(57)【要約】【課題】対物レンズを交換しないで、倍率及び／又は検出範囲を変えることのできる顕微測定装置を提供する。【解決手段】鏡筒１１に対して固定され、対物レンズＬｏからの平行光線を集光するための第１の中間レンズＬ１と、前記対物レンズＬｏ及び前記第１の中間レンズＬ１を通る光を一部通過させ一部を曲げるハーフミラーＨＭと、前記ハーフミラーＨＭによって曲げられた光の通る位置に、当該光路Ｃに沿って移動可能に設置された第２の中間レンズＬ２と、前記第２の中間レンズＬ２の先に設けられ光路Ｃに沿って移動可能に設置された検出器１６と、前記サンプルＳからの光が第２の中間レンズＬ２によって絞られた集光点に、前記検出器１６の結像位置が合うように、前記第２の中間レンズＬ２と検出器１６を移動させる移動機構Ｍ１，Ｍ２と、前記移動機構Ｍ１，Ｍ２の移動量を調節する制御部１６とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルからの光を平行光線にする対物レンズと、
前記対物レンズからの平行光線を集光するための第１の中間レンズと、
前記第１の中間レンズの、前記対物レンズと反対の側に設けられ、前記対物レンズ及び前記第１の中間レンズを通る光を一部通過させ一部を曲げるハーフミラーと、
前記対物レンズ、前記第１の中間レンズ、前記ハーフミラーを固定する鏡筒と、
前記ハーフミラーによって曲げられた光の通る位置に、当該光路に沿って移動可能に設置された第２の中間レンズと、
前記第２の中間レンズの、前記ハーフミラーと反対の側に設けられ、前記ハーフミラーによって曲げられた光路に沿って移動可能に設置された検出器と、
前記サンプルからの光が第２の中間レンズによって絞られた集光点に、前記検出器の結像位置が合致するように、前記第２の中間レンズを移動させる第１の移動機構と、前記検出器を移動させる第２の移動機構と、
前記第１の移動機構、第２の移動機構の移動量を調節する制御手段とを備える、顕微測定装置。
【請求項２】
前記第１の中間レンズと前記第２の中間レンズとの合成レンズの焦点距離ｆmが、式
ｆm＝(1/f1)＋(1/f2)−D2/(f1*f2)
Ｄ２：第１の中間レンズと前記第２の中間レンズとの距離
ｆ１：第１の中間レンズの焦点距離
ｆ２：第２の中間レンズの焦点距離
で与えられ、顕微測定の検出倍率Ａは、前記合成レンズの焦点距離ｆmと前記対物レンズＬｏの焦点距離ｆoとを用いて、式
Ａ＝ｆｍ／ｆo
で与えられ、
前記制御手段は、前記検出倍率Ａに応じて前記第１の移動機構、第２の移動機構の移動量を調節する請求項１記載の顕微測定装置。
【請求項３】
前記ハーフミラーを直進する光の通る位置に、当該光路に沿って移動可能に設置された第３の中間レンズと、観察用カメラとをさらに備え、
前記サンプルからの光が第３の中間レンズによって絞られた集光点に、前記観察用カメラの結像位置が合致するように、前記第３の中間レンズを移動させる第３の移動機構と、前記観察用カメラを移動させる第４の移動機構とを備え、
前記制御手段は、第３の移動機構、第４の移動機構の移動量を調節するものである請求項１記載の顕微測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サンプルの分光測定、膜厚測定、反射率測定などに利用される顕微測定装置に関するものである。本発明の顕微測定装置は、例えば、液晶表示装置のカラーフィルタの光学特性の検査に好適に用いられる。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置のカラーフィルタは、Ｒ，Ｇ，Ｂ三色のフィルタで構成されている。この一つのＲのフィルタの存在範囲を一画素といい、一つのＧのフィルタの存在範囲を一画素といい、一つのＢのフィルタの存在範囲を一画素という。
このカラーフィルタの光学特性の評価を行うには、顕微測定装置の検出範囲（監視エリア）をＲの一画素の中心部に合わせて、当該中心部の透過スペクトル、色度、ホワイトバランスなどを測定する。次に、Ｇの画素、Ｂの画素にも同じ測定を行う。
【０００３】
図４は、サンプルの検出範囲Ｕを示す図である。
従来、検出範囲Ｕは、図４に示すように、一画素の寸法より小さいものであった。
このように一画素より小さい検出範囲Ｕを測定していた理由は、カラーフィタ一の画素内の色度・透過率はほぼ均一であるとしていたからである。
しかし、最近、カラーフィルタの画素の大型化及び生産方法の変更に伴って、一画素内のカラーフィルタの膜厚は均一でなく、したがってカラーフィルタの色度・透過率も均一に分布していないことが指摘され、一画素全体の色度・透過率の評価が必要となってきた。
【０００４】
したがって、検出範囲Ｕとして、従来の小さな固定サイズのものから、大きな可変サイズのものが要望されるようになっている。
このように検出範囲Ｕが可変になるということは、顕微測定の倍率が可変であることと同じ意味になる。
図３は、このようなカラーフィルタなどの光学特性の測定を行うために従来から用いられている一般的な顕微測定装置の概略構成図である。
【０００５】
この顕微測定装置において、サンプルＳを透過又は反射した光は、対物レンズＬｏを通り、対物レンズＬｏによって平行光線に変換される。平行光線は、鏡筒に固定された中間レンズＬｉを通り、前記中間レンズＬｉの、前記対物レンズＬｏと反対の側に設けられたハーフミラーＨＭによって、一部そのまま通過し一部曲げられる。
前記ハーフミラーＨＭをそのまま通過した光は、観察用カメラ１８の観察位置に焦点を結ぶので、サンプルは、観察用カメラ１８によってモニタスコープに映し出される。
【０００６】
一方、前記ハーフミラーＨＭによって曲げられた光は、検出器１６の検出位置に焦点を結び、ここで分光測定、膜厚測定、反射率測定などが行われる。
例えば、通常中間レンズＬｉの焦点距離は２００ｍｍで、１０倍の対物レンズＬｏの焦点距離は２０ｍｍである。このため、
倍率＝（中間レンズＬｉの焦点距離）／（対物レンズＬｏの焦点距離）＝１０倍
の像が中間像位置に得られる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この顕微測定装置で検出器１６により検出及び観察用カメラ１８により観察を行う場合において、検出範囲の大きさを変える場合又は観察像の大きさを変える場合、倍率の違う対物レンズＬｏに変更して使用する必要があった。
これは、図３を見ればわかるように、中間レンズＬｉが顕微鏡筒１１に固定され、検出器１６、観察用カメラ１８の位置も固定されているので、違う倍率で顕微測定するには、対物レンズＬｏを交換するしか方法がないからである。
【０００８】
ところが、対物レンズＬｏを交換すると、対物レンズＬｏのＮＡ（開口数）が変わり、測定値のＮＡ補正が必要になる。
そして検出器１６の検出倍率が変わると、これに連動して観察用カメラ１８の観察範囲も変わってしまう。また、それと逆に観察用カメラ１８の観察範囲を変えようとすれば、検出器１６の検出倍率も変わってしまう。特に検出器１６を光ファイバで構成する場合、サンプルの検出範囲を広げようとすると、光ファイバのＮＡを大きくしなければならず、光ファイバ径が太くなり、可撓性が減少して折れやすくなり取り扱いに不便をきたす。したがって、光ファイバの太さによって観察用カメラ１８の観察範囲が制限されていたという事情がある。
【０００９】
また対物レンズＬｏの倍率を小さくして検出範囲を広げた場合、観察用カメラ１８で観察している像の拡大率も小さくなり、問題であった。
本発明の目的は、対物レンズを取り付けた顕微測定装置において、対物レンズを交換しないで、顕微測定装置の倍率及び／又は検出範囲を変えることのできる顕微測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の顕微測定装置は、サンプルからの光を平行光線にする対物レンズと、前記対物レンズからの平行光線を集光するための第１の中間レンズと、前記第１の中間レンズの、前記対物レンズと反対の側に設けられ、前記対物レンズ及び前記第１の中間レンズを通る光を一部通過させ一部を曲げるハーフミラーと、前記対物レンズ、前記第１の中間レンズ、前記ハーフミラーを固定する鏡筒と、前記ハーフミラーＨＭによって曲げられた光の通る位置に、当該光路に沿って移動可能に設置された第２の中間レンズと、前記第２の中間レンズの、前記ハーフミラーと反対の側に設けられ、前記ハーフミラーによって曲げられた光路に沿って移動可能に設置された検出器と、前記サンプルからの光が第２の中間レンズによって絞られた集光点に、前記検出器の結像位置が合うように、前記第２の中間レンズを移動させる第１の移動機構と、前記検出器を移動させる第２の移動機構と、前記第１の移動機構、第２の移動機構の移動量を調節する制御手段とを備えるものである。
【００１１】
この構成の顕微測定装置であれば、対物レンズを交換しないで、その位置も変更しないで、第２の中間レンズの位置及び、それに連動して検出器の位置を変更するだけで、検出倍率を変更しながら、サンプルの測定が可能になる。しかも、対物レンズのＮＡを変化させないでも済む。
さらに、前記ハーフミラーを直進する光の通る位置に、当該光路に沿って移動可能に設置された第３の中間レンズと、観察用カメラとをさらに備え、前記サンプルからの光が第３の中間レンズによって絞られた集光点に、前記観察用カメラの結像位置が合うように、前記第３の中間レンズを移動させる第３の移動機構と、前記観察用カメラを移動させる第４の移動機構とを備え、前記制御手段は、第３の移動機構、第４の移動機構の移動量を調節する構成であれば、観察用カメラの観察倍率を、検出器の検出倍率とは別に、設定することができる。したがって、検出器の検出範囲を変化させることなく、観察用カメラの観察倍率を変化させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように本発明によれば、対物レンズのＮＡを変化させずに一定にした状態で、倍率のみを変えて、サンプルの分光測定、反射率測定及び膜厚測定等が可能になる。
また、観察用カメラ側と検出器側で違う倍率に設定できるので、検出器の検出範囲のサイズを変えずに、サンプルの観察範囲を変化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、顕微測定装置の概略を示す断面図である。顕微測定装置は、鏡筒１１と、鏡筒１１に固定され、サンプルＳからの光を平行光線にする対物レンズＬｏと、鏡筒１１に固定され、前記対物レンズＬｏからの平行光線を集光するための第１の中間レンズＬ１と、鏡筒１１に固定され、前記第１の中間レンズＬ１の、前記対物レンズＬｏと反対の側に設けられ、前記対物レンズＬｏ及び前記第１の中間レンズＬ１を通る光を一部通過させ一部を直角に曲げるハーフミラーＨＭとを備えている。
【００１４】
サンプルＳはサンプル台１２に設置され、透過光源１３（図１）又は反射光源１４（図２）によって照らされる。
鏡筒１１は金属などでできた筒状のものである。対物レンズＬｏは、図１に示すように、鏡筒１１の先端に装着されるようになっている。鏡筒１１の先にリボルバを取り付けて複数の対物レンズＬｏを装着し、リボルバを回転させることによって所望の対物レンズＬｏを選択するようにしてもよい。
【００１５】
対物レンズＬｏは、サンプルＳからの光を平行光線にする機能を有する。その対物レンズＬｏの焦点距離をｆoとする。
第１の中間レンズＬ１は、対物レンズＬｏの上部、鏡筒１１の中間位置に取り付けられている。第１の中間レンズＬ１の焦点距離をｆ１とする。
ハーフミラーＨＭは、第１の中間レンズＬ１の上部に取り付けられている。ハーフミラーＨＭで直角に曲げられた光は、鏡筒１１の側面に設けられた開口部１５を通して出射される。開口部１５は、鏡筒１１に埃が入らないように薄い透明なガラスで閉じられている。この開口部１５から水平に延ばした位置（すなわち光路Ｃ上）に第２の中間レンズＬ２が設けられている。この第２の中間レンズＬ２の焦点距離をｆ２とする。第２の中間レンズＬ２は、後述する移動機構によって、光路Ｃに沿って移動可能に設置されている。
【００１６】
さらに第２の中間レンズＬ２の先の、ハーフミラーＨＭによって曲げられた光路Ｃに検出器１６が設置されている。この検出器１６も、後述する移動機構によって、前記光路Ｃに沿って移動可能に設置されている。検出器１６の光入射窓の部分には光入射用のスリット１６１が配置されている。スリット１６１に代えてまたはスリット１６１とともに光入射用のレンズ（図示せず）が配置されていても良い。
【００１７】
また鏡筒１１の上端面は開口しており、ここにも鏡筒１１に埃が入らないように薄い透明なガラス１７が取り付けられている。この鏡筒１１の上部には、第３の中間レンズＬ３が設けられている。第３の中間レンズＬ３の焦点距離をｆ３とする。
さらに第３の中間レンズＬ３の上部には、ハーフミラーＨＭを直進した光路Ｃに観察用カメラ１８が設置されている。この観察用カメラ１８も、後述する移動機構によって、前記光路Ｃに沿って上下に移動可能に設置されている。
【００１８】
移動機構は、レンズ、検出器１６、観察用カメラ１８を平行に移動させる機構であり、その構造は限定されない。例えば、直線状のネジと、前記ネジを通すナットとの組み合わせをあげることができる。前記ネジを光路Ｃと平行に設置し、ネジの先にモータを装着して、ネジ自体が回転できるようにする。前記ナットにレンズ、検出器１６又は観察用カメラ１８を固定し、ナットは直線上を移動できるが、ナット自体は回転できない状態にする。そしてモータにより前記ネジを回転させるとレンズ、検出器１６又は観察用カメラ１８が、光路Ｃと平行に移動する。
【００１９】
また、各モータの正転回転量、逆転回転量を連動して制御することのできる制御部２０が備えられている。制御部２０の具体的構成は、例えば各モータに駆動電流を送る駆動回路と、その駆動回路につながれたコンピュータで実現することができる。コンピュータには、各異動機構のモータ回転量を制御するためのプログラムが格納されている。
このように、第２の中間レンズＬ２、第３の中間レンズＬ３、検出器１６、観察用カメラ１８にそれぞれ移動機構が取り付けられている結果、これらの光学素子相互間の距離は、制御部２０による各モータの回転制御により、任意に設定することができるようになる。
【００２０】
ここで第１の中間レンズＬ１と第２の中間レンズＬ２との距離をＤ２で表し、第１の中間レンズＬ１と第３の中間レンズＬ３との距離をＤ３で表し、第２の中間レンズＬ２と検出器１６との距離をＤ４で表し、第３の中間レンズＬ３と観察用カメラ１８との距離をＤ５で表す。
サンプルＳを透過又は反射した光は、図１に示すように、光路Ｃに沿って伝搬し、対物レンズＬｏによって平行光線にされる。平行光線は、第１の中間レンズＬ１を通過し、ハーフミラーＨＭで屈曲されて第２の中間レンズＬ２に入射される。第２の中間レンズＬ２で絞られた光は、スリット１６１を通って検出器１６に入射される。
【００２１】
ここで、本発明の実施形態では、第２の中間レンズＬ２で絞られた光のスポットの位置が、検出器１６の結像位置に合うように、制御部２０によって距離Ｄ２，Ｄ４を調節している。「検出器１６の結像位置」とは、検出器１６が像を最も良好な解像度で検出できるための光路に沿った位置のことをいい、例えば検出器１６が分光器である場合、凹面回折格子の焦点位置のことである。検出器１６がカメラである場合、カメラのレンズの焦点位置のことである。
【００２２】
一方、ハーフミラーＨＭを直進した光は、第３の中間レンズＬ３に入射され、第３の中間レンズＬ３で絞られた光は、観察用カメラ１８に入射される。この場合も第２の中間レンズＬ２で絞られた光のスポットの位置が、観察用カメラ１８の結像位置に合うように、制御部２０によって距離Ｄ３，Ｄ５が調節される。
具体的な調節方法を説明すると、前記第１の中間レンズＬ１と前記第２の中間レンズＬ２との合成レンズの焦点距離ｆmは、式
ｆm＝(1/f1)＋(1/f2)−D2/(f1*f2)    (1)
で与えられる。検出器１６の検出倍率Ａは、前記合成レンズの焦点距離ｆmと前記対物レンズＬｏの焦点距離ｆoとを用いて、式
Ａ＝ｆｍ／ｆo    (2)
で与えられる。
【００２３】
オペレータは、検出倍率Ａを任意に設定する。
制御部２０は、この設定された倍率Ａを前記(2)式に当てはめて、合成レンズの焦点距離ｆmを決定する。この焦点距離ｆmが得られるように、前記(1)式に基づいて距離Ｄ２を設定する。この距離Ｄ２の設定は、モータＭ１の回転により行う。
そして、この合成レンズＬ１，Ｌ２の焦点に検出器１６の結像位置が合致するように、距離Ｄ４を調節する。この距離Ｄ４の設定は、モータＭ２の回転により行う。
【００２４】
なお、モータＭ１，Ｍ２を時間的に別々に回転させるのでなく、プログラムの制御に従って同時に連動して回転させても良いことはもちろんである。
このようにして、対物レンズＬｏを交換したり動かしたりすることなく、第２の中間レンズＬ２と、検出器１６の位置を調節して、与えられた倍率が得られるようにできる。
一方、観察用カメラ１８でサンプルＳを観察する場合にも、前記と同様、観察倍率を決め、その観察倍率に合わせて第３の中間レンズＬ３と観察用カメラ１８との位置をそれぞれ調節する。
【００２５】
すなわち、前記第１の中間レンズＬ１と前記第３の中間レンズＬ３との合成レンズの焦点距離ｆm′は、式
ｆm′＝(1/f1)＋(1/f3)−D3/(f1*f3)    (3)
で与えられる。観察用カメラ１８の観察倍率Ａ′は、前記合成レンズの焦点距離ｆm′と対物レンズＬｏの焦点距離ｆoとを用いて、式
Ａ′＝ｆｍ′／ｆo    (4)
で与えられる。
【００２６】
制御部２０は、この設定された倍率Ａ′を前記(4)式に当てはめて、合成レンズの焦点距離ｆm′を決定する。この焦点距離ｆm′が得られるように、前記(3)式に基づいて距離Ｄ３を設定する。この距離Ｄ３の設定は、モータＭ３の回転により行う。
そして、この合成レンズの焦点に検出器１６の結像位置が来るように、距離Ｄ５を調節する。この距離Ｄ５の設定は、モータＭ４の回転により行う。
【００２７】
なお、モータＭ３，Ｍ４を時間的に別々に回転させるのでなく、同時に連動して回転させても良いことはもちろんである。
このようにして、対物レンズＬｏを交換したり動かしたりすることなく、第３の中間レンズＬ３と、観察用カメラ１８の位置を調節して、与えられた観察倍率が得られるようにできる。
【００２８】
次に、図２を参照して、本発明の実施形態の他の構成例にかかる顕微測定装置を説明する。この顕微測定装置と、図１の顕微測定装置との相違点のみ説明すると、検出器１６として、光ファイバプローブ１６２のついた検出器１６′を用いていることである。すなわち、この光ファイバプローブ１６２が検出器１６′の光入射窓としての役割をする。この光ファイバプローブ１６２の焦点位置に、第２の中間レンズＬ２で絞られた光のスポットの位置が合致するように、モータＭ２を制御する。光ファイバプローブ１６２は光ファイバであるので可撓性があり、像の伝搬に影響なく、モータＭ２によりその位置を変えることができるという利点がある。
【００２９】
次に、サンプルＳを検出することのできる範囲である検出範囲（監視エリア）について言及する。検出範囲は検出倍率と密接に関係する。検出範囲を広げたければ倍率を落とす必要があり、倍率を上げれば検出範囲は狭くなる。
この顕微測定装置では、検出器１６の検出倍率と観察用カメラ１８の観察倍率とを、それぞれ別個の中間レンズで独立して設定することができる。従来であれば、検出範囲を変更するという理由で対物レンズＬｏの倍率を変えた場合、観察用カメラ１８で観察している像の観察倍率もこれに連動して変化していたが、本発明の顕微測定装置では、観察用カメラ１８で観察している像の観察倍率はそのままで、検出器１６の検出倍率のみ変えることができる。また、これとは逆に検出器１６の検出倍率を変えずに、観察倍率のみ変えることができる。したがって、観察用カメラ１８による観察、検出器１６による検出がスムーズに行える。
【００３０】
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではない。例えば、レンズ、検出器、観察用カメラを平行に移動させる移動機構として、ネジとナットとの組み合わせ以外に、プーリーと糸の組み合わせ、超音波モータを用いたスライダなどをあげることもできる。その他、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明にかかる顕微測定装置の概略を示す断面図である。
【図２】本発明の他の構成にかかる顕微測定装置の概略を示す断面図である。
【図３】カラーフィルタなどの光学特性の測定を行うために従来から用いられている一般的な顕微測定装置の概略構成図である。
【図４】サンプルＳに当たっている照射スポットＵを示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１１  鏡筒
１２  サンプル台
１６  検出器
１８  観察用カメラ
２０  制御部
【図１】
2008209627.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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