(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像部と、光源からの光を試料に投光し、前記試料で反射された光を前記撮像部に導く光学系と、前記撮像部の出力に基づいて前記試料の光学特性を得る処理部と、を有する計測装置であって、
前記撮像部は、前記試料で反射された光を前記光学系から受光することによって前記光源の像を得て、
前記処理部は、前記像およびそのフーリエ変換のうちの一方と、それに対応する前記光源およびそのフーリエ変換のうちの一方とに基づいて、前記試料の散乱度を推定し、
該推定により得られた散乱度に基づいて、ウィーナーフィルタの係数を決定し、
前記係数の決定されたウィーナーフィルタと、前記像のフーリエ変換と、前記光源のフーリエ変換とに基づいて、前記光学特性を得る、
ことを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記処理部は、前記係数を所定値とした仮のウィーナーフィルタと、前記像のフーリエ変換と、前記光源のフーリエ変換とに基づいて仮の光学特性を得、該仮の光学特性に基づいて前記散乱度を推定することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記処理部は、前記仮の光学特性として双方向反射率分布関数を得ることを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記処理部は、ガウス半径としての前記散乱度を未知数として有するガウス関数と前記双方向反射率分布関数とに基づいて前記散乱度を推定することを特徴とする請求項３に記載の計測装置。
【請求項５】
前記処理部は、前記像と前記光源との間の相関に基づいて前記散乱度を推定すること特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項６】
前記処理部は、前記像と前記光源との間の相関係数を前記相関として得ること特徴とする請求項５に記載の計測装置。
【請求項７】
前記処理部は、双方向反射率分布関数、光沢度、ヘイズ、ＤＯＩおよび写像性のうちの少なくとも１つを前記光学特性として得ることを特徴とする請求項１ないし請求項６のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項８】
前記処理部は、双方向反射率分布関数を前記光学特性として得、該双方向反射率分布関数に基づいて、光沢度、ヘイズ、ＤＯＩおよび写像性のうちの少なくとも１つを前記光学特性として得ることを特徴とする請求項１ないし請求項７のうちいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項９】
試料を介して光源の像を取得して前記試料の光学特性を得る計測方法であって、
前記像およびそのフーリエ変換のうちの一方と、それに対応する前記光源およびそのフーリエ変換のうちの一方とに基づいて、前記試料の散乱度を推定し、
該推定により得られた散乱度に基づいて、ウィーナーフィルタの係数を決定し、
前記係数の決定されたウィーナーフィルタと、前記像のフーリエ変換と、前記光源のフーリエ変換とに基づいて、前記光学特性を得る、
ことを特徴とする計測方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の計測方法の各ステップをコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の光学特性を計測する計測装置、計測方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、印刷物や塗装面、製品外観等の評価のため、試料（の表面または内部等）の光学特性を評価するための規格がＪＩＳやＩＳＯに定められている。例えば、ＩＳＯ規格２８１３およびＪＩＳ−Ｚ８７４１では、鏡面光沢度が規定されている。ＡＳＴＭ−Ｅ４３０では、ヘイズやＤＯＩ（Ｄｉｓｔｉｎｃｔｎｅｓｓ  ｏｆ  ｉｍａｇｅ）が規定されている。また、ＪＩＳ−Ｋ７３７４およびＡＳＴＭ−Ｄ５７６７では、写像性（Ｉｍａｇｅ  Ｃｌａｒｉｔｙ）が規定されている。さらに、光沢を評価するための独自の指標も提案されている。このような試料の散乱特性または光学特性を取得する計測装置が知られている。当該計測装置には、特定の規格に則って構成された装置がある。他方、当該計測装置には、散乱特性（例えば、双方向反射率分布関数（Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ、略してＢＲＤＦ）をまず得る装置がある。この装置は、当該散乱特性に基づいて他の複数の指標（例えば、鏡面光沢度やヘイズ、写像性等）を得る汎用装置として機能しうる。このような汎用の計測装置の光学系は、その瞳には試料が配置されうるものとし、その前側焦点には２次光源を有し、その後側焦点には撮像素子を有するものとしうる。
【０００３】
ここで、特許文献１は、ピンホールを２次光源とし、その像を撮像素子で取得する装置を開示している。ピンホールを２次光源としているため、角度分解能の高い散乱特性を取得しうるものの、光量または光感度の確保の点では不利となりうる。他方、特許文献２は、開口板の開口を２次光源とし、その像を撮像素子で取得する装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２７６４９２号公報
【特許文献２】特開２００８−２５６４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、開口板の開口の開き角を大きくすると、光量の確保の点では有利となりうるものの、得られる散乱特性等の光学特性の角度分解能の点では不利となりうる。
【０００６】
本発明は、得られる光学特性の角度分解能の点で有利な計測装置を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの側面は、撮像部と、光源からの光を試料に投光し、前記試料で反射された光を前記撮像部に導く光学系と、前記撮像部の出力に基づいて前記試料の光学特性を得る処理部と、を有する計測装置であって、前記撮像部は、前記試料で反射された光を前記光学系から受光することによって前記光源の像を得て、前記処理部は、前記像およびそのフーリエ変換のうちの一方と、それに対応する前記光源およびそのフーリエ変換のうちの一方とに基づいて、前記試料の散乱度を推定し、該推定により得られた散乱度に基づいて、ウィーナーフィルタの係数を決定し、前記係数の決定されたウィーナーフィルタと、前記像のフーリエ変換と、前記光源のフーリエ変換とに基づいて、前記光学特性を得る、ことを特徴とする計測装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、例えば、得られる光学特性の角度分解能の点で有利な計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】計測装置の構成例を示す図
【図２】ウィーナーフィルタの係数を散乱度によらずに一定とした場合のＢＲＤＦを示す図
【図３】ウィーナーフィルタの係数を変化させた場合のＢＲＤＦを示す図
【図４】ウィーナーフィルタの係数を決定する処理の流れの例を示す図
【図５】仮の係数または決定した係数を用いて得たＢＲＤＦに基づく散乱度を示す図
【図６】ウィーナーフィルタの係数を決定する処理の流れの別の例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、実施形態を説明するための全図を通して、原則として（断りのない限り）、同一の部材等には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１１】
〔実施形態１〕
図１は、実施形態に係る計測装置の構成例を示す図である。図１の（ａ）は、計測装置の断面図である。計測装置は、開口部１０１の開口（光源または２次光源ともいう）、集光レンズ１０２および１０３を含み、試料２に投光し且つ該試料２を介して受光する光学系（１１０はその光軸）を含む。光源１（実光源または１次光源）は、例えば不図示の光学系を介して、開口部１０１の開口を照明する。なお、試料２は、当該光学系の瞳（またはその近傍の位置）に配置される。撮像部３は、当該光学系を介して開口部１０１の開口（光源）の像を取得する。集光レンズ１０３は、集光レンズ１０２からの光（１１１）が試料２で正反射してなる正反射光（１１２）を受光するように構成されている。１１３は、集光レンズ１０２から視た場合の開口部１０１の開口の開き角（投光側開き角）である。また、１１４は、光学系の光学倍率と投光側開き角１１３との積で決定される、集光レンズ１０３から視た場合の撮像部３の受光領域の開き角（受光側開き角）である。開口部１０１と撮像部３とは、光学的に共役な関係にあるのが好ましい。撮像部３は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ構造の固体撮像素子を含んで構成されうる。特に、画素が行列状に並んでいる構造が好ましい。撮像部３は、（信号）処理部４（演算装置）にケーブル５を介して接続されている。処理部４は、撮像部３からの出力（信号）に基づいて、試料２の光学特性（例えば散乱特性）を得る。処理部４は、それには限定されないが、後述の図１の（Ｂ）および図４または図６のような処理の流れに対応したプログラムにしたがって動作するコンピュータ（またはＣＰＵのようなデバイス（プロセッサ等）を含む情報処理装置）を含んで構成されうる。
【００１２】
図１の（ｂ）は、処理部４で実行される処理の流れを示している。図１の（ｂ）において、まず、ステップＳ１では、開口部１０１の開口ｇ（ｘ，ｙ）の情報と、試料２を介して撮像部３により得られる開口の像ｉ（ｘ，ｙ）の情報とを取得する。ｇ（ｘ，ｙ）およびｉ（ｘ，ｙ）は、簡単のため、ｇおよびｉとも表記する。なお、開口ｇの情報は、試料２を鏡面に置き換えた場合に撮像部３により得られる信号としてもよいし、別の撮像部により直接に開口を撮像して得られる信号としてもよい。
【００１３】
ステップＳ２では、開口ｇおよび像ｉをそれぞれフーリエ変換してＧ（ｍ，ｎ）およびＩ（ｍ，ｎ）を取得する。Ｇ（ｍ，ｎ）およびＩ（ｍ，ｎ）は、簡単のため、ＧおよびＩとも表記する。光学特性としてのＢＲＤＦのフーリエ変換Ｂ（ｍ，ｎ）（簡単のため単にＢとも表記）は、ＧおよびＩを用いて以下の関係式で表すことができる。
【００１４】
【数１】
0006635674.tif 000002
【００１５】
ここで、Ｎｍ、Ｎｎは、それぞれ撮像部３の縦方向の画素数、横方向の画素数である。また、Ｎｍ０、Ｎｎ０は、ＢＲＤＦの中心座標を決める定数である。式（１）のＢは、Ｇ（ｍ，ｎ）が０になることがあり、そうなると発散してしまう。当該発散を回避するには、次式のようにウィ―ナーフィルタを用いればよい。
【００１６】
【数２】
0006635674.tif 000003
【００１７】
ここで、式（１）には存在しない分数の部分がウィ―ナーフィルタであり、ｃはウィ―ナー係数（単に係数ともいう）である。この係数ｃによってフィルタのゲインが変化する。ここで重要なことは、ｃのとるべき値が、試料２に依存しないＧ（ｍ，ｎ）のみならず、試料２に依存するＩ（ｍ，ｎ）によって決まることである。すなわち、ｃの理想値は、試料２の散乱度合い（例えば後述の散乱度σ）によって変化し、固定値とすることができない。図２は、そのことを説明するためのものであり、ウィーナーフィルタの係数を散乱度によらずに一定とした場合のＢＲＤＦを示す図である。開口部１０１の開口がピンホール（例えばδ関数で表される）であった場合のＢＲＤＦと、開口部１０１の開口がＪＩＳ−Ｚ８７４１の鏡面光沢度２０度に規定された開口（スリット）である場合のＢＲＤＦとを、散乱度（ガウス半径）ごとに示している。ここで、集光レンズ１０２・１０３の焦点距離はそれぞれ１５．５ｍｍ、開口部１０１の開口はＪＩＳ−Ｚ８７４１で定義された鏡面光沢度２０度におけるもの（有限開口）、（１次）光源はＤ６５光源、撮像部３の１画素の寸法は７．４μｍ×５９．２μｍとする。ウィ―ナーフィルタの係数は１０＾−４とする。図２におけるＢＲＤＦは、ＢＲＤＦの中央値を閾値として２値化されている。試料２の散乱度σは、次式で与えられる。
【００１８】
【数３】
0006635674.tif 000004
【００１９】
ここで、θ０は、鏡面反射角度（＝２０°）、Ａは、反射率を正規化する係数である。図２を参照するに、有限開口の場合は、散乱度σによってピンホールの場合から乖離し、特に散乱度σが大きい場合に乖離が大きい。このように、ウィーナーフィルタの係数を固定した場合、適切なＢＲＤＦを求めることができないといえる。図３は、有限開口の場合に関して、ウィーナーフィルタの係数を変化させた場合のＢＲＤＦを示す図である。ここでは、散乱度をσ＝１．０とし、係数ｃを変化させている。係数ｃが１０＾−３乃至１０＾−２の付近では、ピンホールから得られるＢＲＤＦに近づき、それ以外では乖離が大きくなっていることが分かる。換言すれば、散乱度に応じてウィーナーフィルタ（の係数ｃ）を決定すれば、より適切なＢＲＤＦを取得しうる。図１の（ｂ）に戻って、そのための処理ステップを説明する。
【００２０】
ステップＳ３では、散乱度σを推定し、推定された散乱度σに基づいてウィーナーフィルタの係数ｃを決定する。つづくステップＳ４では、Ｓ３で決定した係数ｃに基づいてウィーナーフィルタを決定する。ここで、ステップＳ３は、より具体的には、予め定められた仮のウィーナー係数ｃで仮のＢＲＤＦを得、当該ＢＲＤＦに基づいて散乱度σを推定することができる。または、開口ｇと像ｉとの相関（例えば相関係数）に基づいて散乱度σを推定することができる。すなわち、像およびそのフーリエ変換のうちの一方と、それに対応する（２次）光源およびそのフーリエ変換のうちの一方とから試料の散乱度を推定しうる。それぞれの方法は、後述の実施例１および実施例２として具体例を詳述する。
【００２１】
最後に、ステップＳ５では、次式のように、ＢＲＤＦのフーリエ変換であるＢ（ｍ，ｎ）を逆フーリエ変換して試料２のＢＲＤＦとしてのｂ（θ１、θ２）を取得する。
【００２２】
【数４】
0006635674.tif 000005
【００２３】
ここで、試料２のＢＲＤＦとしてのｂ（θ１、θ２）は、本来は非負の値であるが、式（４）によって得られるＢＲＤＦには、負の値が現れることがある。ところが、適切なウィーナーフィルタを選択すれば当該負値の絶対値は小さいため、非負化し（０に丸め、または絶対値をとって正値とし）ても、その影響は無視しうる。以上のようにして，適切なＢＲＤＦを取得することができる。そして、得られる光学特性の角度分解能の点で有利な計測装置を提供することができる。
【００２４】
なお、以上の説明では、試料での反射を例にとったが、それには限定されない。例えば、試料での透過（この場合の光学特性はＢＴＤＦ、すなわち双方向透過率分布関数（Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ））としてもよい。さらに、反射特性（反射率）を例にとって説明したが、それには限定されず、反射特性（反射率）を吸収特性（吸収率）に換算してもよい。
【００２５】
〔実施例１〕
図４は、ウィーナーフィルタの係数を決定する処理の流れの例を示す図である。すなわち、図１の（ｂ）におけるステップＳ３の処理の流れの具体例を示す図である。まず、ステップＳ３−１では、ウィーナーフィルタの仮の係数ｃを予め定められた仮の値（所定値）に設定する。ここで、集光レンズ１０２および１０３の焦点距離はそれぞれ１５．５ｍｍ、開口部１０１の開口はＪＩＳ−Ｚ８７４１で定義された鏡面光沢度２０度におけるもの（有限開口）、１次光源はＤ６５光源、撮像部３の１画素の寸法は７．４μｍ×５９．２μｍとする。この場合、ウィーナーフィルタの仮の係数ｃは、１０＾−３以上１０＾−１以下の範囲の値が好適である。また、開口部１０１の開口（スリット）がＪＩＳ−Ｚ８７４１の鏡面光沢度６０度におけるものの場合、仮の係数ｃは、１０＾−２以上１以下の範囲の値が好適である。
【００２６】
つづくステップＳ３−２では、仮のフィルタ係数ｃで仮のＢＲＤＦを取得して散乱度σの仮値を取得する。開口部１０１の開口（スリット）が鏡面光沢度２０度のものである場合、仮のフィルタ係数ｃは１０＾−３とする。試料の散乱度σに対し、仮のフィルタ係数ｃを用いて式（２）および（４）によりＢＲＤＦを取得し、それを式（３）でフィッティングすることにより、散乱度σの仮値を表１のように得ることができる。当該フィッティングは、ガウス半径としての散乱度σを未知数として有するガウス関数（式（３）の右辺）を用いて当該散乱度σに関して行いうる。
【００２７】
【表１】
0006635674.tif 000006
【００２８】
ステップＳ３−３では、Ｓ３−２で得られた散乱度σの仮値に基づいて、表１および表２を参照して、ウィーナーフィルタの係数ｃを決定する。ここで、表２は、試料２の散乱度σに対して予め取得しておいた好適なウィーナーフィルタの係数（常用対数）を示している。
【００２９】
【表２】
0006635674.tif 000007
【００３０】
ここで、図５は、仮の係数または決定した係数を用いて得たＢＲＤＦに基づく散乱度を示す図である。仮の係数から得られた散乱度σ（の仮値）に対して、決定した係数から得られた散乱度σの方が、試料の実際の散乱度σに近づいている。このことから、開口部１０１の開口としてピンホールでなく有限開口を用いても、有効なＢＲＤＦを求められることがわかる。
【００３１】
〔実施例２〕
図６は、ウィーナーフィルタの係数を決定する処理の流れの別の例を示す図である。まず、ステップＳ３−１’では、開口部１０１の開口ｇと像ｉとの間の相関（ここでは相関係数Ｊ）を取得する。
【００３２】
【数５】
0006635674.tif 000008
【００３３】
ここで、ｇ０は、ｇ（ｘ，ｙ）の平均値であり、ｉ０は、ｉ（ｘ，ｙ）の平均値である。
【００３４】
つづくステップＳ３−２’では、式（５）により得られた相関係数Ｊに基づいて、予め取得しておいた表３の関係を参照して、散乱度σを取得する。表３の関係は、実施例１と同一の条件の場合に得られるものである。
【００３５】
【表３】
0006635674.tif 000009
【００３６】
ステップＳ３−３’では、実施例１と同様に、ステップＳ３−２’で取得した散乱度σと表２の関係とに基づいて、ウィーナーフィルタの係数ｃを決定する。
【００３７】
以上の実施形態１は、主として鏡面光沢度２０度の計測の場合を例にして説明したが、それには限定されない。例えば、開口部１０１の開口（スリット）は、別の寸法の矩形状であってもよいし、円形であってもよいし、さらに別の形状であってもよい。角度も２０度に限定されるものではなく、他の種々の角度をとりうる。
【００３８】
〔実施形態２〕
本実施形態は、実施形態１における投光側開き角１１３、受光側開き角１１４、（１次）光源１、開口部１０１の開口、試料への光の入射角（試料からの光の反射角）を、ＪＩＳ規格またはＩＳＯ規格等のいずれかの規格に準拠したものとなるように構成する。このように構成すれば、当該規格に従った計測値を出力し、かつＢＲＤＦのような一般的な指標を出力することができる。例えば、計測値として鏡面光沢度を出力するためには、ＪＩＳ−Ｚ８７４１に準拠した構成とすればよい。また、計測値としてヘイズを出力するためには、ＡＳＴＭ−Ｅ４３０に準拠した構成とし、計測値として写像性を出力するためには、ＪＩＳ−Ｋ７３７４に準拠した構成とすればよい。当該構成においてＢＲＤＦのような一般的な指標を出力するためには、実施形態１において図１の（ｂ）および図４または図６を参照して説明したような処理の流れに従った処理を行えばよい。
【００３９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。例えば、処理部４は、ＢＲＤＦを光学特性として得、当該ＢＲＤＦに基づいて、光沢度、ヘイズ、ＤＯＩおよび写像性のうちの少なくとも１つを光学特性として得るようにしてもよい。この場合、規格にしたがった開口部１０１の開口（例えば上記のｇ（ｘ，ｙ））とＢＲＤＦ（例えば上記のｂ（θ１、θ２））とから当該開口の像を得（算出し）、当該像に基づいて当該規格にしたがった光学特性を得ればよい。
【００４０】
また、計測装置における光学系の収差の影響が無視できない場合、光学系を介して得られる像（例えば上記のｉ（ｘ，ｙ）またはＩ（ｍ，ｎ））における収差（の影響）を補償してから、式（２）により光学特性を得ればよい。この場合、当該収差の特性（伝達関数）に基づくウィーナーフィルタを用いて、収差の補償された復元（回復）画像Ｉ´（ｍ，ｎ）をＩ（ｍ，ｎ）の替わりに用いればよい。
【００４１】
また、以上の例では、像およびそのフーリエ変換のうちの一方と、それに対応する光源およびそのフーリエ変換のうちの一方とに基づいて、試料の散乱度を推定し、該推定により得られた散乱度に基づいて、ウィーナーフィルタの係数を決定するようにした。しかし、それには限定されない。例えば、試料の散乱度（の推定値）に基づかず、他の情報（データ）、例えば、当該散乱度（の推定値）に相関のある情報に基づいて、当該係数は決定しうる。例えば、上記の仮のＢＲＤＦおよび相関係数のうちの少なくとも一方に基づいて当該係数を決定してもよい。さらには、仮のＢＲＤＦおよび相関係数を得るために用いた像およびそのフーリエ変換のうちの一方またはその特徴量と、それに対応する光源およびそのフーリエ変換のうちの一方またはその特徴量と  に基づいて当該係数を決定してもよい。また、試料の散乱度に対して好適な係数（その常用対数）を示す表２に係る情報は、予め取得しておくものとしたが、それには限定されず、その都度取得することを除外するものではない。このことは、試料の散乱度（の推定値）とは異なる上述のような他の情報を用いる場合でも同様である。
【符号の説明】
【００４２】
３  撮像部
４  処理部
１０１  光源（２次光源）
１０２、１０３  光学系（集光レンズ）
【図１】
0006635674.tif 000010
【図２】
0006635674.tif 000011
【図３】
0006635674.tif 000012
【図４】
0006635674.tif 000013
【図５】
0006635674.tif 000014
【図６】
0006635674.tif 000015