(57)【要約】【課題】  ゴニオ分光光度計を用いてゴニオスペクトルを迅速に得るゴニオ分光光度計が提供される。【解決手段】  実施形態においては、放物線焦点における光源の角度空間を線形空間へと光学的に変換し、光源の角度スペクトルを同時に測定するように単一の回折要素およびエリアカメラの使用を容易にする。このために、パラボラ反射器が使用される。パラボラ反射器による光反射の、天頂角に対応するスペクトルを、検出器によって獲得し、コンピュータ内で分析することができる。【選択図】      図５
2005062192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
角度スペクトルを獲得する方法において、
光源から、特定の方位角におけるある天頂角の範囲からの光を含む光ビームを生成すべく、該光源からの光を放物線状に反射する段階と、
前記ビームからの光を分光分散させる段階と、
該ビームに対応するゴニオスペクトルを捕捉する段階であって、該ゴニオスペクトルは該天頂角の範囲に対応するスペクトルを含む段階、
からなる方法。
【請求項２】
前記光ビームが離散的ビームのセットを含み、該離散的ビームのセット内の各ビームが、前記天頂角の範囲内の天頂角に対応する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記離散的ビームのセットを視準する段階をさらに含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記光ビームからの光を分光分散させる段階は、回折格子内で前記光ビームを回折する段階を含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ビームから前記光を分光分散させる前に、該ビームを集束させる段階をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ゴニオスペクトルを捕捉する段階は、前記天頂角の範囲内の複数の天頂角に対応する回折格子からのスペクトルを検出する段階を含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記スペクトルがゼロ次のスペクトルである請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記スペクトルがより高次のスペクトルである請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記回折格子からの前記スペクトルがスクリーン上に投映される請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記スペクトルを検出する段階は、デジタルカメラで前記スペクトルの画像をデジタル的に捕捉する段階を含む請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記デジタルカメラがＣＣＤカメラである請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記光源が照明ビームによって照明された標本である請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記照明ビームが、光ファイバを通して結合された光源から生成される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
光源から光を受光するように位置づけられ、光ビームを生成するパラボラ反射器と、
前記パラボラ反射器からの前記光ビームを受光し、回折されたビームを生成するように位置づけられたスペクトル素子と、
前記回折ビームからのゴニオスペクトルを検出するように結合された光検出器システムと、
を含んでなるゴニオ分光光度計。
【請求項１５】
前記パラボラ反射器が反射性および非反射性材料の交互の片を含む請求項１４に記載のゴニオ分光光度計。
【請求項１６】
前記パラボラ反射器と前記回折素子との間に配置されたコリメート素子をさらに含む請求項１４に記載のゴニオ分光光度計。
【請求項１７】
前記コリメート素子が、平行板のセットである請求項１６に記載のゴニオ分光光度計。
【請求項１８】
前記スペクトル素子が、回折格子である請求項１４に記載のゴニオ分光光度計。
【請求項１９】
前記光検出器システムが、前記ゴニオスペクトルを捕捉するように位置づけられたカメラを含む請求項１４に記載のゴニオ分光光度計。
【請求項２０】
前記カメラがＣＣＤアレイである請求項１９に記載のゴニオ分光光度計。
【請求項２１】
前記カメラがデジタルカメラである請求項１９に記載のゴニオ分光光度計。
【請求項２２】
前記パラボラ反射器と前記スペクトル素子との間に結合された集束用光学素子をさらに含む請求項１４に記載のゴニオ分光光度計。
【請求項２３】
前記パラボラ反射器と前記スペクトル素子との間に結合された集束用光学素子をさらに含む請求項１４に記載のゴニオ分光光度計。
【請求項２４】
前記光検出器システムによって検出された前記ゴニオスペクトルを分析すべく、該光検出器システムに結合されたコンピュータをさらに含む請求項１４に記載のゴニオ分光光度計。
【請求項２５】
ある方位角において天頂角の範囲で光源からの光を捕捉して、光ビームを生成するための手段と、
前記光ビーム内の光を分光分散するための手段と、
該天頂角の範囲に対応するゴニオスペクトルを捕捉するための手段と、
を含んでなるゴニオ分光光度計。
【請求項２６】
照明光源を提供する段階と、
ワークピースの一部分が前記照明光源によって照明されるように該ワークピースを配置する段階と、
パラボラ反射器内における天頂角の範囲に対応するワークピースの部分からの散乱光を収集し、該パラボラ反射器から反射された光ビームを形成する段階と、
前記光ビームを回折して、回折されたビームを形成する段階と、
前記回折ビームからゴニオスペクトルを検出する段階と、
前記ゴニオスペクトルが仕様の範囲内に入るか否かを決定する段階と、
前記ゴニオスペクトルが仕様の範囲内に入るか否かを決定した結果に基づいてワークピースを合格あるいは非合格とする段階と、
からなるワークピースを検査する方法。
【請求項２７】
照明光源を提供する前記段階は、ランプからの光を前記光ファイバへ結合する段階を含み、該光ファイバがワークピースの上に配置される請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記光ビームを回折して回折されたビームを形成する前記段階は、該光ビーム内に回折格子を位置づける段階を含む請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記ゴニオスペクトルを検出する前記段階は、位置検知形検出器により前記回折されたビームを測定する段階を含む請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記位置検知型検出器がＣＣＤアレイである請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、本明細書に全体に亘って参考として取り入れられている、２００３年８月１５日に出願、Jeffrey L. Guttmanによる「新しい実時間ゴニオ分光光度計」という名称の仮出願番号６０／４９５，１３２号に対する優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、測色、スキャタロメトリ、多角光散乱（ＭＡＬＳ：multi-angle light scattering）およびビームプロファイリングの分野を含む、一次または二次光源のゴニオ分光測光、ゴニオ分光放射測定、ゴニオ光度測定またはゴニオ放射測定による各測定値の使用に関する。
【背景技術】
【０００３】
ゴニオ分光光度計は、ＬＥＤといったような光源について、また塗料およびインク内のゴニオアパレント（gonioapparent）なあるいは真珠光沢のある顔料で塗装または印刷された材料についてもまた、角度の関数として光スペクトルを特徴づけるために使用される。従来の市販のシステムは、光ファイバ結合型分光光度計を使用し、光源または標本を中心にしてファイバを移動することによってか、または一組の固定した角度で位置づけされた一組の分光計を使用することによって、ゴニオスペクトルを得る。光源を中心とした単一の方位角における多数の天頂角についての測定時間は、標準的に１〜２０分の範囲内にある。
【０００４】
従来の実施では、光源を中心とした（ファイバ結合されたスペクトログラフといったような）検出システムの機械的走査を使用している。図１は、従来のゴニオ分光光度計１００の概略図を示す。ゴニオ分光光度計１００の検出システム１０３は、例えば、光源１０１に関するスペクトルデータを提供すべく分光光度計に取付けられた光ファイバケーブルである。かくして、検出器システム１０３は、光源１０１からのその光学放射線の受光においてきわめて指向性が強く、従って光源１０１からの単一の方位角でおよび実質的に単一の天頂角をもって光を受光するように構成することができる。検出システム１０３と光源１０１との間の距離は標準的に、「近距離場」領域内にあるが、「遠距離場」領域内にあっても良い。「遠距離場」領域は、光源１０１を点光源として見ることができるようほど光源１０１から充分遠い距離によって特徴づけられる。２つの領域間の一般的に用いられる経験則は、検出システム１０３が光源１０１の横方向の広がりの少なくとも５倍である、光源１０１からの距離のところに設置される「５倍法則」である。
【０００５】
運用中、検出器システム１０３は、光源１０１のまわりで走査され、分光計でスペクトルを測定するために予め定められた１組の天頂角の各々において停止する。かくして光源１０１のまわりの１つの方位角についての角度位置の関数としてのスペクトル走査が得られる。ある実施形態においては、光源１０１を中心とする球形上の大きい円に沿って検出器システム１０３を回転させることができる。検出器システム１０３はまた、それが、実質的に球形の中心を起点とする小さな立体角内で光を収集するような形で方向づけすることもできる。
【０００６】
図２は、光源１０１が光ビーム１０５によって照明される例を示す。光ビーム１０７は、照明ビーム１０５の光源１０１からの反射である。図２に示されているように、光源１０１は例えば、ベースまたは基板１０９上に被着された材料である。ある試験状況では、光ビーム１０５の散乱が検出器システム１０３内で測定される。またある試験状況では、光源１０１からの光は、光ビーム１０５を照明して励起された後のルミネセンスの結果によるものである。
【０００７】
しかしながら各角度位置でのスペクトル走査を実施するには、多大な量の実施時間が必要である。従って、図１および２に示されているようなシステムはきわめて低速である。上述のように、個々の方位角におけるスペクトル走査には、最高約２０分が必要である。従って、その走査のための角度分配には、（角度の数に依存して）実行するのに数百乃至数千分が必要となる可能性がある。
【０００８】
図３は、走査時間を幾分か軽減するゴニオ分光光度計３００を例示している。図３に示されているように、ゴニオ分光光度計３００は、複数の検出器システム３０１−１〜３０１−Ｎを含む。検出器システム３０１−１〜３０１−Ｎは、各々が特定の天頂角θ1〜θNで光源１０１からの光を受光するように、光源１０１のまわりに特定の角度で固定される。上述のように、検出器システム３０１−１〜３０１−Ｎの各々は、光源１０１から方位角θ1〜θNで光を受光するように導かれる光ファィバを含み得る。検出器システム３０１−１〜３０１−Ｎの各々は、天頂角θ1〜θNのうちの対応するものにおけるスペクトルを提供するための分光計を含むことができる。
【０００９】
図４は、ビーム１０５によって照明される光源１０１を特徴づけるために利用されるゴニオ分光光度計３００を示している。例えば基板１０９上にある光源１０１は、照明ビーム１０５に応答して光を反射するか、そのルミネセンスを呈するかまたはその他の形で発光する。照明ビーム１０５は、光源１０１で反射されて反射ビーム１０７となる。
【００１０】
図３および４に示されたゴニオ分光光度計３００の実施形態は、光源１０１のスペクトル走査を行うのに必要とされる時間量を削減するものの、検出器システム３０１−１〜３０１−Ｎの各々が独立した分光計を必要とする独立した検出器システムであるという点で高価である。さらに、ゴニオ分光光度計３００は、多数の検出器システム３０１−１〜３０１−Ｎを較正する必要性があるという欠点をも有している。また、その他の検出器システム３０１−１〜３０１−Ｎを所定の位置に保つための実装による機械的なぶつかりに起因して、連続的な角度スペクトルを測定する上での問題がある。
【００１１】
従って、ゴニオ分光測光分析を必要とする利用分野において、材料標本または光源からの光のカラースペクトルの角度依存性を得るための、経済的でかつより高速の方法に対するニーズが存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明によると、ゴニオ分光光度計は、放物線焦点における光源の角度空間の、線形空間への光学的変換を可能にするパラボラ反射器が含まれている。１つの回折素子およびエリアカメラを次に利用して、光源の角度スペクトルを同時に測定することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のある実施形態による角度スペクトルの獲得方法は、
光源から、特定の方位角におけるある天頂角の範囲からの光を含む光ビームを生成すべく光源からの光を放物線状に反射する段階、
ビームからの光を分光分散させる段階、および
該天頂角の範囲に対応するスペクトルを含むゴニオスペクトルを捕捉する段階、
を含んでなる。ある実施形態においては、光ビームは離散的ビームのセットを含み、離散的ビームのセット内の各ビームは天頂角の範囲内の１つの天頂角に対応している。ある実施形態においては、離散的ビームのセットは視準され得る。ある実施形態においては、光ビームからの光を分光分散させる段階には、回折格子内で光ビームを回折する段階が含まれる。ある実施形態においては、分光分散させる前にビームを集束させることができる。ある実施形態において、ゴニオスペクトルを捕捉する段階には、該天頂角の範囲内の複数の天頂角に対応する回折格子からのスペクトルを検出する段階が含まれる。ある実施形態においては、スペクトルはゼロ次のスペクトルであるが、より高次のスペクトルを利用することも可能である。ある実施形態においては、回折格子からのスペクトルをスクリーン上に投映することができる。ある実施形態において、スペクトルを検出する段階には、デジタルカメラでスペクトルの画像をデジタル的に捕捉する段階が含まれる。ある実施形態においては、デジタルカメラはＣＣＤカメラであり得る。ある実施形態においては、光源は照明ビームによって照明された標本である。ある実施形態においては、照明ビームは、光ファイバを通して結合された光源から生成される。
【００１４】
本発明のある実施形態によるゴニオ分光光度計は、光源から光を受光するように位置づけされ光ビームを生成するパラボラ反射器；パラボラ反射器からの光ビームを受光し回折されたビームを生成するように位置づけられたスペクトル素子；および回折ビームからのゴニオスペクトルを検出するように結合された光検出器システム、を含んでなる。ある実施形態においては、パラボラ反射器は、反射性および非反射性材料の交互の片を含むことができる。ある実施形態においては、ゴニオ分光光度計は、パラボラ反射器と回折素子との間に位置づけられたコリメート素子をさらに含むことができる。コリメート素子は、平行板のセットであり得る。ある実施形態においては、スペクトル素子は回折格子であり得る。ある実施形態において、光検出器システムは、ゴニオスペクトルを捕捉するように位置づけられたカメラを含む。ある実施形態においては、カメラは、ＣＣＤアレイであり得る。ある実施形態においては、カメラはデジタルカメラであり得る。ある実施形態においては、ゴニオ分光光度計は、カメラに光を集束するため、スペクトル素子と検出器との間に結合された集束用光学素子を含むことができる。ある実施形態においては、光検出器システムによって検出されたゴニオスペクトルを分析すべく、該光検出器システムにコンピュータを結合させることができる。
【００１５】
本発明のある実施形態によるゴニオ分光光度計でワークピースを検出する方法は、照明光源を提供する段階；ワークピースの一部分が照明光源によって照明されるように該ワークピースを位置づけする段階；パラボラ反射器内の天頂角の範囲に対応するワークピースの部分からの散乱光を収集し、パラボラ反射器から反射された光ビームを形成する段階；光ビームを回折して回折されたビームを形成する段階；回折ビームからゴニオスペクトルを検出する段階；ゴニオスペクトルが仕様の範囲内に入るか否かを決定する段階；およびゴニオスペクトルが仕様の範囲内に入るか否かを決定した結果に基づいてワークピースを合格させるかまたは非合格とする段階が含まれる。ある実施形態において、照明光源を提供する段階には、ランプからの光を光ファイバへ結合する段階が含まれ、光ファイバはワークピースの上に位置づけられる。ある実施形態において、光ビームを回折して回折されたビームを形成する段階には、光ビーム内に回折格子を位置づける段階が含まれる。ある実施形態において、ゴニオスペクトルを検出する段階には、位置検知形検出器により回析されたビームを測定する段階が含まれる。位置検知型検出器は、ＣＣＤアレイであり得る。
【００１６】
本発明による実施形態は、ゴニオ分光測光分析を必要とする利用分野において光源または材料標本の、角度に対するカラースペクトルを獲得する、より高速な方法を提供する。本発明による方法は、ゴニオメータ計器、固定型多角度計器、および楕円鏡およびスキャタロメーター（scatterometer）といったような他の数多くの利用分野に応用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明のこれらのおよびその他の実施形態は、次の図に関して、以下でさらに詳細に記述される。
【００１８】
図の中で、同じ名称をもつ要素は、同じまたは類似の機能を有している。
【００１９】
本発明のある実施形態によると、約３０ミリ秒で、９０°より大きい角度範囲にわたる全ゴニオメータスペクトル（ゴニオスペクトル）が得られる。問題の光源が放物線焦点に位置づけされたパラボラ反射器の使用は、離散的角度のセットにおけるデータの同時捕捉を可能にする。この構成では、角度発光は、放物線の軸に対して平行に伝播する平行ビームへと変化させられ、かくして、角度的に発散する光は、次に、角度および半径に関して２次的に一対一の対応で、反射ビームの横断面に沿ったパラボラ反射器の軸に対し、線形かつおよび半径方向に分配される。
【００２０】
ＣＣＤエリアセンサに結合された反射ビーム内に回折格子またはその他の分光分散性（spectrally dispersive）素子を設置することで、パラボラ反射器によって収集された全ての角度について全スペクトルの同時測定が実現される。ある実施形態においては、パラボラ反射器に沿ったスリットが、回折格子分光計の入口アパーチャとして役立ち得る。代替的には、パラボラ反射器自体は、放物線の小さい線分であり得る。任意の画角（ＦＯＶ：Field-of-View）によって、格子上の入射光の角度範囲を制限することができる。光源と格子との間に、任意の１つまたは複数の光バッフルを位置づけることができる。かかるバッフルは、光源から直接発散する光を遮断することができる。ある実施形態においては、パラボラ反射器と分光分散素子との間にコリメータを位置づけることができる。ある実施形態においては、各ビームが離散的な天頂角に対応する平行ビームのセットを、コリメータまたはパラボラ反射器のいずれかによって生成することができる。各天頂角におけるスペクトルを積分することにより、角度的強度プロフィールが得られる。代替的には、分光分散素子無しに、平行ビーム空間内に位置づけされた線形アレイを用いて、強度プロフィールを得ることができる。
【００２１】
図５は、本発明に従ったゴニオ分光光度計５００の１実施形態を例示する。パラボラ反射器５０２の焦点に光源１０１が位置づけられる。光源１０１は例えば、ＬＥＤ、電球またはその他の光生成源といった照明源である。代替的には、光源１０１は、照明ビーム（図５には図示せず）に応答して、光を反射（散乱）させ、またはルミネセンスを呈する、照明を受ける材料である。さらに、入口スリットとして役立つように、光源１０１とパラボラ反射器５０２との間に、スリット（図示せず）を位置づけることができる。かかる入口スリットは、特定の方位角ψのまわりの狭い光帯域のみの進入を可能にしながら、天頂角θの範囲に対応する、光源１０１からの光を許容するように、位置づけることができる。
【００２２】
光源１０１は、パラボラ反射器５０２の放物線軸に対し、任意の天頂角および方位角（θ，ψ）で方向づけることができる。パラボラ反射器５０２は例えば、ゴニオ分光光度計５００によって測定された波長範囲内の光を反射するあらゆる放物線形状の表面である。ある実施形態においては、パラボラ反射器５０２は、軸外（off-axis）放物鏡の一区分である。パラボラ反射器５０２はこのとき、特定の方位角ψにて天頂角θの範囲に対応する光を捕捉する。
【００２３】
ある実施形態においては、光源１０１は、照明を受けた標本で形成されていてよい。またある実施形態においては、光源１０１を生成すべく、標本に対して照明を伝達するためのランプおよびマルチモード光ファイバ束を利用することができる。ある実施形態においては、それぞれ約０．５５の開口数をもち公称直径４０μｍである個別の部分ファイバを有する直径２．４ｍｍのファイバ束を利用して、光源１０１を形成するための材料に対し光を伝達する。ＤＣ電源により駆動される高強度タングステンフィラメントランプからの光または高強度パルスキセノンフラッシュランプからの光を、光ファイバに結合することができる。検査中における光学波長の範囲に応じて、その他のランプを利用することができる。
【００２４】
天頂角θ1およびθ2の間の光源１０１から発散する光は、パラボラ反射器５０２により範囲が定められる。さらに、特定の方位角にパラボラ反射器５０２をセットすることができる。ある実施形態においては、パラボラ反射器５０２は、９０°を超える｜θ2−θ1｜にわたる天頂角を有することができるが、方位角の広がりより小さい広がりにわたるパラボラ反射器を利用することもできる。ある実施形態においては、パラボラ反射器５０２を方位角のセットで定めることもできる。ある実施形態においては、パラボラ反射器５０２は、角度θ1とθ2との間の特定の離散的な天頂角で光を反射するため、スリットアパーチャまたはその他の形の幅の狭い反射性材料の片を含んでいてよい。ある実施形態においては、パラボラ反射器５０２は、θ1からθ2の天頂角の範囲内の全ての角度に対応する光を反射する連続的な反射器である。ある実施形態においては、パラボラミラー５０２は、予め定められた方位角ψのまわりの狭い方位角の範囲からのみの光を収集すべく薄いものである。ある実施形態においては、機械加工された原部品を複製するプロセスによって、パラボラ反射器を形成することができる。
【００２５】
図６は、本発明のある実施形態によるパラボラ反射器の一部分の断面図を示している。図６に示されたパラボラ反射器５０２の実施形態には、反射性領域６０１と非反射性領域６０２を含む。非反射性領域は、パラボラ反射器５０２上の吸光性の片であってもよく、または、パラボラ反射器５０２内に形成されたスリットでもよい。光ビーム６０３は、光源１０１からの反射によって発生し、このとき、対応する特定の天頂角θnで収集される光に対応した離散的光ビームのセットの中のビームを有する離散的光ビームのセットを含むことができる。光源１０１からの光は、光源１０１から対応する天頂角をもって発散する光と関連する各光線と実質的に平行に、パラボラミラー５０２から反射される。ある実施形態においては、約５〜約８個のデータ天頂角を取ることができ、これは、ゴニオアパレントな材料の測定に関するＡＳＴＭ規格草案ＷＫ１１６４に合致する。パラボラ反射器５０２から反射された光ビーム６０３は、このとき、各々がθ1からθ2の角度間の異なる一意の天頂角にそれぞれ対応する偽似コリメート細光線の形態をとることができる。パラボラ反射器３０２のある実施形態は、特定の天頂角θnで発出された光が光ビーム６０３内の特定の位置に対応するような、連続ビーム６０３を用いる。
【００２６】
ある実施形態においては、パラボラ反射器５０２は、約１０ｍｍの焦点寸法を有することができる。しかしながら一般的には、パラボラ反射器５０２は、あらゆる焦点寸法を有することができる。１０ｍｍの焦点寸法のもとで、光源１０１は、約１ｍｍという横方向の範囲を有することができ、角度分解能を数度に維持することができる。運用中光源１０１は、パラボラ反射器５０２の焦点に位置づけられる。
【００２７】
本発明のある実施形態においては、パラボラ反射器５０２から反射されたビーム６０３は、さらに、図５に示されるコリメータ５０４により視準されることができる。図７に示されるように、ある実施形態においては、コリメータ５０４は、さらに視界を狭めるスペーサ（図示せず）により分離された薄いプレート７０１の機械的アレイでよい。ある実施形態においては、コリメータ５０４は、光ビーム６０３をさらに視準する交互の透明かつ反射性の表面からなる構成を有することができる。コリメータ５０４は、ビーム６０３が離散的な光ビームのセットを含む実施形態においては、対応する平行板のセットを含むことができる。ある実施形態においては、ビーム６０３が連続ビームである場合、コリメータ５０４は、コリメータ５０４を励起するビーム６０３が、離散的なビームのセットを含むように、平行板のセットを備えることができる。ある実施形態においては、コリメータ５０４は、ビーム６０３を全体として視準する一対のプレートを備えることができる。
【００２８】
さらに、ある実施形態においては、θ1とθ2との間の方位角の範囲外にある光源１０１からの光が、コリメータ５０４内に入るのを遮断するために、光源１０１に隣接して光バッフル５０３（図５）を固定することができる。連続ビーム６０３が利用されている実施形態においては、コリメータ５０４は存在しない。
【００２９】
ひき続き図５を参照すると、離散的ビームを含むかまたは含まない可能性のあるビーム６０３は、スペクトル素子５０６に導かれる。スペクトル素子５０６は、ビーム６０３内の光を分光分散させるデバイスでありうる。
【００３０】
ある実施形態においては、光ビーム６０３をスペクトル素子５０６に導くように集束用光学素子５０５を導入することができる。ある実施形態においては集束用光学素子５０５は例えば、スペクトル素子５０６への入射に先立って平行光ビームの線形範囲を縮少するための円筒形のビーム整形用光学素子である。ある実施形態においては、集束用光学素子は、集束レンズ５１１とそれに続くコリメートレンズ５１２を含むことができる。
【００３１】
スペクトル素子５０６は、例えば回折格子またはプリズムといったような、光ビームをそれぞれの波長に分離する任意のデバイスを含むことができる。ある実施形態においては、約３６０〜約８００ｎｍのスペクトル範囲にわたって最大の効率になるように最適化された１５００ライン／ｍｍの透過格子を有する回折格子が利用される。標準的には、光ビーム６０３は、スペクトル素子５０６により、スペクトルの多数の次数に回折される。このときゴニオスペクトル分布は、ビーム６０３の回折次数全体にわたって光の強度を測定することによって、決定することができる。スペクトル素子５０６からの回折されたビームは、図５にスペクトル５０７として示されている。スペクトル５０７は、回折の全ての次数を包含する。図８Ｃは、ゼロ次の回折を利用する本発明に従ったゴニオ分光光度計の１実施形態を例示している。当業者であればゴニオスペクトルがより高い回折次数からでも得られることを認識するであろう。
【００３２】
図５を参照すると、スペクトル５０７内の１つの回折次数からの光は、レンズ系５０８により収集され、検出器５０９に導かれる。レンズ系５０８は、ゴニオ分光光度計５００の実施形態内にある場合、集束レンズ５１３とそれに続くコリメーティングレンズ５１４を内含することができる。
【００３３】
検出器５０９は、空間的に高感度の検出デバイス、例えば電荷結合検出器（ＣＣＤ）アレイでありうる。例えば図８（Ａ）〜（Ｃ）に示されるもののようなある実施形態においては、スペクトルを、検出器５０９が検出する前に、スクリーン８０１上に投映することができる。例えばＣＭＯＳカメラまたはビジコンカメラといったように、その他の空間的に高感度の光検出器も同様に利用可能である。特定の検出器システムに応じてアナログでもデジタルでもよい検出器５０９からの信号は、次に、分析器またはコンピュータシステム５１０に入力される。このときコンピュータシステム５１０は、記録や、さらなる処理または表示のために、収集されたデータからゴニオスペクトルをユーザに提供する。
【００３４】
図８（Ａ）は、本発明のある実施形態によるゴニオ分光光度計８００の横断面図を示す。図５において記述された通り、天頂角範囲θ1〜θ2に対応する光源１０１からの光は、パラボラ反射器５０２により捕捉され、ビーム６０３へと導かれる。前述の通り、ビーム６０３は、各ビームが離散的天頂角θnにそれぞれ対応した状態の離散的ビームのセットまたは連続ビームである。連続ビームにおいては、天頂角θnからの光は、ビーム内の位置により検出可能である。
【００３５】
図８（Ａ）においてそこに示された断面の平面に対し平行な罫線を有する回折格子であるスペクトル素子５０６にビーム６０３が入射する。回折されたビーム５０７は次にスクリーン８０１上に表示され、検出器８０３により検出される。図８（Ａ）においては、スペクトル素子５０６が、回折格子上の罫線の方向を示すような例を示す。スペクトル素子５０６はこの基準平面内で、光ビーム６０３がスペクトル素子５０６の表面に直接入射するように方向づけされることになる。
【００３６】
図８（Ｂ）は、図８（Ａ）の方向ＡＡに沿ったゴニオ分光光度計８００の垂直断面を示す。天頂角θnに対応するビームスライス６０３が、パラボラ反射器５０２から回折された状態で示されている。この平面内では、スペクトル素子５０６の回折格子は、ビーム６０３との関係に対しある角度でセットされる。回折格子の罫線は、図８（Ｂ）に示されるゴニオ分光光度計８００の断面に対し垂直である。天頂角θnに対応する回折されたビーム５０７のゼロ次のスペクトルは、スクリーン８０１上に表示される。ＣＣＤカメラといったようなデジタルカメラである検出器８０３は、次に、天頂角θnに対応するスペクトルを検出する。
【００３７】
図８（Ｃ）は、スクリーン８０１上に投映された、スペクトルのフルセット、ゴニオスペクトル、を示している。光の強度は、１つのゴニオスペクトルの例について、陰影により例示されている。このとき、検出器８０３は、単一の露呈（exposure）内におけるθ1〜θ2の範囲内の全ての天頂角について、天頂角の関数として、スペクトルを同時に測定できる。波長方向における各スライスは、１つの天頂角θn（またはより正確には、θnのまわりの小さな角度のセット△θ）に対応する。従って、図８（Ｃ）に示される天頂角θnにおけるスペクトルを示すスライスによって表わされるように、任意の特定の角度についてのスペクトルを、決定することができる。
【００３８】
ある実施形態においては、カメラ８０３は例えば、６．４５μｍ平方の画素の１０３７×１３７６のアレイをもつ１２ビットのデジタルＣＣＤカメラである。ＣＣＤ画像は、Photon Incにより製造されているBeam Profiler Softwareといったようなデジタルフレームグラバー（grabber）ソフトウェアを動作させるコンピュータシステム５１０にて獲得可能である。ある実施形態においては、画像獲得時間は、デジタルフレームグラバーの最大速度のもとで約９０ｍｓである。
【００３９】
ある実施形態においては、デジタルフレームグラバーソフトウェアにより捕捉された画像を、分析のために例えばMatLabといった分析ソフトウェアへ渡すことができる。データ分析には、例えば、角度に対する材料反射率の決定または角度空間データからＣＩＥ測色空間への変換が含まれる。ある実施形態においては、コンピュータ５１０は、ゴニオスペクトルが特定の製造仕様内に入ることを保証するためにそのゴニオスペクトルをチェックすることだけしかできない。このような場合には、コンピュータ５１０は、ゴニオスペクトルが予め定められた仕様外に出てしまうか否かをオペレータに警告することができる。
【００４０】
図９は、製造環境９００内での本発明のある実施形態によるゴニオ分光光度計９０１の利用例を示している。図９に示すように、ワークピース９０３を照明できるような形で、光ファイバ９０７に光源９０５が結合される。ゴニオ分光光度計９０１は、ワークピース９０３から散乱した光のゴニオスペクトルを得ることができるように位置づけされる。ある実施形態においては、ワークピース９０３上の異なる位置毎の複数のゴニオスペクトルを得ることができる。ゴニオ分光光度計９０１は次に、得られたゴニオスペクトルが予め定められた仕様内に入るか否かを決定し、その後その決定に基づいて、ワークピース９０３を合格または非合格とする。
【００４１】
ワークピース９０３は例えば、ゴニオスペクトルが例えば彩色、塗料被覆またはその他の特性などの重要なパラメータをなすような任意のものである。さらに、ワークピース９０３は、アセンブリライン上にあって、あるワークピース９０３が検査完了すると、またもう１つのワークピース９０９が後続する。
【００４２】
本明細書で記述されたゴニオ分光光度計の実施形態は、ゴニオメータスペクトルのより高速で安価な獲得を実現可能にする。光源１０１のまわりの天頂角セットの各々についてのスペクトルデータはデジタルカメラに取込まれ、これはまた天頂角のセットの各々からの各スペクトルをも同時に捕捉する。従って、本発明によるゴニオ分光光度計の実施形態は、１つのデジタルカメラまたはＣＣＤ検出器のみを利用でき、単一カメラによるデータ獲得に要する時間内で、同時にスペクトルを得ることができる。
【００４３】
本明細書に記述されている実施形態は、単なる一例であり、制限的な意味をもつことは意図するものではない。従って、本発明はクレームのみにより制限されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】検出器システムが光源のまわりで走査されるゴニオ分光光度計の実施形態を示す図である。
【図２】光源が、照明を受けた材料である、図１に示されたゴニオ分光光度計の実施形態を示す図である。
【図３】光源を中心にして固定された角度に位置設定された多数の検出器／分光計を含むゴニオ分光光度計の実施形態を示す図である。
【図４】光源が、照明を受けた材料である、図３に示されたゴニオ分光光度計の実施形態を示す図である。
【図５】本発明のある実施形態によるゴニオ分光測光計器を示す図である。
【図６】本発明の実施形態において利用可能であるパラボラ反射器の実施形態を示す図である。
【図７】本発明の実施形態において利用可能であるコリメータの実施形態を示す図である。
【図８】（Ａ）は、本発明によるゴニオ分光光度計の実施形態断面図、（Ｂ）は、本発明によるゴニオ分光光度計の実施形態の（Ａ）に示されたＡＡ方向に沿った断面図、（Ｃ）は、本発明によるゴニオ分光光度計の実施形態において検出器によって検出された標本ゴニオスペクトルを示す図である。
【図９】製造プロセスにおいて本発明のある実施形態によるゴニオ分光光度計の利用を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１００    従来のゴニオ分光光度計
１０１    光源
１０３    検出システム
５０１    光源
５０２    パラボラ反射器
５０４    コリメータ
５０６    スペクトル素子
５０９    検出器
６０３    光ビーム
９０３    ワークピース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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