JPH1031154A - 物体の反射率の測定用光学システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】テレセントリック光学系を使用して、測定中の
物体（48）または検出器（52）の焦点ずれまたは傾斜の
結果として被測定放射量の変化を最小にする。 【解決手段】光源（44）から物体（48）を照射するテレ
セントリック照射系（46）が設けられる。テレセントリ
ック受光系は物体（48）からの反射光を受け、検出器
（52）へ中継する。別の好ましい実施例ではテレセント
リック系は輝度の測定にも適している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学測定システム
に関するものである。一層特に、本発明は、物体の反射
率を測定するシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】反射率の測定においては、物体の傾斜や
焦点ずれにより誤差が生じ得る。製造ラインにおいて、
テスト中の物体の傾斜や位置の制御は、特にその部分に
接触することがその物体を損傷させたりまたは後続の製
造工程において使用できなくさせる場合には問題があ
る。テスト装置に対する物体の位置または傾斜の変化
が、測定された反射率に重大な変動をもたらさない反射
率測定装置を提供することが望まれている。典型的な反
射率測定装置は、測定すべき試料を照射する光学系と反
射光を収集する光学系とから成っている。ここで光学系
はレンズ及びアパーチャの集合を意味している。照射及
び収集光学系は完全に別個であるか、またはそれらのレ
ンズ及びアパーチャの幾つかまたは全部を共有し得る。
照射光学系は光源からの光線を試料へ中継する。集光光
学系は反射光を試料から検出器へ中継する。正確で再生
可能な反射率測定を行うためには、照射光学系が光源か
らの光線の一定の部分を試料へ中継し、また収集光学系
が試料からの反射光線の一定の部分を検出器へ中継する
必要がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】光学系によって中継さ
れる光線の部分に影響を与える二つのキーファクタは、
測定されることになる試料の傾斜と位置である。これら
のファクタは収集光学系によって中継される反射光線に
最も強く影響する。例えば、部品の角度または傾斜が変
化すると、検出器平面における光線の位置は変化して、
光線を部分的にかまたは完全に検出器からはずれさせ
る。同様に、試料の位置の変化は検出器を照射する光線
の大きさに影響を与え、従って検出器平面における光線
の強度に影響を与えることになる。試料の傾斜及び位置
の変動は幾つかの理由で生じ得る。すなわち、試料ホル
ダーが堅固でなく、試料は測定毎に試料ホルダーの同じ
位置に配置できない。試料は反射率測定装置を通過する
ことができ、そして反射率測定装置に運動力学的に結合
され得ない。試料は曲げられて、それの距離及び角度が
反射率モニターに対する横方向配置に依存するようにな
る。位置及び角度の変動を伴い得る測定形態の例は、ガ
ラスパネルにおけるインラインスパッター蒸着において
生じる。ガラスパネルは、反射率測定装置を通過するの
で堅固に支持されず、またガラスは曲がって、焦点ずれ
や傾斜を生じさせ得る。被覆されることになる部材が湾
曲面を備えたＣＲＴである場合には、ＣＲＴが反射率測
定装置を通過する際に測定すべき表面の位置及び角度が
変化するので、焦点ずれ及び傾斜の問題は増大される。

【０００４】本発明の測定システムは、テレセントリッ
ク光学系を使用して、測定すべき物体の位置に対する放
射測定の依存性を最少化する。テレセントリック光学系
は一般に、焦点ずれ物体が焦点の合った物体と同一の寸
法で現れるようにして寸法測定を助けるために、顕微鏡
によって使用される。例えば、湾曲メニスカスの最高点
は、光学系からの距離の僅かな変動にもかかわらずテレ
セントリック光学系を通して見た際に同じ高さであるよ
うに見える。またスキャナーもしばしばテレセントリッ
ク光学系を使用する。スキャナーシステムにおいては、
走査すべき物体と画像との間の光線の光学通路は物体ま
たは画像の平面の不正確な位置決めにより変化する。テ
レセントリックスキャナーシステムは光路長の誤差を補
償する。テレセントリックスキャナーシステムの例は、
Batchelderの米国特許第4,740,708 号明細書に開示され
ている。

【０００５】テレセントリック光学系の普通の適用例に
おいては、重要なのは物体の測定精度であり、すなわち
物体の特徴が物体自体の僅かな焦点ずれにもかかわらず
同じ寸法をもつことである。反射率測定の場合には、試
料は光のスポットで照射され、反射光線の強度が測定さ
れる。試料の特定の寸法すなわち特徴は測定される必要
がなく、それでそのような場合テレセントリック光学系
の利点は何であるか明らかでない。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の測定システムは
物体の測定特性よりはむしろ放射特性の位置及び傾斜依
存性を最少化するためにテレセントリック光学系を使用
することである。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の反射率測定の一つの実施
の形態では、拡大した光源から光線を受け、その光線を
物体へ中継するためにテレセントリック照射光学系が使
用される。この場合、テレセントリック照射光学系は、
一つのレンズまたはレンズ群を備え、このレンズまたは
レンズ群の前側焦点面に絞りが配置されている。これに
より、物体上に形成される光源の像の寸法はレンズ系に
対する物体の位置に無関係となる。テレセントリック収
集光学系は、物体で反射した光線を検出器へ中継するた
めに使用される。照射系の絞りの像は収集光学系におけ
るレンズまたはレンズ群の前側焦点に位置され、検出器
に形成された像の寸法は光学系に対する正確な位置に無
関係となる。

【０００８】本発明の特徴は、検出器が収集光学系で形
成される像より小さく、該像が検出器より大きくなると
いうことにある。像が検出器より大きくなるすなわちオ
ーバーフィルされるので、像の横方向寸法すなわち大き
さが何故重要であるかは明らかでない。しかしながら、
像の寸法は像は放射照度を決定する。というのは、像の
放射照度が像の面積で分割した像に含まれる光学倍率で
あり、像の寸法に関係するからである。従って、テレセ
ントリック系の利点は、最終像の放射照度が測定すべき
物体の正確な位置に無関係であることにあり、それで検
出器で収集された光線の量は測定されることになる物体
の正確な位置に依存することになる。本発明の好ましい
実施の形態においては、絞りは、光源の輝度がほぼ一様
となる角度の範囲内の光線のみを通すように寸法決めさ
れる。これにより、検出器の位置において一様な放射照
度が維持される。

【０００９】本発明の好ましい実施の形態においては、
光源及び検出器は、光学繊維から成る。光学繊維は、あ
る角度範囲にわたってほぼ一様な輝度をもたらすことが
できる。本発明の一つの実施の形態では、テレセントリ
ック照射光学系を通る光軸及びテレセントリック受光光
学系を通る光軸は相互に傾斜される。この傾斜角度は、
実際には小さくしてシステムの性能に対する物体の傾斜
または焦点ずれの影響を低減するのが望ましい。本発明
の好ましい実施の形態では、この角度は物理的実体を空
間的に分離できる最小角度である。本発明の別の実施の
形態では、物体表面に対して光線が垂直に入射できるよ
うにビームスプリッターが使用される。この実施の形態
において、光源からの光線は絞りを通過し、ビームスプ
リッターで反射し、そして測定すべき物体へ中継され
る。光線は物体で反射し、そしてビームスプリッターに
戻される。この光線の一部はビームスプリッターを通過
し、そして検出器へ中継される。この実施の形態の欠点
は、光源からの光線の大部分が検出器に到達しないこと
である。これにより装置の効率は低減する。

【００１０】本発明は、物体がシステムの焦点距離の数
％位置変化したりまたは数度傾いたりするシステムにお
いて使用することができる。このシステムはまた、検出
器を正確に位置決めするのが難しいシステムと共に使用
できる。また物体と検出器との間に配置されたテレセン
トリック光学系は輝度を測定するのに使用され得る。輝
度測定においては、物体の傾斜及び（または）不正確な
位置決めは反射率の測定に関して述べたものと同様な問
題を生じる。

【００１１】本発明の上記の及びその他の特徴は添付図
面に関しての以下の詳細な説明から明らかとなろう。用
語の定義 光源： 光源は光線を放射する全ての物理的なものであ
る。以下の説明において、この光源は問題の光学系に光
線を導く、ここでは詳細に説明しない光学系にも適用で
きる。例えば、遠隔の電球からの光線を導く光学繊維は
この説明の目的において光源と呼ぶことにする。 物体： 物体は、光線を反射または放射し、その幾らか
の光線を問題の光学系に入れる全ての物理的なものであ
る。 像： 像は元の物体からスケーリングファクタ（収差の
ない場合）の範囲内まで同じ放射照度分布に組み合され
る物体から放射する光波の再集束である。本発明では、
システムは、像平面の位置が最適位置または傾斜からの
物体または検出器の変位の結果として僅かにずれたとし
ても、物体及び検出器上に光源の像を形成するものとし
て記載する。 光軸： 回転対称光学系において、全ての光学素子の回
転中心を通る仮想線を意味する。 倍率： これは、像の寸法と物体の寸法との比である。
倍率は１より大きいか、等しいか、または小さい。 光線： これは、波面に垂直な仮想概念である。これ
は、回析の影響が無視される場合に光波が光学系を通過
する際に波面においてレンズなどの効果をトレースする
のに用いられる。 絞り： これはシステムを通過できる光線の円錐形の範
囲を制限するアパーチャである。 瞳： これは、レンズによって形成される絞りの像であ
る。またこれは虚絞りと呼ばれる。 主光線： これは物体の縁部から出てシステムの絞りの
中心を通過する特定の光線である。像平面における主光
線の高さは像の寸法を画定する。 周縁光線： 周縁光線は主光線に伴う概念である。周縁
光線は物体の中心（光軸）から始まり、絞りの縁部を通
過する。光軸を横切る周縁光線は像平面を決める。 共役点： これらは物体・像の対である。これら共役は
スケーリングファクタ（倍率）の範囲内の光学的に等価
のものである。 無限遠の共役点： これは特殊な物体・像の対であり、
対の一方はレンズの焦点にあり、他方は無限遠にある。 コリメート光： 全ての光線が平行（通常光軸に対し
て）である特定の状態。これはレンズの焦点に点光源を
配置することにより発生される。 疑似コリメート光： これは、周縁光線が平行（通常光
軸に対して）である特定の状態である。これはレンズの
焦点に（通常小さな）拡大光源を配置することにより発
生される。 テレセントリシティ： テレセントリシティはシステム
における主光線の特殊な関係を表す。システムは、物体
空間における主光線が光軸に平行である場合に物体側に
おいてテレセントリックである。等価的に、入射瞳は無
限遠にある。システムは、像空間における主光線が光軸
に平行である場合に像側においてテレセントリックであ
る。等価的に、射出瞳は無限遠にある。本発明において
は、像側においてテレセントリックである光学系に関し
て用語テレセントリックを用いる。

【００１２】本発明の好ましい実施例の幾つかは二つの
テレセントリック光学系を備えているが、これは二重に
テレセントリックな系を意味しない。二重にテレセント
リックな系は物体側と像側の両方においてテレセントリ
ックである単一テレセントリック系である。さらに、光
学用語についてはMIL-STD-1241A ：光学用語及び定義に
記載されている。

【００１３】

【実施例】図１及び図２には本発明のシステム以外の反
射率測定システムの可能な解決法を示す。これらの解決
法は例として、以下に説明する本発明の利点を強調する
ために説明する。図１は焦点測定システム20を示す。光
源22からの光線はレンズ24によって物体26上に集束され
る。光線は物体26から反射してレンズ27を通り、このレ
ンズ27は光線を検出器28上に再集束する。図１のシステ
ムの欠点は、物体26の位置に非常に感応し易い点にあ
る。物体26が動くと、検出器28における放射照度は変化
する。この放射照度の変化は反射率の測定に誤差を生じ
させる。図３は、11度の入射角をもつ集束系に対する物
体の傾斜及び位置におけるスループットの依存性のコン
ピュータシュミレーションを示す。システムはｙ軸に沿
ってのびる等高線で示されるように傾斜に不感応性であ
るあることが認められる。しかしながら、システムはｘ
軸に沿ってのびる等高線で示されるように物体の位置の
変化には感応性である。

【００１４】図２は11度の入射角をもつ無焦点コリメー
ト系30を示す線図である。光源32からの光線はレンズ34
によって擬似コリメートされる。光線は物体36で反射
し、そして反射光線はレンズ38により検出器40上に集束
される。このシステムは、物体36の位置の変化に対して
は上記の集束系より良いが、しかし傾斜角に対しては非
常に感応し易い。これは図４のコンピュータシュミレー
ションからわかる。すなわち等高線はｘ軸に沿って伸長
され、物体の位置に対して不感応性を示し、一方ｙ軸に
沿っては圧縮され、物体の傾斜に対して感応し易いこと
を示している。図５にはテレセントリック系を線図で示
す。光源44は細長い光源である。一つの好ましい実施例
において、この光源は光学繊維から成っている。光源は
ある角度範囲に渡ってほぼ一様な輝度を発生する。好ま
しい実施例においては光学繊維は約６〜７度に渡って一
様な輝度を発生する。光学繊維の総Ｎ．Ａ．すなわち開
口数は0.22である。後で説明するように、絞りは、この
ほぼ６〜７度の一様な輝度のみがシステムを通過できる
ようにするのに使用され得る。システムはこの一様な輝
度円錐形の範囲内におけるより小さな角度を用いても動
作するが、装置の効率を維持するためにはできるだけ大
きなほぼ一様な輝度円錐形を使用するのが望ましい。

【００１５】テレセントリック照射系は絞り（レンズ
１）及び少なくとも一つのレンズ（レンズ２）を備え、
絞りは少なくとも一つのレンズ（レンズ２）の前側焦点
に位置している。テレセントリック照射系46は測定中の
物体48上に光源の像を形成する。光線は測定中の物体48
からテレセントリック受光系50へ反射する。テレセント
リック受光系50は二つまたはそれ以上のレンズ、この場
合にはレンズ３、４を備えている。最初のレンズまたは
レンズ群、この場合レンズ３は位置Ｅ´に絞りＥ（レン
ズ１のアパーチャと一緒に配置されている）の像を形成
する。位置Ｅ´は最終のレンズまたはレンズ群、この場
合レンズ４の前側焦点F4にある。レンズ４は光源44の像
を受光器52へ中継し、受光器52は好ましい実施例で光学
繊維である。

【００１６】図５に示すように、好ましい実施例におい
ては、レンズ２の後側焦点F2´は物体48に位置し、また
レンズ３の前側焦点F3も物体48に位置している。図５に
示す好ましい実施例では、光軸54と物体48に対する垂線
56との成す角度θは11度である。主光線58は図５に示す
好ましい実施例に示されている。主光線58は絞りの像Ｅ
´において光軸54と交差することに注目すべきである。
またシステムに対する周縁光線60も図５に示されてい
る。周縁光線が光軸と交差するのは像平面である。像平
面は物体48及び検出器52に位置することがわかる。本発
明では、システムは、像平面が物体または検出器の位置
ずれまたは傾斜のため物体または検出器から僅かにずれ
得るが、検出器52及び物体48に像を形成するものとして
説明する。図５において、主光線の高さは明瞭にするた
めに５倍にされている。

【００１７】好ましい実施例では、システムにおける各
レンズは無限遠の共役点において使用される。光源はレ
ンズ１の前側焦点F1に位置している。これは一般に作動
するシステムには必要ないが、設計した物体／像対形態
において作動するように選択された特殊なレンズのため
のであることに注目すべきである。これは、無限遠の共
役点に対して通常補正された商業的に利用できるレンズ
があるからである。レンズ２は光線を受け、後側焦点F2
´に光源の像を形成する。この像はレンズ３の前側焦点
F3に位置し、それでレンズ３は無限遠の共役点において
作動する。さらに、最終のレンズは擬似コリメート光線
を受け、後側焦点F4´に光源の像を再び形成する。全て
のレンズは無限遠の共役点において使用されるので、全
体倍率は、選択した種々の有効な焦点距離で調節され
る。これは、式

【００１８】ｍ_total ＝ｆ₂ ｆ₄ ／ｆ₁ ｆ₃ で与えられ、ここでｍ_total は全体倍率であり、またｆ
_n はレンズｎの有効焦点距離である。

【００１９】レンズ１〜４の各々は上記のレンズの機能
を行うように結合される多レンズで置き換えることがで
きることが認められる。実際に、好ましい実施例では図
５に示すレンズの各々は色消しダブレットであり、各々
正、負レンズ素子から成っている。用語“レンズまたは
レンズ群”の代わりに“レンズ装置”を用いることがで
き、レンズ装置は単一レンズまたはレンズ素子群であっ
てもよい。光源及び検出器に対して用いられる光学繊維
は米国ニュージャージー州ベローナのＣ−Technologie
s, Inc. から入手できる。この光学繊維はコア直径0.0
5mm以上である。図５のテレセントリシティ系は、物体
が物体の垂線56に対して平行に動く場合でも、正確な反
射率測定を行うことができるという利点がある。

【００２０】検出器52は受光光線を構成成分波長に分離
する分光写真器を備えた複合検出器である。電荷結合素
子（ＣＣＤ）アレイのような副検出器は種々の波長に相
応した位置に配置され得る。種々の波長における反射の
相対強度は被覆膜の膜厚を表すことができる。この形式
のシステムは物体の傾斜及び位置ずれに感応し、本発明
によって得られる利点である。分光写真器のスリットは
好ましくは、簡単な検出器のために上記したようにオー
バーフィルされる。代わりに、分光写真器は種々の時間
間隔で種々の波長の光線を伝送する源として使用され得
る。

【００２１】図６〜８は本発明の利点を明らかにする薄
レンズ線図である。これらの線図において、物体の垂線
に対する光軸の11度の傾斜は示されてなく、これらの線
図は理解しやすいだろう。図６を参照すると、光軸60が
示されている。また主光線62、64及び周縁光線66、68も
示されている。図６に示す実施例において、有効焦点距
離（mm）は上部欄に沿って示されている。光線幅径（m
m）は中間欄に示され、また光学素子間の距離（mm）は
下部欄に示されている。レンズ２は100mm の焦点距離を
もち、絞りから100mm に位置決めされている。レンズ４
は40mmの焦点距離をもち、偽絞りＥ´から40mmに位置決
めされている。光学繊維検出器の近くに一様な“ダイヤ
モンド形”がどのようにして形成されるかについて説明
する。光学繊維検出器から10mmの位置は、検出器がない
場合には光線が取る経路を例示するように示されてい
る。これは、物体または検出器の位置が変化する際の光
線強度を表している。一つの好ましい実施例では、レン
ズ１は光源から19mmの位置に配置され、19mmの焦点距離
を持っている。これは、レンズ１、２間の光線が擬似コ
リメートされることを意味している。

【００２２】図７は図６に示す光学系を示し、物体の傾
斜は１度である。この１度の傾斜は物体より後の光線の
経路を変化させる。しかしながら、検出器によって捕ら
えられる光線の束は本質的に同じ強度をもつ。図２に関
して上記で説明した無限焦点リレーを用いたシステムの
欠点は、物体の傾斜が光線を検出器へ通し損い、それに
より物体の見掛けの反射率を低減し、結果として精度を
損なうことである。図８には別の実施例を示し、この実
施例でも二つのテレセントリック像空間があるが、どの
レンズも無限遠共役点において作動しない。重要なこと
は、レンズ２の前側焦点が絞りＥ（レンズ１における）
と一緒に配置され、またレンズ４の前側焦点が絞りＥ´
に配置されるので、システムがテレセントリックのまま
であることである。図８の実施例はあまり好ましくな
い、というのは、商業的に利用できるほとんどのレンズ
は無限遠共役点で作動される時に収差を最少にするよう
に設計されるからである。

【００２３】図９は図５のシステムの線図である。この
システム80は光学繊維光源82、絞りと一緒に配置された
擬似コリメートレンズ84と、物体（図示してない）上に
像を形成するレンズ86とを備えている。光源82からの光
線はレンズ及び絞り84を通ってビームスプリッター85へ
中継される。光線の一部はビームスプリッター85からレ
ンズ86を通って反射し、物体（図示してない）上に光源
82の像を形成する。光軸は物体に垂直である。これによ
り物体の位置ずれ及び完全に垂線からの全ての傾斜角変
動に対するシステムの許容誤差を増大できる。物体（図
示してない）から戻ってきた反射光線はレンズ86及びビ
ームスプリッター85を介してレンズ88へ送られる。この
レンズ88は検出器90上に光源82の像を再び形成する。テ
レセントリック照射系はレンズ84とレンズ86とビームス
プリッター85とから成っている。テレセントリック受光
系はレンズ86、88とビームスプリッター85とから成って
いる。照射系はテレセントリックであり、このことは、
絞り（レンズ84）がレンズ86の前側焦点に位置し、光線
を光源82からレンズ84を通って中継し、ビームスプリッ
ター85から反射し、そしてレンズ86へ中継することを意
味している。レンズ88の焦点はレンズ86とレンズ88との
間に形成された絞りの像に位置している。このシステム
において、これらのレンズは好ましくは無限遠共役点で
作動され、それにより擬似光線はレンズ84、86間及びレ
ンズ88、86間の軸線に平行となる。これによりビームス
プリッターはほぼ平行な光線の空間内に位置する。ビー
ムスプリッターをこの空間に配置することにより、ビー
ムスプリッターから見た入射角の範囲は最小化され、従
ってビームスプリッターの性能は理想に近付く。光学系
の干渉フィルターの配置の影響の概要についてはＨ．
Ａ．Macleodの著書 Thin Film Optical Filters （第
２版 Macillan, 1986, pp.462-473 ）を参照のこと。図
９のシステムの欠点は、光源82からの光線の一部だけが
ビームスプリッター85によって物体に反射され、そして
物体で反射した光線の一部だけがビームスプリッター85
を介して中継され、検出器90へ送られることにある。こ
のことは、装置の総体効率が少なくとも75％低減される
ことを意味している。

【００２４】図10は、図５に示すものと同様な11度の入
射角でのテレセントリック系のスループットを示すコン
ピュータシュミレーションである。物体の位置はｘ軸に
沿って示され、また物体の傾斜角はｙ軸に沿って示され
ている。このシュミレーションは、スループット及び従
って結果としての反射率測定が本質的に一定となる大き
な中央領域92を示している。システムは目盛り付けされ
得るので、特殊なスループット値は重要でない。重要な
ことは、物体の位置及び傾斜が僅かに変化してもスルー
プット従って反射率測定値が本質的に一定のままである
ことである。図10に示す結果は図３及び図４にそれぞれ
示す焦点系及び無限焦点コリメート系に比較して特に良
好である。図11は図９と同様な折り返しテレセントリッ
ク系のコンピュータシュミレーションである。スループ
ットはグラフの非常に大きな面積にわたって本質的に一
定のままである。領域94、96は閉じた系のスループット
をもち、同じであり得るが、シュミレーションにおいて
使用した光線の数、重み付け及び分布を人為的に選択し
たことにより、異なって現れている。

【００２５】図12は、図９と同様な折り返しテレセント
リック系の実際のデータを示す。本質的に安定な領域98
は約０度の部分傾斜及び70.2mmの物体−部分の距離に集
中している。図13にはテレセントリック系100 を示す。
テレセントリック系は系の絞り102と一緒に配置される
レンズと第２のレンズ104 とを備えている。この第２の
レンズ104 の前側焦点は開口絞り102 に位置し、従って
システムとしてはテレセントリックである。また測定さ
れることになる物体は光源106 である。検出器は108に
位置決めされる。このシステムは、物体106 の焦点がは
ずれていたり或いは検出器108 が不正確に位置決めされ
ていても、検出器108 で測定される放射照度の変化は最
小となる利点をもたらす。このシステムはまた光源の輝
度を測定するのにも使用できる。 添付図面を参照して
本発明の幾つかの好ましい実施例について詳細に説明し
てきたが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲または精
神から逸脱せずに当業者は種々の変形及び変更を行うこ
とができることが理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】簡単な焦点リレー系を使用した反射率測定シス
テムを示す線図。

【図２】擬似コリメート光線を物体に入射させる無限焦
点リレー系を使用した反射率測定システムを示す線図。

【図３】二つのレンズの回転軸線間に含まれる半角が11
度であり、等高線が物体の傾斜及び位置に対するスルー
プットの依存性を表す、図１の焦点系のスループット性
能を示すコンピュータシュミレーション。

【図４】二つのレンズの回転軸線間に含まれる半角が11
度であり、等高線が物体の傾斜及び位置に対するスルー
プットの依存性を表す、無限焦点リレー系のスループッ
ト性能を示すコンピュータシュミレーション。

【図５】テレセントリック照射系とテレセントリック受
光系とを備えた反射率測定システムを示す線図。

【図６】薄レンズ等価のテレセントリック系を通過する
選択照射光線を示す線図。

【図７】物体の１度の傾斜をもつ薄レンズ等価のテレセ
ントリック系を通過する選択照射光線を示す線図。

【図８】レンズが無限遠共役点で作動しないテレセント
リック系を示す線図。

【図９】照射光線が物体に垂直に入射するように位置決
めされたビームスプリッターを備えたテレセントリック
反射率測定システムの横断面図。

【図１０】図５と同様なテレセントリック光学系のスル
ープットを示すコンピュータシュミレーション。

【図１１】照射光線が物体に垂直に入射する図９に示す
ものと同様なテレセントリック光学系のスループットを
示すコンピュータシュミレーション。

【図１２】図９に示すプロトタイプのテレセントリック
光学系における測定スループットを示す実験データのグ
ラフ。

【図１３】輝度を測定する場合の本発明のテレセントリ
ック光学系の別の実施例を示す線図。

【符号の説明】

１：レンズ 44：光源 46：テレセントリック照射系 48：物体 50：テレセントリック受光系 52：検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チャールズ ケイ カーニグリア アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94509 アンティオック ノース レイク サークル 38

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ある角度範囲にわたってほぼ一様な輝度
   をもつ光線を拡大させた光源（44）と、 光源（44）がほぼ一様な輝度にある範囲内に通過する光
   線の角度範囲があるように選択した開口絞り及び測定す
   べき物体（48）上に光源の像を形成するのに用いられる
   一つ以上のレンズを備えたテレセントリック照射系（4
   6）と、 物体からスペクトル的に反射した光線を収集するように
   配列されたテレセントリック受光系（50）とを有し、 テレセントリック受光系（50）が二つ以上のレンズを備
   え、受光系（50）をテレセントリックにするように照射
   系の絞りの像を形成しかつ物体から反射し検出器（52）
   上に再び結像した光源（44）の像を、検出器（52）にお
   ける光源（44）の像が検出器（52）より大きくなるよう
   にして中継するように物体及び照射系に対して位置決め
   されることを特徴とする物体の反射率の測定用光学シス
   テム。
2. 【請求項２】 テレセントリック照射系のレンズの一つ
   （レンズ１）がシステムの開口絞りとして機能する請求
   項１に記載の物体の反射率の測定用光学システム。
3. 【請求項３】 開口絞りとして機能するレンズ（レンズ
   １）が無限遠共役点で作動する請求項２に記載の物体の
   反射率の測定用光学システム。
4. 【請求項４】 光源（44）が遠隔の光源からの光線を中
   継する光学繊維から成る請求項１に記載の物体の反射率
   の測定用光学システム。
5. 【請求項５】 検出器（52）が遠隔検出器への繊維−光
   学リレーから成る請求項１に記載の物体の反射率の測定
   用光学システム。
6. 【請求項６】 光源（44）が分光写真器を通過する光線
   の光源から成る請求項１に記載の物体の反射率の測定用
   光学システム。
7. 【請求項７】 検出器（52）が分光写真器及び検出器か
   ら成る請求項１に記載の物体の反射率の測定用光学シス
   テム。
8. 【請求項８】 検出器（52）が遠隔の分光写真器及び検
   出器への繊維−光学リレーから成る請求項１に記載の物
   体の反射率の測定用光学システム。
9. 【請求項９】 テレセントリック照射系及びテレセント
   リック受光系がビームスプリッター（85）を備え、少な
   くとも一つのレンズ（86）がテレセントリック照射系及
   びテレセントリック受光系の両方に共通であるようにさ
   れた請求項１に記載の物体の反射率の測定用光学システ
   ム。