(57)【要約】【課題】曲率半径の小さな球面状の測定面を有する被検物であっても、反射率測定が好適に行える状態に簡便に配置できる顕微分光反射率測定機を提供する。【解決手段】光源から発せられる光を測定光束として被検物の測定面に入射し、測定光束が測定面で反射された反射光束の分光分布を測定する顕微分光反射率測定機は、測定面に接触するエッジ８ｂを有し、被検物が載置されるステージ８と、反射光束の像を含む画像を取得する観察光学系とを備え、エッジ８ｂは、同一の円の円周上に配置され、ステージ８は、当該円が測定光束の光軸と直交し、かつ当該円の中心が光軸上に位置するように取り付けられていることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発せられる光を測定光束として被検物の測定面に入射し、前記測定光束が前記測定面で反射された反射光束の分光分布を測定する顕微分光反射率測定機であって、
前記測定面に接触する接触部を有し、前記被検物が載置される保持部と、
前記反射光束の像を含む画像を取得する観察光学系と、
を備え、
前記接触部は、同一の円の円周上に配置され、
前記保持部は、前記円が前記測定光束の光軸と直交し、かつ前記円の中心が前記光軸上に位置するように取り付けられている
ことを特徴とする顕微分光反射率測定機。
【請求項２】
前記反射光束が平行光とされた像を含む第二画像を取得する第二画像取得部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の顕微分光反射率測定機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微分光反射率測定機、より詳しくは、球面を有するレンズ等の光学部品の反射率測定に好適に用いられる顕微分光反射率測定機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学素子等の被検物の測定面の反射率を測定するために、顕微分光反射率測定機が用いられている。特に顕微分光においては、集光された光束を面頂位置に照射することで、球面の測定面を有する被検物の測定が可能となっている。
【０００３】
図８は、特許文献１に記載の顕微分光反射率測定機の概略構成を示す図である。光源１０１で発生された測定光束は、照明レンズ１０２を通過してピンホール１０３に入射する。ピンホール１０３を通過した測定光束は、コリメータレンズ１０４で平行光になり、ハーフミラー１０５で下方の対物レンズ１０６に入射後、被検物１０７の測定面１０８で反射される。反射された測定光束は反射光束となり、再び対物レンズ１０６を通過して集光レンズ１０９へ入射する。被検物１０７は、ステージ１１０に保持されている。ステージ１１０は、測定面１０８を反射光束の光軸Ｘに対して平行な方向に１軸、および垂直な平面内の直交する２軸の、計３軸方向に移動させることができる。
【０００４】
集光レンズ１０９により集光された反射光束は、分光器１１２に向かう。分光器１１２には、反射光束を波長ごとの分光スペクトルに分解する回折格子１１３が設けられ、回折格子１１３により分光スペクトルに分解された光は、一次元固体撮像素子であるＣＣＤ１１４に結像する。ＣＣＤ１１４から光強度信号から電気信号に変換された信号データをデータ処理部１１５で処理することにより、測定面１０８の分光反射率が測定算出される。
【０００５】
集光レンズ１０９から分光器１１２に向かう反射光束の一部は、ビームスプリッタ１１１により観察光学系１１６に向かって分岐される。観察光学系１１６は、対物レンズ１０６からの測定光束の測定面１０８上での集光状態が観察できる撮像素子１１７と測定光束の光軸Ｘに対する測定面１０８の姿勢が観察できる撮像素子１１８を有し、撮像素子１１７および撮像素子１１８からの出力信号は、データ処理部１１５に送られ、表示画像１１９および表示画像１２０のように表示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２２６９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の顕微分光反射率測定では、集光された光束を面頂位置にアライメントするために、撮像手段を有する観察光学系１１６を備えている。使用者は表示画像１２０を用いて被検物の位置や姿勢を確認しながらステージ１１０を移動して被検物１０７のアライメントを行う。
しかしながら、特に被検物の測定面の曲率が非常に小さい場合（例えばＲ＝１ｍｍ）においては、被検物の光軸に垂直な平面内での位置による被検物測定面の傾斜の変化量が大きくなるため、被検物の位置調整に対して表示画像における反射像が大きく動く。そのため、アライメント作業に多くの時間がかかり、かつ、高分解能なステージが必要となり、アライメント作業が煩雑になることがあるという問題がある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、曲率半径の小さな球面状の測定面を有する被検物であっても、反射率測定が好適に行える状態に簡便に配置できる顕微分光反射率測定機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】
【０００９】
本発明は、光源から発せられる光を測定光束として被検物の測定面に入射し、前記測定光束が前記測定面で反射された反射光束の分光分布を測定する顕微分光反射率測定機であって、前記測定面に接触する接触部を有し、前記被検物が載置される保持部と、前記反射光束の像を含む画像を取得する観察光学系とを備え、前記接触部は、同一の円の円周上に配置され、前記保持部は、前記円が前記測定光束の光軸と直交し、かつ前記円の中心が前記光軸上に位置するように取り付けられていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の顕微分光反射率測定機は、前記反射光束が平行光とされた像を含む第二画像を取得する第二画像取得部をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の顕微分光反射率測定機によれば、曲率半径の小さな球面状の測定面を有する被検物であっても、反射率測定が好適に行える状態に簡便に配置できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第一実施形態の顕微分光反射率測定機の概略構成を示す図である。
【図２】同顕微分光反射率測定機の斜視図である。
【図３】同顕微分光反射率測定機のステージを示す拡大斜視図である。
【図４】（ａ）から（ｄ）は、同ステージの取り付け位置調節の手順を示す図である。
【図５】本発明の第二実施形態の顕微分光反射率測定機の概略構成を示す図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は、同顕微分光反射率測定機のステージの取り付け位置調節の手順を示す図である。
【図７】本発明の変形例の顕微分光反射率測定機におけるステージを示す拡大平面図である。
【図８】従来の顕微分光反射率測定機の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の第一実施形態について、図１から図４（ｄ）を参照して説明する。図１は、本実施例の顕微分光反射率測定機５１の概略構成を示す図であり、図２は、顕微分光反射率測定機５１を示す斜視図である。顕微分光反射率測定機５１は、球面状の測定面を有する光学素子等の被検物Ｓの測定面Ｓａに向けて測定光束を入射し、測定面Ｓａから反射された反射光束の分光強度を測定し、得られた分光強度の測定値を、あらかじめ測定した分光反射率が既知の基準面の測定値と比較して、測定面Ｓａの分光反射率を算出するものである。
【００１４】
顕微分光反射率測定機５１の基本構成は公知であり、顕微分光反射率測定機５１を用いた測定の流れを簡潔に説明すると、以下の通りである。
光源１で発生された測定光束は、照明レンズ２を通過してピンホール３に入射する。ピンホール３を通過した測定光束は、コリメータレンズ４で平行光とされ、ハーフミラー５で上方の対物レンズ６に入射する。対物レンズ６で集光された測定光束は、対物レンズ６の上方に配置された被検物Ｓの測定面Ｓａに向かう。被検物Ｓの測定面Ｓａでは、測定光束が反射されて反射光束となり、再び対物レンズ６を通過して集光レンズ７へ入射する。
集光レンズ７により集光された反射光束は、分光器９に向かう。分光器９には、反射光束を波長ごとの分光スペクトルに分解する回折格子１０が設けられ、回折格子１０により分光スペクトルに分解された光は、一次元固体撮像素子であるＣＣＤ１１に結像する。ＣＣＤ１１において光強度信号から電気信号に変換された信号データをデータ処理部１２で処理することにより、測定面Ｓａの分光強度が測定算出される。
【００１５】
集光レンズ７から分光器９に向かう反射光束の一部は、ビームスプリッタ１３により観察光学系１４に向かって分岐される。観察光学系１４は、対物レンズ６からの測定光束の測定面Ｓａ上における集光状態が観察できる撮像素子１５を有し、撮像素子１５からの出力信号は、データ処理部１２に送られ、表示器１６に、集光状態を示す画像１７として表示される。
【００１６】
被検物Ｓは、開口８ａを有するステージ（保持部）８上に載置される。ステージ８は、図２に示すように、筐体２０に取り付けられており、測定光束の光軸Ｘ（図１参照）に対して平行な方向に移動可能である。
【００１７】
図３は、ステージ８の拡大斜視図である。ステージ８に形成された開口８ａは、被検物Ｓが載置されるステージ８の上面に対して垂直に貫通しており、当該上面に円弧状のエッジ（接触部）８ｂを有する。エッジ８ｂが形成する円の直径は、被検物Ｓの球面上の測定面Ｓａの最大径よりも小さい値とされている。
【００１８】
ステージ８は、エッジ８ａの各部位が形成する円の中心が光軸Ｘと一致するように筐体２０に取り付けられている。この状態において、エッジ８ａの各部位が形成する円は、測定光束の光軸と直交している。
図４（ａ）から図４（ｄ）は、顕微分光反射率測定機５１の製造工程において、ステージ８を筐体２０に組み付ける際の位置調整作業の流れを示す図である。製造工程における位置調整では、最大径がエッジ８ｂの直径よりも大きい球面状の測定面Ｒａを有する調整用サンプルＲを用いる。調整用サンプルＲは、開口８ａのエッジ８ｂが測定面Ｒａと接するようにステージ８上に載置される。この状態で、組み付け作業者は、表示器１６の画像を見ながらステージ８を光軸Ｘと平行に移動させ、測定光束を測定面Ｒａ上に集光させる。
【００１９】
図４（ａ）は、測定面Ｒａの面頂が光軸Ｘ上に位置し、かつ測定光束が面頂に集光している状態を示しており、この状態がステージ８組み付けの目標状態となる。これに対して図４（ｂ）は、測定光束が測定面Ｒａ上に集光しているが、集光位置が測定面Ｒａの面頂ではない状態を示している。しかしながら、図４（ｂ）の状態において表示器１６に表示される画像は、若干光量が異なったりすることがあるものの、反射光束像の位置や形状は、ほぼ図４（ａ）の状態における画像と同一であるため、この状態では、両者の判別は困難である。
【００２０】
そこで、組み付け作業者は、この状態から被検物Ｓを載置したステージ８を光軸Ｘと平行に移動させる。すると、図４（ｂ）の状態である場合、画像における反射光束の像が、図４（ｃ）に示すように、デフォーカスにより拡大していくと同時に、反射光束像の中心が画像の中心からずれてくる。
この現象により組み付け作業者は、ステージ８の位置がまだ目標状態に達していないことを認識することができる。
【００２１】
次に、作業者は、拡大した反射光束像を表示器１６で確認しながら、ステージ８を光軸Ｘと垂直に移動させ、図４（ｄ）に示すように、反射光束像の中心が画像の中心に来るように調節する。その後、再度反射光束を測定面Ｒａ上に集光させ、反射光束像の中心位置が移動しないかどうか確認する。この動作を繰り返して、ステージを光軸Ｘと平行に動かしても反射光束像の中心が動かない状態となった位置が、ステージ８の組み付け目標位置であるため、当該位置でステージ８が筐体２０に組み付けられる。この状態では、エッジ８ｂの円弧の中心は光軸Ｘ上に位置している。それ以降、ステージ８は、光軸Ｘと平行な方向にのみ移動可能となり、光軸Ｘと垂直な方向には動かない。
また、より正確な組み付け作業のために、データ処理部１２で、画像１７の反射光束の像の重心座標を求め、組み付け作業者が、フォーカスが合っている際の反射光束の像の重心座標と、デフォーカスしている際の反射光束の像の重心座標とが一致することを目標状態として調整を行ってもよい。
【００２２】
上記のように構成された顕微分光反射率測定機５１の使用時の動作について説明する。
使用者は、ステージ８の開口８ａのエッジ８ｂが被検物Ｓの測定面Ｓａのみと接するように被検物Ｓをステージ上に配置する。このとき、測定面Ｓａが球面状であれば、開口８ａ内には必ずエッジ８ｂが形成する円に囲まれた当該球面の一部が位置するため、被検物Ｓのステージ８上における姿勢に関係なく、測定面Ｓａの面頂が光軸Ｘ上に位置する。したがって、ステージ８を光軸Ｘと平行に移動して測定光束を測定面Ｓａ上に集光させるだけで、好適に測定面Ｓａの面頂に測定光束を集光させ、分光反射率を好適に測定することができる。
【００２３】
以上説明したように、本実施形態の顕微分光反射率測定機５１では、被検物Ｓの球面状の測定面Ｓａと接触して被検物Ｓをステージ８上に支持するエッジ８ａが形成する円が測定光束の光軸Ｘと直交し、かつその中心が光軸Ｘ上に位置しているため、エッジ８ａが測定面Ｓａのみと接触するように被検物Ｓをステージ８上に載置し、ステージ８を光軸Ｘと平行に移動させるだけで、被検物の姿勢等を調節することなく短時間で容易に分光反射率を測定することができる。
【００２４】
また、表示器１６に表示される画像に対して姿勢調整のために特定の画像処理を行う必要がなく、ステージ８を光軸Ｘに垂直に移動可能に構成する必要もないため、装置構成を簡素にすることができる。
さらに、ステージ８の位置にずれが生じた際も、上述した組み付け時と同様の手順で位置調節を行うことができる。したがって、調製用のサンプルのみで保持部の位置調節を行うことができ、特殊な治工具を用いる必要がない。
【００２５】
次に、本発明の第二実施形態について、図５および図６を参照して説明する。なお、以降の説明において、すでに説明したものと共通する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００２６】
図６は、本実施形態の顕微分光反射率測定機６１の概略構成を示す図である。図６において、図示を省略しているが、分光器９、データ処理部１２、および表示器１６は、第一実施形態と同様の態様で接続あるいは配置されている。
また、図６に示すように、顕微分光反射率測定機６１は、ステージ８の位置調節に用いる第二画像を取得するための第二画像取得部６２をさらに備えている。
【００２７】
第二画像取得部６２は、ビームスプリッタ６３、コリメータレンズ６４、絞り６５、および撮像素子６６を備えている。ビームスプリッタ６３は、観察光学系１４に入射する反射光束の一部を分岐するように配置されている。ビームスプリッタ６３により分岐された光は、コリメータレンズ６４により平行光とされ、絞り６５を通って撮像素子６６で撮像される。撮像素子６６はデータ処理部１２に接続されており、撮像素子６６の取得した第二画像６７は、撮像素子１５の取得した画像と同時にまたは切り替えて表示器１６に表示可能である。
【００２８】
上記のように構成された顕微分光反射率測定機６１の使用時の動作について説明する。
図６（ａ）の左側は、ステージ８が好適に組み付けられた状態を示す図であり、右側はそのときの第二画像６７ａを示している。ステージ８が好適に組み付けられている場合、ステージ８に載置された調製用サンプルＲの測定面Ｒａ上に反射光束を集光させると、測定面Ｒａの面頂に集光する。このとき、第二画像６７ａにおける反射光束像は、真円または略真円状となる。なお、絞り６５の開口径および開口位置は、この状態においてコリメータレンズ６４から出射される光と略同一に設定しておく。
【００２９】
図６（ｂ）左側に示すように、ステージ８が光軸Ｘの垂直方向にずれていると、反射光束は、測定面Ｒａの面頂以外の位置に集光する。当該位置における測定面は、光軸Ｘに対して垂直でなく、傾いているため、測定面Ｒａで反射した光の一部は対物レンズ６に戻らず、反射光束が変化する。変化した反射光束は、絞り６５で一部遮られるため、取得される第二画像６７ｂにおける反射光束像は、図６（ｂ）右側に示すように、真円状ではなくなる。
したがって、組み付け作業者または使用者は、第二画像における反射光束像が真円状となるようにステージ８を光軸Ｘと垂直に移動させることにより、ステージ８を好適な位置に移動させることができる。位置決め後、ステージ８を筐体２０に取り付けると、ステージ８の組み付けまたは調整が終了する。
【００３０】
以上説明したように、本実施形態の顕微分光反射率測定機６１によれば、第一実施形態の顕微分光反射率測定機１と同様に、被検物の姿勢等を調節することなく短時間で容易に分光反射率を測定することができる。
【００３１】
また、第二画像取得部６２をさらに備えているため、第二画像６７における反射光束像を確認することにより、ステージ８を光軸Ｘ方向に何度も移動させずにステージ８の位置調節を行うことができる。したがって、ステージの位置調節をより短時間で容易に行うことができる。
【００３２】
本実施形態において、第二画像取得部は、顕微分光反射率測定機に据え付けられていても、取り外し可能にされてもいずれでもよい。後者の場合は、必要なときにだけ第二画像取得部を装着することで、通常使用時における顕微分光反射率測定機の装置構成を簡素かつコンパクトにすることができる。
【００３３】
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において構成要素の組み合わせを変えたり、各構成要素に種々の変更を加えたり、削除したりすることが可能である。
【００３４】
例えば、本発明の顕微分光反射率測定機における保持部は、上述のものに限定されず、図７に示すように複数の爪部７２を接触部として有するステージ７１のようなものでもよい。この場合も、すべての爪部７２が同一の仮想円Ｖｃの円周上に位置していれば、仮想円Ｖｃが光軸Ｘに対して直交し、かつ仮想円Ｖｃの中心が光軸Ｘ上に位置するようにステージを取り付けて、すべての爪部７２が球面状の測定面に接するように被検物をステージ７１に載置することで、同様の効果を得ることができる。
【００３５】
また、接触部が存在する仮想円の直径が異なる複数の保持部を交換可能に備えてもよい。このようにすると、被検物の大きさに合わせて保持部を適宜交換することで、様々な大きさの被検物の測定が可能になる。
【００３６】
また、保持部は、必ずしも移動可能に構成されなくてもよく、測定光束が出射される対物レンズに対して相対移動可能であればよい。したがって、当該対物レンズを含む諸機構が保持部に対して測定光束の光軸Ｘと平行に移動する構成とされてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１  光源
８、７１  ステージ（保持部）
８ｂ  エッジ（接触部）
１４  観察光学系
１７  画像
５１、６１  顕微分光反射率測定機
６２  第二画像取得部
６７、６７ａ、６７ｂ  第二画像
７２  爪部（接触部）
Ｓ  被検物
Ｓａ  測定面
Ｖｃ  仮想円（円）
Ｘ  光軸
【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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