KR20220137629A - 촬상 유닛 및 측정 장치 - Google Patents

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KR20220137629A
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도모노리 나카무라
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하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
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Abstract

측정 장치는 샘플로부터의 광을 파장에 따라 투과 또는 반사함으로써 분리하고, 파장의 변화에 따라 투과율 및 반사율이 변화하는 파장대의 폭인 엣지 변이폭이 소정의 폭을 가지는 경사 다이크로익 미러와, 경사 다이크로익 미러에 있어서 투과 또는 반사된 광의 한쪽을 반사하는 전반사 미러와, 경사 다이크로익 미러에 있어서 투과 또는 반사된 광의 다른 쪽을 제1 촬상 영역에서 촬상함과 아울러, 전반사 미러에 있어서 반사된 광을 제1 촬상 영역과는 상이한 제2 촬상 영역에서 촬상하는 촬상 소자와, 경사 다이크로익 미러에 있어서의 파장에 대한 투과율 및 반사율의 변화와 관련된 광학 특성에 기초하여, 제1 촬상 영역 및 제2 촬상 영역에서 촬상되는 화상을 보정하는 제어 장치를 구비한다.

Description

촬상 유닛 및 측정 장치
본 발명은 촬상 유닛 및 측정 장치에 관한 것이다.
대상물로부터의 광을 파장에 따라 분리하고, 분리한 파장을 상이한 촬상 영역에서 촬상하는 촬상 유닛이 알려져 있다(예를 들면 특허 문헌 1 참조). 특허 문헌 1에 기재된 촬상 유닛에서는, 광학 소자인 다이크로익 미러에 의해서, 파장을 분리하고 있다.
특허 문헌 1: 일본 특허공개공보 2014－235332호
특허 문헌 1에 기재된 다이크로익 미러는, 어느 파장을 기준으로 하여 그 파장보다도 짧은 파장의 광과 긴 파장의 광을 분리하는 것으로, 대체로, 투과율이 파장에 의존하지 않고 100% 또는 0%이다. 이러한 다이크로익 미러를 이용하는 경우, 예를 들면 파장폭이 좁은 광을 분리하려고 하면, 파장에 따라 원하는 분리를 할 수 없는 것을 생각할 수 있다. 이러한 파장폭이 좁은 광의 분리에도 대응하는 구성으로서, 파장의 변화에 따라 투과율(및 반사율)이 변화하는 파장대의 폭이 넓은(엣지 변이폭(變移幅)을 가진) 다이크로익 미러가 있다. 엣지 변이폭을 가진 다이크로익 미러는, 파장폭이 좁은 광에 대해서도 적절히 분리할 수 있다.
여기서, 엣지 변이폭을 가진 다이크로익 미러에서는, 예를 들면 광의 입사 각도에 따라 광학 특성이 변화해 버린다. 이것에 의해서, 엣지 변이폭을 가진 다이크로익 미러를 이용한 촬상 유닛으로는, 광의 파장을 정확하게 도출하지 못하여, 올바른 촬상 화상을 얻을 수 없을 우려가 있다.
본 발명은 상기 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 광의 파장을 정확하게 도출하여 적절한 화상을 취득할 수 있는 촬상 유닛 및 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태에 따른 촬상 유닛은, 대상물로부터의 광을 파장에 따라 투과 또는 반사함으로써 분리하고, 파장의 변화에 따라 투과율 및 반사율이 변화하는 파장대의 폭인 엣지 변이폭이 소정의 폭을 가지는 분리 광학 소자와, 분리 광학 소자에 있어서 투과 또는 반사된 광의 한쪽을 반사하는 반사 광학 소자와, 분리 광학 소자에 있어서 투과 또는 반사된 광의 다른 쪽을 제1 촬상 영역에서 촬상함과 아울러, 반사 광학 소자에서 반사된 광을 제1 촬상 영역과는 상이한 제2 촬상 영역에서 촬상하는 촬상부와, 분리 광학 소자에 있어서의 파장에 대한 투과율 및 반사율의 변화와 관련된 광학 특성에 기초하여, 제1 촬상 영역 및 제2 촬상 영역에서 촬상되는 화상을 보정하는 처리부를 구비한다.
본 발명의 일 양태에 따른 촬상 유닛에서는, 엣지 변이폭이 소정의 폭을 가지는 분리 광학 소자가 이용되고 있고, 그 분리 광학 소자에 있어서의 파장에 대한 투과율 및 반사율의 변화와 관련된 광학 특성에 기초하여 촬상 화상이 보정되어 있다. 엣지 변이폭이 소정의 폭을 가지는 분리 광학 소자를 이용했을 경우에는, 파장폭이 좁은 광을 적절히 분리할 수 있지만, 예를 들면 분리 광학 소자에 대한 광의 입사 각도에 의해서 광학 특성이 변화해 버림으로써, 광의 파장을 정확하게 도출하여 적절한 화상을 취득하는 것을 할 수 없을 우려가 있다. 이 점, 본 발명의 일 양태에 따른 촬상 유닛에서는, 파장에 대한 투과율 및 반사율의 변화와 관련된 광학 특성, 즉 분리 광학 소자의 엣지 변이폭과 관련된 특성에 기초하여, 제1 및 제2 촬상 영역에서 촬상되는 화상이 보정되기 때문에, 엣지 변이폭을 가진 분리 광학 소자 고유의 광학 특성을 고려하여 보정된 촬상 화상을 취득할 수 있다. 이것에 의해, 분리 광학 소자에 의해서 분리된 광(제1 및 제2 촬상 영역에서 촬상되는 광)의 파장을 적절히 도출하여, 적절한(정확한) 화상을 취득할 수 있다.
처리부는 분리 광학 소자에 있어서의 파장에 대한 투과율 및 반사율의 변화와 관련된 광학 특성을 고려한 보정 데이터를 미리 기억하고 있고, 그 보정 데이터를 이용하여, 제1 촬상 영역 및 제2 촬상 영역에서 촬상되는 화상을 보정해도 된다. 이러한 구성에 의하면, 미리 기억된 보정 데이터에 기초하여, 용이하고 또한 적절히 촬상 화상의 보정을 행할 수 있다.
처리부는 분리 광학 소자에 있어서의 파장에 대한 투과율 및 반사율의 변화와 관련된 광학 특성을 고려한 보정 데이터를 접수하고, 그 보정 데이터를 이용하여, 제1 촬상 영역 및 제2 촬상 영역에서 촬상되는 화상을 보정해도 된다. 이러한 구성에 의하면, 예를 들면 소프트웨어가 실행되는 것 또는 인터넷 등의 외부로부터 입력됨으로써 얻은 보정 데이터에 기초하여, 미리 보정 데이터를 준비하는 일 없이, 적절히 촬상 화상의 보정을 행할 수 있다.
처리부는 분리 광학 소자에 대한 광의 입사 각도에 기인하는 색 얼룩을 보정해도 된다. 엣지 변이폭을 가진 분리 광학 소자를 이용했을 경우에는, 분리 광학 소자에 대한 입사 각도에 따라 분리 광학 소자의 광학 특성이 변화해 버려 촬상 화상에 있어서 색 얼룩이 생기는 것이 문제가 된다. 이 점, 그 색 얼룩을 보정함으로써, 그 색 얼룩을 저감시킨 적절한 화상을 취득할 수 있다.
처리부는 파장의 변화에 따라 투과율 및 반사율이 변화하는 파장대와 변화하지 않는 파장대의 경계에 기인하는 검출 파장의 어긋남을 보정해도 된다. 이러한 경계는, 파장의 변화에 따라 투과율 등이 변화하는 파장대와는 상이한 광학 특성이 된다. 이 때문에, 파장의 변화에 따라 투과율 등이 변화하는 파장대와 같은 계산식에서 파장을 도출하면, 본래의 파장과는 상이한 도출 결과가 될 우려가 있다. 이 점, 이러한 경계에 기인하는 검출 파장의 어긋남을 보정함으로써, 광의 파장을 정확하게 도출하여 적절한 화상을 취득할 수 있다.
촬상부는 제1 촬상 영역 및 제2 촬상 영역을 가지는 단일의 촬상 소자여도 된다. 이것에 의해, 단일의 촬상 소자를 이용한 심플한 구성에 의해서, 복수의 촬상 화상을 얻을 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 측정 장치는, 상술한 촬상 유닛과, 처리부에 의해서 보정된 화상을 포함하는 촬상 유닛에 있어서의 처리 결과를 해석하는 해석부를 구비하고 있다.
본 발명에 의하면, 광의 파장을 정확하게 도출하여 적절한 화상을 취득할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 측정 장치를 모식적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1의 측정 장치에 포함되는 카메라 시스템을 모식적으로 나타낸 측면도이다.
도 3은 광의 스펙트럼 및 경사 다이크로익 미러의 특성을 설명하는 도면이다.
도 4는 보정 유닛을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 계산 파장의 보정을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 보정 방법의 순서도이다.
도 7은 변형예에 따른 경사 다이크로익 미러의 특성을 설명하는 도면이다.
도 8은 변형예에 따른 카메라 시스템을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 변형예에 따른 카메라 시스템을 모식적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 덧붙여 각 도면에 있어서 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복하는 설명을 생략한다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 측정 장치(1)를 모식적으로 나타낸 평면도이다. 측정 장치(1)는 샘플을 촬상 가능하게 구성된 카메라 유닛(촬상 유닛)이다. 측정 장치(1)는 샘플로부터의 광(예를 들면 관찰광)을 파장 성분에 따라 분리하여, 각 파장 성분에 대응하는 촬상 소자(14, 24, 34)에 의해서 각 파장 성분의 광을 촬상한다. 측정 장치(1)는 촬상 소자(14, 24, 34)에 의해서 촬상된 화상(촬상 결과)을 해석함으로써, 샘플의 양부(良否) 판정을 행한다. 샘플은, 예를 들면 LED, 미니 LED, μLED, SLD 소자, 레이저 소자, 수직형 레이저 소자(VCSEL), OLED 등의 발광 소자여도 되고, 나노 닷 등을 포함하는 형광 물질에 의해 발광 파장을 조정하는 발광 소자여도 된다. 샘플이 발광 소자인 경우에는, 샘플의 양부 판정을 행한다는 것은, 예를 들면 복수의 발광 소자 사이에 있어서의 색 얼룩 정보에 기초하여 샘플의 양부 판정을 행하는 것이다.
도 1에 도시되는 것처럼, 측정 장치(1)는 카메라 시스템(2)과, 제어 장치(80)(처리부, 해석부)를 구비하고 있다. 카메라 시스템(2)의 상세에 대하여, 도 2도 참조하면서 설명한다. 도 1은 카메라 시스템(2)을 포함하는 측정 장치(1)의 평면도이며, 도 2는 카메라 시스템(2)의 측면도이다.
도 1 및 도 2에 도시되는 것처럼, 카메라 시스템(2)은 제1 촬상 유닛(10)과, 제2 촬상 유닛(20)과, 제3 촬상 유닛(30)과, 무한원 보정 렌즈(40)와, 다이크로익 미러(50)와, 다이크로익 미러(60)를 포함하여 구성되어 있다. 덧붙여, 도 1 및 도 2에는 도시하고 있지 않지만, 카메라 시스템(2)은 샘플을 관찰하는 대물 렌즈(도시하지 않음)와, 원하는 파장 범위 밖의 광을 제거하는 1 또는 복수의 밴드 패스 필터(도시하지 않음)를 구비하고 있다. 카메라 시스템(2)은 대체로 삼원색에 대응하는 파장 성분으로 광을 분리하고, 각각의 파장 성분의 광을 촬상한다. 예를 들면, 제1 촬상 유닛(10)은 청색의 파장 성분을 포함하는 380~500nm의 광을 촬상한다. 또, 제2 촬상 유닛(20)은 녹색의 파장 성분을 포함하는 500~650nm의 광을 촬상한다. 또, 제3 촬상 유닛(30)은 적색의 파장 성분을 포함하는 650~830nm의 광을 촬상한다.
무한원 보정 렌즈(40)는 입사된 샘플로부터의 광을 평행광으로 변환하는 콜리메이터 렌즈이다. 무한원 보정 렌즈(40)는 평행광이 얻어지도록 수차 보정되어 있다. 무한원 보정 렌즈(40)로부터 출력된 평행광은 다이크로익 미러(50)에 입사된다.
다이크로익 미러(50)는 특수한 광학 소재를 이용하여 작성된 미러이고, 샘플로부터의 광을 파장에 따라 투과 또는 반사함으로써 분리한다. 다이크로익 미러(50)는, 예를 들면 특정 파장의 광을 반사시킴과 아울러, 그 외의 파장의 광을 투과시킨다. 구체적으로는, 다이크로익 미러(50)는, 예를 들면 파장이 500nm 미만의 광을 반사시킴과 아울러, 그 외의 파장의 광(파장이 500nm 이상의 광)을 투과시킨다. 다이크로익 미러(50)에 의해서 반사된 광은, 제1 촬상 유닛(10)으로 안내된다. 다이크로익 미러(50)를 투과한 광은, 다이크로익 미러(60)에 입사된다.
다이크로익 미러(60)는 특수한 광학 소재를 이용하여 작성된 미러이고, 샘플로부터의 광을 파장에 따라 투과 또는 반사함으로써 분리한다. 다이크로익 미러(60)는, 예를 들면 특정 파장의 광을 반사시킴과 아울러, 그 외의 파장의 광을 투과시킨다. 구체적으로는, 다이크로익 미러(60)는, 예를 들면 파장이 500nm 이상 또한 650nm 미만의 광을 반사시킴과 아울러, 그 외의 파장의 광(파장이 650nm 이상의 광)을 투과시킨다. 다이크로익 미러(60)에 의해서 반사된 광은, 제2 촬상 유닛(20)으로 안내된다. 다이크로익 미러(60)를 투과한 광은, 제3 촬상 유닛(30)으로 안내된다.
제1 촬상 유닛(10)은 경사 다이크로익 미러(11)(분리 광학 소자)와, 전반사 미러(12)(반사 광학 소자)와, 결상 렌즈(13)와, 촬상 소자(14)(촬상부)를 포함하여 구성되어 있다.
경사 다이크로익 미러(11)는 특수한 광학 소재를 이용하여 작성된 미러이고, 샘플로부터의 광을 파장에 따라 투과 또는 반사함으로써 분리한다. 경사 다이크로익 미러(11)는, 예를 들면 특정 파장의 광을 반사시킴과 아울러, 그 외의 파장의 광을 투과시킨다. 구체적으로는, 경사 다이크로익 미러(11)는 다이크로익 미러(50)에서 반사된 500nm 미만의 광 중 380~500nm의 광을 반사시킴과 아울러, 그 외의 파장의 광을 투과시킨다. 도 3은 광의 스펙트럼 및 경사 다이크로익 미러(11)의 특성을 설명하는 도면이다. 도 3에 있어서 가로축은 파장을 나타내고 있고, 세로축은 스펙트럼 강도(광의 스펙트럼의 경우) 및 투과율(경사 다이크로익 미러(11)의 경우)을 나타내고 있다. 도 3의 경사 다이크로익 미러(11)의 특성 X4에 도시되는 것처럼, 경사 다이크로익 미러(11)에 있어서는, 특정 파장대(파장 λ1~λ2의 파장대)에서는 파장의 변화에 따라 광의 투과율(및 반사율)이 완만하게 변화하고, 그 특정 파장대 이외의 파장대(즉, 파장 λ1보다도 저파장측 및 파장 λ2보다도 고파장측)에서는 파장의 변화에 상관없이 광의 투과율(및 반사율)이 일정하게 되어 있다. 환언하면, 특정 파장대(파장 λ1~λ2의 파장대)에서는 파장의 변화에 따라 광의 투과율이 단조 증가(반사율이 단조 감소)로 변화하고 있다. 투과율과 반사율은, 한쪽이 커지는 방향으로 변화하면 다른 쪽이 작아지는 방향으로 변화하는, 음의 상관 관계에 있기 때문에, 이하에서는 「투과율(및 반사율)」이라고 기재하지 않고 간단하게 「투과율」이라고 기재하는 경우가 있다. 덧붙여, 「파장의 변화에 상관없이 광의 투과율이 일정」이란, 완전하게 일정한 경우뿐만이 아니라, 예를 들면 파장 1nm의 변화에 대한 투과율의 변화가 0.1% 이하인 경우도 포함하는 것이다. 파장 λ1보다도 저파장측에서는 파장의 변화에 상관없이 광의 투과율이 대체로 0%이며, 파장 λ2보다도 고파장측에서는 파장의 변화에 상관없이 광의 투과율이 대체로 100%이다. 덧붙여 「광의 투과율이 대체로 0%이다」란 0%+10%정도의 투과율을 포함하는 것이고, 「광의 투과율이 대체로 100%이다」란 100%-10%정도의 투과율을 포함하는 것이다. 또, 이하에서는, 파장의 변화에 따라 광의 투과율이 변화하는 파장대의 폭을 「엣지 변이폭」으로서 설명하는 경우가 있다. 이상과 같이, 경사 다이크로익 미러(11)는 파장의 변화에 따라 투과율이 변화하는 파장대의 폭인 엣지 변이폭이 소정의 폭(파장 λ1 ~λ2의 폭)을 가지는 분리 광학 소자이다.
전반사 미러(12)는 경사 다이크로익 미러(11)에서 반사된 광을 결상 렌즈(13) 방향으로 반사하는 광학 소자이다.
결상 렌즈(13)는 경사 다이크로익 미러(11)를 투과한 광, 및 경사 다이크로익 미러(11)에서 반사됨과 아울러 전반사 미러(12)에서 더 반사된 광을 각각 결상시켜, 이들 광을 촬상 소자(14)로 안내하는 렌즈이다.
촬상 소자(14)는 경사 다이크로익 미러(11)를 투과한 광을 제1 촬상 영역에서 촬상함과 아울러, 경사 다이크로익 미러(11)에서 반사됨과 아울러 전반사 미러(12)에서 더 반사된 광을 제1 촬상 영역과는 상이한 제2 촬상 영역에서 촬상한다. 촬상 소자(14)는 결상 렌즈(13)에 의해서 결상된 화상을 검출함으로써, 경사 다이크로익 미러(11)를 투과한 광 및 전반사 미러(12)에서 반사된 광을 촬상한다. 촬상 소자(14)는 380~500nm의 광을 촬상하기 위한 촬상 소자이며, 예를 들면 CCD나 MOS 등의 에어리어 이미지 센서이다. 또, 촬상 소자(14)는 라인 센서나 TDI(Time Delay Integration) 센서에 의해서 구성되어 있어도 된다. 본 실시 형태에서는, 촬상 소자(14)는 제1 촬상 영역 및 제2 촬상 영역을 가지는 단일의 촬상 소자인 것으로서 설명하지만, 제1 촬상 영역과 관련된 촬상 소자와, 제2 촬상 영역과 관련된 촬상 소자가 따로 마련되어 있어도 된다(2세트 마련되어 있어도 된다). 이 경우, 결상 렌즈에 대해서도, 촬상 소자에 대응하여 2세트 마련된다. 촬상 소자(14)는 촬상 결과인 화상을 제어 장치(80)에 출력한다.
제2 촬상 유닛(20)은 제1 촬상 유닛(10)에 포함되는 구성과 같은 구성을 포함하고 있고, 경사 다이크로익 미러(21)(분리 광학 소자)와, 전반사 미러(22)(반사 광학 소자)와, 결상 렌즈(23)와, 촬상 소자(24)(촬상부)를 포함하여 구성되어 있다. 경사 다이크로익 미러(21)는 다이크로익 미러(60)에서 반사된 500nm 이상 또한 650nm 미만의 광 중 500~650nm의 광을 반사시킴과 아울러, 그 외의 파장의 광을 투과시키는 점을 제외하고, 제1 촬상 유닛(10)의 경사 다이크로익 미러(11)와 같은 구성이다. 또, 촬상 소자(24)는 500~650nm의 광을 촬상하기 위한 촬상 소자인 점을 제외하고, 제1 촬상 유닛(10)의 촬상 소자(14)와 같은 구성이다.
제3 촬상 유닛(30)은 제1 촬상 유닛(10)에 포함되는 구성과 같은 구성을 포함하고 있고, 경사 다이크로익 미러(31)(분리 광학 소자)와, 전반사 미러(32)(반사 광학 소자)와, 결상 렌즈(33)와, 촬상 소자(34)(촬상부)를 포함하여 구성되어 있다. 경사 다이크로익 미러(31)는 다이크로익 미러(60)를 투과한 650nm 이상 중 650~830nm의 광을 반사시킴과 아울러, 그 외의 파장의 광을 투과시키는 점을 제외하고, 제1 촬상 유닛(10)의 경사 다이크로익 미러(11)와 같은 구성이다. 또, 촬상 소자(24)는 650~830nm의 광을 촬상하기 위한 촬상 소자인 점을 제외하고, 제1 촬상 유닛(10)의 촬상 소자(14)와 같은 구성이다.
도 1로 돌아가, 제어 장치(80)는 컴퓨터이며, 물리적으로는, RAM, ROM 등의 메모리, CPU 등의 프로세서(연산 회로), 통신 인터페이스, 하드 디스크 등의 격납부를 구비하여 구성되어 있다. 제어 장치(80)는 메모리에 격납되는 프로그램을 컴퓨터 시스템의 CPU로 실행함으로써 기능한다. 제어 장치(80)는 마이크로컴퓨터나 FPGA로 구성되어 있어도 된다.
제어 장치(80)는 제1 촬상 유닛(10), 제2 촬상 유닛(20), 및 제3 촬상 유닛(30)의 각각에 있어서 얻어진 촬상 결과에 기초하여, 촬상 결과인 화상의 각 픽셀(시야 내에 결상된 상의 각 픽셀)의 광량에 기초하여 발광 파장 중심을 계산하여 출력한다. 이하, 발광 파장 중심의 계산 원리의 일례에 대해서, 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다. 덧붙여 제1 촬상 유닛(10), 제2 촬상 유닛(20), 및 제3 촬상 유닛(30)의 촬상 결과에 기초하는 발광 파장 중심의 계산 원리는 마찬가지이므로, 이하에서는 제1 촬상 유닛(10)의 촬상 결과에 기초하는 발광 파장 중심의 계산을 예로 설명한다.
상술한 것처럼, 경사 다이크로익 미러(11)는 파장 λ1보다도 저파장측에서는 모든 광을 반사하고, 파장 λ2보다도 고파장측에서는 모든 광을 투과하며, 파장 λ1~λ2의 파장대에서는 광의 투과율이 파장에 따라서 리니어하게 변화하는 것으로 한다. 이 경우, 파장 λ1, λ2의 관계에 있어서 투과율 h(λ)는 이하의 (1)식으로 나타내지고, 반사율 1－h(λ)는 이하의 (2)식으로 나타내진다.
h(λ)=(λ-λ1)/(λ2-λ1) (1)
1-h(λ)=(λ2-λ)/(λ2-λ1) (2)
또, 반사율이 50%가 되는 파장 λ50%는 이하의 (3)식으로 나타내지는 것은 분명하다.
λ50%=(λ2+λ1)/2 (3)
어느 발광 스펙트럼 f(λ)가 도 3의 파형 X2로 나타내지고, λ1와 λ2의 사이에 있고, λ1보다 짧은 파장 및 λ2보다도 긴 파장에 있어서 무시할 수 있는 경우(예를 들면, 밴드 패스 필터(도시하지 않음)의 특성이 도 3의 파형 X1로 나타내지고, 발광 스펙트럼 f(λ)의 파장대가 제한되는 경우), 반사광량과 투과광량이 동일하다고 가정하면 이하의 (4)식이 성립한다.
∫f(λ)h(λ)dλ=∫f(λ)(1-h(λ))dλ (4)
(4)식을 변형하면, 이하의 (5)식이 된다.
2∫f(λ)h(λ)dλ=∫f(λ)dλ (5)
(5)식에 (1)식을 대입하면,
2∫f(λ)(λ-λ1)/(λ2- λ1)dλ=∫f(λ)dλ
가 되고, 추가로 양변을 2∫f(λ)dλ/(λ2-λ1)로 나누면,
∫f(λ)(λ-λ1)dλ/∫f(λ)dλ=(λ2-λ1)/2
∫f(λ)λdλ/∫f(λ)dλ=(λ2+λ1)/2 (6)
이 된다.
(3)식을 고려하면, (6)식의 우변은 λ50%이고, 좌변은 일반적으로 임의 함수인 f(λ)의 중심이 되는 것은 분명하다. 이러한 (6)식의 좌변을 λf라고 한다. 이상으로부터, 투과율이 파장에 대해서 선형으로 경사진 다이크로익 미러를 통과한 어느 임의의 스펙트럼에 대해서, 투과광량과 반사광량이 동일한 경우에는, 스펙트럼의 중심 λf는 λ50%로 나타내진다.
이어서, 제2 발광 스펙트럼 g(λ)(도 3의 파형 X3)에 대해서 생각한다. 발광 스펙트럼 g(λ)에 대해서도, 스펙트럼이 λ1와 λ2의 사이에 모두 포함되어 있다. 이제, 발광 스펙트럼 f(λ)와 g(λ)에 대해서, 투과광과 반사광의 차분을 규격화한 것의 차를 산출한다. f(λ)의 투과광을 Tf, 반사광을 Rf, 전 광량을 Af, 투과광과 반사광의 차분을 Df라고 한다. 또, g(λ)의 투과광을 Tg, 반사광을 Rg, 전(全) 광량을 Ag, 투과광과 반사광의 차분을 Dg라고 한다. 또, g(λ)의 중심을 λg라고 한다. 이 때, Tf, Rf, Tg, Rg은 계측값이며, Af, Ag, Df, Dg는 계측값으로부터 직접 산출 가능한 값이다. 이들 각 값은, 이하의 식에 의해서도 나타내진다.
Tf=∫f(λ)h(λ)dλ=∫f(λ)(λ-λ1)/(λ2-λ1)dλ (7)
Tg=∫g(λ)h(λ)dλ=∫g(λ)(λ-λ1)/(λ2-λ1)dλ (8)
Rf=∫f(λ)(1-h(λ))dλ=∫f(λ)(λ2-λ)/(λ2-λ1)dλ (9)
Rg=∫g(λ)(1-h(λ))dλ=∫g(λ)(λ2-λ)/(λ2-λ1)dλ (10)
Af=∫f(λ)dλ (11)
Ag=∫g(λ)dλ (12)
Df=Tf-Rf=2/(λ2-λ1)*∫λf(λ)dλ-(λ2+λ1)/(λ2-λ1)*∫f(λ)dλ (13)
Dg=Tg-Rg=2/(λ2-λ1)*∫λg(λ)dλ-(λ2+λ1)/(λ2-λ1)*∫g(λ)dλ (14)
여기서, 투과광과 반사광의 차분을 규격화한다는 것은, Df를 Af, Dg를 Ag로 나누는 것에 상당한다. 이러한 차이를 R이라고 하면, 이하의 (15)식이 성립한다.
R=Dg/Ag-Df/Af
={∫g(λ)λdλ/∫g(λ)dλ-∫f(λ)λdλ/∫f(λ)dλ}*2/(λ2-λ1)
=2(λg-λf)/(λ2-λ1) (15)
발광 스펙트럼 f(λ)의 파장 중심 λf 및 발광 스펙트럼 g(λ)의 파장 중심 λg의 차를 δλ라고 하면, 이하의 (16)식 및 (17)식이 성립한다.
R=2δλ/(λ2-λ1) (16)
δλ=R(λ2-λ1)/2 (17)
이상과 같이, 어느 2개의 임의의 스펙트럼 f(λ), g(λ)의 중심의 차가, 투과광량 및 반사광량을 고려한 계산으로부터 얻어지는 것이 나타났다.
그리고, f(λ)의 중심이 λ50%일 때, 반사광량과 투과광량은 동일해지기 때문에 Df는 0이 된다. 즉, 임의의 스펙트럼 g(λ)의 파장 중심 λg는 이하의 (18)식에 의해 나타내진다.
λg=δλ+λ50% (18)
이와 같이, 발광 스펙트럼의 중심은, 필터의 설계값, 투과광량, 및 반사광량으로부터 계산할 수 있다. 이상의 원리에 기초하여, 각 픽셀에 입사된 광의 파장의 중심을 고정밀하게 구할 수 있다.
여기서, 광의 파장의 중심을 구할 때에는, 예를 들면 이하의 요인에 의해 도출 정밀도가 저하되어 버리는 것을 생각할 수 있다. 첫째로, 촬상 소자(14)의 렌즈의 주변은 감광되기 때문에, 이러한 개소의 픽셀에 있어서는 본래의 광의 파장의 중심을 적절히 구할 수 없을 우려가 있다. 둘째로, 경사 다이크로익 미러(11)의 광학 특성은, 광의 입사 각도에 의해서 변화하는 바, 광의 입사 각도(시야 내에 있어서의 픽셀의 위치)에 따라서는 광의 파장의 중심을 적절히 구할 수 없을(입사 각도에 기인하는 색 얼룩이 생길) 우려가 있다. 셋째로, 렌즈 및 촬상 소자(14)의 감도에 의해서 파장 어긋남이 생길 우려가 있다. 이들 과제에 대해서는, 예를 들면, 경사 다이크로익 미러(11)로의 광의 입사 각도를 미리 계산하고, 그 입사 각도에 따른 보정을 행하는 것을 생각할 수 있다(상기 제2 과제에 대한 해결책). 또, 예를 들면, 균일 단색의 레이저광을 조사면(흰 물체)에 맞춰, 그것이 균일하게 되도록 픽셀마다의 게인 보정을 행함으로써, 쉐이딩 보정을 행하는 것을 생각할 수 있다(상기 제1 및 제2 과제에 대한 해결책). 또, 경사 다이크로익 미러(11)의 경사를 억제하여, 보다 90도에 가까운 각도로 광을 반사함으로써, 광의 파장의 중심을 적절히 구하는 것을 생각할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 이하의 보정을 행하고 있다.
즉, 제어 장치(80)는 경사 다이크로익 미러(11)에 있어서의 파장에 대한 투과율 및 반사율의 변화와 관련된 광학 특성에 기초하여, 촬상 소자(14)의 제1 촬상 영역 및 제2 촬상 영역에서 촬상되는 화상을 보정해도 된다. 제어 장치(80)는, 예를 들면 경사 다이크로익 미러(11)에 있어서의 파장에 대한 투과율 및 반사율의 변화와 관련된 광학 특성을 고려한 보정 데이터를 미리 기억하고 있고, 그 보정 데이터를 이용하여, 제1 촬상 영역 및 제2 촬상 영역에서 촬상되는 화상을 보정해도 된다. 제어 장치(80)는 경사 다이크로익 미러(11)에 있어서의 파장에 대한 투과율 및 반사율의 변화와 관련된 광학 특성을 고려한 보정 데이터를 접수하고, 그 보정 데이터를 이용하여, 제1 촬상 영역 및 제2 촬상 영역에서 촬상되는 화상을 보정해도 된다. 제어 장치(80)는 소프트웨어가 실행되는 것 또는 인터넷 등의 외부로부터 입력됨으로써, 상술한 보정 데이터를 접수해도 된다.
도 4 및 도 5를 참조하여, 상술한 보정 데이터의 생성에 대해 설명한다. 도 4는 보정 데이터를 생성하는 보정 유닛(100)을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 5는 계산 파장(후술)의 보정을 설명하기 위한 그래프이다. 제1 촬상 유닛(10), 제2 촬상 유닛(20), 및 제3 촬상 유닛(30)에 관해서, 보정 데이터의 생성과 관련된 처리는 마찬가지이므로, 이하에서는, 제1 촬상 유닛(10)에 관한 보정 데이터의 생성과 관련된 처리를 설명한다. 도 4에 도시되는 것처럼, 보정 유닛(100)은 광원(101)과, 광 파이버(102)와, FC 어댑터(103)와, 확산판(104)과, 대물 렌즈(105)를 포함하여 구성되어 있다. 보정 유닛(100)은 측정 장치(1)의 카메라 시스템(2)에 관한 보정 데이터를 생성할 때 이용된다. 보정 유닛(100)의 대물 렌즈(105)의 후단(하류)에는, 상술한 카메라 시스템(2)의 각 구성(도 2 참조)이 마련되어 있는 것으로 한다(도 4에는 도시하지 않음).
광원(101)은, 예를 들면, 파장을 변경 가능한, 단색/협대역 광원이다. 또는, 광원(101)은 파장이 상이한 복수의 레이저 광원이어도 되고, SLD/LED여도 되고, 백색광원과 밴드 패스 필터를 포함하는 것이어도 된다. 광원(101)은 적어도 경사 다이크로익 미러(11)의 경사 범위(파장의 변화에 따라 광의 투과율(및 반사율)이 완만하게 변화하는 범위)에 있어서 예를 들면 5점 이상의 파장을 선택할 수 있는 것이다. 광원(101)으로부터 출사된 광은, 광 파이버(102) 및 확산판(104)을 통해서 대물 렌즈(105)로 안내된다. 이것에 의해, 대물 렌즈(105)에 의해서 광원(101)으로부터의 광을 관찰할 수 있는 상태가 된다.
보정 데이터를 생성하는 경우에는, 상술한 보정 유닛(100)을 세팅한 상태에서, 광원(101)으로부터 출사되는 광의 파장을 변경하면서, 각 파장에 있어서의, 촬상 소자(14)의 제1 촬상 영역 및 제2 촬상 영역에서의 화상을 취득한다. 배경광 등에 의한 오프셋 및 게인 얼룩 등의 영향에 대해서는 제거해도 된다. 파장의 간격은 대략 등간격으로 해도 된다. 그리고, 제1 촬상 영역 및 제2 촬상 영역의 화상에 기초하여, 제어 장치(80)는, 각 파장에 있어서의 파장 중심(계산 파장)을 도출한다. 제어 장치(80)는, 도 5의 (a)에 도시되는 것처럼, 가로축에 광원(101)의 파장 λ, 세로축에 계산 파장 λ′를 취한다. 이상적으로는, 광원(101)의 파장 λ과 계산 파장 λ′는 리니어한 관계가 된다고 생각할 수 있지만, 도 5의 (a)에 도시되는 예에서는, 특히 저파장측에 있어서 계산 파장 λ′가 이상값으로부터 크게 벗어나 있다. 제어 장치(80)는, 또한, 도 5의 (b)에 도시되는 것처럼, 가로축에 계산 파장 λ′, 세로축에 계산 파장 λ′－광원(101)의 파장 λ을 취한다. 그리고, 제어 장치(80)는 도 5의 (b)의 그래프의 근사 곡선 N을, 예를 들면 최소 이승법 등에 의해 4차 정도까지 구함으로써, 상술한 것 같은 이상값으로부터 크게 벗어난 저파장측의 계산 파장 λ′를 적절히 보정할 수 있다. 구체적으로는, 제어 장치(80)는 계산 파장 λ′와, 상술한 최소 이승법의 4차식에 기초하여, 보정된 계산 파장을 구한다. 예를 들면, 제어 장치(80)는 계산 파장 λ′와 4차식의 값을 모두 더함으로써 보정된 계산 파장을 구한다.
제어 장치(80)는, 예를 들면, 상술한 보정 데이터를 이용함으로써, 경사 다이크로익 미러(11)에 대한 광의 입사 각도에 기인하는 색 얼룩을 보정한다. 또, 제어 장치(80)는, 예를 들면 상술한 보정 데이터를 이용함으로써, 파장의 변화에 따라 투과율 및 반사율이 변화하는 파장대와 변화하지 않는 파장대의 경계에 기인하는 검출 파장(계산 파장)의 어긋남을 보정한다. 이러한 경계(도 3에 있어서의 λ1의 근방 및 λ2의 근방의 파장대)는, 파장의 변화에 따라 경사 다이크로익 미러(11)의 투과율이 변화하는 파장대와는 상이한 광학 특성이 되는 경우가 있다. 이 때문에, 이러한 경계에 관해서, 파장의 변화에 따라 투과율이 변화하는 파장대와 같은 계산식에서 파장을 도출하면, 본래의 파장과는 상이한 계산 결과가 될 우려가 있다. 이 점, 상술한 보정 데이터를 이용하여, 이상값으로부터 벗어난 계산 파장 λ′를 보정함으로써, 경계에 기인하는 검출 파장의 어긋남을 적절히 보정할 수 있다. 제어 장치(80)는 보정된 화상을 포함하는 처리 결과를 해석함으로써, 샘플의 양부 판정을 행한다.
다음에, 상술한 보정 데이터를 이용하는 보정 방법에 대해서, 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6은 보정 방법의 순서도이다. 도 6의 처리가 실시되는 전제로서, 카메라 시스템(2)의 상류(전단)에 보정 유닛(100)이 설치된다.
도 6에 도시되는 것처럼, 처음에, 광원(101)으로부터 출사되는 광의 파장을 변경하면서, 복수의 측정 파장 각각에 대해서, 촬상 소자(14)의 제1 촬상 영역에 있어서의 화상 1 및 제2 촬상 영역에 있어서의 화상 2을 취득한다(스텝 S1).
이어서, 스텝 S1에 있어서 취득한 화상 1 및 화상 2로부터, 계산 파장을 구한다(스텝 S2). 구체적으로는, 상술한 (1)식~(18)식에 기초하여, 각 파장에 있어서의 파장 중심(계산 파장)을 구한다.
이어서, 각 측정 파장에 관해서, 측정 파장과 계산 파장의 차분을 구한다(스텝 S3). 그리고, 차분이 최소가 되도록 예를 들면 최소 이승법 등을 4차 정도까지 구함으로써, 계산 파장을 보정한다(스텝 S4). 이상이, 보정 방법이다.
덧붙여, 본 발명은 상기 형태의 보정 방법을 이용하여 파장 중심을 계산하는 것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 미리 보정 데이터를 포함한 테이블을 연산함으로써 변환 맵을 생성해 두고, 이 변환 맵과 대응하는 화소에 들어가는 광의 비율에 기초하여 파장 중심을 산출해도 된다.
다음에, 본 실시 형태의 작용 효과에 대해 설명한다.
본 실시 형태에 따른 측정 장치(1)는, 샘플로부터의 광을 파장에 따라 투과 또는 반사함으로써 분리하고, 파장의 변화에 따라 투과율 및 반사율이 변화하는 파장대의 폭인 엣지 변이폭이 소정의 폭을 가지는 경사 다이크로익 미러(11)와, 경사 다이크로익 미러(11)에서 투과 또는 반사된 광의 한쪽을 반사하는 전반사 미러(12)와, 경사 다이크로익 미러(11)에서 투과 또는 반사된 광의 다른 쪽을 제1 촬상 영역에서 촬상함과 아울러, 전반사 미러(12)에서 반사된 광을 제1 촬상 영역과는 상이한 제2 촬상 영역에서 촬상하는 촬상 소자(14)와, 경사 다이크로익 미러(11)에 있어서의 파장에 대한 투과율 및 반사율의 변화와 관련된 광학 특성에 기초하여, 제1 촬상 영역 및 제2 촬상 영역에서 촬상되는 화상을 보정하는 제어 장치(80)를 구비한다.
측정 장치(1)에서는, 엣지 변이폭이 소정의 폭을 가지는 경사 다이크로익 미러(11)가 이용되고 있고, 그 경사 다이크로익 미러(11)에 있어서의 파장에 대한 투과율 및 반사율의 변화와 관련된 광학 특성에 기초하여 촬상 화상이 보정되어 있다. 엣지 변이폭이 소정의 폭을 가지는 경사 다이크로익 미러(11)를 이용했을 경우에는, 파장폭이 좁은 광을 적절히 분리할 수 있지만, 예를 들면 경사 다이크로익 미러(11)에 대한 광의 입사 각도에 의해서 광학 특성이 변화해 버림으로써, 광의 파장을 정확하게 도출하여 적절한 화상을 취득하는 것을 할 수 없을 우려가 있다. 이 점, 본 실시 형태에 따른 측정 장치(1)에서는, 파장에 대한 투과율 및 반사율의 변화와 관련된 광학 특성, 즉 경사 다이크로익 미러(11)의 엣지 변이폭과 관련된 특성에 기초하여, 제1 및 제2 촬상 영역에서 촬상되는 화상이 보정되기 때문에, 엣지 변이폭을 가진 경사 다이크로익 미러(11) 고유의 광학 특성을 고려하여 보정된 촬상 화상을 취득할 수 있다. 이것에 의해, 경사 다이크로익 미러(11)에 의해서 분리된 광(제1 및 제2 촬상 영역에서 촬상되는 광)의 파장을 적절히 도출하여, 적절한(정확한) 화상을 취득할 수 있다.
제어 장치(80)는 경사 다이크로익 미러(11)에 있어서의 파장에 대한 투과율 및 반사율의 변화와 관련된 광학 특성을 고려한 보정 데이터를 미리 기억하고 있고, 그 보정 데이터를 이용하여, 제1 촬상 영역 및 제2 촬상 영역에서 촬상되는 화상을 보정해도 된다. 이러한 구성에 의하면, 미리 기억된 보정 데이터에 기초하여, 용이하고 또한 적절히 촬상 화상의 보정을 행할 수 있다.
제어 장치(80)는 경사 다이크로익 미러(11)에 있어서의 파장에 대한 투과율 및 반사율의 변화와 관련된 광학 특성을 고려한 보정 데이터를 접수하고, 그 보정 데이터를 이용하여, 제1 촬상 영역 및 제2 촬상 영역에서 촬상되는 화상을 보정해도 된다. 이러한 구성에 의하면, 예를 들면 소프트웨어가 실행되는 것 또는 인터넷 등의 외부로부터 입력되는 것에 의해서 얻은 보정 데이터에 기초하여, 미리 보정 데이터를 준비하는 일 없이, 적절히 촬상 화상의 보정을 행할 수 있다.
제어 장치(80)는 경사 다이크로익 미러(11)에 대한 광의 입사 각도에 기인하는 색 얼룩을 보정해도 된다. 엣지 변이폭을 가진 분리 광학 소자를 이용했을 경우에는, 경사 다이크로익 미러(11)에 대한 입사 각도에 따라 경사 다이크로익 미러(11)의 광학 특성이 변화해 버려 촬상 화상에 있어서 색 얼룩이 생기는 것이 문제가 된다. 이 점, 그 색 얼룩을 보정함으로써, 그 색 얼룩을 저감시킨 적절한 화상을 취득할 수 있다.
제어 장치(80)는 파장의 변화에 따라 투과율 및 반사율이 변화하는 파장대와 변화하지 않는 파장대의 경계에 기인하는 검출 파장의 어긋남을 보정해도 된다. 이러한 경계는, 파장의 변화에 따라 투과율 등이 변화하는 파장대와는 상이한 광학 특성이 된다. 이 때문에, 파장의 변화에 따라 투과율 등이 변화하는 파장대와 같은 계산식으로 파장을 도출하면, 본래의 파장과는 상이한 도출 결과가 될 우려가 있다. 이 점, 이러한 경계에 기인하는 검출 파장의 어긋남을 보정함으로써, 광의 파장을 정확하게 도출하여 적절한 화상을 취득할 수 있다.
촬상 소자(14)는 제1 촬상 영역 및 제2 촬상 영역을 가지는 단일의 촬상 소자여도 된다. 이것에 의해, 단일의 촬상 소자를 이용한 심플한 구성에 의해서, 복수의 촬상 화상을 얻을 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 다이크로익 미러(50, 60)에 의해서, 샘플로부터의 광이, 적색의 파장 성분을 포함하는 광, 녹색의 파장 성분을 포함하는 광, 및 청색의 파장 성분을 포함하는 광(RGB)으로 분리되고, 각각이 다른 촬상 유닛에 의해서 촬상되는 것으로서 설명했지만 이것으로 한정되지 않는다. 즉, RGB의 삼색으로 분리되는 일 없이, 관찰 대상(샘플)으로부터의 광이 촬상되어도 된다.
이러한 구성에 있어서는, 촬상 소자인 에어리어 센서의 전단에 마련되는 경사 다이크로익 미러는, 파장의 변화에 따라 광의 투과율(및 반사율)이 변화하는 파장대(엣지 천이폭)가, RGB의 삼색 모두에 대응하고 있고, 예를 들면 400~900nm가 된다.
도 7은 변형예에 따른 경사 다이크로익 미러의 특성을 설명하는 도면이다. 도 7에 있어서 가로축은 파장을 나타내고 있고, 세로축은 투과율(경사 다이크로익 미러의 경우) 및 스펙트럼 강도(광의 스펙트럼의 경우)를 나타내고 있다. 도 7에 도시되는 예에서는, 특정 파장대(400~900nm의 파장대)에서는 파장의 변화에 따라 광의 투과율(및 반사율)이 완만하게 변화하여, 그 특정 파장대 이외의 파장대(즉, 400nm 보다도 저파장측 및 900nm 보다도 고파장측)에서는 파장의 변화에 상관없이 광의 투과율(및 반사율)이 일정하게 되어 있다. 도 7에 도시되는 것처럼, 해당 경사 다이크로익 미러에서는, 파장의 변화에 따라 광의 투과율(및 반사율)이 변화하는 파장대(엣지 천이폭)가, 적색의 파장 성분을 포함하는 광의 파장대(도 7에 있어서 우측에 도시되는 파장대), 녹색의 파장 성분을 포함하는 광의 파장대(도 7에 있어서 중앙에 도시되는 파장대), 및 청색의 파장 성분을 포함하는 광의 파장대(도 7에 있어서 좌측에 도시되는 파장대)의 모두를 포함하고 있다.
도 7에 도시되는 특성을 가지는 경사 다이크로익 미러를 이용한 카메라 시스템(촬상 유닛)의 예에 대해서, 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8은 변형예에 따른 카메라 시스템(90A)을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 8에 도시되는 것처럼, 카메라 시스템(90A)은 경사 다이크로익 미러(91)(분리 광학 소자)와, 유한 초점 렌즈(유한원 보정 렌즈)(92A)와, 밴드 패스 필터(93)와, 에어리어 센서(94)(제2 촬상부)와, 에어리어 센서(95)(제1 촬상부)를 구비하고 있다.
유한 초점 렌즈(92A)는 관찰 대상인 샘플(150)(대상물)로부터의 광(발광)을 집광하는 렌즈이다. 유한 초점 렌즈(92A)로부터 에어리어 센서(94)까지의 거리, 및 유한 초점 렌즈(92A)로부터 에어리어 센서(95)까지의 거리는, 소정값으로 되어 있다. 유한 초점 렌즈(92A)를 통과한 광은, 경사 다이크로익 미러(91)로 입사된다.
밴드 패스 필터(93)는, 예를 들면 유한 초점 렌즈(92A)의 전단(상류)에 마련되어 있고, 소정의 파장 범위 밖의 광을 제거하는 필터이다. 밴드 패스 필터(93)는, 예를 들면, 400~900nm의 범위 밖의 파장의 광을 제거한다. 밴드 패스 필터(93)는 복수 마련되어 있어도 된다. 밴드 패스 필터(93)는, 도 8에 있어서 파선으로 나타내는 영역, 즉, 유한 초점 렌즈(92A)의 후단(하류)이면서 또한 경사 다이크로익 미러(91)의 전단(상류)의 영역에 마련되어 있어도 되고, 에어리어 센서(94, 95)의 전단(상류)이면서 또한 경사 다이크로익 미러(91)의 후단(하류)의 영역에 마련되어 있어도 된다. 덧붙여 에어리어 센서(94, 95)의 전단에 각각 밴드 패스 필터(93)가 마련되는 경우에는, 해당 2개의 밴드 패스 필터(93, 93)는 서로 동일 특성으로 된다. 또, 카메라 시스템(90A)에 있어서는, 샘플(150)로부터의 광에 따라 전환 가능하게 구성된 복수의 밴드 패스 필터(93)가 구비되어 있어도 된다. 이 경우의 복수의 밴드 패스 필터(93)는, 각각, 서로 필터링하는 파장대가 다르다(자세한 것은 후술).
경사 다이크로익 미러(91)는 특수한 광학 소재를 이용하여 작성된 미러이고, 샘플(150)로부터의 광을 파장에 따라 투과 및 반사함으로써 분리하여, 소정의 파장폭에서 투과율 및 반사율이 변화하는 미러이다. 경사 다이크로익 미러(91)에서는, 도 7에 도시되는 것처럼, 파장의 변화에 따라 광의 투과율(및 반사율)이 변화하는 파장대(엣지 천이폭)가, 적색의 파장 성분을 포함하는 광의 파장대, 녹색의 파장 성분을 포함하는 광의 파장대, 및 청색의 파장 성분을 포함하는 광의 파장대의 모두를 포함하고 있다. 즉, 상술한 경사 다이크로익 미러(91)의 「소정의 파장폭」에는, 적색의 파장 성분을 포함하는 광의 파장대, 녹색의 파장 성분을 포함하는 광의 파장대, 및 청색의 파장 성분을 포함하는 광의 파장대의 모두가 포함되어 있다.
에어리어 센서(94)는 경사 다이크로익 미러(91)에서 반사된 광을 촬상한다. 에어리어 센서(95)는 경사 다이크로익 미러(91)에서 투과된 광을 촬상한다. 에어리어 센서(94, 95)가 감도를 가지는 파장의 범위는, 경사 다이크로익 미러(91)에 있어서 파장의 변화에 따라 광의 투과율(및 반사율)이 변화하는 파장대(엣지 천이폭)에 대응하고 있다. 에어리어 센서(94, 95)는, 예를 들면, 흑백 센서 또는 칼라 센서이다(자세한 것은 후술). 에어리어 센서(94, 95)에 의한 촬상 결과(화상)는, 제어 장치(도시하지 않음)에 출력된다. 제어 장치(도시하지 않음)에 있어서의 파장 중심을 구하는 처리, 보정 처리, 및 샘플의 양부 판정 처리에 대해서는, 예를 들면, 실시 형태에 있어서 설명한 제어 장치(80)에 있어서의 처리와 동일해도 된다.
보정 처리에 대해 설명한다. 경사 다이크로익 미러(91)나 밴드 패스 필터(93)는, 비스듬하게 광이 입사되는 경우(대물 렌즈의 눈동자(瞳) 위치에 없는 경우), 각 화소에 입사되는 광이 전체는 아니고 일부를 투과한 것이 되어, 경사 다이크로익 미러(91)나 밴드 패스 필터(93)의 면내 균일성의 얼룩에 의해 투과 파장이 어긋난다고 하는 문제가 발생할 가능성이 있다. 반대로, 복수의 방향으로부터의 광이 경사 다이크로익 미러(91)에 입사됨으로써, 파장 특성이 직선으로부터 왜곡되어 있는 경우, 파장 특성에 스무딩을 만드는 효과가 있다. 경사 다이크로익 미러(91)나 밴드 패스 필터(93)의 면균일성의 얼룩에 대한 대책으로서, 미리 동일 파장의 광을 시야 내에 균일하게 입사시켜 면내의 파장 분포를 계산해 둠으로써, 입사 파장으로부터의 시프트분을 계측하여 보정하는 것을 생각할 수 있다.
상술한 카메라 시스템(90A)의 구체적인 양태로서, 예를 들면 이하에서 설명하는 3개의 양태를 생각할 수 있다.
첫째로, 카메라 시스템(90A)은 1종류(필터링하는 파장대의 범위가 1종류)의 밴드 패스 필터(93)와, 흑백 센서인 에어리어 센서(94, 95)를 포함하여 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 밴드 패스 필터(93)는, 예를 들면 400~900nm의 범위 밖의 파장의 광을 제거한다. 이러한 구성에서는, 에어리어 센서(94, 95)에 입사되는 광에는 RGB 삼색이 섞일 수 있다. 이 경우, 제어 장치(도시하지 않음)는 밴드 패스 필터(93)를 투과한 파장대의 광(RGB 삼색이 섞여 있는 광)에 있어서의 평균화된 파장 중심을 구한다. 또, 서로 상이한 파장대의 광(RGB 각각의 광)이 공간적으로 분리되어 있는 경우(화상 상에서 겹치지 않는 경우)에는, 제어 장치(도시하지 않음)는 각 파장대에 관해서, 파장 중심을 고정밀하게 구할 수 있다. 구체적으로는, TV나 디스플레이 등의 각 픽셀의 색의 파장 중심에 대해서는, 본 양태에 의해서, nm 단위로 고정밀하게 구할 수 있다.
둘째로, 카메라 시스템(90A)은 서로 필터링하는 파장대가 상이한 복수 종류의 밴드 패스 필터(93)와, 흑백 센서인 에어리어 센서(94, 95)를 포함하여 구성되어 있어도 된다. 이 경우의 복수 종류의 밴드 패스 필터(93)는, 샘플(150)로부터의 발광에 맞춰 출납(전환) 가능하게 마련되어 있다. 이러한 구성에서는, 샘플(150)로부터, 스펙트럼의 확대가 있는(서로 겹침이 있는) 발광이 출력되는 경우에 있어서, 복수 종류의 밴드 패스 필터(93)가 전환되어 이용됨으로써, 제어 장치(도시하지 않음)는 특정 파장대(각 밴드 패스 필터(93)에 따른 파장대)만의 광의 파장 중심을 구할 수 있다. 즉, 제어 장치(도시하지 않음)는 적색의 파장 성분의 파장대(예를 들면 700~900nm) 이외의 파장의 광을 제거하는 밴드 패스 필터(93)가 설정되어 있는 경우에는 적색의 파장 성분만의 파장 중심을 구하고, 녹색의 파장 성분의 파장대(예를 들면 550~700nm) 이외의 파장의 광을 제거하는 밴드 패스 필터(93)가 설정되어 있는 경우에는 녹색의 파장 성분만의 파장 중심을 구하고, 청색의 파장 성분의 파장대(예를 들면 400~550nm) 이외의 파장의 광을 제거하는 밴드 패스 필터(93)가 설정되어 있는 경우에는 청색의 파장 성분만의 파장 중심을 구한다. 구체적으로는, 예를 들면 청색 LED와 형광제에 의해서 백색 LED를 실현하고 있는 광원에 대해서는, 해당 둘째 구성에 의해서, 청색 LED만의 파장 중심을 구하는 것, 및 형광제만의 파장 중심을 구하는 것이 가능해진다.
셋째로, 카메라 시스템(90A)은 1종류(필터링하는 파장대의 범위가 1종류)의 밴드 패스 필터(93)와, 칼라 센서인 에어리어 센서(94, 95)를 포함하여 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 밴드 패스 필터(93)는, 예를 들면 400~900nm의 범위 밖의 파장의 광을 제거한다. 이러한 구성에서는, 칼라 센서인 에어리어 센서(94, 95)에 입사되는 광에는 RGB 삼색이 섞일 수 있다. 칼라 센서에는, 1픽셀씩 베이어 필터(RGB 3색 필터)가 탑재되어 있다. 이것에 의해, 칼라 센서인 에어리어 센서(94, 95)의 각 수광 소자는, 적색의 파장 성분만의 광, 녹색의 파장 성분만의 광, 및 청색의 파장 성분만의 광을 각각 취득할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 복수의 파장이 서로 겹쳐 표현되고 있는 색에 대해서, 적절히 파장 중심을 구할 수 있다(즉, 적절히 검사를 행할 수 있다). 통상, 인쇄나 발광의 색은 인간의 눈에 맞춰 RGB 3색이 서로 겹쳐 이루어져 있다. 이와 같이 서로 겹쳐져 있는 각 색에 대해서, 파장 중심을 계산함으로써, 혼합색을 정밀도 좋게 검사할 수 있다. 덧붙여, 촬상부로서, 하이퍼 스펙트럼 카메라를 더 조합함으로써, 보다 많은 파장의 중심을 동시에 검사해도 된다. 하이퍼 스펙트럼 카메라는, 예를 들면 분광기와 촬상부로 구성된다.
도 7에 도시되는 특성을 가지는 경사 다이크로익 미러를 이용한 카메라 시스템(촬상 유닛) 외의 예에 대해서, 도 9를 참조하여 설명한다. 도 9는 다른 변형예에 따른 카메라 시스템(90B)을 모식적으로 나타낸 도면이다. 이하에서는, 도 8에 나타낸 구성과의 차이점을 주로 설명한다.
도 9에 도시되는 것처럼, 카메라 시스템(90B)은 경사 다이크로익 미러(91)(분리 광학 소자)와, 무한 초점 렌즈(무한원 보정 렌즈)(92B)와, 밴드 패스 필터(93)와, 에어리어 센서(94)(제2 촬상부)와, 에어리어 센서(95)(제1 촬상부)와, 결상 렌즈(96, 97)를 구비하고 있다. 경사 다이크로익 미러(91) 및 에어리어 센서(94, 95)는, 상술한 카메라 시스템(90A)에 있어서의 이들 구성과 같다.
무한 초점 렌즈(92B)는 관찰 대상인 샘플(150)(대상물)로부터의 광(발광)을 평행광으로 변환하는 콜리메이터 렌즈이다. 무한 초점 렌즈(92B)는 평행광이 얻어지도록 수차 보정되어 있다. 무한 초점 렌즈(92B)로부터 출력된 평행광은 경사 다이크로익 미러(91)에 입사된다.
결상 렌즈(96)는 경사 다이크로익 미러(91)를 투과한 광을 에어리어 센서(94)에 결상시키는 렌즈이다. 결상 렌즈(97)는 경사 다이크로익 미러(91)를 투과한 광을 에어리어 센서(95)에 결상시키는 렌즈이다.
밴드 패스 필터(93)는, 예를 들면 무한 초점 렌즈(92B)의 후단(하류)이면서 또한 경사 다이크로익 미러(91)의 전단(상류)에 마련되어 있고, 소정의 파장 범위 밖의 광을 제거하는 필터이다. 밴드 패스 필터(93)는, 예를 들면, 400~900nm의 범위 밖의 파장의 광을 제거한다. 밴드 패스 필터(93)는 복수 마련되어 있어도 된다. 밴드 패스 필터(93)는, 도 9에 있어서 파선으로 나타내는 영역, 즉, 무한 초점 렌즈(92B)의 전단(상류)의 영역에 마련되어 있어도 되고, 에어리어 센서(94, 95)의 전단(상류)이면서 또한 결상 렌즈(96, 97)의 후단(하류)의 영역에 마련되어 있어도 되고, 결상 렌즈(96, 97)의 전단(상류)이면서 또한 경사 다이크로익 미러(91)의 후단(하류)의 영역에 마련되어 있어도 된다. 덧붙여, 에어리어 센서(94, 95)의 전단에 각각 마련되는 밴드 패스 필터(93)는 서로 동일 특성으로 되고, 결상 렌즈(96, 97)의 전단에 각각 마련되는 밴드 패스 필터(93)는 서로 동일 특성으로 된다.
이러한, 무한 초점 렌즈(92B)를 이용한 카메라 시스템(90B)에 대해서도, 구체적인 양태로서, 카메라 시스템(90A)과 마찬가지로 상술한 3개의 양태를 생각할 수 있다.
이상 설명한 것처럼, 변형예에 따른 카메라 시스템(촬상 유닛)은, 대상물로부터의 광을 파장에 따라 투과 및 반사함으로써 분리하고, 소정의 파장폭에 있어서 투과율 및 반사율이 변화하는 분리 광학 소자와, 분리 광학 소자에 있어서 투과된 광을 촬상하는 제1 촬상부와, 분리 광학 소자에서 반사된 광을 촬상하는 제2 촬상부를 구비한다.
이와 같이, 파장에 따라 투과율 및 반사율이 변화하는 분리 광학 소자가 이용됨으로써, 파장폭이 좁은 광에 대해서도 적절히 분리할 수 있어, 촬상부에 있어서의 촬상 결과에 따라 적절히 파장 중심을 구할 수 있다. 또, 실시 형태에서 설명한 양태와는 달리, 분리 광학 소자를 통과한 광이 그대로 촬상부(제1 촬상부 및 제2 촬상부)에서 수광되는 구성으로 할 수 있기 때문에, 카메라 시스템의 소형화를 실현할 수 있다.
또, 변형예에 따른 카메라 시스템에서는, 제1 촬상부 및 제2 촬상부가 감도를 가지는 파장의 범위는, 분리 광학 소자에 있어서 투과율 및 반사율이 변화하는 파장의 범위에 대응하고 있다. 이러한 구성에 의하면, 촬상부에 있어서의 촬상 결과로부터 파장의 변화(차이)를 적절히 취득할 수 있어, 적절히 파장 중심을 구할 수 있다.
또, 변형예에 따른 카메라 시스템은, 대상물로부터의 광에 따라 전환 가능하게 구성된 복수 종류의 밴드 패스 필터를 구비하고 있다. 예를 들면, 대상물로부터, 스펙트럼의 확산이 있는(서로 겹침이 있는) 발광이 출력되는 경우에 있어서, 복수 종류의 밴드 패스 필터가 전환되어 이용됨으로써, 제어 장치(도시하지 않음)는 특정 파장대(각 밴드 패스 필터에 따른 파장대)만의 광의 파장 중심을 구할 수 있다. 즉, 제어 장치(도시하지 않음)는 적색의 파장 성분의 파장대 이외의 파장의 광을 제거하는 밴드 패스 필터가 설정되어 있는 경우에는 적색의 파장 성분만의 파장 중심을 구하고, 녹색의 파장 성분의 파장대 이외의 파장의 광을 제거하는 밴드 패스 필터가 설정되어 있는 경우에는 녹색의 파장 성분만의 파장 중심을 구하고, 청색의 파장 성분의 파장대 이외의 파장의 광을 제거하는 밴드 패스 필터가 설정되어 있는 경우에는 청색의 파장 성분만의 파장 중심을 구할 수 있다.
1…측정 장치(촬상 유닛)
11, 21, 31…경사 다이크로익 미러(분리 광학 소자)
12, 22, 32…전반사 미러(반사 광학 소자)
14, 24, 34…촬상 소자(촬상부) 80…제어 장치(처리부, 해석부)

Claims (7)

  1. 대상물로부터의 광을 파장에 따라 투과 또는 반사함으로써 분리하고, 파장의 변화에 따라 투과율 및 반사율이 변화하는 파장대의 폭인 엣지 변이폭이 소정의 폭을 가지는 분리 광학 소자와,
    상기 분리 광학 소자에 있어서 투과 또는 반사된 광의 한쪽을 반사하는 반사 광학 소자와,
    상기 분리 광학 소자에 있어서 투과 또는 반사된 광의 다른 쪽을 제1 촬상 영역에서 촬상함과 아울러, 상기 반사 광학 소자에서 반사된 광을 상기 제1 촬상 영역과는 상이한 제2 촬상 영역에서 촬상하는 촬상부와,
    상기 분리 광학 소자에 있어서의 파장에 대한 투과율 및 반사율의 변화와 관련된 광학 특성에 기초하여, 상기 제1 촬상 영역 및 상기 제2 촬상 영역에서 촬상되는 화상을 보정하는 처리부를 구비하는 촬상 유닛.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 처리부는 상기 분리 광학 소자에 있어서의 파장에 대한 투과율 및 반사율의 변화와 관련된 광학 특성을 고려한 보정 데이터를 미리 기억하고 있고, 그 보정 데이터를 이용하여, 상기 제1 촬상 영역 및 상기 제2 촬상 영역에서 촬상되는 화상을 보정하는, 촬상 유닛.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 처리부는 상기 분리 광학 소자에 있어서의 파장에 대한 투과율 및 반사율의 변화와 관련된 광학 특성을 고려한 보정 데이터를 접수하고, 그 보정 데이터를 이용하여, 상기 제1 촬상 영역 및 상기 제2 촬상 영역에서 촬상되는 화상을 보정하는, 촬상 유닛.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리부는 상기 분리 광학 소자에 대한 광의 입사 각도에 기인하는 색 얼룩을 보정하는, 촬상 유닛.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리부는 파장의 변화에 따라 투과율 및 반사율이 변화하는 파장대와 변화하지 않는 파장대의 경계에 기인하는 검출 파장의 어긋남을 보정하는, 촬상 유닛.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 촬상부는 상기 제1 촬상 영역 및 상기 제2 촬상 영역을 가지는 단일의 촬상 소자인, 촬상 유닛.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 촬상 유닛과,
    상기 처리부에 의해서 보정된 화상을 포함하는 상기 촬상 유닛에 있어서의 처리 결과를 해석하는 해석부를 구비하는 측정 장치.
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