JPH09178563A - 分光測定装置 - Google Patents

分光測定装置

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JPH09178563A
JPH09178563A JP7350320A JP35032095A JPH09178563A JP H09178563 A JPH09178563 A JP H09178563A JP 7350320 A JP7350320 A JP 7350320A JP 35032095 A JP35032095 A JP 35032095A JP H09178563 A JPH09178563 A JP H09178563A
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Atsuhiro Iida
敦宏 飯田
Kasumi Yokota
佳澄 横田
Eichiyuu Ikeda
英柱 池田
Tomoo Shinoyama
智生 篠山
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Shimadzu Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定する試料のパターンサイズに応じた分光
測定を行なう。 【解決手段】 試料２とスリット１２との間にズームレ
ンズ４０を配置し、試料２に対する焦点距離を変えられ
るようにする。試料２の全体像はＣＣＤカメラ３１で撮
像され、ディスプレイ３３の画面上に表示される。作業
者は、マウス３４の操作によりその画面内で大きさ及び
位置が変化するウインドウを試料画像の所望の領域に指
定する。マウス操作に応じてモータ３７、３８、３９は
駆動されウインドウにて指定された領域の分光測定が行
なえるように、試料台１が移動すると共にズームレンズ
４０の焦点距離が調整される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、試料上の二次元領
域の測色等に利用される分光測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図７は、試料の二次元領域の分光測定を
行なう分光測定装置を利用した色彩測定装置の概略構成
図である。光源１１から出射された光は、試料台１上に
載置された試料２のＹ軸方向に伸びる一次元領域で反射
しスリット１２に向かう。スリット１２を通過した光は
レンズ１３でコリメートされ、回折格子１４で分光され
た後に２次光除去フィルタ１５及びレンズ１６を介して
光検出器１７上に投影される。光検出器１７は多数の微
小な受光素子が二次元的に配置されたもので、そのｙ軸
方向には試料２の一次元領域内の位置情報が、ｙ軸に直
交するλ軸方向にはその一次元領域内の各位置における
波長の広がりの情報が得られる。すなわち、光検出器１
７上には試料２の一次元領域に対応する分光強度分布を
示す分光画像が得られる。
【０００３】光源１１等から構成される測光ユニット１
０はモータによりＸ軸方向に間欠的に移動され、上記の
如き一次元領域の分光画像を順次繰り返し測定すること
により二次元領域の分光強度分布が得られる。この分光
強度分布データを演算用のパーソナルコンピュータ（パ
ソコン）２０で演算することにより各微小領域毎の色度
を求め、その結果をディスプレイ２１の画面上に表示し
たりプリンタ２２からプリントアウトする。なお、測光
ユニット１０を固定し試料台１をＸ軸方向に移動できる
ようにしても同様な測定が行なえる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記構成の装置におい
て、高精度の測色を行なうためには光検出器１７上に投
影される試料像に高いコントラストが要求される。とこ
ろが、光学系におけるレンズの収差等の影響により、投
影されるパターンが微細になるほど隣接パターンの色の
干渉を受けてコントラストが悪化するため、所定の測色
精度を得るためには適度に大きな模様のパターン像を測
定しなければならない。従って、従来の装置では、どの
程度の大きさの模様を測定可能であるかという分解能が
測色精度により決まってしまうことになる。すなわち、
測定対象の試料には、粗く大きなパターンを有するもの
や逆に微細なパターンを有するものなど種々のものが有
り得るが、パターンの粗さに応じた適当な分解能（又は
測色精度）で分光測定を実行することはできなかった。
【０００５】本発明は上記課題を解決するために成され
たものであり、その目的とするところは、試料の模様の
粗さ、或いは、要求される測色精度や分解能に応じた分
光測定が行なえる分光測定装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された第１の発明は、試料台上に載置した試料の分
光測定を行なう分光測定装置において、 a)試料上の領域を照射するための光源手段と、 b)該試料から得られた光の範囲を制限するための光域制
限手段と、 c)該光域制限手段を通過した光を波長分散するための分
光手段と、 d)該分光手段による分光光を検出するための、複数の微
小受光素子から成る光検出手段と、 e)前記試料と前記光域制限手段との間に配置された焦点
距離が切替え可能な集光手段と、 を備えることを特徴としている。
【０００７】上記課題を解決するために成された第２の
発明は、試料台上に載置した試料の分光測定を行なう分
光測定装置において、 a)試料上の領域を照射するための光源手段と、 b)該試料から得られた光を集光するための集光手段と、 c)該集光手段により集光された光の範囲を制限するため
の光域制限手段と、 d)該光域制限手段を通過した光を波長分散するための分
光手段と、 e)該分光手段による分光光を検出するための、複数の微
小受光素子から成る光検出手段と、 f)前記光源手段、前記集光手段、前記光域制限手段、前
記分光手段及び前記光検出手段から構成される測光部と
試料との間の距離を変えるべく、該測光部と前記試料台
とを互いに垂直方向に相対移動させる移動手段と、 を備えることを特徴としている。
【０００８】上記課題を解決するために成された第３の
発明は、試料台上に載置した試料の分光測定を行なう分
光測定装置において、 a)試料上の領域を照射するための光源手段と、 b)該試料から得られた光を集光するための集光手段と、 c)該集光手段により集光された光の波長を制限するため
の波長制限手段と、 d)該波長制限手段を通過した光を波長分散するための分
光手段と、 e)該分光手段による分光光を検出するための、複数の微
小受光素子から成る光検出手段と、 f)前記集光手段と前記波長制限手段との間に挿入され、
所望の測定領域の形状に応じて光の一部をマスキングす
るためのマスキング手段と、 を備えることを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】第１の発明に係る分光測定装置に
おける集光手段としては、焦点距離が無段階に切替え可
能なズームレンズ、複数段階に焦点距離が切替え可能な
複焦点レンズ、或いは焦点距離の相違する複数のレンズ
が選択可能に構成されたレンズメカニズムなどが利用さ
れる。例えば、ズームレンズを使用する場合、光源手段
からの出射光は試料の表面に当たって反射し、反射光は
ズームレンズに向かう。ズームレンズによって光域制限
手段、例えばスリットの面に試料像が一旦結像される。
スリットを通過する際にスリット幅により一次元領域像
の幅方向のサイズが制限され、この領域像に対応する光
が回折格子等の分光手段によって波長分散される。試料
台を測光部に対してスリットの幅方向に移動させつつ試
料の一次元領域像を繰り返し分光測定することにより、
二次元領域の分光測定が実行される。
【００１０】ズームレンズの焦点距離を変えるとスリッ
ト面に結像される試料像の領域の大きさが変化するの
で、測定したいパターンサイズに応じてズームレンズを
調整することにより微細なパターンから粗いパターンま
で分光測定が行なえる。すなわち、高い分解能や測色精
度を必要としない粗い大きなパターンを有する試料を測
定する場合には、ズームレンズをワイド側にして試料の
広い範囲を測定する。また、微細なパターンを有する試
料を測定する場合には、ズームレンズをテレ側にして微
細な領域を高精度に測定する。
【００１１】第２の発明に係る分光測定装置では、上記
第１の発明における集光手段の代わりに移動手段を用い
てスリット面に結像される試料像の領域の大きさを変化
させる。すなわち、移動手段により試料と集光手段との
間の距離を変えることにより、該集光手段の焦点距離を
変化させたのと同様の効果を得る。
【００１２】第３の発明に係る分光測定装置では、分光
測定される測定領域内のパターンサイズ自体は拡大又は
縮小されないが、測定領域の形状に合わせて不要部分が
遮光されるようにマスキング手段が用いられる。第３の
発明に係る分光測定装置は、試料の表面上の小領域一点
の分光測定を実行する。このような装置を用いて測色を
行なう場合、小領域全体の平均的な色度が算出されるか
ら、マスキング手段により不要な部分を適宜、遮光する
ことにより複雑な形状を有する領域の平均的な色度等を
算出することができる。
【００１３】
【発明の効果】以上のように、第１及び第２の発明に係
る分光測定装置によれば、試料のパターンサイズに応じ
て、粗い分解能で広い領域を分光測定したり、微小領域
を高い分解能で分光測定したりすることができる。ま
た、粗い分解能で試料全体の分光測定を実行した後に、
更に所望の微小領域を選んで高精度の測定を連続して行
なうこともできる。また、第３の発明に係る分光測定装
置によれば、複雑な形状を有する領域の分光測定が容易
に行なえる。
【００１４】
【実施例】
〔実施例１〕以下、本発明に係る分光測定装置の第１の
実施例（以下「実施例１」という）である色彩測定装置
について、図を参照しつつ説明する。図１はこの色彩測
定装置の構成図である。光学系の特徴は、試料２とスリ
ット１２の間の光路にズームレンズ４０が設けられてい
ることである。また、ＣＣＤ撮像用照明３０は斜め上方
から試料２の表面を照射し、試料２の全体像又は一部領
域像がＣＣＤカメラ３１により撮影される。その画像信
号は画像信号処理部３２へ送られて一旦その内部のフレ
ームメモリに記憶され、ノイズ除去、輪郭強調、色補正
等の処理が施される。また、後述するようなウインドウ
表示のためのスーパーインポーズ処理も行なわれる。処
理後の画像信号はディスプレイ３３へ送られ、試料２の
二次元領域像がディスプレイ３３の画面上に表示され
る。マウス３４の操作による入力信号はＣＰＵ等から成
る制御部３５に入力される。制御部３５はマウス３４の
操作に応じて、後述のように画像信号処理部３２及びモ
ータ駆動部３６に対し制御信号を送る。試料台１はＸ軸
方向モータ３７及びＹ軸方向モータ３８によりそれぞれ
移動され、ズームレンズ４０はズーム駆動モータ３９に
より駆動される。
【００１５】上記構成において、色彩測定の手順を説明
する。まず、作業者は試料台１上に被測定対象の試料２
を載置した後にＣＣＤカメラ３１のズームを適当に調整
し、ディスプレイ３３の画面上に試料２の全体像が表示
されるようにする。試料２の一部領域の範囲内のみにつ
いて測定することが目的である場合には、その領域の範
囲全体がディスプレイ３３の画面上に表示されるように
ズームを調整しさえすれば良い。ズーム調整が完了した
ならば、作業者は制御部３５に付属して設置されたキー
ボード（図示せず）のキー操作により「画像のメモリ」
を指示する。制御部３５はこの指示を受け、その時点で
画像信号処理部３２内部のフレームメモリへの新たな画
像データの取込みを停止させる。この結果、ディスプレ
イ３３に表示される試料画像はフリーズ状態となる。
【００１６】一方、制御部３５は、マウス３４の操作に
応じて所定の位置に所定の大きさのウインドウを表示し
た１フレームの画像データを内部で作成し画像信号処理
部３２へ送出する。具体的には、マウス３４のボールの
操作量及び操作方向に応じて画面上でウインドウが移動
し、マウス３４の二つのスイッチのクリック操作１回毎
にウインドウの大きさが所定分づつそれぞれ拡大、縮小
する。マウス３４が操作されていない初期状態では、適
当な大きさを有するウインドウが画像の中央に位置する
ように予め設定される。画像信号処理部３２は、フレー
ムメモリに記憶している画像と制御部３５からの画像と
を重畳することにより試料２の二次元画像にウインドウ
が合成された画像を生成し、これをディスプレイ３３の
画面上に表示させる。このときの表示画面の一例は、図
２（ａ）に示すように、試料画像５０にウインドウ５１
が重畳して表示されたものとなる。ウインドウ５１は、
のちに自動的に分光測定を行なう領域の範囲を示す表示
である。
【００１７】次に、作業者は上記の如くディスプレイ３
３に表示された画像を参照しながらマウス３４を操作す
る。制御部３５は、マウス３４の操作に応じウインドウ
５１の表示位置及び大きさを変えた画像を順次作成し画
像信号処理部３２へ送出する。画像信号処理部３２は、
制御部３５からの画像データが更新される毎にフレーム
メモリに記憶している画像に対し新たに重畳した画像を
生成しディスプレイ３３の表示を更新する。従って、デ
ィスプレイ３３上の表示画面は、図２（ｂ）のように、
背景の試料画像は元のままでマウス３４操作に応じてウ
インドウ５１が移動すると共にその大きさが変化したも
のとなる。
【００１８】先に試料画像をフリーズ状態にした時点に
おけるＣＣＤカメラ３１のズームの状態、試料台１の位
置、及びズームレンズ４０の初期状態に基づいて、ディ
スプレイ３３の画像上での座標位置と実際の試料２上で
の位置との対応付けが行なえる。すなわち、ディスプレ
イ３３の画面上でのウインドウ５１の移動量からそれに
対応した試料台１の移動量を算出することができ、一
方、ウインドウ５１の大きさからそれに対応したズーム
レンズ４０の調整量を算出することができる。そこで、
制御部３５は、マウス３４のボールの操作量及び操作方
向に基づいて試料台１のＸ軸方向及びＹ軸方向の移動量
をそれぞれ算出し、この移動量をモータ駆動部３６へ指
示する。また、制御部３５は、マウス３４のスイッチの
クリック回数に基づいてズームレンズ４０の調整量及び
その方向（すなわち拡大又は縮小）を算出し、モータ駆
動部３６へ指示する。モータ駆動部３６は、指示された
移動量だけ試料台１が移動するようにＸ軸方向モータ３
７及びＹ軸方向モータ３８に対し駆動信号を印加すると
共に、指示された調整量だけズームレンズ４０が調節さ
れるようにズーム駆動モータ３９に対し駆動電圧を印加
する。この結果、マウス３４の操作に追随して試料台１
が水平方向に高速で移動すると共に、ズームレンズ４０
により結像される領域の大きさ範囲も変化する。
【００１９】作業者は、ディスプレイ３３の画面上で所
望の領域にウインドウ５１を設定した後に、キーボード
の操作により「分光測定開始」を指示する。制御部３５
はこの指示を受けて、その時点においてウインドウ５１
で指定されている試料２上の領域の分光測定を開始す
る。すなわち、前述の従来装置と同様に、所定の二次元
領域内の一次元領域の分光測定を行なった後に、Ｘ軸方
向モータ３７により所定量（通常、Ｘ軸方向の分解能）
だけ試料台１を移動させ、隣接する一次元領域の分光測
定を行なう。これを繰り返し所定の範囲内の分光測定を
完了し、その分光画像データを基にパソコン２０におい
て微小領域毎の色度を演算する。分光測定が行なわれて
いる間、マウス３４の操作による入力信号は無効とさ
れ、一連の分光測定が終了した後にその無効状態が解除
される。
【００２０】以上のように実施例１では、ズームレンズ
４０を用い焦点距離を変えることにより、試料２の表面
上の測定領域の大きさを変えることができる。もちろ
ん、このズームレンズ４０は焦点距離を無段階に可変で
きるものであっても、ステップ的に可変できるもののい
ずれであっても良い。
【００２１】〔実施例２〕図３は、本発明に係る分光測
定装置の第２の実施例（以下「実施例２」という）の光
学系の構成図である。実施例２では、実施例１のズーム
レンズ４０に代わって、それぞれ焦点距離の相違する複
数のレンズ４１ａが円盤状の回転板４１ｂにマウントさ
れたレンズ交換メカニズム４１が用いられる。また、実
施例１のズーム駆動モータ３９に代わるものとして回転
板４１ｂを中心軸を中心に回転させるモータ（図示せ
ず）が設けられ、マウスのクリック操作によって指定さ
れたウインドウの大きさに応じた焦点距離のレンズ４１
ａを選択すべく制御部からモータ駆動部に指示が与えら
れる。この結果、回転板４１ｂが回転し、選択されたレ
ンズが試料２とスリット１２の間の光路に配置される。
【００２２】〔実施例３〕図４は、本発明に係る分光測
定装置の第３の実施例（以下「実施例３」という）の光
学系の構成図である。実施例３では、試料２とスリット
１２の間の対物レンズ４２を固定焦点レンズとし試料台
１をＺ軸方向に移動することにより、対物レンズ４２で
結像させる試料２上の領域の大きさを変化させる。試料
台１をＺ軸方向に移動させるために、実施例１のズーム
駆動モータ３９の代わりにＺ軸方向に移動可能なリニア
モータ（図示せず）が設けられる。そして、制御部にお
いて、マウスのクリック操作によって指定されたウイン
ドウの大きさに応じたＺ軸方向の移動量が算出され、そ
の移動量がモータ駆動部に指示される。この結果、試料
台１はＸ軸方向、Ｙ軸方向のみならずＺ軸方向にも移動
する。
【００２３】なお、実施例１〜３のいずれの場合も、Ｘ
軸方向の分解能はスリット１２のスリット幅により決ま
るので、Ｘ軸方向の分解能とＹ軸方向の分解能とを揃え
る必要がある用途に対しては、スリット幅を変えるため
の機構を備えるようにすれば良い。
【００２４】以上の説明は、試料の二次元領域の分光測
定を実行する分光測定装置に関するものであったが、本
発明は、試料の表面上の任意位置の点領域を分光測定す
る分光光学系を有する装置にも適用することができる。
すなわち、このような分光測定を利用した色彩測定装置
に実施例１の如きズームレンズを用いた場合、広い面積
を有する領域を一度に分光測定するように設定すれば、
その領域全体の平均的な色度を得ることができ、極く狭
い面積を有する領域を分光測定するように設定すれば、
微細な領域の色度を得ることができる。
【００２５】〔実施例４〕更に、小領域の分光測定を行
なう分光測定装置では、以下のような構成を追加するこ
とによって複雑な形状を有する領域の分光測定が可能と
なる。図５は、本発明に係る分光測定装置の第４の実施
例（以下「実施例４」という）の光学系の構成図であ
る。光学系は、適当なスポット径で試料２の表面を照射
する光源６１、固定焦点の対物レンズ６２、スポット状
の領域からの反射光を適当な形状に制限するためのマス
ク４４、スリット６３、スリット６３に集光するための
レンズ６４ａ、スリット６３を通過した拡散光を集光す
るためのレンズ６４ｂ、波長分散するための回折格子６
５、２次光除去フィルタ６６、レンズ６７、及び、一次
元方向（λ軸方向）に複数の微小受光素子が配列された
光検出器６８から構成されている。試料台１は実施例３
と同様にＸ・Ｙ・Ｚの三次元方向に移動可能となってお
り、これによって上述のように試料２の表面上の任意の
位置の任意の大きさの小領域の分光測定が行なえるよう
になっている。
【００２６】図６はマスク４４の形状の実施例を示す図
である。図６（ａ）は、円盤状の回転板４５に異なる大
きさの角穴４６の開口部を有するマスク４４を示す。回
転板４５は円中心を軸に回転し、測定領域の形状に応じ
て選択された角穴４６の中心が対物レンズ６２の中心軸
に一致するように光路上に設置される。
【００２７】図６（ｂ）は、回転板４５の中心部分に開
口部４７が形成され、その開口部４７を取り囲む四枚の
長方形形状の板４８の位置により開口面積が変化する構
造のマスク４４である。四枚の板４８が、図中の矢印の
ように回転板４５の中心方向又はその反対方向に移動す
ることにより、種々の面積の開口部が形成される。更
に、四枚の板４８がそれぞれ回転するような構造とすれ
ば、菱形形状や台形形状等の開口部を形成することもで
きる。
【００２８】図６（ｃ）は、図６（ｂ）の例と同様に回
転板４５の中心部分に開口部４７が形成されるが、更に
複雑な形状のマスキングが行なえるようにしたものであ
る。開口部４７の四方周囲から複数の細い板４９が回転
板４５の中心に向かって突出する構造を有し、それぞれ
の板４９の突出量が自由に設定されるようになってい
る。従って、分光測定を行ないたい領域の形状に合わせ
て、適宜、各板４９の突出量を制御することにより、適
当なマスキングを行なうことができる。
【００２９】なお、以上のいずれの実施例においても、
試料台１を移動させる代わりに、試料台１を固定し測光
ユニット１０を移動させるようにしても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る分光測定装置の実施例１の構成
図。
【図２】 実施例１におけるディスプレイ画面の例を示
す模式図。
【図３】 本発明に係る分光測定装置の実施例２の光学
系の構成図。
【図４】 本発明に係る分光測定装置の実施例３の光学
系の構成図。
【図５】 本発明に係る分光測定装置の実施例４の光学
系の構成図。
【図６】 実施例４におけるマスク形状の実施例を示す
模式図。
【図７】 従来の分光測定装置の一例である色彩測定装
置の構成図。
【符号の説明】
１…試料台 ２…試料 １１…光源 １２、６３…スリット １４、６５…回折格子 １７、６８…光検出器 ４０…ズームレンズ ４１…レンズ交換メカニズム ４３、６２…対物レンズ ４４…マスク
フロントページの続き (72)発明者 篠山 智生 京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式会 社島津製作所三条工場内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 試料台上に載置した試料の分光測定を行
    なう分光測定装置において、 a)試料上の領域を照射するための光源手段と、 b)該試料から得られた光の範囲を制限するための光域制
    限手段と、 c)該光域制限手段を通過した光を波長分散するための分
    光手段と、 d)該分光手段による分光光を検出するための、複数の微
    小受光素子から成る光検出手段と、 e)前記試料と前記光域制限手段との間に配置された焦点
    距離が切替え可能な集光手段と、 を備えることを特徴とする分光測定装置。
  2. 【請求項２】 試料台上に載置した試料の分光測定を行
    なう分光測定装置において、 a)試料上の領域を照射するための光源手段と、 b)該試料から得られた光を集光するための集光手段と、 c)該集光手段により集光された光の範囲を制限するため
    の光域制限手段と、 d)該光域制限手段を通過した光を波長分散するための分
    光手段と、 e)該分光手段による分光光を検出するための、複数の微
    小受光素子から成る光検出手段と、 f)前記光源手段、前記集光手段、前記光域制限手段、前
    記分光手段及び前記光検出手段から構成される測光部と
    試料との間の距離を変えるべく、該測光部と前記試料台
    とを互いに垂直方向に相対移動させる移動手段と、 を備えることを特徴とする分光測定装置。
  3. 【請求項３】 試料台上に載置した試料の分光測定を行
    なう分光測定装置において、 a)試料上の領域を照射するための光源手段と、 b)該試料から得られた光を集光するための集光手段と、 c)該集光手段により集光された光の波長を制限するため
    の波長制限手段と、 d)該波長制限手段を通過した光を波長分散するための分
    光手段と、 e)該分光手段による分光光を検出するための、複数の微
    小受光素子から成る光検出手段と、 f)前記集光手段と前記波長制限手段との間に挿入され、
    所望の測定領域の形状に応じて光の一部をマスキングす
    るためのマスキング手段と、 を備えることを特徴とする分光測定装置。
JP7350320A 1995-12-21 1995-12-21 分光測定装置 Pending JPH09178563A (ja)

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