(57)【要約】【課題】短時間で焦点位置を試料表面上に合わせることができる光学測定装置を提供する。【解決手段】アパーチャ８により試料１の表面への照射光の光量が切り替えられたタイミングと、当該光量の切替に伴い検出部３における受光強度が変化したタイミングとの時間差に基づいて、試料１の位置を判定する。判定された試料１の位置に基づいて、集光部５により集光される光の焦点位置を試料１の表面上に合わせる。このような時間差に基づく試料１の位置の判定は、試料の種類にかかわらず、一定の精度で行うことができるため、安定した判定結果を得ることができる。したがって、焦点位置を試料１の表面上に合わせるために必要な集光部５から試料１の表面までの光路長を精度よく把握し、短時間で焦点位置を試料１の表面上に合わせることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から照射した光を集光部で集光させて試料に照射し、試料からの光を検出部で検出することにより測定を行う光学測定装置であって、
前記集光部から試料表面までの光路長を変更するための光路長変更機構と、
試料表面への照射光の光量を切り替えるための照射光量切替機構と、
前記照射光量切替機構により試料表面への照射光の光量が切り替えられたタイミングと、当該光量の切替に伴い前記検出部における受光強度が変化したタイミングとの時間差に基づいて、試料の位置を判定する位置判定処理部とを備えたことを特徴とする光学測定装置。
【請求項２】
前記集光部から試料表面までの光路長が第１光路長である場合の前記時間差を第１基準時間として記憶するとともに、前記集光部から試料表面までの光路長が前記第１光路長とは異なる第２光路長である場合の前記時間差を第２基準時間として記憶する基準時間記憶部をさらに備え、
前記位置判定処理部は、前記第１基準時間及び前記第２基準時間に基づいて、試料の位置を判定することを特徴とする請求項１に記載の光学測定装置。
【請求項３】
前記位置判定処理部により判定された試料の位置に基づいて前記光路長変更機構を動作させることにより、前記集光部により集光される光の焦点位置を試料表面上に合わせる合焦処理部をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源から照射した光を集光部で集光させて試料に照射し、試料からの光を検出部で検出することにより測定を行う光学測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光学測定装置の一例である赤外顕微鏡では、赤外光を集光させて試料に照射し、試料における透過光又は反射光を検出部で受光することにより、赤外スペクトルを測定することができるようになっている。試料は、例えば水平方向及び鉛直方向に移動可能なステージ上に載置され、当該ステージを移動させることにより、赤外光の焦点位置を試料表面上に合わせることができる（例えば、下記特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に開示されている赤外顕微鏡では、ステージを鉛直方向に移動させたときの検出部における受光強度の変化に基づいて、焦点位置を試料表面上に合わせるためにステージを移動させるべき方向を判定することができる。これにより、ステージを移動させるべき方向を間違えるのを防止し、適切な方向にステージを移動させて試料表面上に焦点位置を合わせることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１７１１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような特許文献１に開示されている構成であっても、焦点位置が試料表面から大きくずれている場合には、ステージを移動させて焦点位置を試料表面上に合わせるのに時間がかかるという問題があった。
【０００６】
すなわち、焦点位置が試料表面から大きくずれている場合には、ステージを移動させるべき方向が把握できたとしても、ステージをどの程度移動させればよいかが把握できないため、一度に大きくステージを移動させることが困難である。そのため、検出部における受光強度を確認しながら、ステージを少しずつ移動させて焦点位置を合わせなければならず、焦点位置を合わせるのに時間がかかるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、短時間で焦点位置を試料表面上に合わせることができる光学測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る光学測定装置は、光源から照射した光を集光部で集光させて試料に照射し、試料からの光を検出部で検出することにより測定を行う光学測定装置であって、前記集光部から試料表面までの光路長を変更するための光路長変更機構と、試料表面への照射光の光量を切り替えるための照射光量切替機構と、前記照射光量切替機構により試料表面への照射光の光量が切り替えられたタイミングと、当該光量の切替に伴い前記検出部における受光強度が変化したタイミングとの時間差に基づいて、試料の位置を判定する位置判定処理部とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
このような構成によれば、照射光量切替機構により試料表面への照射光の光量が切り替えられたタイミングと、当該光量の切替に伴い検出部における受光強度が変化したタイミングとの時間差に基づいて、試料の位置を判定することができるため、判定された試料の位置に基づいて、集光部により集光される光の焦点位置を試料表面上に合わせることができる。
【００１０】
すなわち、照射光量切替機構により試料表面への照射光の光量が切り替えられてから、当該光量の切替に伴い検出部における受光強度が変化するまでの時間差は、光路長に応じて変化するため、当該時間差に基づいて試料の位置を判定することができる。このような時間差に基づく試料の位置の判定は、試料の種類にかかわらず、一定の精度で行うことができるため、安定した判定結果を得ることができる。したがって、焦点位置を試料表面上に合わせるために必要な集光部から試料表面までの光路長を精度よく把握し、短時間で焦点位置を試料表面上に合わせることができる。
【００１１】
前記検出部は、試料表面からの反射光を受光するものであってもよい。また、前記光路長変更機構は、試料の位置を移動させることにより、前記集光部から試料表面までの光路長を変更するものであってもよい。
【００１２】
前記光学測定装置は、前記集光部から試料表面までの光路長が第１光路長である場合の前記時間差を第１基準時間として記憶するとともに、前記集光部から試料表面までの光路長が前記第１光路長とは異なる第２光路長である場合の前記時間差を第２基準時間として記憶する基準時間記憶部をさらに備えていてもよい。この場合、前記位置判定処理部は、前記第１基準時間及び前記第２基準時間に基づいて、試料の位置を判定することが好ましい。
【００１３】
このような構成によれば、集光部から試料表面までの光路長が異なる場合の前記時間差として、第１基準時間及び第２基準時間を予め記憶しておき、これらの基準時間に基づいて試料の位置を判定することにより、集光部から試料表面までの光路長をより精度よく把握することができる。したがって、より短時間で焦点位置を試料表面上に合わせることができる。
【００１４】
前記光学測定装置は、前記位置判定処理部により判定された試料の位置に基づいて前記光路長変更機構を動作させることにより、前記集光部により集光される光の焦点位置を試料表面上に合わせる合焦処理部をさらに備えていてもよい。
【００１５】
このような構成によれば、判定された試料の位置に基づいて、集光部により集光される光の焦点位置を試料表面上に自動的に合わせることができる。すなわち、短時間で自動的に焦点位置を試料表面上に合わせることができるため、測定時の作業者の手間を軽減することができるとともに、測定時間を短縮することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、焦点位置を試料表面上に合わせるために必要な集光部から試料表面までの光路長を精度よく把握し、短時間で焦点位置を試料表面上に合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る光学測定装置の構成例を示した概略図である。
【図２】図１の光学測定装置の制御部の具体的構成を示したブロック図である。
【図３】焦点位置を試料の表面上に合わせる際の制御部による処理の一例を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る光学測定装置の構成例を示した概略図である。この光学測定装置は、例えば赤外顕微鏡であり、試料１に向けて赤外光を照射する光源２と、試料１からの反射光を受光する検出部３とを備えている。試料１は、光源２からの照射光の光軸に垂直な水平方向（ＸＹ方向）、及び、光源２からの照射光の光軸に平行な鉛直方向（Ｚ方向）に移動可能なステージ４上に載置されている。
【００１９】
光源２からの光は、集光部５により集光され、ハーフミラー６において反射された後、ステージ４上の試料１の表面に対して垂直に照射される。集光部５は、例えばカセグレン鏡により構成することができる。試料１の表面に照射された赤外光は、試料１の表面で反射する際に特定の波長が吸収された後、その反射光がハーフミラー６を透過して検出部３に入射する。検出部３では、受光した光が分光され、波長ごとの受光強度が赤外スペクトルとして検出される。
【００２０】
試料１を測定する際には、水平面内で互いに直交するＸ方向及びＹ方向にステージ４を移動させることにより、試料１における任意の測定位置に光を照射させ、その測定位置からの光を検出部３で受光することによりスペクトルを測定することができる。また、Ｘ方向及びＹ方向に直交するＺ方向にステージ４を移動させることにより、集光部５から試料１の表面までの光路長を変更し、集光部５により集光される光の焦点位置を試料１の表面上に合わせることができる。
【００２１】
試料１の表面は、例えばＣＣＤカメラからなる撮像部７により撮像される。撮像部７は、光源２からの光が照射される測定位置を含む試料１の観察画像を撮像するものであり、例えば測定位置を中心とする観察画像を撮像することができるように配置されている。撮像部７で撮像した観察画像は、例えば表示部（図示せず）の表示画面にリアルタイムで表示させることができる。
【００２２】
本実施形態では、光源２から試料１までの光路中に、光量を調整する絞りとしてのアパーチャ８が設けられている。このアパーチャ８は、例えば光源２からの照射光を連続的又は段階的に切り替えることができる他、光源２からの照射光を完全に遮ることもできるようになっている。
【００２３】
図２は、図１の光学測定装置の制御部１０の具体的構成を示したブロック図である。この光学測定装置の動作は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む制御部１０により制御される。本実施形態における光学測定装置には、上記制御部１０の他に、操作部２０及び記憶部３０などが備えられている。
【００２４】
操作部２０は、例えばキーボード及びマウスにより構成され、作業者が光学測定装置の動作に関する指示を行うために操作される。記憶部３０は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）からなり、制御部１０での処理に用いられるデータを予め記憶しておくことができる。制御部１０は、ＣＰＵがプログラムを実行することにより、例えば移動処理部１１、光量切替処理部１２、位置判定処理部１３及び合焦処理部１４として機能する。
【００２５】
移動処理部１１は、ステージ４の動作を制御するための処理を行う。当該移動処理部１１は、ステージ４とともに、集光部５から試料１の表面までの光路長を変更するための光路長変更機構を構成している。移動処理部１１は、操作部２０の操作に基づいてステージ４を移動させることができるだけでなく、自動的にステージ４を移動させることもできるような構成となっている。
【００２６】
光量切替処理部１２は、アパーチャ８の動作を制御するための処理を行う。具体的には、アパーチャ８を開状態と閉状態との間で瞬時に切り替えることにより、試料１への照射光の照射状態を切り替えることができる。光量切替処理部１２は、アパーチャ８とともに、試料１の表面への照射光の光量を切り替えるための照射光量切替機構を構成している。
【００２７】
照射光量切替機構は、アパーチャ８を含む構成に限らず、光源２から試料１までの光路に対して進退可能な遮光板など、他の部材を含む構成であってもよい。ただし、照射光量切替機構は、光源２から集光部５の間に設けられた部材により照射光の光量を切り替えるような構成に限らず、集光部５から試料１の間に設けられた部材により照射光の光量を切り替えるような構成であってもよい。また、照射光の光量を連続的又は段階的に調整することができるような光源２であれば、当該光源２の光量を光量切替処理部１２で切り替えるような構成とすることも可能である。
【００２８】
位置判定処理部１３は、試料１のＺ方向の位置を判定するための処理を行う。具体的には、光量切替処理部１２により試料１の表面への照射光の光量が切り替えられたタイミングと、当該光量の切替に伴い検出部３における受光強度が変化したタイミングとの時間差に基づいて、試料１のＺ方向の位置を判定することができる。
【００２９】
すなわち、光量切替処理部１２により試料１の表面への照射光の光量が切り替えられてから、当該光量の切替に伴い検出部３における受光強度が変化するまでの時間差は、アパーチャ８から試料１の表面を介して検出部３に至るまでの光路長に応じて変化する。したがって、当該時間差を測定することにより、試料１の位置を判定することができる。
【００３０】
本実施形態では、光量切替処理部１２により試料１の表面への照射光の光量が切り替えられたタイミングと、当該光量の切替に伴い検出部３における受光強度が変化したタイミングとの時間差の基準として、互いに異なる２つの時間差（第１基準時間及び第２基準時間）が、予め記憶部３０に記憶されている。すなわち、記憶部３０は、第１基準時間及び第２基準時間を記憶する基準時間記憶部を構成している。
【００３１】
第１基準時間は、例えばステージ４がＺ方向の最下端にある状態で予め測定された時間差であり、アパーチャ８から検出部３までの光路長が第１光路長である場合の時間差である。一方、第２基準時間は、例えばステージ４がＺ方向の最上端にある状態で予め測定された時間差であり、アパーチャ８から検出部３までの光路長が前記第１光路長とは異なる第２光路長である場合の時間差である。
【００３２】
本実施形態における位置判定処理部１３は、記憶部３０に記憶されている第１基準時間及び第２基準時間に基づいて、試料１の位置を判定するようになっている。すなわち、ステージ４がＺ方向の任意の位置にある状態で測定した時間差を、第１基準時間及び第２基準時間と比較することにより、第１基準時間に対応するステージ４の位置（最下端）、及び、第２基準時間に対応するステージ４の位置（最上端）に対して、相対的なステージ４の位置を算出し、これにより試料１の位置を判定することができる。
【００３３】
合焦処理部１４は、位置判定処理部１３により判定された試料１の位置に基づいてステージ４を移動させる。具体的には、ステージ４を移動させて、集光部５から試料１の表面までの光路長を変更することで、集光部５により集光される光の焦点位置を試料１の表面上に合わせることができる。
【００３４】
以上のように、本実施形態では、光量切替処理部１２により試料１の表面への照射光の光量が切り替えられたタイミングと、当該光量の切替に伴い検出部３における受光強度が変化したタイミングとの時間差に基づいて、試料１の位置を判定することができるため、判定された試料１の位置に基づいて、集光部５により集光される光の焦点位置を試料１の表面上に合わせることができる。
【００３５】
このような時間差に基づく試料１の位置の判定は、試料１の種類にかかわらず、一定の精度で行うことができるため、安定した判定結果を得ることができる。したがって、焦点位置を試料１の表面上に合わせるために必要な集光部５から試料１の表面までの光路長を精度よく把握し、短時間で焦点位置を試料１の表面上に合わせることができる。
【００３６】
特に、本実施形態では、アパーチャ８から検出部３までの光路長が異なる場合の前記時間差として、第１基準時間及び第２基準時間を記憶部３０に予め記憶しておき、これらの基準時間に基づいて試料１の位置を判定することにより、集光部５から試料１の表面までの光路長をより精度よく把握することができる。したがって、より短時間で焦点位置を試料１の表面上に合わせることができる。
【００３７】
また、本実施形態では、判定された試料１の位置に基づいて、集光部５により集光される光の焦点位置を試料１の表面上に自動的に合わせることができる。すなわち、短時間で自動的に焦点位置を試料１の表面上に合わせることができるため、測定時の作業者の手間を軽減することができるとともに、測定時間を短縮することができる。
【００３８】
図３は、焦点位置を試料１の表面上に合わせる際の制御部１０による処理の一例を示したフローチャートである。この例では、まず、アパーチャ８を閉じた状態で（ステップＳ１０１）、光源２からの光の照射を開始させる（ステップＳ１０２）。その後、アパーチャ８を開状態とし（ステップＳ１０３）、所定時間が経過した後に（ステップＳ１０４でＹｅｓ）、アパーチャ８を閉状態に戻すことにより（ステップＳ１０５）、試料１に対してパルス状に光を照射する。これにより、試料１からの光を検出する検出部３における受光強度も、パルス状に変化することとなる。
【００３９】
アパーチャ８を閉状態から開状態とすることにより照射光の光量が切り替えられたタイミングと、当該光量の切替に伴い検出部３における受光強度が増加したタイミングとの時間差が測定される（ステップＳ１０６）。このようにして測定された時間差は、記憶部３０に記憶されている第１基準時間及び第２基準時間と比較され、これにより、試料１の位置が判定される（ステップＳ１０７）。
【００４０】
その後、判定された試料１の位置に基づいてステージ４がＺ方向に移動されることにより、集光部５により集光される光の焦点位置が試料１の表面上に合わせられる（ステップＳ１０８）。ただし、判定された試料１の位置に基づいてステージ４がＺ方向に移動されるだけでなく、その後に、従来技術を用いるなどして、焦点位置を微調整するようにステージ４が移動されるような構成となっていてもよい。また、焦点位置を試料１の表面上に合わせるための動作が、全て自動で行われるような構成に限らず、少なくとも一部を手動で行うような構成であってもよい。
【００４１】
以上の実施形態では、光量切替処理部１２により試料１の表面への照射光の光量が切り替えられたタイミングと、当該光量の切替に伴い検出部３における受光強度が変化したタイミングとの時間差の基準として、ステージ４がＺ方向の最下端にある状態で測定された時間差（第１基準時間）と、ステージ４がＺ方向の最上端にある状態で測定された時間差（第２基準時間）とを用いて、試料１の位置を判定するような構成について説明したが、このような構成に限られるものではない。
【００４２】
例えば、ステージ４がＺ方向における最下端や最上端にある状態で測定された時間差ではなく、ステージ４がＺ方向における他の位置にある状態で測定された時間差を基準時間として、当該基準時間を用いて試料１の位置を判定するような構成であってもよい。また、基準時間を用いずに、光量切替処理部１２により試料１の表面への照射光の光量が切り替えられたタイミングと、当該光量の切替に伴い検出部３における受光強度が変化したタイミングとの絶対的な時間差に基づいて、試料１の位置を判定するような構成であってもよい。
【００４３】
以上の実施形態では、アパーチャ８を開状態とすることにより照射光の光量が切り替えられたタイミングと、当該光量の切替に伴い検出部３における受光強度が増加したタイミングとの時間差に基づいて、試料１の位置を判定するような構成について説明した。しかし、このような構成に限らず、例えばアパーチャ８を閉状態とすることにより照射光の光量が切り替えられたタイミングと、当該光量の切替に伴い検出部３における受光強度が減少したタイミングとの時間差に基づいて、試料１の位置を判定するような構成であってもよい。
【００４４】
なお、アパーチャ８を完全に開状態又は閉状態とするのではなく、照射光の光量がある程度変化するように光量を切り替えることにより、その光量が切り替えられたタイミングと、当該光量の切替に伴い検出部３における受光強度が変化したタイミングとの時間差に基づいて、試料１の位置を判定するような構成であってもよい。
【００４５】
以上の実施形態では、光学測定装置の一例として、試料１からの反射光を検出部３で受光することにより測定を行う赤外顕微鏡について説明した。しかし、本発明は、試料１からの透過光を検出部３で受光することにより測定を行う赤外顕微鏡にも適用できる他、赤外顕微鏡以外の光学測定装置にも適用可能である。この場合、撮像部７を備えていない光学測定装置にも、本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１    試料
２    光源
３    検出部
４    ステージ
５    集光部
６    ハーフミラー
７    撮像部
８    アパーチャ
１０    制御部
１１    移動処理部
１２    光量切替処理部
１３    位置判定処理部
１４    合焦処理部
２０    操作部
３０    記憶部
【図１】
2014235416.tif 000003
【図２】
2014235416.tif 000004
【図３】
2014235416.tif 000005