように、従来の測定装置では、最適なウィナー係数を選択することで所望のＢＲＤＦを算出することが可能であるが、ウィナー係数ｃの選択に対するロバスト性が低い。

次に、上述した従来の光学特性の取得方法を、本実施形態の開口部２０１を有する測定装置２００に適用した場合について説明する。図５は、第１実施形態における測定装置２００によるＢＲＤＦ取得結果の一例を示した図である。図５（Ａ）は、開口部２０１を反映した開口像Ｇを示した図である。図５（Ａ）は、試料２として鏡面を用い測定した際の像である。図１（Ｂ）に示した開口２０１ａは、光源１により照射され、試料２を介して受光部３に結像する。図５（Ｂ）は、試料２のＢＲＤＦを示した図である。図５（Ｂ）は、縦軸は入射面内方向、横軸は入射面内に垂直な方向に対応し、範囲は受光側の開き角１１４に対応する。図５（Ｂ）示すようなＢＲＤＦをもつ試料２を用いた際に、図５（Ｃ）に示した出力像Ｉが得られる。図５のケースで用いた試料２は、従来例の図３で用いた試料２と同じものである。したがって、図５（Ｂ）に示したＢＲＤＦは、従来例の図３（Ｂ）のＢＲＤＦと同一である。

図５（Ａ）と図５（Ｃ）とを比較すると、開口２０１ａのエッジ部分に差がみられる。これが、試料２のＢＲＤＦにより散乱された状態を反映している。図５（Ｃ）で示される光量分布は、受光部３により光電変換された後、電気ケーブル５により処理部４に伝送され、処理部４にてＢＲＤＦの取得が実施される。処理部４では、図５（Ａ）と図５（Ｃ）の情報からＢＲＤＦが取得される。

図５（Ｄ）〜（Ｈ）は、ウィナー係数ｃの値を変化させたときに得られるＢＲＤＦ算出値を示した図である。図５（Ｄ）はｃ＝１０＾−６、図５（Ｅ）はｃ＝１０＾−５、図５（Ｆ）はｃ＝１０＾−４、図５（Ｇ）はｃ＝１０＾−３、図５（Ｈ）はｃ＝１０＾−２、に対応する。本実施形態の測定装置２００によるＢＲＤＦ取得結果（図５（Ｄ）〜（Ｈ））と、従来の測定装置によるＢＲＤＦ取得結果（図３（Ｄ）〜（Ｈ））を比較すると、図５で示した結果は、明らかにウィナー係数ｃに対してロバスト性が高いことがわかる。図３のケースでは、ウィナー係数の最適値はｃ＝１０＾−６の場合（図３（Ｄ））のみだが、図５のケースでは、１０＾−６〜１０＾−３（図５（Ｄ）〜（Ｇ）の範囲で妥当なＢＲＤＦの取得が実現できる。

図６は、拡散の強い試料２を用いた場合の第１実施形態における測定装置２００によるＢＲＤＦ取得結果の一例を示した図である。図６（Ａ）は、開口部２０１の開口像Ｇを示した図である。図６（Ｂ）は、拡散の強い試料２のＢＲＤＦを示した図である。図６で用いた試料２は、図４で用いた試料２と同一のものであるため、図６（Ｂ）に示したＢＲＤＦは、従来例の図４（Ｂ）のＢＲＤＦと同一である。図６（Ｄ）〜（Ｈ）は、ウィナー係数ｃの値を変化させたときに得られるＢＲＤＦ算出値を示した図である。図６（Ｄ）はｃ＝１０＾−６、図６（Ｅ）はｃ＝１０＾−５、図６（Ｆ）はｃ＝１０＾−４、図６（Ｇ）はｃ＝１０＾−３、図６（Ｈ）はｃ＝１０＾−２、に対応する。

図６（Ｄ）〜（Ｈ）と図４（Ｄ）〜（Ｈ）とを比較すると、図５と図３との比較の場合と同様に、図６で示した結果は、明らかにウィナー係数ｃに対してロバスト性が高いことがわかる。図４におけるウィナー係数の最適値はｃ＝１０＾−４の場合（図４（Ｆ））のみだが、図６のケースでは、１０＾−５〜１０＾−２（図６（Ｅ）〜（Ｈ））の範囲で妥当なＢＲＤＦ取得が実現できる。

ここで、開口部２０１を用いたことにより、ロバスト性が向上する原理について説明する。図７は、式(２)のＧ_ＦＦＴのパワースペクトルを示した図である。図７(Ａ)は、従来の測定装置を用いた図３のケースに、図７(Ｂ)は、本実施形態の測定装置２００を用いた図５のケースに、それぞれ該当する。図７（Ａ）および（Ｂ）は、図の中心が直流成分に対応し、外側に向かって空間周波数が高くなる。強度が大きい部分を白く表示している。図中の黒い部分は０に近い値である。式（２）は、Ｇ_ＦＦＴによる割り算を意味しており、ウィナー係数ｃは黒い部分での発散を防ぐために用いられる。図７(Ａ)、(Ｂ)を比較すると、本実施形態の測定装置２００を用いた場合（図７（Ｂ））のほうが、０ではない白い部分が多く、発散しにくい状態であることがわかる。これが、本実施形態で用いた開口２０１ａが、ウィナー係数の値に対するロバスト性を向上させる要因となっている。

このように、図１（Ｂ）に示したような開口２０１ａを採用することで、従来の単純な矩形形状の場合と比較して、ウィナー係数の選択に対して高ロバストなＢＲＤＦの取得が実現できることがわかる。ウィナー係数は、式（１）のＧ_ＦＦＴ（ｍ，ｎ）が０の値になる場合に発散を防止するために導入されている。今回採用した開口形状を用いると、Ｇ_ＦＦＴ（ｍ，ｎ）が０の値になる頻度を減少させることができるため、ウィナー係数ｃの値によらず、計算上発散を抑制することが可能となり、ロバスト性が向上する。

以上のように、本発明で示した複数の分割された開口を開口部に採用することで、高ロバストなＢＲＤＦ取得が可能となる。さらに、本実施形態の開口部２０１を用いることで、ウィナー係数を固定することも可能である。図８は、ウィナー係数を固定した場合のＢＲＤＦの取得フローを説明する図である。予め決められたウィナー係数を適用することで、散乱に応じたウィナー係数を選択する工程（図２中、工程Ｓ３および工程Ｓ４）を省略することが可能となる。工程Ｓ１および工程Ｓ２は、図２の説明と同様であるため、説明を省略する。ウィナー係数を固定する場合、工程Ｓ５において、予め決められた係数を用いて、ウィナーフィルタを構成する。ここでは、一例として、ｃ＝１０＾−４とする。次に、フィルタリング処理を実施した後、逆フーリエ変換を実施することで、実空間でのＢＲＤＦを取得する。このように、取得工程を簡略化することで、測定装置２００の処理時間を低減させることが可能となる。

なお、図９は、複数の開口２０１ａの形状および配置について説明する図である。図９（Ａ）は、上述した開口部２０１の開口２０１ａとは異なる形状および配置の開口部を反映した開口像Ｇを示した図である。図９（Ａ）に示す開口像Ｇの開口部は、複数の同一形状の矩形から構成され、開口の形状および配置を含む開口部の構成は、軸Ｌ１および軸Ｌ２を線対称の軸とする、線対称となっている。図９（Ａ）に示した開口は、光源１により照射され、試料２を介して受光部３に結像する。図９（Ｂ）は、試料２のＢＲＤＦを示した図である。図９（Ｂ）示すようなＢＲＤＦをもつ試料２を用いた際に、図９（Ｃ）に示した出力像Ｉが得られる。図９のケースで用いた試料２は、図５で用いた試料２と同じものである。したがって、図９（Ｂ）に示したＢＲＤＦは、図５（Ｂ）のＢＲＤＦと同一である。

図９（Ｄ）〜（Ｈ）は、ウィナー係数ｃの値を変化させたときに得られるＢＲＤＦ算出値を示した図である。図９（Ｄ）はｃ＝１０＾−６、図９（Ｅ）はｃ＝１０＾−５、図９（Ｆ）はｃ＝１０＾−４、図９（Ｇ）はｃ＝１０＾−３、図９（Ｈ）はｃ＝１０＾−２、に対応する。図９（Ｄ）〜（Ｈ）を見ると、特に、図９（Ｇ）、（Ｈ）の場合に、誤差が大きくなっている。これは、上述した式（１）のＧ_ＦＦＴ（ｍ，ｎ）で記述される周波数空間での強度分布に、対称性を反映した分布が生じることで、ＢＲＤＦ取得結果に、その影響が表れてしまうためである。

一方、図１（Ｂ）に示した複数の開口２０１ａは、２以上の互いに異なる形状の開口を含み、全体を見た場合に複数の開口２０１ａの形状および配置は、線対称の軸を１つも有さず、いずれの中心軸においても線対称ではない。言い換えると、（複数の開口を含む）開口部は、１つ１つの開口の位置や形状を含めた全体として非対称な形状（線対称でも点対称でも回転対称でもない形状）をしている。また、複数の開口２０１ａは矩形以外の形状である、凸部を有するＬ字型の開口も含んでいる。なお、ここで凸部を有する開口とは、中央の辺が両端の辺よりも突出している形状のみならず、Ｌ字のような一辺のみが他辺よりも突出している形状も含むものとする。これは、周波数空間において、対称性等に起因する強度分布が生じないことにより、ＢＲＤＦの算出結果にも大きな誤差が生じないためである。以上のように、複数に開口２０１ａの形状および配置について、線対称の軸が１つ以下である、単なる矩形ではなく凸部を有する開口を含む、それぞれの開口の形状が互いに異なる、などの場合のほうが誤差の小さいＢＲＤＦ演算を実現するために望ましい。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態の光学特性の測定装置について説明する。第２実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従う。第２実施形態の開口部は、非線対称形状の開口を有する。ここで、非線対称形状とは、線対称の軸となる中心軸を１つも有さない形状のことである。なお、第２実施形態における光学特性の測定装置のうち、開口部以外の構成は、第１実施形態と同様である。また、本実施形態においても、説明簡単のため、開口の形状という場合、開口部の開口を有する面の方向から見た開口の平面形状を意味するものとする。

図１０は、第２実施形態における開口像Ｇの拡大図である。図１０（Ａ）は、線分で囲まれた１つの開口を有する開口部３０１の一例を示す図である。開口部３０１の開口は、両端の限られた直線である複数の線分で囲まれた、非線対称形状である。また、開口部３０１の開口は、互いに異なる形状の凹凸を含んでいる。なお、ここで異なる形状の凹凸とは、凹凸大きさや形状が異なる場合のみならず、凸部の突出する方向や凹部の窪む方向が異なる場合も含むものとする。図１０（Ｂ）は、曲線を含む１つの開口を有する開口部４０１の一例を示すである。開口部４０１の開口は、曲線を含む、非線対称形状である。また、開口部４０１の開口も同様に、互いに異なる形状の凹凸を含んでいる。図１１は、第２実施形態における開口３０１を用いたＢＲＤＦ取得結果の一例を示した図である。図１１（Ａ）は、開口部３０１を反映した開口像Ｇを示した図である。図１１（Ｂ）は、試料２のＢＲＤＦを示した図である。なお、図１１のケースで用いた試料２は、第１実施形態の図３および図５で用いた試料２と同じものである。したがって、図１１（Ｂ）に示したＢＲＤＦは、第１実施形態の図３（Ｂ）および図５（Ｂ）のＢＲＤＦと同一である。

図１１（Ｃ）は、試料２を介して取得した、開口部３０１の出力像Ｉを示した図である。図１１（Ｄ）〜（Ｈ）は、ウィナー係数ｃの値を変化させたときに得られるＢＲＤＦ算出値を示した図である。図１１（Ｄ）はｃ＝１０＾−６、図１１（Ｅ）はｃ＝１０＾−５、図１１（Ｆ）はｃ＝１０＾−４、図１１（Ｇ）はｃ＝１０＾−３、図１１（Ｈ）はｃ＝１０＾−２、に対応する。図１１のケースでも、１０＾−６〜１０＾−３（図１１（Ｄ）〜（Ｇ）の範囲で妥当なＢＲＤＦの取得が実現できることがわかる。

図１２は、第２実施形態に係る開口４０１を用いたＢＲＤＦ取得結果の一例を示した図である。図１２（Ａ）は、開口部３０１を反映した開口像Ｇを示した図である。図１２（Ｂ）は、試料２のＢＲＤＦを示した図である。なお、図１２のケースにおいても、用いた試料２は、第１実施形態の図３、図５および本実施形態の図１１で用いた試料２と同じものである。したがって、図１２（Ｂ）に示したＢＲＤＦは、第１実施形態の図３（Ｂ）、図５（Ｂ）および本実施形態の図１１（Ｂ）のＢＲＤＦと同一である。

図１２（Ｃ）は、試料２を介して取得した、開口部３０１の出力像Ｉを示した図である。図１２（Ｄ）〜（Ｈ）は、ウィナー係数ｃの値を変化させたときに得られるＢＲＤＦ算出値を示した図である。図１２（Ｄ）はｃ＝１０＾−６、図１２（Ｅ）はｃ＝１０＾−５、図１２（Ｆ）はｃ＝１０＾−４、図１２（Ｇ）はｃ＝１０＾−３、図１２（Ｈ）はｃ＝１０＾−２、に対応する。図１２のケースでも、１０＾−６〜１０＾−３（図１２（Ｄ）〜（Ｇ）の範囲で妥当なＢＲＤＦの取得が実現できることがわかる。

開口部３０１および４０１のそれぞれにおいて、第１実施形態の説明において従来例として示した図３の単純な矩形開口を開口部に用いた場合と比較して、誤差の小さいＢＲＤＦの取得が実現できることがわかる。本実施形態のような開口を採用した場合も、第１実施形態で示した開口の場合と同様に、式（１）のＧ_ＦＦＴ（ｍ，ｎ）の計算上の発散を抑制する効果があるためである。

また、本実施形態の場合でも、第１実施形態の場合と同様に、非線対称形状の１つの開口は、互いに異なる形状の凹凸を含むなど、より複雑な開口であることが望ましい。以上のように、１つの開口であっても、特殊な形状とすることで、高ロバストなＢＲＤＦの取得が可能となる。なお、本実施形態の場合も、第１実施形態の場合と同様に、ウィナー係数を固定して、図８に示した演算フローを適用することが可能である。この場合も同様に、計算工程を簡略化することで、処理時間を低減させることが可能となる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内において様々な変更が可能である。

１ 光源
３ 受光部
４ 処理部
１０ 照射部
２０ 撮像部
２００ 測定装置
２０１ 開口部

Claims (16)

1. 試料の光学特性を測定する測定装置であって、
   光源からの光を、開口部を介して前記試料に照射する照射部と、
   前記照射部により照射された光の前記試料からの反射光による像を得る撮像部と、
   前記撮像部の出力に基づいて前記試料の光学特性を得る処理部と、を備え、
   前記開口部は、複数の開口を含む、ことを特徴とする測定装置。
2. 前記複数の開口は、２以上の互いに異なる形状を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. 前記複数の開口は、それぞれの形状が互いに異なることを特徴とする請求項１または２に記載の測定装置。
4. 前記複数の開口のうちの１つの開口の形状は、５つ以上の角を持つ形状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の測定装置。
5. 前記複数の開口のうちの１つの開口の形状は、三角形であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の測定装置。
6. 前記開口部は非対称である、ことを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項に記載の測定装置。
7. 前記開口部は、線対称でも、点対称でも、回転対称でもないことを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項に記載の測定装置。
8. 前記開口部は、線対称の軸を１つのみ有する、または、１８０度と３６０度の２つの回転角度に関してのみ回転対称である、ことを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項に記載の測定装置。
9. 前記開口の形状および配置を含む前記開口部の構成は、線対称の軸が１つ以下である、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の測定装置。
10. 試料の光学特性を測定する測定装置であって、
    光源からの光を、開口部を介して前記試料に照射する照射部と、
    前記照射部により照射された光の前記試料からの反射光による像を撮る撮像部と、
    前記撮像部の出力に基づいて前記試料の光学特性を得る処理部と、を備え、
    前記開口部は、非線対称である１つの開口を有する、ことを特徴とする測定装置。
11. 前記１つの開口は、互いに異なる形状の凹凸を含む、ことを特徴とする請求項１０に記載の測定装置。
12. 前記１つの開口は、線分で囲まれた形状である、ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の測定装置。
13. 前記１つの開口は、曲線を含む、ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の測定装置。
14. 前記処理部は、前記開口部の開口像および前記像のフーリエ変換に基づいて、ウィナーフィルタの係数を決定し、
    前記係数の決定されたウィナーフィルタと、前記フーリエ変換とに基づいて、前記光学特性を得る、ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の測定装置。
15. 前記処理部は、予め決められたウィナーフィルタの係数と、前記開口部の開口像および前記像のフーリエ変換と、に基づいて、前記光学特性を得る、ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の測定装置。
16. 前記撮像部で取得する前記反射光は、前記照射部から前記試料へ入射する光の正反射光を含む、ことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の測定装置。