(57)【要約】  試料からの散乱光の光強度とその空間分布を測定可能な、感度の優れた光学測定装置や光学系を備える装置を提供する。装置において、第１の物体から放射された光が、第２の物体に達する間に、２回以上の偶数回、楕円面鏡で反射される構造とすることにより、像の歪みを抑制する。２つの楕円面鏡を、互いの１つの焦点を共通焦点として、残りの２つの焦点が前記共通焦点に対して互いに反対側で一列に並ぶ配置とし、共通焦点をブランクにして、第１の物体を一方の焦点に、第２の物体を他方の焦点に配置することにより、像の歪みを抑制する。
2015056628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の物体から放射された光が、第２の物体に達する間に、２回以上の偶数回、楕円面鏡で反射される構造を備える光学測定装置。
【請求項２】
２つの楕円面鏡を、互いの１つの焦点を共通焦点として、残りの２つの焦点が前記共通焦点に対して互いに反対側で一列に並ぶ配置とし、共通焦点をブランクとして、第１の物体を一方の焦点に、第２の物体を他方の焦点に配置したことを特徴とする光学測定装置。
【請求項３】
２つの前記楕円面鏡は、子午面、長軸に直交する焦点直交面のいずれか、又は両方の面を有する楕円面鏡であることを特徴とする請求項２記載の光学測定装置。
【請求項４】
第１の楕円面鏡と第２の楕円面鏡とを備える光学測定装置であって、
第１及び第２の楕円面鏡は、
それぞれ、２つの焦点を含む子午面と、該楕円の２つの焦点を結ぶ長軸に垂直で１つの焦点を通る焦点直交面を備え、
該楕円面鏡の長軸上の頂点から遠い焦点を第１焦点、近い焦点を第２焦点とするとき、
第１の楕円面鏡の第２焦点と、第２の楕円面鏡の第２焦点とが一致して第１共通焦点をなすように配置され、一致しない第１の楕円面鏡の第１焦点及び第２の楕円面鏡の第１焦点と前記第１共通焦点とが直線上になるように配置されることを特徴とする光学測定装置。
【請求項５】
第１の回転楕円体面鏡と第２の回転楕円体面鏡とを備える光学測定装置であって、
第１及び第２の回転楕円体面鏡は、それぞれ、２つの焦点を含む子午面と、該楕円の２つの焦点を結ぶ長軸に垂直で１つの焦点を通る焦点直交面を備え、
該回転楕円体面鏡の長軸上の頂点から遠い焦点を第１焦点、近い焦点を第２焦点とするとき、
第１の回転楕円体面鏡の第２焦点と、第２の回転楕円体面鏡の第２焦点とが一致して第１共通焦点をなすように配置され、一致しない第１の回転楕円体面鏡の第１焦点及び第２の回転楕円体面鏡の第１焦点と前記第１共通焦点とが直線上になるように配置されることを特徴とする光学測定装置。
【請求項６】
前記回転楕円体面鏡は、四分の一形状回転楕円体面鏡又は二分の一帯形状回転楕円体面鏡であることを特徴とする請求項５の光学測定装置。
【請求項７】
前記第１の回転楕円体面鏡と前記第２の回転楕円体面鏡と第３の回転楕円体面鏡と第４の回転楕円体面鏡とを備える光学測定装置であって、
第３及び第４の回転楕円体面鏡は、それぞれ、２つの焦点を含む子午面と、該楕円の２つの焦点を結ぶ長軸に垂直で１つの焦点を通る焦点直交面を備え、
該回転楕円体面鏡の長軸上の頂点から遠い焦点を第３焦点、近い焦点を第４焦点とするとき、
第３の回転楕円体面鏡の第４焦点と、第４の回転楕円体面鏡の第４焦点とが一致して第２共通焦点をなすように配置され、
第３の回転楕円体面鏡の第３焦点と第１又は第２の回転楕円体面鏡の第１焦点とが一致して第３共通焦点をなすように配置され、
すべての焦点が直線上になるように焦点貫通軸上に配置されていることを特徴とする請求項５記載の光学測定装置。
【請求項８】
第１の楕円面鏡と第２の楕円面鏡とを備える装置であって、
第１及び第２の楕円面鏡は、
それぞれ、２つの焦点を含む子午面と、該楕円の２つの焦点を結ぶ長軸に垂直で１つの焦点を通る焦点直交面を備え、
該楕円面鏡の長軸上の頂点から遠い焦点を第１焦点、近い焦点を第２焦点とするとき、
第１の楕円面鏡の第２焦点と、第２の楕円面鏡の第２焦点とが一致して第１共通焦点をなすように配置され、一致しない第１の楕円面鏡の第１焦点及び第２の楕円面鏡の第１焦点と前記第１共通焦点とが直線上になるように配置される光学系を備えることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学測定装置及び光学系を備える装置に関する。例えば、試料等の被測定物に光を入射させて、試料からの散乱光の光強度とその空間分布を測定可能な、感度の優れた光学測定装置や、ラマン分光測定やルミネッセンス分光測定等の集光系構造を有する光学測定装置や、反射光学系を結像系や集光系に利用する光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、精密計測の分野において、光学特性検査装置の測定精度の向上が望まれている。光を物質に入射した際の光と物質との相互作用を考えると、物質による正反射、拡散反射、（正）透過、拡散透過、そして光吸収の５種類に分類できる。すなわち、反射と透過現象に関しては、入射角度と反射角度が等しい正反射と、入射角度と透過光の角度が等しい（正）透過と、一つの入射角度に対して反射光や透過光が広い空間に発生する散乱（拡散反射と拡散透過を足し合わせた現象）がある。【０００３】
従来、正反射率と（正）透過率を測定するために別々のアクセサリーを用いて相対反射率と絶対透過率を測定してきた。この方法の欠点は各々の測定量の測定精度が異なることである。この問題点を解決するため、透過率測定と反射率測定を統合させた装置を本発明者は開発してきた（特許文献４参照）。【０００４】
物質による光の散乱現象に注目すると、全空間（４π空間）に一様に光が散乱される完全散乱と、ある特定の一部空間に光が散乱される部分散乱がある。前者の完全散乱の例は緩くパッキングされた微小粉末で、後者の例は身の回りに非常に多い。例えばタイル、ペンキの塗られた面、布（縦糸と横糸）、紙面（紙の繊維が網目状になっている）などである。正反射と（正）透過現象を、この部分散乱における「ある特定の一部空間」の極限として見なすことができる。このような例からも、散乱測定のためには、全球散乱（ＴＳＳ：Ｔｏｔａｌ  Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ  Ｓｃａｔｔｅｒ）と散乱の異方性（ＢＳＤＦ：Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｓｃａｔｔｅｒ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ、双方向散乱分布関数）の両方を測ることが必要である。【０００５】
試料からの光散乱の光学測定分野において、半分形状回転楕円体面鏡を使った散乱計が研究された。また、積分球を用いた散乱計や、ゴニオ反射率計を使った散乱計が知られている。また、イメージング半球を使った散乱計や、２つの楕円面鏡を使った散乱計（シーガル型散乱計とも呼ぶ）(特許文献２参照）が知られている。【０００６】
本発明者は、双楕円型光学系の構造を提案して光学測定装置を開発してきた。回転楕円体面鏡を２つ結合した構造の光学系を用いて、絶対反射率と絶対透過率を測定する装置を、本発明者は開発した（特許文献４参照）。該装置は、２個の回転楕円体面鏡からなる双楕円体面鏡を備え、２個のビーム切換鏡と試料とを各焦点に配置するものである。【０００７】
また、本発明者は、双楕円型光学系の構造の受光側回転楕円体面鏡を所定角度回転し、その回転楕円体面鏡の焦点にあるビーム切換えミラーを微少角度ずつ回転させることが可能な装置を開発して散乱光の異方性の測定を行った（特許文献３参照）。双楕円型光学系の構造は、入射側の回転楕円体面鏡Ｅ１と受光側の回転楕円体面鏡Ｅ２を、互いの１つの焦点を共通焦点Ｆ０とし、さらに回転楕円体面鏡Ｅ１とＥ２のそれぞれの残りの焦点をＦ１とＦ２とすると、これら３つの焦点が一直線状に並ぶようにした構造である。【０００８】
また、本発明者は、双楕円型光学系の構造の受光側回転楕円体面鏡を回転させ、回転される回転楕円体面鏡の焦点に集光する散乱光を検出する装置を開発して、被測定物の全球散乱を測定することを可能とした（特許文献３参照）。図２６に、特許文献３の光学装置を示す。双楕円型光学系を構成する第１及び第２の回転楕円体面鏡は、所定の厚さの板状もしくは帯状部材からなる構造であった（特許文献３参照）。【０００９】
また、本発明者は、四分の一形状回転楕円体面鏡と帯形状回転楕円体面鏡を備える光学装置を開発した（特許文献１参照）。特許文献１の光学測定装置では、試料からπ空間に広がっている拡散反射光又は拡散透過光を測定できる。図２７に、特許文献１の装置の反射測定配置を示す。光源９（レーザー光源、或いは分光光度計等）からの光を、レンズ８及び入射用透孔を通して回転楕円体面鏡内部に取り込むと、この光はビーム切り替え鏡（ＲＭ１ミラー）３に達する。ビーム切り替え鏡（ＲＭ１ミラー）３で反射された光は、第１の回転楕円体面鏡（帯状回転楕円体面鏡１１）でさらに反射され、共通焦点上の試料１に入射する。この試料１で反射された光は、第２の回転楕円体面鏡（四分の一形状回転楕円体面鏡１２）で反射されて焦点に集光するので、これを検出器で検出する。検出器の構成は、半球レンズ４とファイバーテーパー５とＣＣＤカメラ６からなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１２−１８５１２１号公報
【特許文献２】米国特許５２１０４１８号明細書
【特許文献３】特開２０１０−２７６３６３号公報
【特許文献４】特開２００４−４５０６５号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ｅ．Ｋａｗａｔｅ，  Ｍ．Ｈａｉｎ  “Ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  Ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ  Ｓｏｕｒｃｅｓ  ｉｎ  Ｉｎｃｉｄｅｎｔ  Ａｎｇｌｅ  Ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ  ｏｆ  Ｒｅｇｕｌａｒ  Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ＳＴＡＲ  ＧＥＭ  Ａｃｃｅｓｓｏｒｙ”  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ２０１３，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ９ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｓｍｏｌｅｎｉｃｅ，Ｓｌｏｖａｋｉａ，ｐ．ｐ．１８３−１８６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来、１つの楕円面鏡が持つ２つの焦点のうちの一方の焦点に試料を、他方の焦点に検出器を配置し、試料を外部から照射することで、試料からの散乱光を測定できると考えられた。そして研究開発がおこなわれたが、すべて失敗した。楕円面鏡を使った散乱計の問題点は、以下の８点にまとめられる。
（１）焦点へ集光する光が拡大する問題（マグニフィケーション問題）
（２）検出器感度が空間的に一様でない問題
（３）検出器感度が入射角度に依存する問題
（４）光学素子によるビームの遮蔽の問題
（５）内部多重反射問題（インターリフレクション問題）
（６）ミスアライメント問題
（７）構造物によるビームの遮蔽の問題
（８）楕円面鏡の不完全性さや鏡面粗さの問題【００１３】
この中で、(２)と(３)は検出器の問題である。(４)と(７)は設計上の問題である。(８)は鏡の製作上の問題である。そして、これらの５個の問題は、他の一般の光学系にも共通した問題である。上記問題点の内の残りの(１)と(５)と(６)について説明する。１９８０年代までの楕円面鏡を用いた散乱計では、主に半分形状楕円面鏡であった。【００１４】
図１及び２に楕円面鏡を示し、焦点貫通軸、極、北極と南極、主子午面と副子午面を次のように定義する。２つ、またはそれ以上の焦点を結ぶ直線が焦点貫通軸で、この軸と楕円面鏡が交差する点を極と呼び、極は北極又は南極である。極は、楕円面鏡の長軸上の頂点ということもできる。半分にするための楕円面鏡の焦点貫通軸を含んだ切断面を副子午面とし、この面に直交してこの北極と南極を通る面を主子午面とする。この楕円面鏡には焦点が２つある。しかし、実際にはその位置に何らマークがあるわけではないので、その焦点位置は形状から長さを測って求めるしかない。その測定精度は５０μｍ以内を必要とされる（非特許文献１参照）ので、不十分な分解能での測定では、（６）の「ミスアライメント問題」が発生する。５０μｍ以内の不確かさの測定では、通常のノギスを使って長さを測定したのでは不十分である。【００１５】
従来、半分形状楕円面鏡の一方の焦点に試料を置いて、他方の焦点に検出器を置いて、外部から試料を照射して散乱測定をおこなっていた。試料からの散乱光は検出器に集まるが、シリコンフォトダイオードや光電子増倍管の前面の窓等での反射のために検出器が１００％光を吸収しないので、散乱光の一部は検出器で反射されて、その光は楕円面鏡で再度反射されて試料へ戻る。そしてまた試料で反射される。これが（５）の「内部多重反射問題」である。試料の反射率が高い時、内部多重反射の影響で、この楕円面鏡で測定された試料の反射率は、他の積分球等を使った測定結果に比べて、５％程度大きくなることが知られている。【００１６】
半分形状楕円面鏡において、焦点を出た光は、必ず残りの焦点に集まる。実際の光学系ではビームは有限の大きさを持っている。つまり、焦点近傍の光が存在する。一方の焦点近傍からある方向に放射された光は、他方の焦点からどの程度離れた位置に集まるかは、最初の放射方向に依存する。これが「マグニフィケーション問題」である。この「マグニフィケーション問題」が発生する様子を図３に示す。Ｆ０焦点の近傍の点Ｑから放射された２つの光線ＱＲと光線ＱＵを考える。光線ＱＲは楕円の右側（北極Ｎを含む領域）で反射されてＦ２焦点から遠い点Ｔに達する。Ｔ点は、角度ＱＲＦ０と角度Ｆ２ＲＴが等しくなる点である。光線ＱＵは楕円の左側（南極Ｓを含む領域）で反射されてＦ２焦点に近い点Ｖに達する。このＶ点も先ほどと同じように角度が等しくなることから求まる。Ｆ０焦点近傍の同じ場所から放射された光が、天頂角度が異なると、Ｆ２焦点近傍の異なった場所で異なった距離に集まる。図３から明らかなように、放射点Ｑに近い側の楕円面鏡（拡大領域）で反射されると像は拡大され、遠い側の楕円面鏡（縮小領域）で反射されると像は縮小される。この境界面は、楕円の中心（Ｐ）とその短軸を含む面（ＥＰＥ’）である。【００１７】
半分形状楕円面鏡において、主子午面内で最初の焦点（Ｆ０）に直径２ｍｍの平行ビームが入射したとき、第２焦点（Ｆ２）での副子午面内でのビームの大きさを計算で求めた。計算結果は、第２焦点に置くべき検出器は、全ての光（第１焦点からすべての方向へ放射された光）を受光するためには、無限に大きくなくてはならないことを示していた。【００１８】
従来から実施されている全半球反射（透過）率測定と空間配光測定は、積分球とゴニオ反射率計である。全半球反射率や全半球透過率を測定するためには、積分球が用いられている。積分球による測定では、光源を固定して、積分球を垂直軸の回りで回転させて、試料照射ポートから光を入射させて試料を照射し、この時の検出器の出力（Ｉｓ）と、参照ポートから入射させて参照試料を照射して、この時の検出器の出力（Ｉｒ）を測定する。試料の全半球反射率（Ｒ）は、Ｒ＝Ｉｓ／Ｉｒから求まる。【００１９】
空間配光（双方向反射分布関数）の測定には、ゴニオ反射率計が用いられている。ゴニオ反射率計では、試料が有るとき、光源からの入射光は試料を照射しながら、光源と検出器をそれぞれ独立に空間中を移動させて、各点での検出器出力Ｉｓ（θＬ，φＬ，θＤ，φＤ）を測定する。なお、θＬ，φＬ，θＤ，φＤは、それぞれ光源の天頂角度と方位角度、検出器の天頂角度と方位角度を示す。次に、試料が無いときに、光源と検出器を対向させて、全入射光量に対する検出器出力Ｑ０を測定する。空間配光を表すＢＲＤＦ（双方向反射分布関数）は、
ＢＲＤＦ＝Ｉｓ（θＬ，φＬ，θＤ，φＤ）／Ｑ０
から求まる。
現状では、これら全半球反射率と空間配光を一度に測定できる装置はない。またゴニオ反射率計で試料のＢＲＤＦ（双方向反射分布関数）を全空間で測定して、それらの測定値を積分することで全半球反射率を求めることができるが、測定時間が非常に長いことが問題である。【００２０】
本発明者が既に提案した楕円面鏡について図を参照して詳しく説明する。【００２１】
図１及び２に、楕円面鏡の各面及び切断面等を示す。楕円面鏡を２つの焦点を含む副子午面（図１の切断面１）で切断した半分形状（回転）楕円（体）面鏡（図４（ｄ））を、さらに一つの焦点を通り長軸に垂直に切断（図２の切断面２）した四分の一形状（回転）楕円（体）面鏡（図４（ａ））を、既に提案した（特許文献１参照）。図２の切断面２は、２つの焦点を結ぶ長軸に垂直で１つの焦点を通る焦点直交面ともいえる。【００２２】
また、楕円面鏡を、焦点を結ぶ平面（副子午面）から等距離の２枚の平行平面で切断（図２の切断面３と４）し、さらに１つの焦点を通り長軸に垂直に切断（図２の切断面２）した帯形状（回転）楕円（体）面鏡（図４（ｂ））を、既に提案した（特許文献１、３、４参照）。図４(c)は、この帯形状（回転）楕円（体）面鏡を主子午面（図１の切断面５）で切断した二分の一帯形状（回転）楕円（体）面鏡である。【００２３】
特許文献３では、集光側に帯形状回転楕円体面鏡を使っていることにより、問題点（５）「内部多重反射問題」（検出器からの反射光が試料へ戻る）の可能性は低い。しかし、全半球反射（透過）率測定と空間配光（異方性）の両方の測定をおこなうためには、この装置に別々の検出器を取付けて行う必要があり、手間がかかり測定時間も短縮できないという欠点がある。【００２４】
特許文献１では、図２７に示すように、集光側に四分の一形状回転楕円体面鏡を用いているので、半球レンズの平面からの反射光が試料へ戻ることが避けられないという問題がある。図５は、検出系からの戻り光（反射光）の可能性を説明するための図である。また、特許文献１では、ＣＣＤカメラで撮影した画像が歪むという問題がある。【００２５】
本発明は、これらの問題を解決しようとするものであり、上記問題点（１）焦点へ集光する光が拡大する問題（マグニフィケーション問題）、（５）内部多重反射問題（インターリフレクション問題）、（６）ミスアライメント問題を、主に解決することを目的とする。また、本発明は、上記問題点（１）乃至（８）を解決することを目的とする。また、本発明は、反射率と透過率を同じ測定精度で測定できる光学測定装置を提供することを目的とする。また、本発明は、全半球反射率と空間配光を一度に測定できる光学測定装置を提供することを目的とする。また、本発明は、空間配光測定で測定される配光分布の歪を低減することを目的とする。また、本発明は、全半球反射率を、正反射成分、拡散反射成分と混合反射成分に分離することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明は、前記目的を達成するために、以下の特徴を有する。【００２７】
本発明の光学測定装置は第１の物体から放射された光が、第２の物体に達する間に、２回以上の偶数回、楕円面鏡で反射される構造を備えることを特徴とする。また、本発明の光学測定装置は、２つの楕円面鏡を、互いの１つの焦点を共通焦点として、残りの２つの焦点が前記共通焦点に対して互いに反対側で一列に並ぶ配置とし、共通焦点はブランクで、第１の物体を一方の焦点に、第２の物体を他方の焦点に配置したことを特徴とする。また、本発明の光学測定装置は、２つの前記楕円面鏡は、子午面、長軸に直交する焦点直交面のいずれか、又は両方の面を有する楕円面鏡であることを特徴とする。【００２８】
本発明の光学測定装置は、第１の楕円面鏡と第２の楕円面鏡とを備える光学測定装置であって、第１及び第２の楕円面鏡は、それぞれ、２つの焦点を含む子午面と、該楕円の２つの焦点を結ぶ長軸に垂直で１つの焦点を通る焦点直交面を備え、該楕円面鏡の長軸上の頂点から遠い焦点を第１焦点、近い焦点を第２焦点とするとき、第１の楕円面鏡の第２焦点と、第２の楕円面鏡の第２焦点とが一致して第１共通焦点をなすように配置され、一致しない第１の楕円面鏡の第１焦点及び第２の楕円面鏡の第１焦点と前記第１共通焦点とが直線上になるように配置されることを特徴とする。また、本発明の光学測定装置は、第１の回転楕円体面鏡と第２の回転楕円体面鏡とを備える光学測定装置であって、第１及び第２の回転楕円体面鏡は、それぞれ、２つの焦点を含む子午面と、該楕円の２つの焦点を結ぶ長軸に垂直で１つの焦点を通る焦点直交面を備え、該回転楕円体面鏡の長軸上の頂点から遠い焦点を第１焦点、近い焦点を第２焦点とするとき、第１の回転楕円体面鏡の第２焦点と、第２の回転楕円体面鏡の第２焦点とが一致して第１共通焦点をなすように配置され、一致しない第１の回転楕円体面鏡の第１焦点及び第２の回転楕円体面鏡の第１焦点と前記第１共通焦点とが直線上になるように配置されることを特徴とする。また、本発明の光学測定装置において、前記回転楕円体面鏡は、例えば、四分の一形状回転楕円体面鏡又は二分の一帯形状回転楕円体面鏡である。本発明の光学測定装置は、例えば、第２の回転楕円体面鏡の第１焦点に、試料を配置してその試料へ光を入射して、前記第１の回転楕円体面鏡の第１焦点に集光する光を検出する。【００２９】
本発明の光学測定装置は、前記第１の回転楕円体面鏡と前記第２の回転楕円体面鏡と第３の回転楕円体面鏡と第４の回転楕円体面鏡とを備える光学測定装置であって、第３及び第４の回転楕円体面鏡は、それぞれ、２つの焦点を含む子午面と、該楕円の２つの焦点を結ぶ長軸に垂直で１つの焦点を通る焦点直交面を備え、該回転楕円体面鏡の長軸上の頂点から遠い焦点を第３焦点、近い焦点を第４焦点とするとき、第３の回転楕円体面鏡の第４焦点と、第４の回転楕円体面鏡の第４焦点とが一致して第２共通焦点をなすように配置され、第３の回転楕円体面鏡の第３焦点と第１又は第２の回転楕円体面鏡の第１焦点とが一致して第３共通焦点をなすように配置され、すべての焦点が直線上になるように焦点貫通軸上に配置されていることを特徴とする。また、本発明の光学測定装置は、例えば、前記第３共通焦点に試料を配置して、前記第１又は第２の回転楕円体面鏡の第１焦点に集光する光を検出するとともに、前記第４の回転楕円体面鏡の第３焦点に集光する光を検出する。本発明の光学測定装置は、例えば、前記第４の回転楕円体面鏡の第３焦点に光を入射して、前記第３共通焦点に配置された試料に光を照射させ、前記第１又は第２の回転楕円体面鏡の第１焦点に集光する光を検出する。例えば、前記第１の回転楕円体面鏡と前記第２の回転楕円体面鏡は、四分の一形状回転楕円体面鏡であり、前記第３の回転楕円体面鏡と前記第４の回転楕円体面鏡は、二分の一帯形状回転楕円体面鏡である。また、例えば前記第１、前記第２、前記第３、前記第４の回転楕円体面鏡は、いずれも二分の一帯形状回転楕円体面鏡である。また、例えば、第３及び第４の回転楕円体面鏡は、前記焦点貫通軸の回りで、第１及び第２の回転楕円体面鏡に対して回転可能である。【００３０】
本発明の装置は、第１の楕円面鏡と第２の楕円面鏡とを備える装置であって、第１及び第２の楕円面鏡は、それぞれ、２つの焦点を含む子午面と、該楕円の２つの焦点を結ぶ長軸に垂直で１つの焦点を通る焦点直交面を備え、該楕円面鏡の長軸上の頂点から遠い焦点を第１焦点、近い焦点を第２焦点とするとき、第１の楕円面鏡の第２焦点と、第２の楕円面鏡の第２焦点とが一致して第１共通焦点をなすように配置され、一致しない第１の楕円面鏡の第１焦点及び第２の楕円面鏡の第１焦点と前記第１共通焦点とが直線上になるように配置される光学系を備えることを特徴とする。また、楕円面鏡は、例えば、回転楕円体面鏡等である。また、楕円面鏡は、例えば同形である。本発明の光学系を備える装置は、２つの楕円面鏡を、互いの１つの焦点を共通焦点として、残りの２つの焦点が前記共通焦点に対して互いに反対側で一列に並ぶ配置とし、一方の焦点における像を他方の焦点に正立像等を結像する光学系を備える装置である。例えば、露光装置の先端部分や顕微鏡装置の先端部分等に適する。本発明の光学系を備える装置は、２つの楕円面鏡を、互いの１つの焦点を共通焦点として、残りの２つの焦点が前記共通焦点に対して互いに反対側で一列に並ぶ配置とし、共通焦点又は前記残りの２つの焦点のうちの一方の焦点に、絞りを設け、他方の焦点又は焦点近くに記録部を備える光学装置である。例えば、従来のレンズ系の代わりに使用でき、カメラのレンズ系に適する。本発明の光学系を備える装置は、２つの楕円面鏡を、互いの１つの焦点を共通焦点として、残りの２つの焦点が前記共通焦点に対して互いに反対側で一列に並ぶ配置とし、一方の焦点における広い視野像を他方の焦点に結像する光学系を備える光学装置である。例えば、広範囲の視野を有するミラーに適する。本発明の光学系を備える装置は、２つの楕円面鏡を、互いの１つの焦点を共通焦点として、残りの２つの焦点が前記共通焦点に対して互いに反対側で一列に並ぶ配置とし、一方の焦点における入射光を他方の焦点に集光する光学系を備える熱検知装置である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の光学測定装置により、楕円面鏡による散乱（透過、反射）の測定における、（１）焦点へ集光する光が拡大する問題（マグニフィケーション問題）、（５）内部多重反射問題（インターリフレクション問題）、（６）ミスアライメント問題を解消することができた。さらに、本発明の光学測定装置により、（２）検出器感度が空間的に一様でない問題、（３）検出器感度が入射角度に依存する問題、（４）光学素子によるビームの遮蔽の問題、（７）構造物によるビームの遮蔽の問題、（８）楕円面鏡の不完全性さや鏡面粗さの問題を、解消することもできた。【００３２】
本発明の光学測定装置を用いれば、反射率と透過率を同じ測定精度で測定でき、全半球反射率と空間配光を一度に測定することができた。本発明の光学測定装置を用いれば、空間配光測定で測定される配光分布の歪を低減することができた。また、本発明の光学測定装置を用いれば、全半球反射率を、正反射成分、拡散反射成分と混合反射成分に分離することができた。【００３３】
本発明の光学測定装置は、具体的に次のような装置として、測定精度向上等の効果がある。
（１）本発明の光学測定装置により、試料の平面や曲面、研磨面や粗面、紙面や布面や皮膚等の構造を持った面からの反射光の空間分布測定、並びに正反射成分と完全拡散反射成分及び混合反射成分への分離測定を実現することができる。
（２）金属や半導体やガラス等の切削加工面やその研磨面の仕上がりを調べる装置として、鏡面研磨に近づくほど、正反射（正透過）成分が増加して、完全拡散反射（完全拡散透過）成分と混合反射（透過）成分は減少するので、精密な加工をコントロールできる。
（３）拡散板の性能評価装置として評価性能を向上させることができる。拡散板は強い指向性を持った光源からの光を広い空間に対して均一に照射する光を作り出す用途に使われる。例えば、屋外用の照明、後部プロジェクターテレビ、一般家庭用電子ディスプレイなどに使われている。本発明の装置による拡散板の性能評価法は、正反射（正透過）成分が減少して完全拡散成分が増加するほど性能の良い拡散板であると評価することができる。
（４）ＬＥＤやＬＥＤ原料の発光分布測定や発光強度測定より、製品や原料の性能評価が可能になる。
（５）ラマン分光測定やルミネッセンス分光測定のために、本発明を使用し、検出系のＣＣＤカメラの変わりに、光ファイバーバンドルの一端をオプティカルファイバーテーパーの小口径面に取り付け、他端を分光器へ導くことにより、角度分解のラマン分光測定等が可能になる。【００３４】
本発明の光学系を備える装置は、露光装置の先端部分や顕微鏡装置の先端部分等に適する。また、従来のカメラのレンズ系の代わりに使用できる。また、広範囲の視野を有するミラーに適する。また、集光機能を備えるので、例えば熱検知装置に適する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】楕円面鏡の各面及び切断面等を示す図。
【図２】楕円面鏡の各面及び切断面等を示す図。
【図３】マグニフィケーション問題の説明図。
【図４】各種形状の回転楕円体面鏡の図。（ａ）は四分の一形状回転楕円体面鏡、（ｂ）は帯形状回転楕円体面鏡、（ｃ）は二分の一帯形状回転楕円体面鏡、（ｄ）は半分形状回転楕円体面鏡。
【図５】検出系からの戻り光（反射光）の可能性を説明する図。
【図６】楕円面鏡の結合様式を説明する図。
【図７】斜入射時のビーム径の長円形化についての説明図。
【図８】同形の２台の子午焦点包囲楕円面鏡のＣ−Ｃ結合の場合におけるマグニフィケーションの計算結果を示す図。
【図９】同形の２台の子午焦点包囲楕円面鏡のＯ−Ｏ結合の場合におけるマグニフィケーションの計算結果を示す図。
【図１０】補償構造体の２組をＯ−Ｏ結合させた散乱計の主子午面での断面図で、試料有りの反射配置の図。
【図１１】補償構造体の２組をＯ−Ｏ結合させた散乱計の主子午面での断面図で、試料有りの透過配置の図。
【図１２】図６（ｂ）の基本構造体の２組をＣ−Ｃ結合させた散乱計の主子午面での断面図で、試料有りの透過配置の図。
【図１３】（ａ）は（θ／π光学系）、（ｂ）は（π／θ光学系）の概念図。
【図１４】第１の実施の形態の光学測定装置の概略図。
【図１５】第２の実施の形態の光学測定装置の概略図。
【図１６】第３の実施の形態の光学測定装置の概略図。
【図１７】第４の実施の形態の光学測定装置の概略図。
【図１８】検出系の例を示す図。
【図１９】全半球反射率を正反射成分と拡散反射成分と混合反射成分への分離する方法を示す図。
【図２０】補償構造体の対称性を説明する図。
【図２１】第３の実施の形態の散乱計のマグニフィケーションの計算結果を示す図。
【図２２】楕円面鏡の各点の曲率が異なるための像の歪みの計算結果を示す図。
【図２３】第５の実施の形態の光学系の半導体露光装置への応用の概略図。
【図２４】第５の実施の形態の光学系の顕微鏡への応用の概略図。
【図２５】第５の実施の形態の光学系のカメラのレンズ系への応用の概略図。
【図２６】従来技術の光学装置を示す図。
【図２７】従来技術の光学装置の反射測定配置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明の実施形態について以下説明する。
【００３７】
本発明を理解するために、まず、本発明の基本エレメントと基本構造体について述べる。
【００３８】
（基本構造体の特性）
基本構造体は２台の楕円面鏡で構成されることで、第１の物体から放射された光が２回楕円面鏡で反射して、第２の物体に達する。この時、第一の楕円面鏡の一つの焦点は、第二の楕円面鏡の一つの焦点と共通焦点を構成する。これを可能にする楕円面鏡の切断面は、子午面（図１の切断面１）と焦点直交面（図２の切断面２）だけである。２台の楕円面鏡の残りの２個の焦点は共通焦点に対して互いに反対側で一直線（焦点貫通軸）上になくてはならない。共通焦点はブランク（空）で、両端の焦点に第１の物体と第２の物体を配置する。第１の物体の表面が子午面に平行か、垂直のどちらかに配置させる。平行の時は、第１の物体の天頂角度０度の方向は焦点直交面内にあり、天頂角度９０度の方向は極を含んでいる子午面内である。垂直の時は、第１の物体の天頂角度０度の方向は極であり、天頂角度９０度の方向は焦点直交面内である。これらのことから、焦点に設置された第１の物体からの放射光を効率良く、焦点に設置された第２の物体に伝送するためには、楕円面鏡は極を含まなくてはならない。
極を含んだ楕円面鏡の２つの焦点の内、極に近い焦点をクローズ（Ｃｌｏｓｅ、略してＣ焦点）焦点、極から遠い焦点をオープン（Ｏｐｅｎ、略してＯ焦点）焦点と呼ぶ。ただし、半分形状楕円面鏡は両極を含むので、２つの焦点は同等である。この時は、右側の極から見て、極に近い焦点をクローズ（Ｃｌｏｓｅ、略してＣ焦点）焦点、極から遠い焦点をオープン（Ｏｐｅｎ、略してＯ焦点）焦点と呼ぶ。Ｃ焦点を通過する焦点直交面で切断した楕円面鏡には、接頭語の『マイナー』を、Ｏ焦点を通過する焦点直交面で切断した楕円面鏡には、接頭語の『メジャー』を付けて区別する。
【００３９】
（基本エレメントの構造）
基本構造体を構成する極を含んだ楕円面鏡は、基本エレメントと呼ぶ。この基本エレメントは、（１）『極を含んだ楕円面鏡と子午面で囲まれた楕円面鏡』（子午極包囲楕円面鏡群）、（２）『極を含んだ楕円面鏡とメジャーな焦点直交面で囲まれた楕円面鏡』（メジャー焦点極包囲楕円面鏡群）、（３）『極を含んだ楕円面鏡とマイナーな焦点直交面で囲まれた楕円面鏡』（マイナー焦点極包囲楕円面鏡群）、（４）『極を含んだ楕円面鏡と子午面とメジャーな焦点直交面で囲まれた楕円面鏡』（メジャー子午焦点包囲楕円面鏡群）、（５）『極を含んだ楕円面鏡と子午面とマイナーな焦点直交面で囲まれた楕円面鏡』（マイナー子午焦点包囲楕円面鏡群）の５種類からなる。次に、各楕円面鏡群に切断面を対応付けする。
（１）子午極包囲楕円面鏡群は、楕円面鏡を少なくとも図１の切断面１で切断した時の一方の楕円面鏡で、焦点直交面以外の切断面でさらに切断されていても良いので、末尾に『群』をつけた。以下同様に末尾に『群』をつける。（２）メジャー焦点極包囲楕円面鏡群は、楕円面鏡を少なくとも図２の切断面２で切断した時の大きい方の楕円面鏡で、子午面以外の切断面でさらに切断されてもよい。（３）マイナー焦点極包囲楕円面鏡群は、楕円面鏡を少なくとも図２の切断面２で切断した時の小さい方の楕円面鏡で、子午面以外の切断面でさらに切断されてもよい。（４）メジャー子午焦点包囲楕円面鏡群は、楕円面鏡を少なくとも図１の切断面１と図２の切断面２の両方の切断面で切断した時の大きい方の楕円面鏡で、さらに追加の切断面で切断されてもよい。（５）マイナー子午焦点包囲楕円面鏡群は、楕円面鏡を少なくとも図１の切断面１と図２の切断面２の両方の切断面で切断した時の小さい方の楕円面鏡で、さらに追加の切断面で切断されてもよい。
【００４０】
（基本エレメントの例）
図４は、回転楕円体面鏡の場合の基本エレメントの幾つかの例であるが、楕円面鏡の場合も同じである。（１）子午極包囲楕円面鏡群の１つの例は、半分形状回転楕円体面鏡（図４（ｄ））である。（２）メジャー焦点極包囲楕円面鏡群の２つの例は、帯形状回転楕円体面鏡（図４（ｂ））や蛸壺形状楕円面鏡（図省略）である。（３）マイナー焦点極包囲楕円面鏡群の１つの例は、帽子形状楕円面鏡（図省略）である。（４）メジャー子午焦点包囲楕円面鏡群の２つの例は、四分の一形状回転楕円体面鏡（図４（ａ）で、以下ＱＥと表記する。）と二分の一帯形状回転楕円体面鏡（図４（ｃ）、以下ＢＥと表記する。）である。（５）マイナー子午焦点包囲楕円面鏡群の２つの例は、マイナー四分の一形状楕円面鏡（図省略）とマイナー二分の一帯形状楕円面鏡（図省略）である。
【００４１】
（基本構造体を形成するための基本エレメントの結合様式）
２台の基本エレメントからなる基本構造体を形成するための結合様式を図６に示す。この図でＱＥ（四分の一形状回転楕円体面鏡の略）と書いてある基本エレメントは、その他の基本エレメントで置きかえることができる。Ｆ０〜Ｆ４は基本エレメントの焦点である。
（Ｉ）Ｃ−Ｃ結合：２台の基本エレメントのＣ焦点とＣ焦点で共通焦点を構成し、残りの２つのＯ焦点がこの共通焦点に対して互いに反対側で一直線上に配列する結合様式で、この例が図６（ａ）である。２台の基本エレメントが同じ形状である場合は、第一の基本エレメントと第二の基本エレメントは共通焦点に対して点対称になるように配置されている。
（ＩＩ）Ｏ−Ｏ結合：２台の基本エレメントのＯ焦点とＯ焦点で共通焦点を構成し、残りの２つのＣ焦点がこの共通焦点に対して互いに反対側で一直線上に配列する結合様式で、この例が図６（ｂ）である。２台の基本エレメントが同じ形状である場合は、第一の基本エレメントと第二の基本エレメントは共通焦点に対して点対称になるように配置されている。
（ＩＩＩ）Ｃ−Ｏ結合：２台の基本エレメントのＣ焦点とＯ焦点で共通焦点を構成し、残りの２つのＯ焦点とＣ焦点がこの共通焦点に対して互いに反対側で一直線上に配列する結合様式で、この１例が図６（ｃ）である。これら３個の結合様式が可能である。この中で、Ｃ−Ｏ結合は、第１の物体の放射光を第２の物体へ伝搬する時の効率が悪いので、Ｃ−Ｃ結合とＯ−Ｏ結合がより優れている。これらのＣ−Ｃ結合とＯ−Ｏ結合で結合されている楕円面鏡の組を、それぞれＣ−Ｃ結合体とＯ−Ｏ結合体と呼ぶ。
【００４２】
（基本構造体の種類）
基本エレメントは立体であるので、Ｏ−Ｏ結合やＣ−Ｃ結合をさせるときに、２台の楕円面鏡が衝突したり、相手方の楕円面鏡の影になったりするので、以下では、これらを除いた物理的に結合できる相手を重複しないように列挙する。
（１）子午極包囲楕円面鏡群のＣ−Ｃ結合の相手は、子午極包囲楕円面鏡群、メジャー子午焦点包囲楕円面鏡群とマイナー子午焦点包囲楕円面鏡群の３種類である。（２）メジャー焦点極包囲楕円面鏡群のＣ−Ｃ結合の相手は、存在しない。（３）マイナー焦点極包囲楕円面鏡群のＣ−Ｃ結合の相手は、存在しない。（４）メジャー子午焦点包囲楕円面鏡群のＣ−Ｃ結合の相手は、メジャー子午焦点包囲楕円面鏡群とマイナー子午焦点包囲楕円面鏡群の２種類である。（５）マイナー子午焦点包囲楕円面鏡群のＣ−Ｃ結合の相手は、マイナー子午焦点包囲楕円面鏡群の１種類である。（６）子午極包囲楕円面鏡群のＯ−Ｏ結合の相手は、マイナー焦点極包囲楕円面鏡群、メジャー子午焦点包囲楕円面鏡群とマイナー子午焦点包囲楕円面鏡群の３種類である。（７）メジャー焦点極包囲楕円面鏡群のＯ−Ｏ結合の相手は、メジャー焦点極包囲楕円面鏡群、マイナー焦点極包囲楕円面鏡群、メジャー子午焦点包囲楕円面鏡群とマイナー子午焦点包囲楕円面鏡群の４種類である。（８）マイナー焦点極包囲楕円面鏡群のＯ−Ｏ結合の相手は、マイナー焦点極包囲楕円面鏡群、メジャー子午焦点包囲楕円面鏡群とマイナー子午焦点包囲楕円面鏡群の３種類である。（９）メジャー子午焦点包囲楕円面鏡群のＯ−Ｏ結合の相手は、メジャー子午焦点包囲楕円面鏡群とマイナー子午焦点包囲楕円面鏡群の２種類である。（１０）マイナー子午焦点包囲楕円面鏡群のＯ−Ｏ結合の相手は、マイナー子午焦点包囲楕円面鏡群の１種類である。
以上から、Ｃ−Ｃ結合からなる基本構造体は６種類で、Ｏ−Ｏ結合からなる基本構造体は１３種類で、基本構造体は合計１９種類である。
【００４３】
（基本構造体の例)
１９種類の基本構造体の中の数種類の例を次に示す。図６（ａ）は２台のメジャー子午焦点包囲楕円面鏡群のＣ−Ｃ結合体で、特に２台のメジャー子午焦点包囲楕円面鏡が同形の時補償構造体と呼ぶ。図６（ｂ）は２台のメジャー子午焦点包囲楕円面鏡群のＯ−Ｏ結合体である。
【００４４】
図７を参照して、斜入射時のビーム径の長円形化について説明する。図７に示すように、直径ｄｍｍの平行光線（図７で一点鎖線の円柱で表示）が楕円面鏡の副子午面に入射したとき、垂直入射ならば副子午面のビームの直径は同じｄｍｍであるが、斜入射で天頂（入射）角度がθｓの時の副子午面内のビームは入射面方向に長円形になり、その長径はｄ／ｃｏｓθｓｍｍになる。一方、副子午面でかつ入射面に直交する方向のビームは同じｄｍｍ（短径と呼ぶ。）である。図８、図９に、それぞれ、同形の２台の子午焦点包囲楕円面鏡のＣ−Ｃ結合体（補償構造体）と同形の２台の子午焦点包囲楕円面鏡のＯ−Ｏ結合体の場合の、マグニフィケーションの計算結果を示す。図８、図９は、主子午面に平行にＦ０焦点を通過するように入射した平行光線が各回転楕円体面鏡で反射して各々の焦点を通過する時の、副子午面の焦点貫通軸方向のビームの長径の天頂角依存性を計算した結果である。太い実線はビーム直径２ｍｍを表し、Ｆ０焦点の副子午面内のビームの長径を点線で表す。同様に、Ｆ４焦点のビームの長径を破線で、Ｆ２焦点のビームの長径を実線で表す。この結果、Ｃ−Ｃ結合体では、図８に示されているように斜入射時のビームの長径と楕円面鏡で２回反射したときのビームの長径は、全天頂（入射）角度領域でほぼ一致していて、楕円面鏡の問題点（１）の「マグニフィケーション問題」は解決されている。一方、Ｏ−Ｏ結合体では、図９に示されているように斜入射時のビームの長径と楕円面鏡で２回反射したときのビームの長径は、小さい天頂（入射）角度（約２８度以下）ではビーム径の拡大が発生しているが、大きな天頂（入射）角度（約２８度以上）では、ビーム径の縮小が優勢である。
【００４５】
図６（ａ）のＣ−Ｃ結合をもつ基本構造体では、両端にＯＰＥＮ焦点が現れ、図６（ｂ）のＯ−Ｏ結合をもつ基本構造体では、両端にＣＬＯＳＥが現れているので、さらにこれらの基本構造体を試料への入射光方向に拡張するには、それぞれＯ−Ｏ結合とＣ−Ｃ結合しか有り得ない。この結果、図６（ａ）からは図６（ｄ）に示すＣ−Ｃ−Ｏ−Ｏ−Ｃ−Ｃ結合となり、図６（ｂ）からは図６（ｅ）に示すＯ−Ｏ−Ｃ−Ｃ−Ｏ−Ｏ結合になる。これらの四連結楕円体面鏡の共通焦点は、Ｆ３とＦ０とＦ４である。この中のＦ０焦点は２台の基本構造体の共通焦点である。両端の焦点はＦ１とＦ２である。これら５個の焦点は一直線上に並んでいて、この軸を焦点貫通軸と呼ぶ。Ｆ０焦点を通り焦点貫通軸に垂直な平面を本発明の光学測定装置の「赤道面」と定義する。また、本発明の光学測定装置においては、楕円面鏡の結合体の焦点を、試料位置をＦ０、光源系をＦ１、検出系をＦ２と呼び、残りの焦点を光源系から検出系の順に、Ｆ３、Ｆ４と呼ぶ。
【００４６】
次に、Ｆ０焦点に試料を配置し、Ｆ１焦点とＦ２焦点に光源系と検出系をそれぞれ配置して、反射と透過測定をおこなうことを考える。図６（ｄ）の配置の場合には、この両方の測定が可能であり、図１０に反射配置を、図１１に透過配置を示す。図１０は、主子午面での断面図で、試料有りの反射配置である。図中試料へ入射する太い点線が入射光線で、試料から発生している破線が散乱光線である。検出器構造は、アパーチャー１４、半球レンズ４、オプティカルファイバーテーパー５、ＣＣＤカメラ６からなる。図１１は、図１０と同様の図で、試料有りの透過配置である。図１０の反射配置と図１１の透過配置は、焦点貫通軸の周りで赤道面を回転面として、一方のＣ−Ｃ結合体を他方のＣ−Ｃ結合体に対して１８０度回転することで互いに重なる配置である。
一方、図１２に、図６（ｅ）のＯ−Ｏ−Ｃ−Ｃ−Ｏ−Ｏ構造について示す。図１２は、図１０と同様の断面図であり、試料有りの透過配置である。ただし、焦点貫通軸の周りで一方のＯ−Ｏ結合体を他方のＯ−Ｏ結合体に対して回転させようとすると、楕円体面鏡ＢＥ２とＱＥ３が衝突してしまい反射測定はできない。
【００４７】
図５は、検出系からの戻り光（反射光）の可能性について説明する図である。主子午面に沿っての断面図で、反射光（戻り光）は点線で表示する。図６（ｅ）や実際に検出系を配置した図１２では、検出系の半球レンズの平面からの反射光が楕円面鏡ＱＥ４に戻っている。この様子を図５（ａ）に示す。この構造では、「内部多重反射（インターリフレクション）問題」が発生している。これに対して、図６（ｄ）のＣ−Ｃ−Ｏ−Ｏ−Ｃ−Ｃ結合での反射配置（図１０）と透過配置（図１１）では、検出系と光源系は、Ｏｐｅｎ焦点に配置されているので、その反射光は図５（ｂ）に示すように、楕円面鏡へは戻らない。これは上述の楕円面鏡の問題点（５）「内部多重反射（インターリフレクション）問題」を解決している。
【００４８】
図１３（ａ）に（θ／π光学系）、（ｂ）に（π／θ光学系）の概念図を示す。図１３（ａ）は、特定の方向からの入射光（入射角度θ）に対して、試料からπ空間に広がった散乱光を測定する配置（θ／π光学系）の光学系である。この光学系を実現する１つの方法は、図６（ｄ）のＣ−Ｃ−Ｏ−Ｏ−Ｃ−Ｃ結合体である。ここで、入射側光学系は特定方向からの入射であるので、二台の四分の一形状回転楕円体面鏡（図４（ａ））からなる基本構造体である必要はなく、さらにこの楕円面鏡を主子午面から等距離の２枚の平行平面で切断した図４（ｃ）の二台の二分の一帯形状回転楕円体面鏡から構成されるＣ−Ｃ結合体を用いることができる。
【００４９】
同じ長径と同じ短径の楕円面鏡からなるメジャー子午焦点包囲回転楕円体面鏡群の中の複数の基本エレメントを用いて、それから構成される基本構造体が補償構造体である場合の例について実施の形態で説明する。
【００５０】
（第１の実施の形態）
本実施の形態を図を参照して以下説明する。図１４は、本実施の形態の光学測定装置の概略図である。本実施の形態の装置は、図１３（ａ）を実現したものである。本実施の形態の装置は、図６（ａ）のように、２台の四分の一形状回転楕円体面鏡（ＱＥ３とＱＥ４）をＣ−Ｃ型結合させて集光側回転楕円面鏡として、両端の焦点の一方（Ｆ０）に試料１を配置し、他方（Ｆ２）に検出系を配置する。入射側光学系は光源９とレンズ８を一体として、ゴニオメトリックに半空間を移動させながらＦ０焦点の試料を照射することで、特定の入射角度（θ：入射角度は天頂角度と同等）と方位角度（φ）に対する、試料からの発光、拡散反射光、拡散透過光等の空間分布と光量を検出系で測定する。本実施の形態の装置では、検出系は、四分の一空間（π空間）の放射光を測定できる。
【００５１】
（第２の実施の形態）
本実施の形態を図を参照して以下説明する。図１５は、本実施の形態の光学測定装置の概略図である。本実施の形態の光学測定装置は、４台の四分の一形状回転楕円体面鏡（ＱＥ１、ＱＥ２、ＱＥ３、ＱＥ４）からなり、それぞれ２台ずつ四分の一形状回転楕円体面鏡をＣ−Ｃ結合させ、このようにしてできた２組のＣ−Ｃ結合体をさらにＯ−Ｏ結合させたものである。一方のＣ−Ｃ結合体は他方のＣ−Ｃ結合体に対して焦点貫通軸の周りで回転可能な構造である。このＯ−Ｏ結合の共通焦点（Ｆ０）に試料を配置し、両端面の焦点（Ｆ１，Ｆ２）にそれぞれ検出系を配置して、試料からの放射光の空間分布と光量を測定する。試料は、自己発光試料、或いは外部からの電気的刺激や光励起等により発光する試料である。各々のＣ−Ｃ結合体は四分の一空間（π空間）の放射光分布を測定できるので、本実施の形態の装置は半球（２π）空間の放射光分布を一度に測定できる。
【００５２】
（第３の実施の形態）
本実施の形態を図を参照して以下説明する。図１６は、本実施の形態の光学測定装置の概略図である。本実施の形態の装置は、図１６のように、集光側は、２台の四分の一形状回転楕円体面鏡をＣ−Ｃ結合（ＱＥ３とＱＥ４で集光側回転楕円体面鏡を構成）させる。この結合面を副子午面と呼ぶ。入射側は、２台の二分の一帯形状回転楕円体面鏡をＣ−Ｃ結合（ＢＥ１とＢＥ２で入射側回転楕円体面鏡を構成）させる。この２組のＣ−Ｃ結合体をＯ−Ｏ結合させて散乱計を構成する。焦点は全部で５個あり、これらは一直線上に並んでいる。この直線を焦点貫通軸と呼ぶ。５個の焦点に入射側からＦ１、Ｆ３、Ｆ０、Ｆ４、Ｆ２と命名する。Ｆ１焦点が北極で、Ｆ１焦点に回転ミラー３（ＲＭ１）を設置する。Ｆ２焦点が南極で、Ｆ２焦点に検出系を設置する。Ｆ３、Ｆ０とＦ４は共通焦点で、Ｆ０に試料１を配置する。Ｆ３とＦ４焦点はブランク（空）である。主子午面は焦点貫通軸を含み副子午面と直交する。
Ｃ−Ｃ結合された四分の一形状回転楕円体面鏡に対して、Ｃ−Ｃ結合された二分の一帯形状回転楕円体面鏡は焦点貫通軸の周りで３６０度以上回転可能（χ）である。また、Ｃ−Ｃ結合された四分の一形状回転楕円体面鏡は、Ｃ−Ｃ結合された二分の一帯形状回転楕円体面鏡に対して独立に自由に焦点貫通軸の周りで３６０度以上回転可能（η）である。このχの回転は試料への入射ビームの方位角度を変えることになる。この回転とは独立にＦ１焦点のＲＭ１回転ミラーも、Ｆ１焦点の回りで３６０度以上回転可能（ψ）である。このψの回転により試料への入射角度を０〜９０度まで連続的に変えることができる。なお、図では、回転楕円体面鏡の回転機構を省略してある。本実施の形態では、Ｆ１焦点の回転ミラー（ＲＭ１ミラー）３に外部から光を入射させ、ＲＭ１回転ミラー３で反射した光が二分の一帯形状回転楕円体面鏡２台（ＢＥ１とＢＥ２）で２回反射されてＦ０焦点の試料を照射する。特定の入射角度（θ：入射角度は天頂角度と同等）に対する、試料からの発光、拡散反射光、拡散透過光等は、四分の一形状回転楕円体面鏡２台（ＱＥ３とＱＥ４）で２回反射して、Ｆ２焦点に集光される。Ｆ２焦点に設置した検出系は、空間分布と光量を測定する。本実施の形態の検出器は、四分の一空間（π空間）の放射光分布を測定できる。この光学系は、θ／π測定系（図１３（ａ））である。
【００５３】
（第４の実施の形態）
本実施の形態を図を参照して以下説明する。図１７は、本実施の形態の光学測定装置の概略図である。本実施の形態の装置は、４台の二分の一帯形状回転楕円体面鏡（ＢＥ１、ＢＥ２、ＢＥ３、ＢＥ４）からなり、それぞれ２台ずつ二分の一帯形状回転楕円体面鏡をＣ−Ｃ結合させ、このようにしてできた２組のＣ−Ｃ結合体をさらにＯ−Ｏ結合させたものである。Ｏ−Ｏ結合の共通焦点（Ｆ０）に試料１を配置し、両端の焦点のうち入射側回転楕円面鏡の焦点（Ｆ１）に回転ミラー（ＲＭ１）３を配置し、他方の集光側回転楕円面鏡の焦点（Ｆ２）に検出系或いは回転ミラー（ＲＭ２）２３を配置する。この回転ミラー３を含んだ入射側回転楕円面鏡は、集光側回転楕円面鏡に対して焦点貫通軸の周りに３６０度以上回転できる構造である。また、集光側回転楕円面鏡も入射側回転楕円面鏡に対して３６０度以上自由に独立に回転できる構造である。Ｆ１焦点の回転ミラー（ＲＭ１ミラー）３に光源９からレンズ８を介して光を入射させ、回転ミラー３で反射した光が二分の一帯形状回転楕円体面鏡２台（ＢＥ１とＢＥ２）で２回反射されてＦ０焦点の試料１を照射する。特定の入射角度（θ：入射角度は天頂角度と同等）と方位角度（φ）に対応する、試料１からの発光、正反射光、正透過光等は集光側回転楕円体面鏡２台（ＢＥ３とＢＥ４）で２回反射して、Ｆ２焦点に集光される。Ｆ２焦点に直接設置した検出系或いはＲＭ２ミラー２３やレンズ２８を介して検出器２で、光量を測定する。この装置では検出器２は、特定方向の放射光を測定できる。
【００５４】
（各実施の形態における入射系と検出系の測定配置について）
第１及び第３の実施の形態は、θ／π測定系（図１３（ａ））である。さらに、検出系と入射系（光源、レンズと回転ミラーからなる系）をそれぞれ入れ替えることで、π／θ測定系（図１３（ｂ））も可能である。
【００５５】
（各実施の形態における入射側光学系について）
第３及び第４の実施の形態で、Ｆ１焦点の回転ミラーは、直接光源と置き換えることも可能である。しかし、楕円体面鏡内部での多重反射の影響（例えば、光源と試料の間の多重反射）を減らすためには、Ｆ１焦点には回転ミラーを置くことが有利である。これにより、Ｆ１焦点と試料の間での多重反射を減らせる。
【００５６】
（各実施の形態における検出系について）
第１、第２及び第３の実施の形態で、Ｆ２焦点の検出系に関しては、特許文献１と同様の構成を用いることができる。図１８及び図５（ｂ）に検出系の例を示す。Ｆ２焦点にアパーチャー（ＡＰ）１４を取り付けた半球レンズ（ＨＳＬ）４の中心を一致させて、さらにこのレンズ結像面にオプティカルファイバーテーパー（ＯＦＴ）５の大口径面を一致させ、オプティカルファイバーテーパー５の小口径面をＣＣＤカメラ６の画素面に一致させる（なお図５（ａ）（ｂ）では戻り光を説明するためにＯＦＴの小口径面とＣＣＤカメラの面とをあえて離して図示している）。これにより試料からの散乱光の空間配光とその強度を測定する。
【００５７】
（各実施の形態の光学測定装置による光学測定について）
第１、第２及び第３の実施の形態で測定された測定結果から、図１９に全半球反射率を正反射成分と拡散反射成分と混合反射成分へ分離する方法を示す。図１９で、（ａ）はバックグラウンド測定、（ｂ）は反射測定、（ｃ）は反射測定にバックグラウンド測定を調整して合体工程、（ｄ）は正反射成分と混合反射成分、（ｅ）は完全拡散反射成分の分離、（ｆ）は正反射成分の分離、（ｇ）は混合反射成分の分離を説明する図である。試料無しのバックグラウンド配置（図１１の配置で試料が無いとき）と試料有りの反射（透過）配置（図１０と図１１）の場合の空間分布と各点の強度を、ＣＣＤカメラ等でそれぞれ測定する。それぞれの場合のＣＣＤカメラの各画素の全和（それぞれ、ＱＢとＱＲ）の比から、試料の全半球反射率（ＴＨＲ＝ＱＲ／ＱＢ）を、まず求める。次に、すでにＣＣＤカメラで測定した画像から、図１９に模式的に示すように、バックグラウンドの配光分布と試料からの配光分布の差から、この全半球反射率を正反射率（ＲＲ）と完全拡散反射率（ＤＲ）と混合反射率（ＭＲ）に分離する。同様にして、試料の全半球透過率（ＴＨＴ）を、正透過率（ＲＴ）と完全拡散透過率（ＤＴ）と混合透過率（ＭＴ）に分離する。
第１乃至第４の本実施の形態では、迷光ノイズを従来と比較して格段に低減できる。従来の正反射・透過率計（図２６）では、例えば透明な試料の反射率測定のときに、図２６中の検出器２位置に配置されるＲＭ２ミラーはこの反射光を検出器へ送る向きになる。しかし、試料を透過した透過光が、図２６の帯形状回転楕円体面鏡の内部に存在する。反射測定の時に、この透過光が迷光となってノイズになる。本発明の補償構造体を集光側光学系に用いることは、図１０と図１１から明らかなように、反射測定配置の時には余分な透過光はＱＥ４の背面で反射されて自由空間に逃げ、透過測定配置の時にも余分な反射光はＱＥ４の背面で反射されて自由空間に逃げるので、迷光が発生しない。
第１、第２及び第３の実施の形態では、検出系として図５（ｂ）、図１８の検出系を用い、試料からπ空間に放射された光の分布と各方向での強度を測定する。散乱計にこれらの検出系を配置する時は、半球レンズ（ＨＳＬ）の平面の中心にアパーチャー（ＡＰ）を取り付けて、その中心がＦ２焦点に一致して、このアパーチャーが副子午面と平行であるように配置する。このために、検出系がビームを遮蔽しないので、楕円面鏡の問題点（４）「光学素子によるビームの遮蔽の問題」を解決することができる。
【００５８】
（補償構造体の対称性とＦ２焦点で観測される空間配光について）
第１乃至第４の本実施の形態で採用している補償構造体の対称性について考える。図２０は補償構造体の対称性を説明するための図である。補償構造体はその共通焦点（Ｆ４）に関して点対称である。次に、焦点貫通軸（Ｘ軸方向の単位ベクトルｘ）と試料のＦ０焦点から任意方向に放射された光の進行方向（単位ポインティングベクトルｋ）の「２つのベクトルが作る平面」を考える。Ｆ０焦点を放射された光は回転楕円面鏡ＱＥ３で反射（この反射点をＰと名付ける。）したのち、必ずＦ４焦点に達する。Ｆ４焦点はベクトルｘ上にあるので、Ｐ点とＦ４を結ぶ直線は「２つのベクトルが作る平面」上に乗っている。Ｆ４焦点を通過した光は、回転楕円体面鏡ＱＥ４で反射（この反射点をＱと名付ける。）したのち、必ずＦ２焦点に達する。Ｆ２焦点はベクトルｘ上にあるので、Ｑ点とＦ２を結ぶ直線は「２つのベクトルが作る平面」上に乗っている。その結果、光線Ｆ０Ｐと光線ＰＦ４Ｑと光線ＱＦ２は「２つのベクトルが作る平面」上に乗っている。この平面上で、角度ＰＦ４Ｆ０と角度ＱＦ４Ｆ２は対角であるので互いに等しい。ＱＥ３とＱＥ４は、同等な回転楕円面鏡でＦ４を共通焦点としているので、辺Ｆ０Ｆ４と辺Ｆ２Ｆ４の長さが等しい。共通焦点Ｆ４は点対称な点であるので辺ＰＦ４と辺ＱＦ４は長さが等しい。よって、三角形Ｆ０ＰＦ４と三角形Ｆ２ＱＦ４は合同になり、角度Ｆ４Ｆ０Ｐと角度Ｆ４Ｆ２Ｑが等しくなるので、光線ＱＦ２の単位ポインティングベクトルは、最初にＦ０から放射された光線Ｆ０Ｐと同じ、単位ポインティングベクトルｋになる。この結果、Ｆ２点はＦ０点と同等で、Ｆ０点での試料からの空間への光の分布は、Ｆ２点で測定される空間への光の分布と同等になっている。
【００５９】
（マグニフィケーション問題の解消について）
第１乃至第４の本実施の形態では、マグニフィケーション問題が解決されることを、具体的に説明する。試料から検出系の間で散乱光が、図３の楕円面鏡の拡大領域と縮小領域で同数回反射される構造の例が、本発明の基本構造体である。実際の計算は第３の実施の形態の散乱計に関しておこなうが、全ての実施形態に当てはまる。主子午面内で最初のＦ１焦点に直径２ｍｍの平行光線が主子午面に平行に入射した時の全ての焦点の副子午面内で焦点貫通軸方向のビームの大きさを計算した結果を、図２１に示す。横軸はＦ１焦点へ入射する平行光線の天頂（入射）角度である。図中の太い実線は入射ビームの直径である。図中の点線は、Ｆ１焦点でのビームの大きさで、副子午面にビームが垂直入射すれば、その大きさは２ｍｍであるが、入射角度が大きくなる（斜入射）に従い副子午面内でビームは長円形（図７）になり、この長径の変化を表している。図中の破線と実線は、それぞれＦ０焦点とＦ２焦点でのビームの大きさを計算で求めた結果を表している。さらに、図中の一点鎖線と二点鎖線は、それぞれＦ３とＦ４焦点でのビームの大きさを計算で求めた結果を表している。Ｆ１のビームの長径とＦ０とＦ２焦点でのビームの長径はほぼ同じ変化をしている。この結果は、楕円面鏡の問題点（１）の「マグニフィケーション問題」を解決している。一方、Ｆ３焦点とＦ４焦点でのビーム径は、Ｆ１焦点のビーム径の変化（点線）と全く異なっている。Ｆ３焦点とＦ４焦点に達した光は、第３の実施の形態を構成する回転楕円体面鏡で、奇数回しか反射していない。Ｆ３焦点とＦ４焦点ではマグニフィケーションが発生している。
上述の計算では、主子午面内で最初のＦ１焦点に直径２ｍｍの平行光線が主子午面に平行に入射した時の全ての焦点の副子午面内で焦点貫通軸方向のビームの大きさの変化を調べた。次に、同じ主子午面内で最初のＦ１焦点に直径２ｍｍの平行光線が主子午面に平行に入射した時の全ての焦点の副子午面内で焦点貫通軸に垂直方向（図７参照）のマグニフィケーションによる副子午面内のビームの長径の変化を調べた。この結果によれば、第３の実施の形態では全ての天頂（入射角度）でマグニフィケーションは発生していない。
【００６０】
（Ｆ２焦点で観測される像の歪について）
楕円面鏡を用いた散乱計におけるＦ２焦点での像の歪の原因は、（原因１）  楕円面鏡の各点での曲率が異なるための歪と、（原因２）  楕円面鏡のマグニフィケーションによる歪、であると考えられる。
【００６１】
（原因１、楕円面鏡の各点での曲率が異なるための歪について）
第１、第２及び第３の実施の形態での原因１による像の歪を、従来の特許文献１の散乱計（図２７参照）の場合と比較して考察する。まず、主子午面内での像の歪を考える。像の歪を評価するためには、試料のＦ０焦点から任意の方向に放射されたビーム（θｓ）に対して、その前後±１度離れたビーム（θｓ−１とθｓ＋１）が、Ｆ２焦点でどのように広がるか（或いは、狭まるか）を計算で求めればよい。ここで考えている３本のビームは共に、Ｆ０焦点から放射されたビームであるので、これらのビームは楕円面で反射されて必ずＦ２焦点に届く。この時、楕円の極座標表示でのＦ０焦点とＦ２焦点の間の角度の関係式を使うことで、基準のビームからの開き角度を計算する。楕円面積の各点の曲率が異なるための像の歪みの主子午面での計算の結果を図２２に示す。従来の特許文献１の散乱計の場合の歪み率を、図２２中の黒丸で示す。同様にして計算した第３の実施の形態の散乱計の場合の歪み率を、図２２中の白丸で示す。特許文献１（図２７）の散乱計では、試料からの散乱光の天頂角度（θｓ）が大きくなるに従い、像が拡大（歪み率が正であることは像が拡大）されている。一方、第３の実施の形態の散乱計では、像は歪まない。これは、上述の（補償構造体の対称性とＦ２焦点で観測される空間配光について）で考察したように、同形の子午焦点包囲楕円面鏡群から構成されるＣ−Ｃ結合体では、Ｆ２焦点で観測される像が一対一の正立像であることからも明らかである。
次に、赤道面に平行な面内での像の歪みを考える。主子午面に直行する方向では、特許文献１の散乱計と、第３の実施の形態の散乱計の両方において、像は歪まない。
この結果、従来の特許文献１（図２７）の散乱計は、主子午面内では像が歪むが、直交方向では像は歪まない。一方、第１乃至第３の本実施の形態の散乱計では、両方向で像が歪まないことが分かった。
【００６２】
（原因２、楕円面鏡のマグニフィケーションによる歪について）
第１、第２及び第３の実施の形態では、本発明の補償構造体を用いているので、焦点近傍の光線に関してはマグニフィケーション問題を解消している。その結果、像の歪は発生しない。一方、従来の装置では、楕円面鏡のマグニフィケーションによる像の歪が発生している。
【００６３】
（内部多重反射問題の解決について）
第１、第２及び第３の実施の形態の検出系の例として示した、半球レンズ、オプティカルファイバーテーパーとＣＣＤカメラからなる検出系の場合（図５（ｂ））における、反射光（図中の点線）の発生する可能性を調べる。半球レンズの平面Ｉに入射するビーム（ＰＦ２）は、ＱＥ４回転楕円体面鏡の点Ｐからの反射光である。半球レンズの平面Ｉでの反射光はＱＥ４回転楕円体面鏡とは反対側に正反射されるので、ＱＥ４へ戻ることは無い。検出系の次の反射面は半球のドーム面IIからであるが、この面からの反射光の一部は半球レンズの平面Ｉを透過してＱＥ４に戻る。このドーム面には無反射コーティング等を施すことで、ドーム面IIの反射光を減らすことができる。第３の反射面はオプティカルファイバーテーパーの大口径面IIIであるが、この部分からの反射光は鏡胴（アパーチャー、半球レンズ、オプティカルファイバーテーパー、ＣＣＤカメラを一体の構造体に作り上げている構造物）に向かう。仮に半球レンズのドーム面IIに達しても多くは鏡胴側に反射される。この第３の反射面からの反射光がＱＥ４へ戻る量は小さい。第４の反射面はオプティカルファイバーテーパーの小口径面IVであるが、ここで反射された光はオプティカルファイバーテーパー中を戻って大口径面IIIを通過して半球レンズのドーム面IIで反射されることになり、多くは鏡胴側に反射されるので第４の反射面かの反射光がＱＥ４へ戻る量は小さい。最後の反射面はＣＣＤカメラの画素面（Ｖ）である。この部分からの反射は拡散反射的であると考えられ、仮にオプティカルファイバーテーパーを通過してもドーム面IIで多くは鏡胴側に反射されるのでその影響は小さい。これにより、上述の楕円面鏡の問題点（５）の「内部多重反射問題」を解決している。
【００６４】
（ミスアライメント問題の解決について）
第１乃至第４の本実施の形態で、２台の子午焦点包囲楕円体面鏡をＣ−Ｃ結合させていることで、アライメントに必要な３個の焦点（Ｆ０，Ｆ１，Ｆ２）は、図１及び２に示すようにすべて楕円面鏡の切断面１若しくは切断面５と切断面２の交線上にあり、長さを測定すること（一次元上の長さ測定）により、これらの焦点位置を、より容易に正確に同定できる。一方、従来は２次元の平面内で長さ測定をして焦点を探していたので、焦点位置の同定は困難であった。これにより、上述の楕円面鏡の問題点（６）の「ミスアライメント問題」を解決している。
【００６５】
（実施の形態の装置による測定実施例）
（１）像の歪の測定
第３の実施の形態の光学測定装置を使用して、試料として「工学的手法による拡散板」（ソーラボ社製）でその拡散透過光がライン形状になるＤＥ１−Ｌ４１００を選び、光源はハロゲンランプの白色光で、その像を測定した。試料は副子午面に平行で、その散乱光が赤道面と平行になる配置で固定して行った。散乱板による像は、良いライン形状が観測できた。入射角度を変えて拡散板の像の縦横の長さ比を測定した。入射角度が４０度を超えると像が圧縮されているが、これは検出系の周辺部の像の圧縮のためである。この結果から、第３の実施の形態の光学測定装置で測定した像に関しては、周辺部の像の圧縮を考慮して処理することで、試料からの配光分布を測定できることが解る。
【００６６】
（２）ラマン分光測定
図１８の検出系では、試料からの散乱光を分光することなくＣＣＤカメラで配光分布とそのときの強度を測定している。ＣＣＤカメラを取り除いて、オプティカルファイバーテーパーの小口径面に光ファイバーバンドルの一端を取り付けて、他端を分光器の入射スリットのところにレンズ等を介して取り付けることで、散乱光の分光測定が可能になる。この配置では、試料からπ空間に放射された散乱光を全て分光測定したことになる。一方、試料からある特定の方向に放射された散乱光（例えば、後方散乱、前方散乱、９０度方向散乱）だけを分光したいときは、ライン状の光ファイバーバンドルを使って、小口径面上の特定の方向だけを集光すればよい。
【００６７】
（第５の実施の形態）
上述の実施の形態で示した光学系の応用例について具体的に説明する。基本構造体の例として示した図６（ａ）のように、２台のメジャー子午焦点包囲楕円面鏡群のＣ−Ｃ結合体で、特に２台のメジャー子午焦点包囲楕円面鏡が同形の時補償構造体の例で説明する。図６に示した他の構造でも適宜応用できる。
【００６８】
既に、（Ｆ２焦点で観測される像の歪みについて）述べたように、この光学系の特長は、Ｆ０焦点上の物体とＦ２焦点上の像が、等倍率正立像で結像できることである。このことを利用した応用例として、半導体の露光装置の先端部分、顕微鏡の先端部分、等が挙げられる。
図２３に、本発明の光学系を半導体の露光装置の先端部分に設置した例を示す。従来、半導体露光装置の縮小投影レンズ先端とウェハの間は、約１ｍｍ程度に近接している。液浸露光技術では、この隙間に、液体（純粋等）を満たしている。液浸露光技術では、特に液体の扱いが困難である。例えば、ウェハを搭載するステージは露光動作時に高速で移動と急停止を繰り返している。このような状況でも液体を理想的静止状態に保たなくてはならない。また、液体の蒸発による気化熱が液体の温度を下げ露光の精度に誤差を生じさせるから、これも回避する手段を考えなくてはならない。上述のＣ−Ｃ結合体の光学系の、等倍率正立像を結像できる能力を利用して、図２３のように、半導体の露光装置の先端部分に、Ｃ−Ｃ結合体の光学系を設置する。半導体露光装置の先端部の一例として、コンデンサーレンズ３５とレチクル３４と縮小投影レンズ３３からなる部分を図２３に示す。従来は縮小投影レンズ３３の結像面に半導体ウェハを置いていたが、本発明の光学系では、縮小投影レンズ３３と半導体のウェハ３１の間に、本発明の光学系を入れる。図において、光学系は、２台の四分の一形状回転楕円体面鏡（ＱＥ３とＱＥ４）をＣ−Ｃ型結合させて、両端の焦点の一方（Ｆ０）にウェハ３１を配置し、他端の焦点Ｆ２を縮小投影レンズの結像面に一致させる。液浸をさせる場合には、ダミーの試料として石英板をＦ２焦点に置く。これによりウェハは、露光装置と切り離され、以前よりウェハの扱いが楽になる。さらにウェハ周りに広い作業空間ができるので、ウェハに対して追加のアプローチが可能になる。
図２４に、本発明の光学系を顕微鏡の先端部分に設置した例を示す。顕微鏡においては、対物レンズと試料の間は近いほど、明るく大きな拡大率を実現できるが、近くすることが困難な場合も多い。図において、光学系は、２台の四分の一形状回転楕円体面鏡（ＱＥ３とＱＥ４）をＣ−Ｃ型結合させて、両端の焦点の一方（Ｆ０）に試料１を配置する。顕微鏡の先端部分を構成する接眼レンズ４４と視野絞り４３と対物レンズ４２において、対物レンズ４２と試料１の間に、本光学系を入れる。回転楕円体面鏡の組は、Ｆ０焦点の物体の等倍率正立像をＦ２焦点に結像できる。顕微鏡の対物レンズ４２の焦点はＦ２焦点に一致させれば、試料の拡大像を接眼レンズを通して観測できる。この構造から明らかなように、試料周りに広い作業空間（顕微鏡では数ミリであるが、この光学系では１００ｍｍ以上）を確保できる。試料に対して外部からのアプローチが容易になる。例えば、医療機関で、手術部位をＦ０焦点に置き、医師は顕微鏡システムで拡大された画像を見ながら細かい血管や神経の縫合を行なうことができる。また、本光学系は、開口数が大きいので非常に明るく、さらに焦点深度が浅いので、試料の深さ方向の空間分解能が、従来より１桁高分解能になる。
【００６９】
本光学系の楕円面鏡の組（Ｃ−Ｃ結合体等）は、Ｆ４焦点に対して点対称である。この構造は、カメラレンズ系と似ていることを利用した応用例として、（３）カメラのレンズ系の代りに反射光学系で結像系を構築でき、また、本光学系が広い視野を持つことから、（４）車両等のサイドミラーやバックミラーとして利用できる。
図２５に、本発明の光学系をカメラのレンズ系の代わりに利用した例を示す。図において、光学系は、２台の四分の一形状回転楕円体面鏡（ＱＥ３とＱＥ４）をＣ−Ｃ型結合させて、両端の焦点の一方（Ｆ０）又はＦ４焦点に絞り手段を設置し、他方の焦点（Ｆ２）又はその近傍に、記録装置５２（フィルム、ＣＣＤカメラのセンサー部分、又は追加のレンズ系）を置くと、Ｆ０焦点の外部の４分の１空間を撮影できるカメラになる。楕円面鏡と記録媒体は暗箱に入れる。絞りを通して撮影できる範囲は、本図で焦点貫通軸のＦ０を原点として光学系から離れる方向をＸ方向、焦点貫通軸に直交する上方向をＺ方向とするとき、Ｘ＞０かつＺ＜０の領域（斜線部分）、つまり４分の１空間である。
本光学系は、上述のように広い視野を持つので、本光学系とそのＦ２焦点の検出器部分にＣＣＤカメラを備えた系を、車体の側面や背面に取付けることで、従来死角となっていた空間も死角なしでモニターできる。
【００７０】
本発明の光学系は、Ｆ２焦点或いはその近傍の像面は、非接触であるので、（５）高感度の赤外検出器等を設置して、人感センサーや防犯センサーのような熱検知器に応用することもできる。
【００７１】
上記実施の形態等で示した例は、発明を理解しやすくするために記載したものであり、この形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７２】
１      試料
２      検出器
３、７、２３    ミラー
４      半球レンズ
５      オプティカルファイバーテーパー
６      ＣＣＤカメラ
８、２８    レンズ
９      光源
１１    帯状回転楕円体面鏡
１２    四分の一形状回転楕円体面鏡
１４    アパーチャー
３１    ウェハ
３２    石英版
３３    縮小投影レンズ
３４    レチクル
３５    コンデンサーレンズ
４２    対物レンズ
４３    視野絞り
４４    接眼レンズ
５２    記録装置
ＱＥ    四分の一形状回転楕円体面鏡
ＢＥ    二分の一帯形状回転楕円体面鏡
【図１】
2015056628.tif 000003
【図２】
2015056628.tif 000004
【図３】
2015056628.tif 000005
【図４】
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【図５】
2015056628.tif 000007
【図６】
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【図７】
2015056628.tif 000009
【図８】
2015056628.tif 000010
【図９】
2015056628.tif 000011
【図１０】
2015056628.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2015056628.tif 000015
【図１４】
2015056628.tif 000016
【図１５】
2015056628.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
2015056628.tif 000019
【図１８】
2015056628.tif 000020
【図１９】
2015056628.tif 000021
【図２０】
2015056628.tif 000022
【図２１】
2015056628.tif 000023
【図２２】
2015056628.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
2015056628.tif 000026
【図２５】
2015056628.tif 000027
【図２６】
2015056628.tif 000028
【図２７】
2015056628.tif 000029
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月2日(2016.12.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の楕円面鏡と第２の楕円面鏡とを備える光学測定装置であって、
第１及び第２の楕円面鏡は、
それぞれ、２つの焦点を含む子午面と、該楕円の２つの焦点を結ぶ長軸に垂直で１つの焦点を通る焦点直交面を備え、
該楕円面鏡の長軸上の頂点から遠い焦点を第１焦点、近い焦点を第２焦点とするとき、
第１の楕円面鏡の第２焦点と、第２の楕円面鏡の第２焦点とが一致して第１共通焦点をなすように配置され、一致しない第１の楕円面鏡の第１焦点及び第２の楕円面鏡の第１焦点と前記第１共通焦点とが直線上になるように配置されることを特徴とする光学測定装置。
【請求項２】
第１の回転楕円体面鏡と第２の回転楕円体面鏡とを備える光学測定装置であって、
第１及び第２の回転楕円体面鏡は、それぞれ、２つの焦点を含む子午面と、該楕円の２つの焦点を結ぶ長軸に垂直で１つの焦点を通る焦点直交面を備え、
該回転楕円体面鏡の長軸上の頂点から遠い焦点を第１焦点、近い焦点を第２焦点とするとき、
第１の回転楕円体面鏡の第２焦点と、第２の回転楕円体面鏡の第２焦点とが一致して第１共通焦点をなすように配置され、一致しない第１の回転楕円体面鏡の第１焦点及び第２の回転楕円体面鏡の第１焦点と前記第１共通焦点とが直線上になるように配置されることを特徴とする光学測定装置。
【請求項３】
前記第１及び第２の回転楕円体面鏡は、四分の一形状回転楕円体面鏡又は二分の一帯形状回転楕円体面鏡であることを特徴とする請求項２記載の光学測定装置。
【請求項４】
前記第１の回転楕円体面鏡と前記第２の回転楕円体面鏡と第３の回転楕円体面鏡と第４の回転楕円体面鏡とを備え、
第３及び第４の回転楕円体面鏡は、それぞれ、２つの焦点を含む子午面と、該楕円の２つの焦点を結ぶ長軸に垂直で１つの焦点を通る焦点直交面を備え、
該回転楕円体面鏡の長軸上の頂点から遠い焦点を第３焦点、近い焦点を第４焦点とするとき、
第３の回転楕円体面鏡の第４焦点と、第４の回転楕円体面鏡の第４焦点とが一致して第２共通焦点をなすように配置され、
第３の回転楕円体面鏡の第３焦点と第１又は第２の回転楕円体面鏡の第１焦点とが一致して第３共通焦点をなすように配置され、
すべての焦点が直線上になるように焦点貫通軸上に配置されていることを特徴とする請求項２記載の光学測定装置。
【請求項５】
第１の楕円面鏡と第２の楕円面鏡とを備える装置であって、
第１及び第２の楕円面鏡は、
それぞれ、２つの焦点を含む子午面と、該楕円の２つの焦点を結ぶ長軸に垂直で１つの焦点を通る焦点直交面を備え、
該楕円面鏡の長軸上の頂点から遠い焦点を第１焦点、近い焦点を第２焦点とするとき、
第１の楕円面鏡の第２焦点と、第２の楕円面鏡の第２焦点とが一致して第１共通焦点をなすように配置され、一致しない第１の楕円面鏡の第１焦点及び第２の楕円面鏡の第１焦点と前記第１共通焦点とが直線上になるように配置される光学系を備えることを特徴とする装置。
【国際調査報告】
2015056628.tif 000030
2015056628.tif 000031
2015056628.tif 000032
2015056628.tif 000033