(57)【要約】      （修正有）【課題】試料からの散乱光の全方向の強度分布を生成可能な測定装置、及び測定方法を提供する。【解決手段】試料９８に光を照射する光源８２と、試料９８からの散乱光を受光する受光器８８と、を有し、散乱光の強度分布を測定可能な測定装置１０で、光源からの光を反射して試料に光を照射する全反射ミラー、及び光源からの光の一部を反射して試料に光を照射するとともに散乱光の一部を透過するハーフミラー８６が設けられている。試料の光の照射位置を中心として散乱光が全反射ミラーにより遮られる角度範囲外で受光器が受光した散乱光の強度分布と、照射位置を中心として散乱光がハーフミラーにより遮られる角度範囲内で受光器が受光したハーフミラーの透過光の強度分布と、を生成し、透過光の強度分布を、散乱光の強度分布に基づいて補正して、補正後の透過光の強度分布を散乱光の強度分布に繋ぎ合わせたデータを生成する演算部と、を有する。【選択図】図１
2013224825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に光を照射する光源と、前記試料からの散乱光を受光する受光器と、を有し、前記散乱光の強度分布を測定可能な測定装置であって、
前記光源からの光を反射して前記試料に光を照射する全反射ミラー、及び前記光源からの光の一部を反射して前記試料に光を照射するとともに前記散乱光の一部を透過するハーフミラーが設けられ、
前記試料の光の照射位置を中心として前記散乱光が前記全反射ミラーにより遮られる角度範囲外で前記受光器が受光した前記散乱光の強度分布と、前記照射位置を中心として前記散乱光が前記ハーフミラーにより遮られる角度範囲内で前記受光器が受光した前記ハーフミラーの透過光の強度分布と、を生成し、前記透過光の強度分布を、前記散乱光の強度分布に基づいて補正して、補正後の透過光の強度分布を前記散乱光の強度分布に繋ぎ合わせたデータを生成する演算部と、を有することを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記ハーフミラーが、前記照射位置から見込む前記全反射ミラーの外形を境界とする角度範囲を包含する角度範囲を見込む外形となるように配置されていることにより、前記透過光の強度分布の角度範囲の一部が前記散乱光の強度分布の角度範囲の一部に重複しており、
前記演算部は、
前記透過光の強度分布及び前記散乱光の強度分布の互いに重複する角度範囲の曲線に基づいて前記透過光の強度分布を補正して、補正後の透過光の強度分布を前記散乱光の強度分布に繋ぎ合わせることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
鉛直方向の回転軸と、水平方向の回転軸と、を備え、前記照射位置を中心として回動可能なアームが設けられ、
前記受光器は、
先端に取り付けられ、前記アームの回動により前記照射位置を中心として円弧状に移動可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記アームの鉛直方向の回転軸と同軸の回転軸と、水平方向の回転軸と、を有する前記照射位置を中心として回動可能な第２アームを有し、
前記光源及び前記ハーフミラーは、
前記第２アームの先端に取り付けられ、前記第２アームの回動により前記照射位置を中心として円弧状に移動可能であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項５】
前記試料を、鉛直方向を回転軸として回転させる試料台が設けられるとともに、前記試料台を、前記試料台の回転軸と同軸で回転させるステージが設けられ、
前記試料台及び前記ステージを同一の回転角度であって互いに逆向きに回転させる制御部が設けられたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項６】
前記試料台は、その中央部が透明となっている、若しくはその中央部に貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の測定装置。
【請求項７】
試料に照射した光の散乱光を測定する測定方法であって、
光源からの光を全反射ミラーに反射させて前記試料に光を照射し、
前記試料からの光の照射位置を中心として前記散乱光が前記ハーフミラーにより遮られる角度範囲外において前記散乱光を受光して前記散乱光の強度分布を生成し、
光源からの光をハーフミラーに反射させて前記試料に光を照射し、
前記試料照射位置を中心として前記散乱光が前記ハーフミラーにより遮られる角度範囲内において前記ハーフミラーの透過光を受光して前記透過光の強度分布を生成し、
前記透過光の強度分布を、前記散乱光の強度分布に基づいて補正して、補正後の透過光の強度分布を前記散乱光の強度分布に繋ぎ合わせることを特徴とする測定方法。
【請求項８】
前記ハーフミラーを、前記照射位置から見込む前記全反射ミラーの外形を境界とする角度範囲を包含する角度範囲を見込む外形となるように配置して、前記透過光の強度分布の角度範囲の一部を前記散乱光の強度分布の角度範囲の一部に重複させ、
前記透過光の強度分布及び前記散乱光の強度分布の互いに重複する角度範囲の曲線に基づいて前記透過光の強度分布を補正して、補正後の透過光の強度分布を前記散乱光の強度分布に繋ぎ合わせることを特徴とする請求項７に記載の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗装プラスチック、着色アルミニウムなどの試料に対して、色、光沢及び写像性等の検査を行なうための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
塗装プラスチック、着色アルミニウム、カラーステンレスなどの工業製品は、その外観の仕上がりの優劣が販売、価格競争の結果に大きな景況を与える。特に、自動車、家電製品などの外観の色、光沢、つや、写像性の測定は製品管理、検査の重要な課題であり、各産業界では種々の方法が採用され、実施されている。
【０００３】
色彩と光沢は視覚に与える心理的効果としては切り離せないものであり、光沢感とつや感とは関連がありながら感覚的にはそれぞれ独立した特性である。また、写像性は光沢では評価できない外観の美観を表現するものである。これらの４つの光学的表面特性全部を測定することによって初めて総合的かつ十分な外観管理が可能となる。
【０００４】
図１０に従来技術の測定装置の配置図を示す。図１０に示すように、測定装置２００は、試料２１６が搭載される試料台２０２、光源２０４、受光器２０６を、ゴニオメータ（不図示）に配置した構造を有している。ゴニオメータ（不図示）は、光源２０４及び受光器２０６を、それぞれ試料台２０２を中心とし試料台２０２からの距離を一定に保ったまま円弧状に回動させることができる。光源２０４の光軸と受光器２０６の光軸は試料２１６表面で交差している。また、ゴニオメータ（不図示）は、光源２０４の試料２１６表面での反射光の光軸と受光器２０６の光軸とが一致する状態を維持しつつ光源２０４及び受光器２０６の光軸の試料２１６表面に対する入射角度を任意に変更する操作を行なうこともできる。
【０００５】
光源２０４の光軸上には集光レンズ２０５、及びコリメートレンズ２０８が配置され、集光レンズ２０５とコリメートレンズ２０８の間であって両者の焦点となる位置にピンホール２１０が配置されている。また、受光器２０６の光軸上には集光レンズ２１２が配置され、受光器２０６と集光レンズ２１２の間であって集光レンズ２１２の焦点となる位置にピンホール２１４が配置されている。これらの構成要素もゴニオメータ（不図示）に取り付けられ、光源２０４及び受光器２０６の移動に連動して移動し常時各光軸上に配置された状態を維持することができる。
【０００６】
上記測定装置を用いて試料からの散乱光を測定する場合、ピンホール２１０から光源２０４の光を通過させ、コリメートレンズ２０８で平行光束を形成し、平行光束を試料２１６表面に照射する。そして、試料に照射された光の散乱光（または反射光）を集光レンズ２１２によってピンホール２１４の上に集光させ、ピンホール２１４から出た光の量を受光器２０６で測定する（特許文献１参照）。
【０００７】
また、ゴニオメータ（不図示）において、光源２０４を固定して受光器２０６のみを回動させる操作を行ないながら散乱光を受光して試料２１６の光沢等の検査を行なうことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−２１５６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、光源２０４、コリメートレンズ２０８等からなる光学系は、その光軸と同軸、またはその周辺方向に進行する反射光や散乱光を遮ることになる。よって、図１０に示すように、光源の光軸を包含する一定の角度範囲（図中の矢印で記した角度範囲）で受光器２０６がそれらの光を検知することが困難であった。
【００１０】
そこで、本発明は、上記問題点に着目し、光源等からなる光学系の光軸と同軸、またはその周辺方向に進行する散乱光も受光可能とし、散乱光の全方向の強度分布を生成可能な測定装置、及び測定方法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】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の測定装置は、試料に光を照射する光源と、前記試料からの散乱光を受光する受光器と、を有し、前記散乱光の強度分布を測定可能な測定装置であって、前記光源からの光を反射して前記試料に光を照射する全反射ミラー、及び前記光源からの光の一部を反射して前記試料に光を照射するとともに前記散乱光の一部を透過するハーフミラーが設けられ、前記試料の光の照射位置を中心として前記散乱光が前記全反射ミラーにより遮られる角度範囲外で前記受光器が受光した前記散乱光の強度分布と、前記照射位置を中心として前記散乱光が前記ハーフミラーにより遮られる角度範囲内で前記受光器が受光した前記ハーフミラーの透過光の強度分布と、を生成し、前記透過光の強度分布を、前記散乱光の強度分布に基づいて補正して、補正後の透過光の強度分布を前記散乱光の強度分布に繋ぎ合わせたデータを生成する演算部と、を有することを特徴としている。
【００１２】
上記構成により、光源等を包含する光学系と干渉する成分をハーフミラーの透過光により受光し、透過光の強度分布を全反射ミラーによる散乱光の強度分布に繋ぎ合わせて全方向の散乱光の強度分布を網羅したデータを生成することが可能な測定装置となる。
【００１３】
また、前記ハーフミラーが、前記照射位置から見込む前記全反射ミラーの外形を境界とする角度範囲を包含する角度範囲を見込む外形となるように配置されていることにより、前記透過光の強度分布の角度範囲の一部が前記散乱光の強度分布の角度範囲の一部に重複しており、前記演算部は、前記透過光の強度分布及び前記散乱光の強度分布の互いに重複する角度範囲の曲線に基づいて前記透過光の強度分布を補正して、補正後の透過光の強度分布を前記散乱光の強度分布に繋ぎ合わせることを特徴としている。
上記構成により、透過光の強度分布を散乱光の強度分布に基づいた補正のための演算を容易に行うことが可能な測定装置となる。
【００１４】
上記発明において、鉛直方向の回転軸と、水平方向の回転軸と、を備え、前記照射位置を中心として回動可能なアームが設けられ、前記受光器は、先端に取り付けられ、前記アームの回動により前記照射位置を中心として円弧状に移動可能であることを特徴としている。
上記構成により、試料の光学的表面特性を容易に測定することができる。
【００１５】
上記発明において、前記アームの鉛直方向の回転軸と同軸の回転軸と、水平方向の回転軸と、を有する前記照射位置を中心として回動可能な第２アームを有し、前記光源及び前記ハーフミラーは、前記第２アームの先端に取り付けられ、前記第２アームの回動により前記照射位置を中心として円弧状に移動可能であることを特徴としている。
上記構成により、光源及び受光器を任意に動かして試料の光学的表面特性を測定することができる。
【００１６】
上記発明において、前記試料を、鉛直方向を回転軸として回転させる試料台が設けられるとともに、前記試料台を、前記試料台の回転軸と同軸で回転させるステージが設けられ、前記試料台及び前記ステージを同一の回転角度であって互いに逆向きに回転させる制御部が設けられたことを特徴としている。
上記構成により、試料台及びステージを回転させても試料は回転しない。また、ステージは、光源を支持する第２アームに干渉する場合があるが、ステージを回転させることにより、第２アームとステージとの干渉を回避することができる。
【００１７】
上記発明において、前記試料は試料台に配置されるとともに、前記試料台は、その中央部が透明となっている、若しくはその中央部に貫通孔が設けられていることを特徴としている。
上記構成により、試料の透過法による写像性の検査等を行なうことができる。
【００１８】
一方、本発明に係る測定方法は、試料に照射した光の散乱光を測定する測定方法であって、光源からの光を全反射ミラーに反射させて前記試料に光を照射し、前記試料からの光の照射位置を中心として前記散乱光が前記ハーフミラーにより遮られる角度範囲外において前記散乱光を受光して前記散乱光の強度分布を生成し、光源からの光をハーフミラーに反射させて前記試料に光を照射し、前記試料照射位置を中心として前記散乱光が前記ハーフミラーにより遮られる角度範囲内において前記ハーフミラーの透過光を受光して前記透過光の強度分布を生成し、前記透過光の強度分布を、前記散乱光の強度分布に基づいて補正して、補正後の透過光の強度分布を前記散乱光の強度分布に繋ぎ合わせることを特徴としている。
【００１９】
上記方法により、光源等を包含する光学系と干渉する成分をハーフミラーの透過光により受光し、透過光の強度分布を全反射ミラーによる散乱光の強度分布に繋ぎ合わせて全方向の散乱光の強度分布を生成することができる。
【００２０】
また、前記ハーフミラーを、前記照射位置から見込む前記全反射ミラーの外形を境界とする角度範囲を包含する角度範囲を見込む外形となるように配置して、前記透過光の強度分布の角度範囲の一部を前記散乱光の強度分布の角度範囲の一部に重複させ、前記透過光の強度分布及び前記散乱光の強度分布の互いに重複する角度範囲の曲線に基づいて前記透過光の強度分布を補正して、補正後の透過光の強度分布を前記散乱光の強度分布に繋ぎ合わせることを特徴としている。
上記方法により、透過光の強度分布を散乱光の強度分布に基づいた補正のための演算を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る測定装置、及び測定方法によれば、光源等を包含する光学系と干渉する成分をハーフミラーの透過光により受光し、透過光の強度分布を全反射ミラーによる散乱光の強度分布に繋ぎ合わせて全方向の散乱光の強度分布を網羅したデータを生成することが可能となる。また、ハーフミラーを用いた透過光の強度分布の角度範囲の一部を、全反射ミラーを用いた散乱光の強度分布の角度範囲の一部に重複させるので、透過光の強度分布を散乱光の強度分布に基づいた補正のための演算を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態の測定装置（ハーフミラー）の正面図と、正面図中の破線で囲まれた部分の平面図である。
【図２】本実施形態のステージ及び試料台の平面図である。
【図３】本実施形態のステージ及び試料台の側面図である。
【図４】本実施形態の測定装置（ハーフミラー）の測定範囲を示す図である。
【図５】本実施形態の測定装置（全反射ミラー）の正面図と、正面図中の破線で囲まれた部分の平面図である。
【図６】本実施形態の測定装置（全反射ミラー）の測定範囲を示す図である。
【図７】受光器で受光した散乱光及びハーフミラーの透過光の強度分布の曲線を示す図である。
【図８】受光器で受光した散乱光の強度分布と、ハーフミラーの透過光の強度分布と、を合成して得られた散乱光の強度分布の曲線を示す図である。
【図９】本実施形態の測定装置（全反射ミラー）の透過測定を行なう場合の配置を示す図である。
【図１０】従来技術の測定装置の配置図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。なお、図において、並進軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は互いに直交するものとする。また、回転方向を示すθ及びφにおいて、φの回転軸はＺ軸に平行であり、θの回転軸はφの回転軸に直交するものとする。
【００２４】
図１に、本実施形態の測定装置（ハーフミラー）の正面図と、正面図中の破線で囲まれた部分の平面図を示す。また、図２に、本実施形態のステージ及び試料台の平面図を示し、図３に、本実施形態のステージ及び試料台の側面図を示す。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態の測定装置１０は、支持台１２上で鉛直方向に立設された円柱形の支柱１４を回転軸として、門型の下部アーム１６、Ｌ字型のＬ型アーム３６が取り付けられている。そして、Ｌ型アーム３６の先端には光源部７８を支持する回転アーム４２が回転自在に取り付けられ、下部アーム１６の先端には、受光器８８を支持する門型の上部アーム２４が回転自在に取り付けられている。また支柱１４の先端には試料台５０が搭載されたステージ５８が取り付けられている。なお、図１（後述の図５、図９）において、試料台５０、光源部７８、受光器８８（光電子増倍管９６を除く）は、それぞれ断面図により表している。
【００２６】
詳細は後述するが、本実施形態の測定装置１０は、試料９８に光を照射する光源８２と、前記試料９８からの散乱光を受光する受光器８８と、を有し、前記散乱光の強度分布を測定可能な測定装置１０である。測定装置１０において、前記光源８２からの光を反射して前記試料９８に光を照射する全反射ミラー１００、及び前記光源８２からの光の一部を反射して前記試料９８に光を照射するとともに前記散乱光の一部を透過するハーフミラー８６が設けられている。
【００２７】
そして、前記試料９８の光の照射位置を中心として前記散乱光が前記全反射ミラー１００により遮られる角度範囲外で前記受光器８８が受光した前記散乱光の強度分布と、前記照射位置を中心として前記散乱光が前記ハーフミラー８６により遮られる角度範囲内で前記受光器８８が受光した前記ハーフミラー８６の透過光の強度分布と、を生成し、前記透過光の強度分布を、前記散乱光の強度分布に基づいて補正して、補正後の透過光の強度分布を前記散乱光の強度分布に繋ぎ合わせることを特徴としている。
【００２８】
これにより、光源８２等を包含する光学系と干渉する成分をハーフミラー８６の透過光により受光し、透過光の強度分布を後述の全反射ミラー１００（図５）による散乱光の強度分布に繋ぎ合わせて全方向の散乱光の強度分布を網羅したデータを生成することが可能な測定装置１０となっている。
【００２９】
また、測定装置１０において、前記ハーフミラー８６が、前記照射位置から見込む前記全反射ミラー１００の外形を境界とする角度範囲を包含する角度範囲を見込む外形となるように配置されていることにより、前記透過光の強度分布の角度範囲の一部が前記散乱光の強度分布の角度範囲の一部に重複している。そして、前記透過光の強度分布及び前記散乱光の強度分布の互いに重複する角度範囲の曲線に基づいて前記透過光の強度分布を補正して、補正後の透過光の強度分布を前記散乱光の強度分布に繋ぎ合わせることを特徴としている。これにより、透過光の強度分布を散乱光の強度分布に基づいた補正のための演算を容易に行うことができる測定装置１０となっている。
【００３０】
門型の下部アーム１６は、鉛直方向（Ｚ軸）の回りを回転、すなわちφ方向に回転する部材であり、支柱１４が貫通する水平アーム１８と、水平アーム１８の長手方向の両端から鉛直上方に延出する鉛直アーム２０と、からなる。そして、水平アーム１８の支柱１４が貫通する部分の周囲と支柱１４により、水平アーム１８（下部アーム１６）をφ方向に回転自在に支持する軸受け部２２を構築している。なお軸受け部２２には、下部アーム１６を回転させるモータ（不図示）が取り付けられている。
【００３１】
受光器８８を支持する門型の上部アーム２４は、下部アーム１６によりθ方向に回転自在に支持される部材であり、受光器８８を支持する支持アーム２６と、支持アーム２６の長手方向の両端から鉛直アーム２０に向けて延出した回転アーム２８と、からなる。支持アーム２６は、長手方向が水平に向けられ、長手方向の中央部に受光器８８が取り付けられている。
【００３２】
回転アーム２８の長手方向の中央部と鉛直アーム２０の先端部とが軸受け部３０により接続され、軸受け部３０は回転アーム２８（上部アーム２４）をθ方向に回転させることができる。軸受け部３０には、モータ３２が設けられ、モータ３２が軸受け部３０を回転させることにより、回転アーム２８をθ方向に回転させることができる。また回転アーム２８の先端には錘３４が取り付けられ、回転アーム２８の受光器８８側と錘３４側との間で釣り合いがとれるようにし、モータ３２に対する負担を軽減している。
【００３３】
Ｌ型アーム３６（第２アーム）は、水平アーム３８と、水平アーム３８の長手方向の一方の端部から鉛直方向に延出した鉛直アーム４０と、から構成されている。水平アーム３８の長手方向の他方の端部には支柱１４が貫通し、水平アーム３８の支柱１４が貫通した部分の周囲と、支柱１４と、により、水平アーム３８（Ｌ型アーム３６）をφ方向に回転自在に支持する軸受け部４１を構築している。なお軸受け部４１には、Ｌ型アーム３６を回転させるモータ（不図示）が取り付けられている。
【００３４】
Ｌ型アーム３６には、光源部７８を支持する回転アーム４２（第２アーム）がθ方向に回転自在に取り付けられている。回転アーム４２の長手方向の一端には光源部７８が取り付けられ、他端には錘４４が取り付けられ、回転アーム４２の光源部７８側と錘４４側との間の釣り合いをとっている。そして回転アーム４２の長手方向の中央部と鉛直アーム４０の先端部とが軸受け部４６により接続され、軸受け部４６は回転アーム４２をθ方向に回転させることができる。なお、光源部７８を支持する回転アーム４２の軸受け部４６（回転軸）、及び受光器８８を支持する上部アーム２４の軸受け部３０（回転軸）の高さは互いに一致している。
【００３５】
図１、図２に示すように、試料台５０は、Ｌ字型のステージ５８上に配置されるものであり、円形の回転ステージ５２と、回転ステージ５２を支持する支持部５４と、からなる。回転ステージ５２には試料９８が配置される。また、回転ステージ５２の中央には、平面視で試料９８上の光の照射領域より外側で内壁を形成する貫通孔５６が形成され、これにより回転ステージ５２はリング形状となる。回転ステージ５２は、モータ（不図示）により回転ステージ５２の中心位置を回転軸とし、支柱１４の中心軸（ステージ５８の回転軸）と同軸となるように回転することができる。なお、貫通孔５６には透明なガラス板を嵌め込んでもよい。
【００３６】
Ｌ字型のステージ５８は、水平アーム６０、昇降ステージ６４、Ｘアオリステージ６６、Ｙアオリステージ７２、上下微調整機構７７を有し、上下微調整機構７７上に試料台５０が配置されている。水平アーム６０は、長手方向の一端で支柱１４が貫通し、他端に昇降ステージ６４が配置されている。水平アーム６０の支柱１４が貫通した部分の周囲と、支柱１４と、により、水平アーム６０（ステージ５８）をφ方向に回転自在に支持する軸受け部６２を構築している。図１に示すように、水平アーム６０は、通常その長手方向がＸ軸方向に向いている。
【００３７】
昇降ステージ６４は、自らがＺ軸方向に伸縮することが可能であり、試料台５０に配置された試料９８の上面の高さを、上部アーム２４の軸受け部３０（回転軸）及び回転アーム４２の軸受け部４６（回転軸）と同じ高さに調整することができる。
【００３８】
図１に示すように、Ｘアオリステージ６６は、試料９８の上面を通過するＹ軸方向の線を中心線として半径Ｒｘとなる円筒の側壁の一部と同一曲面を形成する凸型の接触面を有する上部ステージ６８と、凸型の接触面の形状を反転させた曲面となる凹型の接触面を有する下部ステージ７０と、の接触面同士を互いに接触させたものである。また、上部ステージ６８上に上下微調整機構７７が配置される。よって、Ｘアオリステージ６６において、下部ステージ７０の接触面に対して上部ステージ６８の接触面をスライドさせる態様で上部ステージ６８を動かすことにより、試料９８の上面を通過するＹ軸方向の線を回転軸として、試料台５０をＸ軸方向に傾斜させることができる。
【００３９】
図３に示すように、Ｙアオリステージ７２は、試料９８の上面を通過するＸ軸方向の線を中心線として半径Ｒｙとなる円筒の側壁の一部と同一曲面を形成する凸型の接触面を有する上部ステージ７４と、凸型の接触面の形状を反転させた曲面となる凹型の接触面を有する下部ステージ７６と、の接触面同士を互いに接触させたものである。また、上部ステージ７４にＸアオリステージ６６が搭載される。よって、Ｙアオリステージ７２において、下部ステージ７６の接触面に対して上部ステージ７４の接触面をスライドさせる態様で上部ステージ７４を動かすことにより、試料９８の上面を通過するＸ軸方向の線を回転軸として、試料台５０をＹ軸方向に傾斜させることができる。
【００４０】
上下微調整機構７７は、自らが鉛直方向に伸縮自在となる構成を有し、その上部に試料台５０が配置される。試料９８の上面の高さ位置は、試料９８の厚みによって異なる。そこで、上下微調整機構７７は、試料台５０（回転ステージ５２）の高さ位置が、試料９８の上面の高さがＸアオリステージ６６及びＹアオリステージ７２の中心軸の高さと同じ高さとなるように微調整可能となっている。
【００４１】
図１に示すように、光源部７８は、回転アーム４２に取り付けられた筐体８０、光源８２、コリメートレンズ８４、ハーフミラー８６（または後述の全反射ミラー１００）により構成されている。
【００４２】
光源８２は、白色光源（白熱電球、ＬＥＤ、Ｘｅランプ等）、単色光源（ＬＥＤ、レーザー等）など使用目的に応じて多種多様なものを用いることができ、筐体８０内に配置されている。なお、光源８２は、筐体８０の外部、例えば支持台１２中に配置して、光ファイバー等で筐体８０内に光源８２からの光を導入してもよい。また支持台１２中に光源８２と分光器（不図示）を配置し、光源８２からの光を分光器（不図示）に通して単色光にし、これを光ファイバー等で筐体８０内に導入してもよい。
【００４３】
コリメートレンズ８４は、光源８２から放射状に放出される光を平行光にするレンズであり、筐体８０の開口部に取り付けられている。ハーフミラー８６は、平行光となった光の一部を反射して試料９８に光を照射するとともに、試料９８からの散乱光の一部を受光器８８側に透過するものである。ハーフミラー８６は、回転アーム４２を鉛直方向に向けた場合に試料９８の真上となるように筐体８０に取り付けられている。またハーフミラー８６は、図１の平面図に示すように、後述の全反射ミラー１００よりもＹ軸方向（θ方向）に幅広に設計されている。なお、必要に応じて、筐体８０において、光源８２及びコリメートレンズ８４を通過する光軸上となる位置にＮＤフィルタ、可変絞り、偏光板、写像性測定用のスリット等を配置してもよい。
【００４４】
コリメートレンズ８４の光軸（図中の一点鎖線）は回転アーム４２の軸受け部４６の回転軸と平行となっている。また、ハーフミラー８６は、コリメートレンズ８４からの光に対して４５度傾けられ、ハーフミラー８６において光源８２からの一定の反射率で直角に折り曲げられハーフミラー８６の反射光が軸受け部４６の回転軸に対して垂直となる。よって、回転アーム４２を鉛直方向に向けた場合、コリメートレンズ８４の光軸は、ハーフミラー８６により直角に折り曲げられ、試料９８の上面の法線と平行になって試料９８と交わる。
【００４５】
光源部７８は、θ方向に回転する回転アーム４２に支持され、回転アーム４２はφ方向に回転するＬ型アーム３６に支持されている。これにより、光源部７８は、試料９８の上面上の一点を中心として、その一点からの距離を一定に保ったまま球面を描くように移動することができる。よって、回転アーム４２を回転させて光源８２からの光の光軸を傾斜させた場合でも、試料９８の上面の光の照射位置は不変となる。
【００４６】
受光器８８は、支持アーム２６に支持される筐体９０、集光レンズ９２、拡散板９４、光電子増倍管９６により構成されている。受光器８８においては、集光レンズ９２が試料９８からの散乱光または反射光を集光し、拡散板９４が、集光レンズ９２が集光した光を光電子増倍管９６の受光面に均一に当るように光を拡散させ、光電子増倍管９６が受光した光を増幅して電気信号として出力する。受光器８８は、回転アーム２８の長手方向を鉛直方向（Ｚ軸）に向けたときに試料９８の真上となるように配置され、受光器８８の光軸も鉛直下方に向くように配置される。なお、必要に応じて、受光器８８内において、受光器８８の光軸（図中の一点鎖線）と重なる位置に可変絞り、偏光板、写像性測定用の光学櫛等を配置してもよい。
【００４７】
受光器８８は、θ方向に回転する上部アーム２４に支持され、上部アーム２４はφ方向に回転する下部アーム１６に支持されている。これにより、受光器８８は、試料９８の上面上の一点を中心として、その一点からの距離を一定に保ったまま球面を描くように移動することができる。よって上部アーム２４を回転させて受光器８８の光軸を傾斜させた場合でも、受光器８８の光軸の試料９８の上面を通過する位置が不変となり、光の照射位置に常に向けられる。
【００４８】
図１のように、回転アーム２８及び回転アーム４２の長手方向を鉛直方向に向けた場合には、試料９８、ハーフミラー８６（後述の全反射ミラー１００）、受光器８８が同一直線状に並ぶ。また、ハーフミラー８６から試料９８に向かう光軸と、受光器８８の光軸と、が同軸となる。そして光源８２からの光は、ハーフミラー８６において一定の割合（例えば５０パーセント）で反射されて試料９８に照射され、その反射光（散乱光）が一定の割合（例えば５０パーセント）でハーフミラー８６を透過して受光器８８に到達する。
【００４９】
なお、本実施形態では、ハーフミラー８６（後述の全反射ミラー１００）により折り曲げられた光軸が試料９８の上面に垂直になるときの角度、及び受光器８８の光軸が試料９８の上面に垂直になるときの角度を、それぞれθ＝０とし、各光軸が水平になるときの角度をθ＝π／２，−π／２とする。
【００５０】
図４に、本実施形態の測定装置（ハーフミラー）の測定範囲を示す。図４に示すように、受光器８８の光軸の方向θが、θ＝０を中心として、θ１＜θ＜θ２の範囲にあるときに、受光器８８の光軸がハーフミラー８６に干渉することになる。よって、この範囲において、受光器８８は、試料９８からの散乱光（反射光）を、ハーフミラー８６の透過光により受光することができる。
【００５１】
図５に、本実施形態の測定装置（全反射ミラー）の正面図と、正面図中の一点鎖線で囲まれた部分の平面図を示す。図５に示すように、本実施形態の測定装置１０は、ハーフミラー８６を全反射ミラー１００に置き換えることができる。光源部７８の筐体８０は、ハーフミラー８６及び全反射ミラー１００がそれぞれ着脱自在となっており、いずれか一方を取り付けることができる。全反射ミラー１００は、図１のハーフミラー８６と同一の光軸を有するように配置され、光源８２からの光を全て試料９８側に反射するものである。よって、試料９８上の光の照射位置、全反射ミラー１００、受光器８８が一直線上に並ぶと、受光器８８の光軸が全反射ミラー１００に遮蔽され、散乱光の受光器８８に向かう成分も全反射ミラー１００に遮蔽される。
【００５２】
図６に、本実施形態の測定装置（全反射ミラー）の測定範囲を示す。図６に示すように、θ＝０を中心として、θ３＜θ＜θ４の範囲では、試料９８からの散乱光が全反射ミラー１００に遮蔽される。一方、−π／２＜θ＜θ３，θ４＜θ＜π／２の範囲では、散乱光が全反射ミラー１００に遮られることはなく、この範囲で受光器８８により散乱光を直接受光することができる。
【００５３】
本実施形態では、筐体８０にハーフミラー８６を取り付けた場合の散乱光の強度分布と、筐体８０に全反射ミラー１００を取り付けた場合の散乱光の強度分布を測定する。
【００５４】
筐体８０にハーフミラー８６を取り付けた場合は、光の照射位置を中心として散乱光がハーフミラー８６により遮られる角度範囲（θ１＜θ＜θ２）において、ハーフミラー８６の透過光の強度分布を測定する。筐体８０に全反射ミラー１００を取り付けた場合は、光の照射位置を中心とし散乱光が全反射ミラー１００に遮られる角度範囲よりも外側の角度範囲（−π／２＜θ＜θ３，θ４＜θ＜π／２）で散乱光の強度分布を測定する。
【００５５】
また、ハーフミラー８６は、試料９８上の光の照射位置から見込む全反射ミラー１００の外形を境界とする角度範囲を包含する角度範囲を見込む外形となるように配置し、ハーフミラー８６を用いた透過光の強度分布の角度範囲の一部を、全反射ミラー１００を用いた散乱光の強度分布の角度範囲の一部に重複させる必要がある。
【００５６】
そこで、本実施形態では、光源８２からの光の試料９８上の照射位置から全反射ミラー１００の外形を見込むθ方向の角度範囲（立体角）よりも、ハーフミラー８６の外形を見込むθ方向の角度範囲（立体角）が大きくなるように、図１に示すように、ハーフミラー８６のＹ軸方向の長さを全反射ミラー１００のＹ軸方向の長さよりも長くしている。
【００５７】
上記配置とすることにより、図６に示すように、θ１＜θ３となり、θ４＜θ２となる。そして、θ１＜θ＜θ３，θ４＜θ＜θ２の範囲で、ハーフミラー８６を用いた透過光の強度分布の角度範囲と、全反射ミラー１００を用いた散乱光の強度分布の角度範囲と、が互いに重複する。
【００５８】
本実施形態の測定装置１０には、インターフェース（不図示）を介してＰＣ（パーソナルコンピュータ、不図示）が接続され、ＰＣのアプリケーションとして制御部（不図示）と、演算部（不図示）が設けられている。
【００５９】
制御部は、光源８２及び光電子増倍管９６のオンオフ制御が可能とされ、各種アームに取り付けられたモータの回転量を制御することができる。ハーフミラー８６の透過光の強度分布の測定の際、制御部は、θ１＜θ＜θ２の角度範囲で、一定の角度幅で受光器８８（上部アーム２４）を回転させて、受光器８８にハーフミラー８６の透過光を受光させる。全反射ミラー１００を用いた散乱光の強度分布の測定の際、制御部は、−π／２＜θ＜θ３，θ４＜θ＜π／２の角度範囲で、一定の角度幅で受光器８８（上部アーム２４）を回転させて、受光器８８に散乱光を受光させる。
【００６０】
いずれの場合においても、制御部は、受光器８８が受光した光の強度Ｉ（図７）を角度θに対応させた強度分布データを生成して、ＰＣ付属の記憶領域に記憶する。また制御部は、ＰＣ付属のモニタにおいて、θを横軸とし、強度Ｉを縦軸とする強度分布のグラフを表示することができる。
【００６１】
また、制御部は、０＜φ＜２πの範囲で、φ方向に一定の角度幅で光源８２（回転アーム４２）または受光器８８（上部アーム２４）を回転させて、受光器８８に全反射ミラーを用いた散乱光、またはハーフミラー８６の透過光を受光させて強度分布データを生成し、ＰＣ付属の記憶領域に記憶する。よって制御部は、例えば光源８２のθ方向及びφ方向の位置を任意に設定し、受光器８８をθ方向及びφ方向に回転させて、散乱光のθ方向及びφ方向の強度分布データと、ハーフミラー８６の透過光のθ方向及びφ方向の強度分布データを生成することができる。
【００６２】
演算部は、ハーフミラー８６を用いた透過光の強度分布と、全反射ミラー１００を用いた散乱光の強度分布の互いに重複する角度範囲の曲線に基づいて透過光の強度分布を補正して、補正後の透過光の強度分布を散乱光の強度分布に繋ぎ合わせた強度分布データを生成するものである。
【００６３】
図７に、受光器で受光した散乱光及びハーフミラーの透過光の強度分布の曲線を示し、図８に、受光器で受光した散乱光の強度分布と、ハーフミラーの透過光の強度分布と、を合成して得られた散乱光の強度分布の曲線を示す。図７に示すように、ハーフミラー８６を用いた透過光の強度分布と、全反射ミラー１００を用いた散乱光の強度分布は、θ１＜θ＜θ３，θ４＜θ＜θ２の範囲で互いに重複している。一方、ハーフミラー８６は、試料９８からの散乱光を一定の割合（例えば５０％）でＮＤフィルタのように透過する。よって、重複する角度範囲において、ハーフミラー８６を用いた透過光の強度分布は、全反射ミラー１００を用いた散乱光の強度分布より低い値となる。
【００６４】
ところで、散乱光が光源８２やハーフミラー８６等に遮られることがない場合を考えると、試料９８に照射された散乱光の強度分布（θ１＜θ＜θ３）は図７の破線で示された曲線１０２を描く。一方、ハーフミラー８６からの透過光は、試料９８からの散乱光がハーフミラー８６を透過したものである。よって、ハーフミラー８６からの透過光の強度分布の曲線１０４は、図７の破線で示す曲線１０２の相似形となる。したがって、ハーフミラー８６を用いた透過光の強度分布を、ハーフミラー８６を用いた透過光の強度分布と全反射ミラー１００を用いた散乱光の強度分布との比を掛けて補正することにより、図７の破線で示された曲線１０２に係る強度分布を、補正後の透過光の強度分布により求めることができる。
【００６５】
ここで、θ１＜θ＜θ３の範囲の任意の角度θにおけるハーフミラー８６を用いた透過光の強度をＩｈ１とし、全反射ミラー１００を用いた散乱光の強度をＩｚとする。また、θ３＜θ＜０の範囲の透過光強度をＩｈ２とする。このとき、θ３＜θ＜０の範囲の図７の破線の曲線が示す散乱光の強度Ｉｚ０は、
【数１】
2013224825.tif 000003
と求めることができる。本実施形態では、図７に示すいずれの曲線も左右対称となるので、θ３とθ４の絶対値は互いに一致し、０＜θ＜θ４の範囲でも同様の計算を行なうことができる。
【００６６】
上の式は、θ３＜θ＜０（０＜θ＜θ４）の範囲で、Ｉｚ／Ｉｈ１の値が一定であるとの前提で成り立つ式である。しかし、その範囲でＩｚ／Ｉｈ１の値にバラつきがある場合には、θ３＜θ＜０（０＜θ＜θ４）の範囲で、Ｉｚ／Ｉｈ１の値の平均値を算出する。すなわち、θ３＜θ＜０（０＜θ＜θ４）の範囲で一定の角度幅ごとにＩｚｉ／Ｉｈ１ｉ（ｉ＝整数）を算出し、
【数２】
2013224825.tif 000004
により算出する。演算部は上記いずれかの数式に基づいてＩｚ０のデータを算出し、全反射ミラー１００を用いた散乱光の強度分布データ（曲線１０６）にＩｚ０のデータを繋ぎ合わせ、散乱光の全方向の強度分布データを生成してＰＣ付属の記憶部に記憶するとともにモニタに表示する。これにより、図８に示すように−π／２＜θ＜π／２の範囲の強度分布の曲線を生成することができる。したがって、例えば、図８に示す曲線を、受光器８８のφ方向の角度を一定の角度幅で変化させつつ生成することにより、試料９８からの散乱光の全方向の強度分布のデータを生成することができる。
【００６７】
なお、本実施形態の測定装置１０では、光源８２の光軸の方向を任意に設定することができるが、受光器８８の光軸を、光源８２からの光の反射光の光軸と同軸となるように設定することにより、受光器８８が光源８２からの光の反射光を受光できる。これにより、試料９８に対して反射型の写像性の検査等を行なうことができる。また、図１の配置であれば、試料９８に対して垂直に入射された光の散乱光（または反射光）を受光器８８が受光可能となる。このとき、Ｘアオリステージ６６及びＹアオリステージ７２を操作することにより、試料台５０の回転ステージ５２の上面の法線がＺ軸に向くように試料台５０の傾きを調整し、試料９８からの反射光が受光器８８に入射できるようにアライメントを行なうことができる。
【００６８】
図９に、本実施形態の測定装置（全反射ミラー）の透過測定を行なう場合の配置を示す。図９に示すように本実施形態の測定装置１０においては、回転アーム４２を回転させて全反射ミラー１００を試料台５０の真下となる位置に配置し、全反射ミラー１００から反射された光源８２からの光を貫通孔５６に通して試料９８を透過させ、試料９８からの透過光を受光器８８が受光することができる。これにより、試料９８に対して透過型の写像性の検査等を行なうことができる。
【００６９】
図９に示すように、ステージ５８は、ステージ５８の水平アーム６０の長手方向がＸ軸方向に向くように配置されているが、図９に示すように光源部７８が試料台５０より低くなる状態で、Ｌ型アーム３６をφ方向に回転させると、光源部７８とステージ５８が干渉することになる。
【００７０】
そこで、制御部は、ステージ５８を構成する水平アーム６０を回転させるモータ（不図示）と、回転ステージ５２を回転させるモータ（不図示）の、回転角度を同一の回転角度であって互いに逆向きとなるように制御することができる。これにより、ステージ５８をφ方向に回転させても、同じ回転量で回転ステージ５２が−φ方向に回転する。よって、試料９８を回転させずにステージ５８を回転させることができ、光源部７８とステージ５８との干渉を回避することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
光源等からなる光学系の光軸と同軸、またはその周辺方向に進行する散乱光も受光可能とし、散乱光の全方向の強度分布を生成可能な測定装置、及び測定方法として利用できる。
【符号の説明】
【００７２】
１０………測定装置、１２………支持台、１４………支柱、１６………下部アーム、１８………水平アーム、２０………鉛直アーム、２２………軸受け部、２４………上部アーム、２６………支持アーム、２８………回転アーム、３０………軸受け部、３２………モータ、３４………錘、３６………Ｌ型アーム、３８………水平アーム、４０………鉛直アーム、４１………軸受け部、４２………回転アーム、４４………錘、４６………軸受け部、４８………モータ、５０………試料台、５２………回転ステージ、５４………支持部、５６………貫通孔、５８………ステージ、６０………水平アーム、６２………軸受け部、６４………昇降ステージ、６６………Ｘアオリステージ、６８………上部ステージ、７０………下部ステージ、７２………Ｙアオリステージ、７４………上部ステージ、７６………下部ステージ、７７………上下微調整機構、７８………光源部、８０………筐体、８２………光源、８４………コリメートレンズ、８６………ハーフミラー、８８………受光器、９０………筐体、９２………集光レンズ、９４………拡散板、９６………光電子増倍管、９８………試料、１００………全反射ミラー、１０２………曲線、１０４………曲線、１０６………曲線、２００………測定装置、２０２………試料台、２０４………光源、２０６………受光器、２０８………コリメートレンズ、２１０………微小スリット、２１２………集光レンズ、２１４………ピンホール、２１６………試料。
【図１】
2013224825.tif 000005
【図２】
2013224825.tif 000006
【図３】
2013224825.tif 000007
【図４】
2013224825.tif 000008
【図５】
2013224825.tif 000009
【図６】
2013224825.tif 000010
【図７】
2013224825.tif 000011
【図８】
2013224825.tif 000012
【図９】
2013224825.tif 000013
【図１０】
2013224825.tif 000014