測光装置
【課題】測光装置において、被検面上で集光される照明光束の集光位置が被検面の面頂位置になるように被検体の位置を容易に調整して精度よく測光を行うことができるようにする。
【解決手段】光源１と、コリメータレンズ３と、照明光路に対して進退可能に保持され、進出時に、照明光束Ｌ１を被検面６ａに集光しその反射光を測定光束Ｌ３として集光する対物レンズ５と、測定光束Ｌ３を測定光束Ｌ４Ａとして集光する集光光学系８と、分光器９と、第２ビームスプリッタ７と、対物レンズ５の進出時には被検面６ａの像を結像し、退避時には被検面６ａに照射された平行な照明光束Ｌ１の反射光による像を結像する観察光学系Ｏｂ１と、結像された光像を撮像するカメラ１２と、この光像の位置を表示する位置表示部１３と、被検体６を測定基準軸Ｐ０に沿う方向およびそれに直交する方向に移動可能に保持する移動ステージ１４と、を備える測光装置５０を用いる。
【解決手段】光源１と、コリメータレンズ３と、照明光路に対して進退可能に保持され、進出時に、照明光束Ｌ１を被検面６ａに集光しその反射光を測定光束Ｌ３として集光する対物レンズ５と、測定光束Ｌ３を測定光束Ｌ４Ａとして集光する集光光学系８と、分光器９と、第２ビームスプリッタ７と、対物レンズ５の進出時には被検面６ａの像を結像し、退避時には被検面６ａに照射された平行な照明光束Ｌ１の反射光による像を結像する観察光学系Ｏｂ１と、結像された光像を撮像するカメラ１２と、この光像の位置を表示する位置表示部１３と、被検体６を測定基準軸Ｐ０に沿う方向およびそれに直交する方向に移動可能に保持する移動ステージ１４と、を備える測光装置５０を用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は測光装置に関する。例えば、顕微測光装置、分光測光装置、顕微分光測光装置、分光反射率測定装置など被測定試料から出射された光の光量や光強度を測定する測光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、レンズ、ミラー等の光学素子を被検体として、被検面に照明光を照射して、その反射光を集光し、測光部によって測光を行う測光装置が種々知られている。
例えば、特許文献１には、計測光を発する光源と、前記光源からハーフミラーを介した計測光を測定試料面に到達させる対物レンズと、前記測定試料面からの反射光を前記対物レンズおよびハーフミラーを介して入射してその分光反射率を測定する分光反射率測定手段と、を備えた分光反射率測定装置において、前記ハーフミラーと前記分光反射率測定手段との間に、前記分光反射率測定手段に入射される反射光の光束を制限する光束制限手段を備えたことを特徴とする分光反射率測定装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特解平１０−９００６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来の測光装置には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の分光反射率測定装置は、分光反射率測定手段に入射する前の平行光束の光路上に、被検面での反射光の光束径よりも小径の絞りを光束制限手段として設けている。
このため、被検体もしくは基準被検体の傾きが一定範囲内に収まっている場合には、反射光は絞りの開口を覆う範囲に向かって反射されるため、絞りを透過する光束の光量変動は生じないが、被検体もしくは基準被検体の配置誤差によって、許容範囲以上の傾きが生じていた場合には光量変動が生じることを防止することはできない。また、被検体もしくは基準被検体の配置誤差を検出する誤差検出手段を有しないため、このような被検面の性質によらない光量変動も被検面の測定値として測定され、不正確な測定になってしまうという問題がある。
また、近年、測定精度を向上するため、例えば、顕微分光装置などでは、測定波長によらない結像性能が得られる反射式対物光学系を用いる場合がある。このような反射式対物光学系は、凹面鏡と凸面鏡とを組み合わせて構成しているため、被検面からの反射光の出射方向によっては、対物光学系内部の凸面鏡などでのケラレが発生し、測光部で検出される光強度が変動するため、高精度の測定が困難になってしまうという問題がある。
したがって、特にこのような反射式対物光学系を用いる場合には、照明光束の光軸が被検面の面頂における法線と一致した状態で、照明光束を被検面の面頂位置に正確に集光させる必要がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、被検面上で集光される照明光束の集光位置が被検面の面頂位置になるように被検体の位置を容易に調整して精度よく測光を行うことができる測光装置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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、光源と、該光源から出射された光束を平行な照明光束にするコリメータレンズと、前記照明光束の光路に対して進退可能に保持され、進出時に、前記照明光束を被検体の被検面に集光するとともに前記被検面からの反射光を集光して平行光束を形成する対物光学系と、該対物光学系によって形成された平行光束を集光する集光光学系と、前記対物光学系および前記集光光学系によって集光された前記被検面からの前記反射光を測光する測光部と、前記集光光学系に向かって進む光束の一部を分岐する光分岐素子と、前記対物光学系の進出時には、該対物光学系によって集光され前記光分岐素子によって分岐された光束による前記被検面の像を結像し、前記対物光学系の退避時には、前記被検面に照射された前記平行な照明光束の反射光による像を結像する観察光学系と、該観察光学系によって結像された光像を撮像する撮像部と、該撮像部によって撮像された画像に基づいて前記対物光学系および前記集光光学系の光軸が整列された測定光軸に対する前記光像の位置を表示する位置表示部と、前記被検体を、前記測定光軸に沿う方向および該測定光軸に直交する方向に移動可能に保持する被検体移動部と、を備える構成とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の測光装置において、前記観察光学系は、前記撮像部と前記光分岐素子との間の光路上に配置され、前記対物光学系の進出時に前記光分岐素子によって分岐された光束による前記被検面の像を結像する被検面観察光学系と、前記光分岐素子と前記被検面観察光学系との間の光路上に進退し、進出時に、前記被検面観察光学系と併せて、前記被検面の像が形成される像面に前記被検面に照射された前記平行な照明光束の反射光による像を結像する光学系を構成する偏心観察光学系と、を備える構成とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の測光装置において、前記対物光学系は、凹面鏡と凸面鏡とを組み合わせで構成される。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、光源と、該光源から出射された光束を平行な照明光束にするコリメータレンズと、前記照明光束の光路に対して進退可能に保持され、進出時に、前記照明光束を被検体の被検面に集光するとともに前記被検面からの反射光を集光して平行光束を形成する対物光学系と、該対物光学系によって形成された平行光束を集光する集光光学系と、前記対物光学系および前記集光光学系によって集光された前記被検面からの前記反射光を測光する測光部と、前記集光光学系に向かって進む光束の一部を分岐する光分岐素子と、前記対物光学系の進出時には、該対物光学系によって集光され前記光分岐素子によって分岐された光束による前記被検面の像を結像し、前記対物光学系の退避時には、前記平行な照明光束を前記被検面の球心位置に向けて集光するとともに集光された前記照明光束の前記被検面での反射光による像を結像する観察光学系と、該観察光学系によって結像された光像を撮像する撮像部と、該撮像部によって撮像された画像に基づいて前記対物光学系および前記集光光学系の光軸が整列された測定光軸に対する前記光像の位置を表示する位置表示部と、前記被検体を、前記測定光軸に沿う方向および該測定光軸に直交する方向に移動可能に保持する被検体移動部と、を備える構成とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の測光装置において、前記観察光学系は、前記撮像部と前記光分岐素子との間の光路上に配置され、前記対物光学系の進出時に前記光分岐素子によって分岐された光束による前記被検面の像を結像する被検面観察光学系と、前記光分岐素子と前記被検面との間の前記平行な照明光束の光路上において前記対物光学系と交替に進退し、進出時に、焦点面を前記被検面の球心位置に合わせる偏心観察光学系と、を備える構成とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明では、請求項４または５に記載の測光装置において、前記対物光学系は、凹面鏡と凸面鏡とを組み合わせで構成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の測光装置によれば、対物光学系が退避した際に観察光学系によって被検面での反射光による像を結像し、位置表示部に表示された光像の位置を見て被検体移動部により被検面を移動できるため、対物光学系を介して被検面上で集光される照明光束の集光位置が被検面の面頂位置になるように被検体の位置を容易に調整して精度よく測光を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る測光装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る測光装置の位置調整時および測光時の模式的な光路図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る測光装置の位置調整前、位置調整後の被検面近傍の表示画面の一例を模式的に示す説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る測光装置の位置表示部の位置調整工程における表示画面の一例を示す模式図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る測光装置の位置表示部の測光工程における表示画面の一例を示す模式図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の変形例に係る測光装置に用いる対物光学系の模式的な断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る測光装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る測光装置の対物光学系と偏心観察光学系の保持形態を示す模式的な正面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る測光装置の位置調整前、および位置調整後の模式的な光路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材等には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１５】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る測光装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る測光装置の概略構成を示す模式的な構成図である。図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の第１の実施形態に係る測光装置の位置調整時、および測光時の模式的な光路図である。
なお、すべての図面において、楕円状に描かれた部材は、レンズ作用を有する光学素子を模式的に表示したものであり、特に断らない限りは、これらの構成が両凸単レンズに限定されることを表すものではない。また、本明細書において、特に断らない限りは、「レンズ」は、単レンズには限定されず、適宜枚数構成のレンズ群の場合を含むものとする。
【００１６】
本実施形態の測光装置５０は、図１に示すように、被検体６の被検面６ａ、あるいは分光反射率が既知の基準試料１６の基準測定面１６ａを落射照明することによって、被検面６ａあるいは基準測定面１６ａの分光スペクトルを測定し、それぞれの分光スペクトルの測定値から、基準測定面１６ａに対する被検面６ａの相対分光反射率を算出して、被検面６ａの分光反射率特性を測定（測光）するものである。
被検体６の種類は、被検面６ａが曲率を有するものであれば、特に限定されず、例えば、レンズ、反射ミラー等の光学素子などを挙げることができる。被検体６の被検面６ａは凹面であってもよいが、以下では、一例として、凸面の場合の例で説明する。
【００１７】
測光装置５０の概略構成は、光源１、ピンホール板２、コリメータレンズ３、第１ビームスプリッタ４、対物レンズ５（対物光学系）、保持台１５、移動ステージ１４（被検体移動部）、第２ビームスプリッタ７（光分岐素子）、集光光学系８、分光器９（測光部）、偏心観察光学系１０、撮像光学系１１（被検面観察光学系）、カメラ１２（撮像部）、および位置表示部１３を備える。
【００１８】
後述するように、これら構成部材の一部は可動に保持され、測光動作時（以下、単に測光時と称する）の配置と、測光を開始する前の位置調整動作時（以下、単に位置調整時と称する）の配置とは異なる。
移動ステージ１４、保持台１５、対物レンズ５、第１ビームスプリッタ４、第２ビームスプリッタ７、集光光学系８、分光器９は、測光時において、分光器９の入射光軸で規定される測光装置５０の測定基準軸Ｐ０（測定光軸）上に、この順に配置される。位置調整時には、対物レンズ５が光路外に退避した配置とされる（図１の二点鎖線参照）。
また、コリメータレンズ３、ピンホール板２、光源１は、測光時、位置調整時とも、第１ビームスプリッタ４の側方において、第１ビームスプリッタ４の方からこの順に配置される。
また、撮像光学系１１、カメラ１２は、測光時、位置調整時とも、第２ビームスプリッタ７の側方において、第２ビームスプリッタ７の方からこの順に配置される。ただし、位置調整時には、第２ビームスプリッタ７と撮像光学系１１との間の光路上に、偏心観察光学系１０が進出した配置とされる（図１の二点鎖線参照）。
以下では、特に断らない限り、測光時の配置に基づいて説明する。
【００１９】
光源１は、被検面６ａを照明するための照明光束Ｌ０を発生するもので、例えば、ハロゲンランプや重水素ランプなどを採用することができる。また、被検体６の測定の目的によってはＬＥＤや半導体レーザなどの発光素子からなる光源を採用してもよい。
光源１は、不図示のレンズを内蔵しており、内部で発生された照明光束Ｌ０を集光して、ピンホール板２を照明できるようになっている。
ピンホール板２は、被検面６ａの一部をスポット状に照明するため、光源１から出射された照明光束Ｌ０の透過範囲を規制するピンホール２ａを備える絞り部材である。
【００２０】
コリメータレンズ３は、焦点位置がピンホール２ａの中心に一致するように配置されたレンズであり、これにより、ピンホール２ａから出射された照明光束Ｌ０を集光して平行光束である照明光束Ｌ１を形成し、光軸Ｐ１に沿って出射できるようになっている。
【００２１】
第１ビームスプリッタ４は、集光光学系８と測光時の対物レンズ５との間の光路上で、コリメータレンズ３に対向する位置に配置され、コリメータレンズ３から出射された照明光束Ｌ１の一部を保持台１５側に反射して、測定基準軸Ｐ０の軸上光束を形成する光路合成手段である。
また第１ビームスプリッタ４は、対物レンズ５側から入射する後述の測定光束Ｌ３の一部を透過させるようになっている。
第１ビームスプリッタ４としては、例えば、ハーフミラーなどを採用することができる。
【００２２】
対物レンズ５は、第１ビームスプリッタ４で反射された照明光束Ｌ１を、保持台１５によって保持された被検体６の被検面６ａに向けて集光するとともに、照明光束Ｌ１が被検面６ａで反射された測定光束Ｌ２を集光するため、レンズ光軸が測定基準軸Ｐ０と同軸に配置される無限遠設計の対物レンズである。
測定光束Ｌ２は、対物レンズ５の焦点位置が被検面６ａの面上に位置する場合、および対物レンズ５の焦点位置が被検面６ａの球心位置に位置する場合には、集光されて平行光束である測定光束Ｌ３を形成する。
また、対物レンズ５は、不図示の可動レンズホルダによって、測定基準軸Ｐ０上に進退可能に保持されており、位置調整時には、測定基準軸Ｐ０に沿う光路から退避できるようになっている。
可動レンズホルダの構成は、例えば、顕微鏡に用いられるレボルバ等の回転保持機構や、測定基準軸Ｐ０に交差する方向にスライド移動する機構などを採用することができる。
また、可動レンズホルダの位置を切り替える構成は、手動で行う構成でもよいし、適宜コントローラを介して自動的に行う構成としてもよい。
【００２３】
保持台１５は、被検体６または基準試料１６を、それぞれの被検面６ａ、基準測定面１６ａが対物レンズ５に対向するように保持する部材であり、移動ステージ１４によって移動可能に保持されている。
【００２４】
移動ステージ１４は、保持台１５を、測定基準軸Ｐ０に沿う方向と、測定基準軸Ｐ０に直交する２軸方向に移動可能に保持するものであり、例えば、ＸＹＺステージなどを好適に採用することができる。
なお、移動ステージ１４は、測定の必要に応じて、例えば、測定基準軸Ｐ０に対する傾斜を調整する２軸のチルト機構などが設けられていてもよい。
【００２５】
第２ビームスプリッタ７は、第１ビームスプリッタ４と集光光学系８との間の光路上で、撮像光学系１１に対向する位置に配置され、対物レンズ５からの測定光束Ｌ３の一部を測定光束Ｌ３Ａとして集光光学系８に向かって透過させるとともに、測定光束Ｌ３の他を被検面観察光束Ｌ３Ｂとして、撮像光学系１１の光軸Ｐ２上に反射する光分岐素子である。
第２ビームスプリッタ７としては、例えば、ハーフミラーなどを採用することができる。
【００２６】
集光光学系８は、第２ビームスプリッタ７を透過した測定光束Ｌ３Ａを集光し、測定光束Ｌ４Ａとして、分光器９に入射させるものである。
【００２７】
分光器９は、集光光学系８によって集光された測定光束Ｌ４Ａの集光位置に入射開口を有するピンホール板９ａと、回折格子９ｂと、受光素子９ｃとを備え、ピンホール板９ａの入射開口から入射された測定光束Ｌ４Ａを回折格子９ｂによって波長λごとに分解して、受光素子９ｃ上の異なる画素位置に結像し、受光素子９ｃの受光量（光強度）を測定する測光部である。ここで、λの大きさは、回折格子９ｂと受光素子９ｃとの位置関係に応じて決まる受光素子９ｃ上の画素位置と対応しているため、受光素子９ｃの出力からは、測定光束Ｌ４Ａの分光スペクトルが得られる。
分光器９の入射光軸は測定基準軸Ｐ０を規定しており、ピンホール板９ａの入射開口は集光光学系８の焦点位置に位置合わせして配置されている。
【００２８】
偏心観察光学系１０は、測定基準軸Ｐ０に沿う光路上から対物レンズ５が退避した位置調整時に、被検面６ａからの反射光によって、撮像光学系１１と併せて被検面６ａの偏心を観察するための光学系を構成するものである。
偏心観察光学系１０は、第２ビームスプリッタ７と撮像光学系１１との間の光路上に進退可能に設けられ、進出時には、光軸Ｐ２と同軸となる位置に進出し、後述の撮像光学系１１によって測光時に被検面６ａの像が形成される像面と、被検面６ａの測定基準軸Ｐ０に沿う方向の面頂から被検面６ａの曲率中心ＯＷの方に被検面６ａの曲率半径の半分だけ離間した平面とを互いに共役の位置関係とする位置に配置される。
ここで、「被検面６ａの面頂から被検面６ａの曲率中心ＯＷの方に被検面６ａの曲率半径の１／２だけ離間した平面」は、被検面６ａを反射面とする反射鏡の焦点面に相当する。
偏心観察光学系１０を進退させる機構は、例えば、レボルバ等の回転保持機構や、光軸Ｐ２に交差する方向にスライド移動する機構などを採用することができる。
【００２９】
撮像光学系１１は、対物レンズ５が進出される測光時に、被検面観察光束Ｌ３Ｂによる被検面６ａの像を結像させるレンズで構成される。
カメラ１２は、撮像光学系１１によって測光時の被検面６ａの像が形成される像面に撮像面が配置された撮像素子１２ａを備え、被検面観察光束Ｌ３Ｂによる被検面６ａの像を光電変換して画像信号を位置表示部１３に送出する撮像部である。
【００３０】
このように、測光装置５０において、撮像光学系１１と偏心観察光学系１０とは、対物レンズ５の進出時には、偏心観察光学系１０が退避して、撮像光学系１１のみからなる光学系を形成し、対物レンズ５の退避時には、偏心観察光学系１０が進出して、撮像光学系１１と偏心観察光学系１０とからなる光学系を形成するレンズ構成可変の観察光学系Ｏｂ１を構成している。
上記のような偏心観察光学系１０の配置によれば、進出時の観察光学系Ｏｂ１は、測定基準軸Ｐ０に沿って平行光束を被検面６ａに照射したときに、被検面６ａの反射面としての焦点から発散する方向に進む被検面６ａにおける反射光を結像することができる。すなわち、被検面６ａにおける反射光のうち、測定基準軸Ｐ０に沿う方向の面頂を通る測定基準軸Ｐ０に平行な軸上の１点からから発散する反射光を結像することができる。
【００３１】
位置表示部１３は、カメラ１２に電気的に接続され、カメラ１２から送出される画像信号に基づいて、撮像光学系１１によって結像された光像の測定基準軸Ｐ０に対する相対位置を表示画面１３ａに表示するものである。
本実施形態では、測定基準軸Ｐ０の位置に対応する十字線画像１３ｂと、画像信号に基づく光像のスポット画像とを表示するモニタから構成されている。
ただし、位置表示部１３は、画像処理や演算処理を行う処理部を備えることにより、これらの画像に加えて、測定基準軸Ｐ０に対する光像の位置ずれ量を数値化して表示する構成としてもよい。
【００３２】
次に、本実施形態の測光装置５０の動作について説明する。
図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る測光装置の位置調整時および測光時の模式的な光路図である。図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る測光装置の位置調整前、位置調整後の被検面近傍の表示画面の一例を模式的に示す説明図である。図４は、本発明の第１の実施形態に係る測光装置の位置表示部の位置調整工程における表示画面の一例を示す模式図である。図５は、本発明の第１の実施形態に係る測光装置の位置表示部の測光工程における表示画面の一例を示す模式図である。
【００３３】
測光装置５０によって、被検面６ａの測光、例えば、被検面６ａの相対分光反射率の測定を行う場合、測定者は、測光装置５０の電源を投入し、保持台１５に基準試料１６を保持させて、基準測定面１６ａの面頂が対物レンズ５の集光位置に略一致するように予め設定された初期設置位置に移動ステージ１４の位置を合わせる。また対物レンズ５および偏心観察光学系１０の位置を測光時の配置に設定する。すなわち、対物レンズ５が測定基準軸Ｐ０上の同軸位置に進出し、偏心観察光学系１０が光軸Ｐ２に沿う光路から退避する配置とする。また、基準試料１６の基準測定面１６ａを平面とする場合は、基準試料１６配置時に、基準測定面１６ａが測定基準軸Ｐ０に対して所定の角度以下に配置されれば良いため、測定基準軸Ｐ０に沿う方向の調整は省略してよい。
次に、後述する位置調整工程と測光工程とを行って、基準試料１６の基準測定面１６ａの分光スペクトルを測定する。
その後、保持台１５の基準試料１６を被検体６に交換して、対物レンズ５および偏心観察光学系１０を測光時の配置として、基準試料１６を配置した場合と同様な位置調整工程と測光工程とを行って、被検面６ａの分光スペクトルを測定する。
そして、基準測定面１６ａの分光スペクトルに対する被検面６ａの分光スペクトルの比を算出することにより、被検面６ａの相対分光反射率が求められる。
ここで、測光の対象となる被検面が、基準試料１６の基準測定面１６ａであっても被検体６の被検面６ａであっても、位置調整工程と測光工程とにおける測光装置５０の動作は同じであるため、以下では、被検面６ａにおける位置調整工程と測光工程とを説明する。
【００３４】
まず、測光装置５０の光源１を点灯させると、図１に示すように、光源１から出射された照明光束Ｌ０によってピンホール板２が照明される。ピンホール板２のピンホール２ａは、コリメータレンズ３の焦点位置に配置されているため、照明光束Ｌ０のうちピンホール２ａを透過した照明光束Ｌ０は、コリメータレンズ３に入射して平行光束である照明光束Ｌ１となって第１ビームスプリッタ４に到達する。
【００３５】
第１ビームスプリッタ４では、照明光束Ｌ１の一部が対物レンズ５側に反射され、測定基準軸Ｐ０に沿って進む軸上光束として対物レンズ５に入射する。この照明光束Ｌ１は、対物レンズ５の焦点位置に向けて集光され、被検面６ａに到達する。
ここで、対物レンズ５の焦点面には、コリメータレンズ３および対物レンズ５からなる照明光学系の光学倍率に応じたピンホール２ａの像が投影される。
【００３６】
被検面６ａでは、照明光束Ｌ１の一部が反射され、測定光束Ｌ２として対物レンズ５に入射して集光される。このとき、被検面６ａは、初期設置位置に配置されているため、測定光束Ｌ２は、略平行光束である測定光束Ｌ３として出射される。
対物レンズ５から出射された測定光束Ｌ３は、第１ビームスプリッタ４に入射して測定基準軸Ｐ０に沿って透過し、第２ビームスプリッタ７に到達する。
第２ビームスプリッタ７では、測定光束Ｌ３の一部が測定光束Ｌ３Ａとして測定基準軸Ｐ０に沿って透過して、集光光学系８に入射する。この測定光束Ｌ３Ａは、集光光学系８によって集光されて測定光束Ｌ４Ａとしてピンホール板９ａに向かう。
【００３７】
このとき、被検面６ａの面頂が対物レンズ５の集光位置とずれていると、ピンホール板９ａ上によってケラレが発生し、測定光束Ｌ４Ａの一部が分光器９に入射できなくなる。
例えば、被検面６ａが測定基準軸Ｐ０に沿う方向にずれていると、ピンホール板９ａでの光束径がピンホール板９ａの入射開口よりも大きくなって入射光量が減少する。
また、被検面６ａが測定基準軸Ｐ０に交差する方向にずれていると、測定光束Ｌ２が面頂の周囲の被検面６ａによって測定基準軸Ｐ０に対して傾斜する法線方向に沿って反射される。このため、対物レンズ５の開口に入射できない光束が遮光されて分光器９に入射できなくなる。
【００３８】
そこで、本実施形態では、測光を行う前に、照明光束Ｌ１が被検面６ａの面頂に集光されるように、被検面６ａの面頂と対物レンズ５の集光位置との相対位置を調整する位置調整工程を行う。
本工程では、まず、対物レンズ５および偏心観察光学系１０の位置を位置調整時の配置に設定する。すなわち、対物レンズ５が測定基準軸Ｐ０に沿う光路から退避し、偏心観察光学系１０が光軸Ｐ２上の同軸位置に進出する配置とする。
これにより、図２（ａ）に示すように、照明光束Ｌ１は、第１ビームスプリッタ４によって反射された平行光束の状態で照明光束Ｌ１１として被検面６ａに入射し、被検面６ａによって一部が反射される。
【００３９】
このとき、偏心観察光学系１０が進出されているため、被検面６ａの測定基準軸Ｐ０に沿う方向の面頂ｐ０から曲率中心ＯＷの方に曲率半径の半分だけ離間した位置に相当する点Ｑ１を含む面と、測光時に撮像光学系１１によって被検面６ａの像が形成される像面とが共役の位置関係になる。このため、被検面６ａに入射する照明光束Ｌ１１は、被検面６ａで反射されると、点Ｑ１から発散したのと同様な方向に進み、偏心観察光学系１０進出時の観察光学系Ｏｂ１のＮＡで決まる光学開口に入射する光束である偏心観察光束Ｌ１２が、測光時に撮像光学系１１によって被検面６ａの像が形成される像面に一致する撮像素子１２ａの撮像面上に結像される。
すなわち、図３（ａ）に示すように、被検面６ａが測定基準軸Ｐ０に対して偏心し、面頂ｐ０が測定基準軸Ｐ０からずれていると、被検面６ａでの反射光である偏心観察光束Ｌ１２が第１ビームスプリッタ４を透過し、第２ビームスプリッタ７で反射されて偏心観察光学系１０進出時の観察光学系Ｏｂ１に入射し、偏心観察光学系１０進出時の観察光学系Ｏｂ１の像面において位置Ｑ’に結像される。
【００４０】
このため、撮像素子１２ａの撮像面には、点Ｑ１の位置に対応する微小スポットの光像が位置Ｑ’を中心として形成される。この光像は、撮像素子１２ａによって光電変換された画像信号として位置表示部１３に送出される。これにより、図４に示すように、表示画面１３ａ上にスポットＳ１が表示される。
本実施形態では、表示画面１３ａ上には、光軸Ｐ２と撮像素子１２ａの撮像面との交点である基準原点Ｏ２の位置を示す十字線画像１３ｂも併せて表示されるため、測定者は十字線画像１３ｂの交点とスポットＳ１の中心との位置ずれを見て、位置Ｑ’のずれ量に対応する点Ｑ１の偏心量Ｑ１Ｏ１と、その偏心方向とを視覚的に確認することができる。ここで点Ｏ１は、点Ｑ１から測定基準軸Ｐ０に下ろした垂線の足を示す。
【００４１】
そこで、測定者は、表示画面１３ａを見ながら、移動ステージ１４を駆動して、被検面６ａを測定基準軸Ｐ０に直交する方向に移動させる。このとき、移動ステージ１４の移動とともに、被検面６ａの点Ｑ１も移動するため、表示画面１３ａ上でスポットＳ１も移動する。
測定者は、スポットＳ１の中心が、十字線画像１３ｂの交点に一致するまで、移動ステージ１４を移動させる（図４に二点鎖線で示すスポットＳ１’参照）。
このとき、図３（ｂ）に示すように、偏心量Ｑ１Ｏ１は０になるため、偏心観察光束Ｌ１２の光軸が測定基準軸Ｐ０に整列し、被検面６ａの面頂ｐ０が測定基準軸Ｐ０上に移動された状態になる。
以上で、位置調整工程が終了する。
【００４２】
なお、位置Ｑ’の基準原点Ｏ２に対するずれ量の実寸法は、点Ｑ１の測定基準軸Ｐ０に対する偏心量Ｑ１Ｏ１に偏心観察光学系１０進出時の観察光学系Ｏｂ１の光学倍率βを乗じたものになる。このため、撮像素子１２ａ上の距離Ｑ’Ｏ２を算出すれば、偏心量Ｑ１Ｏ１を求めることができる。このため、位置表示部１３にこのような処理部を設けることにより、表示画面１３ａ上に点Ｑ１の位置を、例えば、点Ｏ１を（０，０）とした座標値として表示してもよい。
この場合には、測定者は、表示画面１３ａ上に表示された点Ｑ１の座標値を見て、座標値が（０，０）となるように移動ステージ１４の移動を行うことができる。
【００４３】
次に、測光工程を行う。
本工程では、図１、図２（ｂ）に示すように、対物レンズ５および偏心観察光学系１０の位置を位置調整時の配置から測光時の配置に切り替える。すなわち、対物レンズ５を照明光束Ｌ１の光路上に進出させるとともに、観察光学系Ｏｂ１において偏心観察光学系１０を光路外に退避させる。
すると、照明光束Ｌ１が対物レンズ５によって集光される。このため被検面６ａが面頂ｐ０を中心とする微小スポットで照明される。
被検面６ａでの反射光は、対物レンズ５によって、測定光束Ｌ３として集光されて略平行光束とされる。測定光束Ｌ３は、第１ビームスプリッタ４を透過し、第２ビームスプリッタ７で反射され、被検面観察光束Ｌ３Ｂとして光軸Ｐ２上に入射する。ここで、観察光学系Ｏｂ１において偏心観察光学系１０は光路外に退避されているため、被検面観察光束Ｌ３Ｂは、撮像光学系１１に入射して撮像素子１２ａ上に結像される。
このため、表示画面１３ａには、図５に示すように、十字線画像１３ｂを中心とするスポットＳ２が表示される。
【００４４】
測定者は、表示画面１３ａを見ながら移動ステージ１４を駆動して、被検面６ａを測定基準軸Ｐ０に沿う方向に移動させ、スポットＳ２が最小になるようにする（図５に二点鎖線で示すスポットＳ２’参照）。
これにより、対物レンズ５の集光位置が、被検面６ａの面頂ｐ０に一致され、対物レンズ５および集光光学系８からなる結像光学系によって、面頂ｐ０とピンホール板９ａの入射開口とが共役の位置関係になる。
すなわち、図１に示すように、測定光束Ｌ３、Ｌ３Ａは平行光束となり、測定光束Ｌ４Ａは、ピンホール板９ａの入射開口の中心に結像され、入射開口によってケラレが生じることなく分光器９に入射する。
【００４５】
測定光束Ｌ４Ａが、ピンホール板９ａの入射開口に入射すると、回折格子９ｂによって分光されて、波長毎に受光素子９ｃ上の異なる画素位置で受光される。このため、各受光素子９ｃに出力信号によって被検面６ａの分光スペクトルが測定される。
以上で、測光工程が終了する。
【００４６】
以上に説明したように、測光装置５０によれば、位置調整工程において、対物レンズ５が退避した際に偏心観察光学系１０を進出させて被検面６ａ（基準測定面１６ａ）の偏心観察光束Ｌ１２による光像を撮像し、位置表示部１３に点Ｑ１の位置に対応するスポットＳ１を表示することで、点Ｑ１の偏心量を視覚的に確認することができる。このため、位置表示部１３の表示を見ながら移動ステージ１４を用いて被検面６ａを測定基準軸Ｐ０に直交する方向に移動することにより、測光時における照明光束Ｌ１の集光位置が被検面６ａ（基準測定面１６ａ）の面頂ｐ０の位置に一致する位置に、被検体６（基準試料１６）を移動することができる。このため、被検面６ａの位置調整が容易となり、被検面６ａの偏心による測光の測定誤差を低減し、精度のよい測光を行うことができる。
【００４７】
［変形例］
次に、本実施形態の変形例に係る測光装置５０Ａについて説明する。
図６は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る測光装置に用いる対物光学系の模式的な断面図である。
【００４８】
本変形例の測光装置５０Ａは、図１に示すように、上記第１の実施形態の測光装置５０の対物レンズ５に代えて、対物レンズ５と焦点距離が等しい反射式対物光学系１７（対物光学系）を備える。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４９】
反射式対物光学系１７は、図６（ａ）に示すように、物体側（照明光束Ｌ１の入射側）から順に、主鏡１７Ａ（凹面鏡）と副鏡１７Ｂ（凸面鏡）とを備え、これらの各光軸が同軸に配置された状態で、測定基準軸Ｐ０上に進退可能に保持されたものである。
主鏡１７Ａは、像側（被検体６が配置される側）に凹反射面１７ａを有し、中心に貫通孔１７ｂを有する凹面鏡である。
副鏡１７Ｂは、主鏡１７Ａに対向して配置され、物体側に凸反射面１７ｃを有する凸面鏡である。
凸反射面１７ｃの曲率半径は、凹反射面１７ａの曲率半径の約１／２に設定されている。また、凸反射面１７ｃの有効径は、貫通孔１７ｂと同じかわずかに大きくなっており、貫通孔１７ｂからの入射光を主鏡１７Ａの凹反射面１７ａに向けて、発散光束として反射できるようになっている。
【００５０】
このような構成の主鏡１７Ａは、例えば、平凹レンズ形状のガラス基材の中心に貫通孔１７ｂを形成し、凹面側に反射膜を蒸着するなどして製造することができる。
また、副鏡１７Ｂは、例えば、凸平レンズ形状のガラス基材の凸面側に反射膜を蒸着したり、屈折力を有しないメニスカス形状を有するガラス基材の凸面側の中心部に反射膜をしたりして製造することができる。
【００５１】
反射式対物光学系１７では、貫通孔１７ｂを通過して、凸反射面１７ｃで反射され、凹反射面１７ａに到達した発散光束は、凹反射面１７ａの曲率半径に応じて集光されて副鏡１７Ｂ側に進み、凸反射面１７ｃの側方を通過して光軸上の集光位置に集光される。このため、対物レンズ５と同様の無限遠設計の対物光学系を構成している。
貫通孔１７ｂから光軸に沿って入射された平行光束は、凸反射面１７ｃの中心部で反射されて貫通孔１７ｂから物体側に出射されたり、凹反射面１７ａに反射されてから凸反射面１７ｃに再入射したりする光束部分を除いて、像側の集光位置に集光される。
したがって、本変形例の測光装置５０Ａは、対物レンズ５が反射式対物光学系１７に置き換えられただけであるため、測光装置５０とまったく同様にして、位置調整工程および測光工程を行って被検面６ａの分光スペクトルや相対分光反射率を測定することができる。
【００５２】
反射式対物光学系１７は反射光学系であるため色収差が発生しない。このため、高精度な分光測定に特に好適である。
【００５３】
ただし、反射式対物光学系１７は、凸反射面１７ｃの側方を通過する光束のみを集光するため、集光位置と被検面６ａの面頂ｐ０とがずれていると、副鏡１７Ｂによる光線のケラレが発生しやすくなっている。
例えば、図６（ｂ）に示すように、被検面６ａが測定基準軸Ｐ０に対して図示左側に偏心しているものとし、照明光束Ｌ１のうち貫通孔１７ｂの図示左側に入射する最外光線ｒｏｕｔと、最内光線ｒｉｎを考える。これらの最外光線ｒｏｕｔおよび最内光線ｒｉｎはいずれも凸反射面１７ｃの側方を通過して被検面６ａ上に到達して、それぞれ最外光線Ｒｏｕｔおよび最内光線Ｒｉｎとして反射される。
ところが、被検面６ａが偏心しているため、最外光線Ｒｏｕｔと最内光線Ｒｉｎとは、面頂ｐ０からずれて法線が傾斜した湾曲面で反射されるため、偏心量に応じて測定基準軸Ｐ０に向かう図示右側に傾斜して進む。このため、少なくとも最内光線Ｒｉｎは、副鏡１７Ｂによって遮光される。すなわち、この場合の被検面６ａでの反射光である測定光束Ｌ２’は光束の内周側に光量損失が発生する。
したがって凹反射面１７ａ、凸反射面１７ｃによって反射されて平行光束とされた後に測定光束Ｌ３’は、被検面６ａでの反射光量よりも光量が低下することになり、測定光束Ｌ３’を用いた測光では、測定光束Ｌ３’が集光光学系８によって１００％ピンホール板９ａの入射開口に入射したとしても、測定誤差が生じてしまう。
【００５４】
ところが、本変形例の測光装置５０Ａによれば、測光工程に先立って、位置調整工程を行うことができるため、被検面６ａの面頂ｐ０が反射式対物光学系１７の集光位置に一致した状態に位置調整することができるため、上記のような被検面６ａの偏心による光線のケラレを容易に防止することができ、反射式対物光学系１７を用いた高精度の測光を行うことができる。
【００５５】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る測光装置５１について説明する。
図７は、本発明の第２の実施形態に係る測光装置の概略構成を示す模式的な構成図である。図８は、本発明の第２の実施形態に係る測光装置の対物光学系と偏心観察光学系の保持形態を示す模式的な正面図である。図９（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る測光装置の位置調整前、および位置調整後の模式的な光路図である。
【００５６】
本実施形態の測光装置５１は、図７に示すように、上記第１の実施形態の測光装置５０の偏心観察光学系１０を削除し、対物レンズ５が測定基準軸Ｐ０に沿う光路上から退避した際に、第１ビームスプリッタ４と保持台１５に保持された被検面６ａとの間の光路上に進退可能に保持された偏心観察光学系２０を備える。
このように、測光装置５１において、撮像光学系１１と偏心観察光学系２０とは、対物レンズ５の進出時には、偏心観察光学系２０が退避して、撮像光学系１１のみからなる光学系を形成し、対物レンズ５の退避時には、偏心観察光学系２０が進出して、撮像光学系１１と偏心観察光学系２０とからなる光学系を形成するレンズ構成可変の観察光学系Ｏｂ２を構成している。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５７】
偏心観察光学系２０は、測定基準軸Ｐ０に沿う光路上から対物レンズ５が退避した位置調整時に、被検面６ａからの反射光によって、撮像光学系１１と併せて被検面６ａの偏心を観察するための光学系を構成するものである。
本実施形態の偏心観察光学系２０は、物体側（第１ビームスプリッタ４側）から順に、固定レンズ２０ａ、移動レンズ２０ｂを備えた可変焦点の集光光学系である。
偏心観察光学系２０の可変焦点の範囲は、測光すべき被検面６ａの種類に応じた曲率半径の変化に対応して、焦点面を被検面６ａの球心位置に合わせることができる範囲に設定される。
偏心観察光学系２０の焦点面を被検面６ａの球心位置に合わせることにより、進出時の観察光学系Ｏｂ２は、測定基準軸Ｐ０に沿って平行光束を偏心観察光学系２０に入射して被検面６ａに照射したときに、被検面６ａの球心位置から発散する方向に進む被検面６ａにおける反射光を結像することができる。すなわち、被検面６ａにおける反射光のうち、測定基準軸Ｐ０に沿う方向の面頂を通る測定基準軸Ｐ０に平行な軸上の１点からから発散する反射光を結像することができる。
【００５８】
また、本実施形態では、図８に示すように、対物レンズ５と偏心観察光学系２０との進退機構はレボルバ２１を採用している。
レボルバ２１には、対物レンズ５を収容するレンズホルダ５ｃと、偏心観察光学系２０を収容するレンズホルダ２０ｃとが、レボルバ２１の回転軸２１ａを中心とする円周上に周方向に離間して、例えば螺設などによって設置されている。
このため、レボルバ２１を所定角度だけ回転軸２１ａ回りに回転させることで、対物レンズ５および偏心観察光学系２０のいずれかを、測定基準軸Ｐ０上の同軸位置に進出させることができるようになっている。
測光装置５１において、対物レンズ５が測定基準軸Ｐ０上の同軸位置に進出し、偏心観察光学系２０が測定基準軸Ｐ０に沿う光路から退避した配置は、上記第１の実施形態の測光時の配置に対応し、対物レンズ５が測定基準軸Ｐ０に沿う光路から退避し、偏心観察光学系２０が測定基準軸Ｐ０上の同軸位置に進出した配置は、上記第１の実施形態の位置調整時の配置に対応する。
このように、本実施形態では、レボルバ２１を操作するのみで、位置調整時の配置と測光時の配置とを、容易かつ迅速に切り替えることができる。このため、測光の作業効率を向上することができる。
【００５９】
測光装置５１によれば、上記第１の実施形態の測光装置５０と同様に、対物レンズ５および偏心観察光学系２０を位置調整時の配置とすることで、位置調整工程を行うことができる。また、対物レンズ５および偏心観察光学系２０を測光時の配置とすることで、測光工程を行うことができる。このため、被検面６ａの分光スペクトルや相対分光反射率を測定することができる。
測光時の配置は、測光装置５０の測光時の配置とまったく同様になるため、以下では、本実施形態の位置調整工程について、上記第１の実施形態と異なる点を中心に簡単に説明する。
【００６０】
位置調整時の配置において、図９（ａ）に示すように、照明光束Ｌ１は、偏心観察光学系２０によって、偏心観察光学系２０の焦点面Ｆに向かって集光される照明光束Ｌ２１が形成され、照明光束Ｌ２１によって被検面６ａが照明される。
照明光束Ｌ２１は、収束光であるが、被検面６ａにおける反射光のうち、被検面６ａの球心である点Ｑ２から発散する方向に反射される光束成分である偏心観察光束Ｌ２２が、撮像光学系１１によって撮像素子１２ａ上に結像される光束となる。
すなわち、偏心観察光束Ｌ２２は、偏心観察光学系２０によって集光されて平行光束とされ、第１ビームスプリッタ４を透過し、第２ビームスプリッタ７で反射されて撮像光学系１１に入射し、観察光学系Ｏｂ２の像面に結像される。
点Ｑ２は、上記第１の実施形態の点Ｑ１と同様に、面頂ｐ０を通る測定基準軸Ｐ０に平行な軸上の１点であるため、被検面６ａの偏心量Ｑ２ｑが同じであれば、表示画面１３ａ上では、上記第１の実施形態と同様の点Ｑ”に結像される。ここで、点ｑは、点Ｑ２から測定基準軸Ｐ０に下ろした垂線の足である。
【００６１】
ただし、移動レンズ２０ｂの位置調整が不十分で、偏心観察光学系２０の焦点面Ｆが点Ｑ２から外れていると、撮像光学系１１の像面にはぼけたスポットが形成される。このため、測定者は、位置表示部１３の表示画面１３ａを見ながら、移動レンズ２０ｂを測定基準軸Ｐ０に沿う方向に移動させて、スポットの光束径が最小になるように調整する。これにより、焦点面Ｆが被検面６ａの点Ｑ２を含む面に一致し、スポットの輝度も最大となる。
【００６２】
次に、測定者は、上記第１の実施形態と同様に、表示画面１３ａを見ながら、移動ステージ１４を駆動して、被検面６ａを測定基準軸Ｐ０に直交する方向に移動させ、表示画面１３ａ上のスポットの中心が十字線画像１３ｂの交点に一致するまで、移動ステージ１４を移動させる。
このとき、図９（ｂ）に示すように、偏心量Ｑ２ｑは０になるため、偏心観察光束Ｌ２２の光軸は測定基準軸Ｐ０に整列し、被検面６ａの面頂ｐ０が測定基準軸Ｐ０上に移動された状態になる。
以上で、位置調整工程が終了する。
【００６３】
以上に説明したように、測光装置５１によれば、位置調整工程において、対物レンズ５が退避した際に偏心観察光学系２０を進出させて被検面６ａ（基準測定面１６ａ）の偏心観察光束Ｌ２２による光像を撮像し、位置表示部１３に点Ｑ２の位置に対応するスポットを表示することで、点Ｑ２の偏心量を視覚的に確認することができる。このため、位置表示部１３の表示を見ながら移動ステージ１４を用いて被検面６ａを測定基準軸Ｐ０に直交する方向に移動することにより、測光時における照明光束Ｌ１の集光位置が被検面６ａ（基準測定面１６ａ）の面頂ｐ０の位置に一致する位置に、被検体６（基準試料１６）を移動することができる。このため、被検面６ａの位置調整が容易となり、被検面６ａの偏心による測光の測定誤差を低減し、精度のよい測光を行うことができる。
また、本実施形態では、位置調整時の照明光束Ｌ２１が収束光であり、偏心観察光学系２０の焦点面Ｆが点Ｑ２を含む面に一致したときには、照明光束Ｌ２１の略全光量が、撮像光学系１１の像面に結像されるため、スポットが高輝度となってより視認しやすくなり、容易に位置調整工程を行うことができる。
【００６４】
なお、上記の説明では、測光部として、分光器９を採用した例で説明したが、分光器９に代えて、どのような測光部を備える構成としてもよい。
また、本発明の測光装置は、被測定試料から出射された光の光量や光強度を測定する測光装置であれば、分光測光装置に限定されるものではなく、顕微測光装置、顕微分光測光装置、反射率測定装置などであってもよい。
【００６５】
また、上記の説明では、光分岐素子がハーフミラー等のビームスプリッタからなる場合の例で説明したが、光分岐素子はミラーとし、このミラーを位置調整工程時は光路上から退避し、測光工程時は所定の位置・姿勢に配置する移動機構で支持した構成を採用してもよい。
【００６６】
また、上記の第１の実施形態の説明では、撮像光学系１１と偏心観察光学系１０とを別々の光学系として、偏心観察光学系１０のみを光路上に進退させる構成とした場合の例で説明したが、撮像光学系１１のみからなる光学系と、撮像光学系１１と偏心観察光学系１０とからなる光学系とを、光路上に進退可能に設けてもよい。
【００６７】
また、上記第１の実施形態の説明では、偏心観察光学系１０を光軸Ｐ２上に進退させる場合の例で説明したが、光軸Ｐ２上に、撮像光学系１１に代えて、平行光束を撮像素子１２ａの撮像面に結像する撮像光学系１１の機能と、撮像素子１２ａの撮像面と点Ｑ１を含む面とを共役の位置関係にする観察光学系Ｏｂ１の機能とを兼ねる可変焦点レンズを配置した構成としてもよい。この場合、上記第１の実施形態のように、観察光学系は光路に進退させず、対物光学系のみを光路に進退させる構成とすることができる。
【００６８】
また、上記の実施形態、変形例で説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせて実施することができる。
例えば、上記第２の実施形態の測光装置５１において、対物レンズ５に代えて、上記第１の実施形態の変形例の反射式対物光学系１７を用いた構成としてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１ 光源
３ コリメータレンズ
４ 第１ビームスプリッタ
５ 対物レンズ（対物光学系）
６ 被検体
６ａ 被検面
７ 第２ビームスプリッタ（光分岐素子）
８ 集光光学系
９ 分光器（測光部）
１０、２０ 偏心観察光学系（観察光学系）
１１ 撮像光学系（被検面観察光学系、観察光学系）
１２ カメラ（撮像部）
１２ａ 撮像素子
１３ 位置表示部
１３ａ 表示画面
１４ 移動ステージ（被検体移動部）
１５ 保持台
１６ 基準試料（被検体）
１６ａ 基準測定面（被検面）
１７ 反射式対物光学系（対物光学系）
１７Ａ 主鏡（凹面鏡）
１７Ｂ 副鏡（凸面鏡）
２１ レボルバ
５０、５０Ａ、５１ 測光装置
Ｆ 焦点面
Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２１ 照明光束
Ｌ１２、Ｌ２２ 偏心観察光束
Ｌ２、Ｌ３、Ｌ３Ａ、Ｌ４Ａ 測定光束
Ｌ３Ｂ 被検面観察光束
Ｏ２ 基準原点
Ｐ０ 測定基準軸（測定光軸）
Ｐ１、Ｐ２ 光軸
ｐ０ 面頂
Ｓ１、Ｓ１’、Ｓ２、Ｓ２’ スポット
【技術分野】
【０００１】
本発明は測光装置に関する。例えば、顕微測光装置、分光測光装置、顕微分光測光装置、分光反射率測定装置など被測定試料から出射された光の光量や光強度を測定する測光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、レンズ、ミラー等の光学素子を被検体として、被検面に照明光を照射して、その反射光を集光し、測光部によって測光を行う測光装置が種々知られている。
例えば、特許文献１には、計測光を発する光源と、前記光源からハーフミラーを介した計測光を測定試料面に到達させる対物レンズと、前記測定試料面からの反射光を前記対物レンズおよびハーフミラーを介して入射してその分光反射率を測定する分光反射率測定手段と、を備えた分光反射率測定装置において、前記ハーフミラーと前記分光反射率測定手段との間に、前記分光反射率測定手段に入射される反射光の光束を制限する光束制限手段を備えたことを特徴とする分光反射率測定装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特解平１０−９００６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来の測光装置には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の分光反射率測定装置は、分光反射率測定手段に入射する前の平行光束の光路上に、被検面での反射光の光束径よりも小径の絞りを光束制限手段として設けている。
このため、被検体もしくは基準被検体の傾きが一定範囲内に収まっている場合には、反射光は絞りの開口を覆う範囲に向かって反射されるため、絞りを透過する光束の光量変動は生じないが、被検体もしくは基準被検体の配置誤差によって、許容範囲以上の傾きが生じていた場合には光量変動が生じることを防止することはできない。また、被検体もしくは基準被検体の配置誤差を検出する誤差検出手段を有しないため、このような被検面の性質によらない光量変動も被検面の測定値として測定され、不正確な測定になってしまうという問題がある。
また、近年、測定精度を向上するため、例えば、顕微分光装置などでは、測定波長によらない結像性能が得られる反射式対物光学系を用いる場合がある。このような反射式対物光学系は、凹面鏡と凸面鏡とを組み合わせて構成しているため、被検面からの反射光の出射方向によっては、対物光学系内部の凸面鏡などでのケラレが発生し、測光部で検出される光強度が変動するため、高精度の測定が困難になってしまうという問題がある。
したがって、特にこのような反射式対物光学系を用いる場合には、照明光束の光軸が被検面の面頂における法線と一致した状態で、照明光束を被検面の面頂位置に正確に集光させる必要がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、被検面上で集光される照明光束の集光位置が被検面の面頂位置になるように被検体の位置を容易に調整して精度よく測光を行うことができる測光装置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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、光源と、該光源から出射された光束を平行な照明光束にするコリメータレンズと、前記照明光束の光路に対して進退可能に保持され、進出時に、前記照明光束を被検体の被検面に集光するとともに前記被検面からの反射光を集光して平行光束を形成する対物光学系と、該対物光学系によって形成された平行光束を集光する集光光学系と、前記対物光学系および前記集光光学系によって集光された前記被検面からの前記反射光を測光する測光部と、前記集光光学系に向かって進む光束の一部を分岐する光分岐素子と、前記対物光学系の進出時には、該対物光学系によって集光され前記光分岐素子によって分岐された光束による前記被検面の像を結像し、前記対物光学系の退避時には、前記被検面に照射された前記平行な照明光束の反射光による像を結像する観察光学系と、該観察光学系によって結像された光像を撮像する撮像部と、該撮像部によって撮像された画像に基づいて前記対物光学系および前記集光光学系の光軸が整列された測定光軸に対する前記光像の位置を表示する位置表示部と、前記被検体を、前記測定光軸に沿う方向および該測定光軸に直交する方向に移動可能に保持する被検体移動部と、を備える構成とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の測光装置において、前記観察光学系は、前記撮像部と前記光分岐素子との間の光路上に配置され、前記対物光学系の進出時に前記光分岐素子によって分岐された光束による前記被検面の像を結像する被検面観察光学系と、前記光分岐素子と前記被検面観察光学系との間の光路上に進退し、進出時に、前記被検面観察光学系と併せて、前記被検面の像が形成される像面に前記被検面に照射された前記平行な照明光束の反射光による像を結像する光学系を構成する偏心観察光学系と、を備える構成とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の測光装置において、前記対物光学系は、凹面鏡と凸面鏡とを組み合わせで構成される。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、光源と、該光源から出射された光束を平行な照明光束にするコリメータレンズと、前記照明光束の光路に対して進退可能に保持され、進出時に、前記照明光束を被検体の被検面に集光するとともに前記被検面からの反射光を集光して平行光束を形成する対物光学系と、該対物光学系によって形成された平行光束を集光する集光光学系と、前記対物光学系および前記集光光学系によって集光された前記被検面からの前記反射光を測光する測光部と、前記集光光学系に向かって進む光束の一部を分岐する光分岐素子と、前記対物光学系の進出時には、該対物光学系によって集光され前記光分岐素子によって分岐された光束による前記被検面の像を結像し、前記対物光学系の退避時には、前記平行な照明光束を前記被検面の球心位置に向けて集光するとともに集光された前記照明光束の前記被検面での反射光による像を結像する観察光学系と、該観察光学系によって結像された光像を撮像する撮像部と、該撮像部によって撮像された画像に基づいて前記対物光学系および前記集光光学系の光軸が整列された測定光軸に対する前記光像の位置を表示する位置表示部と、前記被検体を、前記測定光軸に沿う方向および該測定光軸に直交する方向に移動可能に保持する被検体移動部と、を備える構成とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の測光装置において、前記観察光学系は、前記撮像部と前記光分岐素子との間の光路上に配置され、前記対物光学系の進出時に前記光分岐素子によって分岐された光束による前記被検面の像を結像する被検面観察光学系と、前記光分岐素子と前記被検面との間の前記平行な照明光束の光路上において前記対物光学系と交替に進退し、進出時に、焦点面を前記被検面の球心位置に合わせる偏心観察光学系と、を備える構成とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明では、請求項４または５に記載の測光装置において、前記対物光学系は、凹面鏡と凸面鏡とを組み合わせで構成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の測光装置によれば、対物光学系が退避した際に観察光学系によって被検面での反射光による像を結像し、位置表示部に表示された光像の位置を見て被検体移動部により被検面を移動できるため、対物光学系を介して被検面上で集光される照明光束の集光位置が被検面の面頂位置になるように被検体の位置を容易に調整して精度よく測光を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る測光装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る測光装置の位置調整時および測光時の模式的な光路図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る測光装置の位置調整前、位置調整後の被検面近傍の表示画面の一例を模式的に示す説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る測光装置の位置表示部の位置調整工程における表示画面の一例を示す模式図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る測光装置の位置表示部の測光工程における表示画面の一例を示す模式図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の変形例に係る測光装置に用いる対物光学系の模式的な断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る測光装置の概略構成を示す模式的な構成図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る測光装置の対物光学系と偏心観察光学系の保持形態を示す模式的な正面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る測光装置の位置調整前、および位置調整後の模式的な光路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材等には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１５】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る測光装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る測光装置の概略構成を示す模式的な構成図である。図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の第１の実施形態に係る測光装置の位置調整時、および測光時の模式的な光路図である。
なお、すべての図面において、楕円状に描かれた部材は、レンズ作用を有する光学素子を模式的に表示したものであり、特に断らない限りは、これらの構成が両凸単レンズに限定されることを表すものではない。また、本明細書において、特に断らない限りは、「レンズ」は、単レンズには限定されず、適宜枚数構成のレンズ群の場合を含むものとする。
【００１６】
本実施形態の測光装置５０は、図１に示すように、被検体６の被検面６ａ、あるいは分光反射率が既知の基準試料１６の基準測定面１６ａを落射照明することによって、被検面６ａあるいは基準測定面１６ａの分光スペクトルを測定し、それぞれの分光スペクトルの測定値から、基準測定面１６ａに対する被検面６ａの相対分光反射率を算出して、被検面６ａの分光反射率特性を測定（測光）するものである。
被検体６の種類は、被検面６ａが曲率を有するものであれば、特に限定されず、例えば、レンズ、反射ミラー等の光学素子などを挙げることができる。被検体６の被検面６ａは凹面であってもよいが、以下では、一例として、凸面の場合の例で説明する。
【００１７】
測光装置５０の概略構成は、光源１、ピンホール板２、コリメータレンズ３、第１ビームスプリッタ４、対物レンズ５（対物光学系）、保持台１５、移動ステージ１４（被検体移動部）、第２ビームスプリッタ７（光分岐素子）、集光光学系８、分光器９（測光部）、偏心観察光学系１０、撮像光学系１１（被検面観察光学系）、カメラ１２（撮像部）、および位置表示部１３を備える。
【００１８】
後述するように、これら構成部材の一部は可動に保持され、測光動作時（以下、単に測光時と称する）の配置と、測光を開始する前の位置調整動作時（以下、単に位置調整時と称する）の配置とは異なる。
移動ステージ１４、保持台１５、対物レンズ５、第１ビームスプリッタ４、第２ビームスプリッタ７、集光光学系８、分光器９は、測光時において、分光器９の入射光軸で規定される測光装置５０の測定基準軸Ｐ０（測定光軸）上に、この順に配置される。位置調整時には、対物レンズ５が光路外に退避した配置とされる（図１の二点鎖線参照）。
また、コリメータレンズ３、ピンホール板２、光源１は、測光時、位置調整時とも、第１ビームスプリッタ４の側方において、第１ビームスプリッタ４の方からこの順に配置される。
また、撮像光学系１１、カメラ１２は、測光時、位置調整時とも、第２ビームスプリッタ７の側方において、第２ビームスプリッタ７の方からこの順に配置される。ただし、位置調整時には、第２ビームスプリッタ７と撮像光学系１１との間の光路上に、偏心観察光学系１０が進出した配置とされる（図１の二点鎖線参照）。
以下では、特に断らない限り、測光時の配置に基づいて説明する。
【００１９】
光源１は、被検面６ａを照明するための照明光束Ｌ０を発生するもので、例えば、ハロゲンランプや重水素ランプなどを採用することができる。また、被検体６の測定の目的によってはＬＥＤや半導体レーザなどの発光素子からなる光源を採用してもよい。
光源１は、不図示のレンズを内蔵しており、内部で発生された照明光束Ｌ０を集光して、ピンホール板２を照明できるようになっている。
ピンホール板２は、被検面６ａの一部をスポット状に照明するため、光源１から出射された照明光束Ｌ０の透過範囲を規制するピンホール２ａを備える絞り部材である。
【００２０】
コリメータレンズ３は、焦点位置がピンホール２ａの中心に一致するように配置されたレンズであり、これにより、ピンホール２ａから出射された照明光束Ｌ０を集光して平行光束である照明光束Ｌ１を形成し、光軸Ｐ１に沿って出射できるようになっている。
【００２１】
第１ビームスプリッタ４は、集光光学系８と測光時の対物レンズ５との間の光路上で、コリメータレンズ３に対向する位置に配置され、コリメータレンズ３から出射された照明光束Ｌ１の一部を保持台１５側に反射して、測定基準軸Ｐ０の軸上光束を形成する光路合成手段である。
また第１ビームスプリッタ４は、対物レンズ５側から入射する後述の測定光束Ｌ３の一部を透過させるようになっている。
第１ビームスプリッタ４としては、例えば、ハーフミラーなどを採用することができる。
【００２２】
対物レンズ５は、第１ビームスプリッタ４で反射された照明光束Ｌ１を、保持台１５によって保持された被検体６の被検面６ａに向けて集光するとともに、照明光束Ｌ１が被検面６ａで反射された測定光束Ｌ２を集光するため、レンズ光軸が測定基準軸Ｐ０と同軸に配置される無限遠設計の対物レンズである。
測定光束Ｌ２は、対物レンズ５の焦点位置が被検面６ａの面上に位置する場合、および対物レンズ５の焦点位置が被検面６ａの球心位置に位置する場合には、集光されて平行光束である測定光束Ｌ３を形成する。
また、対物レンズ５は、不図示の可動レンズホルダによって、測定基準軸Ｐ０上に進退可能に保持されており、位置調整時には、測定基準軸Ｐ０に沿う光路から退避できるようになっている。
可動レンズホルダの構成は、例えば、顕微鏡に用いられるレボルバ等の回転保持機構や、測定基準軸Ｐ０に交差する方向にスライド移動する機構などを採用することができる。
また、可動レンズホルダの位置を切り替える構成は、手動で行う構成でもよいし、適宜コントローラを介して自動的に行う構成としてもよい。
【００２３】
保持台１５は、被検体６または基準試料１６を、それぞれの被検面６ａ、基準測定面１６ａが対物レンズ５に対向するように保持する部材であり、移動ステージ１４によって移動可能に保持されている。
【００２４】
移動ステージ１４は、保持台１５を、測定基準軸Ｐ０に沿う方向と、測定基準軸Ｐ０に直交する２軸方向に移動可能に保持するものであり、例えば、ＸＹＺステージなどを好適に採用することができる。
なお、移動ステージ１４は、測定の必要に応じて、例えば、測定基準軸Ｐ０に対する傾斜を調整する２軸のチルト機構などが設けられていてもよい。
【００２５】
第２ビームスプリッタ７は、第１ビームスプリッタ４と集光光学系８との間の光路上で、撮像光学系１１に対向する位置に配置され、対物レンズ５からの測定光束Ｌ３の一部を測定光束Ｌ３Ａとして集光光学系８に向かって透過させるとともに、測定光束Ｌ３の他を被検面観察光束Ｌ３Ｂとして、撮像光学系１１の光軸Ｐ２上に反射する光分岐素子である。
第２ビームスプリッタ７としては、例えば、ハーフミラーなどを採用することができる。
【００２６】
集光光学系８は、第２ビームスプリッタ７を透過した測定光束Ｌ３Ａを集光し、測定光束Ｌ４Ａとして、分光器９に入射させるものである。
【００２７】
分光器９は、集光光学系８によって集光された測定光束Ｌ４Ａの集光位置に入射開口を有するピンホール板９ａと、回折格子９ｂと、受光素子９ｃとを備え、ピンホール板９ａの入射開口から入射された測定光束Ｌ４Ａを回折格子９ｂによって波長λごとに分解して、受光素子９ｃ上の異なる画素位置に結像し、受光素子９ｃの受光量（光強度）を測定する測光部である。ここで、λの大きさは、回折格子９ｂと受光素子９ｃとの位置関係に応じて決まる受光素子９ｃ上の画素位置と対応しているため、受光素子９ｃの出力からは、測定光束Ｌ４Ａの分光スペクトルが得られる。
分光器９の入射光軸は測定基準軸Ｐ０を規定しており、ピンホール板９ａの入射開口は集光光学系８の焦点位置に位置合わせして配置されている。
【００２８】
偏心観察光学系１０は、測定基準軸Ｐ０に沿う光路上から対物レンズ５が退避した位置調整時に、被検面６ａからの反射光によって、撮像光学系１１と併せて被検面６ａの偏心を観察するための光学系を構成するものである。
偏心観察光学系１０は、第２ビームスプリッタ７と撮像光学系１１との間の光路上に進退可能に設けられ、進出時には、光軸Ｐ２と同軸となる位置に進出し、後述の撮像光学系１１によって測光時に被検面６ａの像が形成される像面と、被検面６ａの測定基準軸Ｐ０に沿う方向の面頂から被検面６ａの曲率中心ＯＷの方に被検面６ａの曲率半径の半分だけ離間した平面とを互いに共役の位置関係とする位置に配置される。
ここで、「被検面６ａの面頂から被検面６ａの曲率中心ＯＷの方に被検面６ａの曲率半径の１／２だけ離間した平面」は、被検面６ａを反射面とする反射鏡の焦点面に相当する。
偏心観察光学系１０を進退させる機構は、例えば、レボルバ等の回転保持機構や、光軸Ｐ２に交差する方向にスライド移動する機構などを採用することができる。
【００２９】
撮像光学系１１は、対物レンズ５が進出される測光時に、被検面観察光束Ｌ３Ｂによる被検面６ａの像を結像させるレンズで構成される。
カメラ１２は、撮像光学系１１によって測光時の被検面６ａの像が形成される像面に撮像面が配置された撮像素子１２ａを備え、被検面観察光束Ｌ３Ｂによる被検面６ａの像を光電変換して画像信号を位置表示部１３に送出する撮像部である。
【００３０】
このように、測光装置５０において、撮像光学系１１と偏心観察光学系１０とは、対物レンズ５の進出時には、偏心観察光学系１０が退避して、撮像光学系１１のみからなる光学系を形成し、対物レンズ５の退避時には、偏心観察光学系１０が進出して、撮像光学系１１と偏心観察光学系１０とからなる光学系を形成するレンズ構成可変の観察光学系Ｏｂ１を構成している。
上記のような偏心観察光学系１０の配置によれば、進出時の観察光学系Ｏｂ１は、測定基準軸Ｐ０に沿って平行光束を被検面６ａに照射したときに、被検面６ａの反射面としての焦点から発散する方向に進む被検面６ａにおける反射光を結像することができる。すなわち、被検面６ａにおける反射光のうち、測定基準軸Ｐ０に沿う方向の面頂を通る測定基準軸Ｐ０に平行な軸上の１点からから発散する反射光を結像することができる。
【００３１】
位置表示部１３は、カメラ１２に電気的に接続され、カメラ１２から送出される画像信号に基づいて、撮像光学系１１によって結像された光像の測定基準軸Ｐ０に対する相対位置を表示画面１３ａに表示するものである。
本実施形態では、測定基準軸Ｐ０の位置に対応する十字線画像１３ｂと、画像信号に基づく光像のスポット画像とを表示するモニタから構成されている。
ただし、位置表示部１３は、画像処理や演算処理を行う処理部を備えることにより、これらの画像に加えて、測定基準軸Ｐ０に対する光像の位置ずれ量を数値化して表示する構成としてもよい。
【００３２】
次に、本実施形態の測光装置５０の動作について説明する。
図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る測光装置の位置調整時および測光時の模式的な光路図である。図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る測光装置の位置調整前、位置調整後の被検面近傍の表示画面の一例を模式的に示す説明図である。図４は、本発明の第１の実施形態に係る測光装置の位置表示部の位置調整工程における表示画面の一例を示す模式図である。図５は、本発明の第１の実施形態に係る測光装置の位置表示部の測光工程における表示画面の一例を示す模式図である。
【００３３】
測光装置５０によって、被検面６ａの測光、例えば、被検面６ａの相対分光反射率の測定を行う場合、測定者は、測光装置５０の電源を投入し、保持台１５に基準試料１６を保持させて、基準測定面１６ａの面頂が対物レンズ５の集光位置に略一致するように予め設定された初期設置位置に移動ステージ１４の位置を合わせる。また対物レンズ５および偏心観察光学系１０の位置を測光時の配置に設定する。すなわち、対物レンズ５が測定基準軸Ｐ０上の同軸位置に進出し、偏心観察光学系１０が光軸Ｐ２に沿う光路から退避する配置とする。また、基準試料１６の基準測定面１６ａを平面とする場合は、基準試料１６配置時に、基準測定面１６ａが測定基準軸Ｐ０に対して所定の角度以下に配置されれば良いため、測定基準軸Ｐ０に沿う方向の調整は省略してよい。
次に、後述する位置調整工程と測光工程とを行って、基準試料１６の基準測定面１６ａの分光スペクトルを測定する。
その後、保持台１５の基準試料１６を被検体６に交換して、対物レンズ５および偏心観察光学系１０を測光時の配置として、基準試料１６を配置した場合と同様な位置調整工程と測光工程とを行って、被検面６ａの分光スペクトルを測定する。
そして、基準測定面１６ａの分光スペクトルに対する被検面６ａの分光スペクトルの比を算出することにより、被検面６ａの相対分光反射率が求められる。
ここで、測光の対象となる被検面が、基準試料１６の基準測定面１６ａであっても被検体６の被検面６ａであっても、位置調整工程と測光工程とにおける測光装置５０の動作は同じであるため、以下では、被検面６ａにおける位置調整工程と測光工程とを説明する。
【００３４】
まず、測光装置５０の光源１を点灯させると、図１に示すように、光源１から出射された照明光束Ｌ０によってピンホール板２が照明される。ピンホール板２のピンホール２ａは、コリメータレンズ３の焦点位置に配置されているため、照明光束Ｌ０のうちピンホール２ａを透過した照明光束Ｌ０は、コリメータレンズ３に入射して平行光束である照明光束Ｌ１となって第１ビームスプリッタ４に到達する。
【００３５】
第１ビームスプリッタ４では、照明光束Ｌ１の一部が対物レンズ５側に反射され、測定基準軸Ｐ０に沿って進む軸上光束として対物レンズ５に入射する。この照明光束Ｌ１は、対物レンズ５の焦点位置に向けて集光され、被検面６ａに到達する。
ここで、対物レンズ５の焦点面には、コリメータレンズ３および対物レンズ５からなる照明光学系の光学倍率に応じたピンホール２ａの像が投影される。
【００３６】
被検面６ａでは、照明光束Ｌ１の一部が反射され、測定光束Ｌ２として対物レンズ５に入射して集光される。このとき、被検面６ａは、初期設置位置に配置されているため、測定光束Ｌ２は、略平行光束である測定光束Ｌ３として出射される。
対物レンズ５から出射された測定光束Ｌ３は、第１ビームスプリッタ４に入射して測定基準軸Ｐ０に沿って透過し、第２ビームスプリッタ７に到達する。
第２ビームスプリッタ７では、測定光束Ｌ３の一部が測定光束Ｌ３Ａとして測定基準軸Ｐ０に沿って透過して、集光光学系８に入射する。この測定光束Ｌ３Ａは、集光光学系８によって集光されて測定光束Ｌ４Ａとしてピンホール板９ａに向かう。
【００３７】
このとき、被検面６ａの面頂が対物レンズ５の集光位置とずれていると、ピンホール板９ａ上によってケラレが発生し、測定光束Ｌ４Ａの一部が分光器９に入射できなくなる。
例えば、被検面６ａが測定基準軸Ｐ０に沿う方向にずれていると、ピンホール板９ａでの光束径がピンホール板９ａの入射開口よりも大きくなって入射光量が減少する。
また、被検面６ａが測定基準軸Ｐ０に交差する方向にずれていると、測定光束Ｌ２が面頂の周囲の被検面６ａによって測定基準軸Ｐ０に対して傾斜する法線方向に沿って反射される。このため、対物レンズ５の開口に入射できない光束が遮光されて分光器９に入射できなくなる。
【００３８】
そこで、本実施形態では、測光を行う前に、照明光束Ｌ１が被検面６ａの面頂に集光されるように、被検面６ａの面頂と対物レンズ５の集光位置との相対位置を調整する位置調整工程を行う。
本工程では、まず、対物レンズ５および偏心観察光学系１０の位置を位置調整時の配置に設定する。すなわち、対物レンズ５が測定基準軸Ｐ０に沿う光路から退避し、偏心観察光学系１０が光軸Ｐ２上の同軸位置に進出する配置とする。
これにより、図２（ａ）に示すように、照明光束Ｌ１は、第１ビームスプリッタ４によって反射された平行光束の状態で照明光束Ｌ１１として被検面６ａに入射し、被検面６ａによって一部が反射される。
【００３９】
このとき、偏心観察光学系１０が進出されているため、被検面６ａの測定基準軸Ｐ０に沿う方向の面頂ｐ０から曲率中心ＯＷの方に曲率半径の半分だけ離間した位置に相当する点Ｑ１を含む面と、測光時に撮像光学系１１によって被検面６ａの像が形成される像面とが共役の位置関係になる。このため、被検面６ａに入射する照明光束Ｌ１１は、被検面６ａで反射されると、点Ｑ１から発散したのと同様な方向に進み、偏心観察光学系１０進出時の観察光学系Ｏｂ１のＮＡで決まる光学開口に入射する光束である偏心観察光束Ｌ１２が、測光時に撮像光学系１１によって被検面６ａの像が形成される像面に一致する撮像素子１２ａの撮像面上に結像される。
すなわち、図３（ａ）に示すように、被検面６ａが測定基準軸Ｐ０に対して偏心し、面頂ｐ０が測定基準軸Ｐ０からずれていると、被検面６ａでの反射光である偏心観察光束Ｌ１２が第１ビームスプリッタ４を透過し、第２ビームスプリッタ７で反射されて偏心観察光学系１０進出時の観察光学系Ｏｂ１に入射し、偏心観察光学系１０進出時の観察光学系Ｏｂ１の像面において位置Ｑ’に結像される。
【００４０】
このため、撮像素子１２ａの撮像面には、点Ｑ１の位置に対応する微小スポットの光像が位置Ｑ’を中心として形成される。この光像は、撮像素子１２ａによって光電変換された画像信号として位置表示部１３に送出される。これにより、図４に示すように、表示画面１３ａ上にスポットＳ１が表示される。
本実施形態では、表示画面１３ａ上には、光軸Ｐ２と撮像素子１２ａの撮像面との交点である基準原点Ｏ２の位置を示す十字線画像１３ｂも併せて表示されるため、測定者は十字線画像１３ｂの交点とスポットＳ１の中心との位置ずれを見て、位置Ｑ’のずれ量に対応する点Ｑ１の偏心量Ｑ１Ｏ１と、その偏心方向とを視覚的に確認することができる。ここで点Ｏ１は、点Ｑ１から測定基準軸Ｐ０に下ろした垂線の足を示す。
【００４１】
そこで、測定者は、表示画面１３ａを見ながら、移動ステージ１４を駆動して、被検面６ａを測定基準軸Ｐ０に直交する方向に移動させる。このとき、移動ステージ１４の移動とともに、被検面６ａの点Ｑ１も移動するため、表示画面１３ａ上でスポットＳ１も移動する。
測定者は、スポットＳ１の中心が、十字線画像１３ｂの交点に一致するまで、移動ステージ１４を移動させる（図４に二点鎖線で示すスポットＳ１’参照）。
このとき、図３（ｂ）に示すように、偏心量Ｑ１Ｏ１は０になるため、偏心観察光束Ｌ１２の光軸が測定基準軸Ｐ０に整列し、被検面６ａの面頂ｐ０が測定基準軸Ｐ０上に移動された状態になる。
以上で、位置調整工程が終了する。
【００４２】
なお、位置Ｑ’の基準原点Ｏ２に対するずれ量の実寸法は、点Ｑ１の測定基準軸Ｐ０に対する偏心量Ｑ１Ｏ１に偏心観察光学系１０進出時の観察光学系Ｏｂ１の光学倍率βを乗じたものになる。このため、撮像素子１２ａ上の距離Ｑ’Ｏ２を算出すれば、偏心量Ｑ１Ｏ１を求めることができる。このため、位置表示部１３にこのような処理部を設けることにより、表示画面１３ａ上に点Ｑ１の位置を、例えば、点Ｏ１を（０，０）とした座標値として表示してもよい。
この場合には、測定者は、表示画面１３ａ上に表示された点Ｑ１の座標値を見て、座標値が（０，０）となるように移動ステージ１４の移動を行うことができる。
【００４３】
次に、測光工程を行う。
本工程では、図１、図２（ｂ）に示すように、対物レンズ５および偏心観察光学系１０の位置を位置調整時の配置から測光時の配置に切り替える。すなわち、対物レンズ５を照明光束Ｌ１の光路上に進出させるとともに、観察光学系Ｏｂ１において偏心観察光学系１０を光路外に退避させる。
すると、照明光束Ｌ１が対物レンズ５によって集光される。このため被検面６ａが面頂ｐ０を中心とする微小スポットで照明される。
被検面６ａでの反射光は、対物レンズ５によって、測定光束Ｌ３として集光されて略平行光束とされる。測定光束Ｌ３は、第１ビームスプリッタ４を透過し、第２ビームスプリッタ７で反射され、被検面観察光束Ｌ３Ｂとして光軸Ｐ２上に入射する。ここで、観察光学系Ｏｂ１において偏心観察光学系１０は光路外に退避されているため、被検面観察光束Ｌ３Ｂは、撮像光学系１１に入射して撮像素子１２ａ上に結像される。
このため、表示画面１３ａには、図５に示すように、十字線画像１３ｂを中心とするスポットＳ２が表示される。
【００４４】
測定者は、表示画面１３ａを見ながら移動ステージ１４を駆動して、被検面６ａを測定基準軸Ｐ０に沿う方向に移動させ、スポットＳ２が最小になるようにする（図５に二点鎖線で示すスポットＳ２’参照）。
これにより、対物レンズ５の集光位置が、被検面６ａの面頂ｐ０に一致され、対物レンズ５および集光光学系８からなる結像光学系によって、面頂ｐ０とピンホール板９ａの入射開口とが共役の位置関係になる。
すなわち、図１に示すように、測定光束Ｌ３、Ｌ３Ａは平行光束となり、測定光束Ｌ４Ａは、ピンホール板９ａの入射開口の中心に結像され、入射開口によってケラレが生じることなく分光器９に入射する。
【００４５】
測定光束Ｌ４Ａが、ピンホール板９ａの入射開口に入射すると、回折格子９ｂによって分光されて、波長毎に受光素子９ｃ上の異なる画素位置で受光される。このため、各受光素子９ｃに出力信号によって被検面６ａの分光スペクトルが測定される。
以上で、測光工程が終了する。
【００４６】
以上に説明したように、測光装置５０によれば、位置調整工程において、対物レンズ５が退避した際に偏心観察光学系１０を進出させて被検面６ａ（基準測定面１６ａ）の偏心観察光束Ｌ１２による光像を撮像し、位置表示部１３に点Ｑ１の位置に対応するスポットＳ１を表示することで、点Ｑ１の偏心量を視覚的に確認することができる。このため、位置表示部１３の表示を見ながら移動ステージ１４を用いて被検面６ａを測定基準軸Ｐ０に直交する方向に移動することにより、測光時における照明光束Ｌ１の集光位置が被検面６ａ（基準測定面１６ａ）の面頂ｐ０の位置に一致する位置に、被検体６（基準試料１６）を移動することができる。このため、被検面６ａの位置調整が容易となり、被検面６ａの偏心による測光の測定誤差を低減し、精度のよい測光を行うことができる。
【００４７】
［変形例］
次に、本実施形態の変形例に係る測光装置５０Ａについて説明する。
図６は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る測光装置に用いる対物光学系の模式的な断面図である。
【００４８】
本変形例の測光装置５０Ａは、図１に示すように、上記第１の実施形態の測光装置５０の対物レンズ５に代えて、対物レンズ５と焦点距離が等しい反射式対物光学系１７（対物光学系）を備える。以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４９】
反射式対物光学系１７は、図６（ａ）に示すように、物体側（照明光束Ｌ１の入射側）から順に、主鏡１７Ａ（凹面鏡）と副鏡１７Ｂ（凸面鏡）とを備え、これらの各光軸が同軸に配置された状態で、測定基準軸Ｐ０上に進退可能に保持されたものである。
主鏡１７Ａは、像側（被検体６が配置される側）に凹反射面１７ａを有し、中心に貫通孔１７ｂを有する凹面鏡である。
副鏡１７Ｂは、主鏡１７Ａに対向して配置され、物体側に凸反射面１７ｃを有する凸面鏡である。
凸反射面１７ｃの曲率半径は、凹反射面１７ａの曲率半径の約１／２に設定されている。また、凸反射面１７ｃの有効径は、貫通孔１７ｂと同じかわずかに大きくなっており、貫通孔１７ｂからの入射光を主鏡１７Ａの凹反射面１７ａに向けて、発散光束として反射できるようになっている。
【００５０】
このような構成の主鏡１７Ａは、例えば、平凹レンズ形状のガラス基材の中心に貫通孔１７ｂを形成し、凹面側に反射膜を蒸着するなどして製造することができる。
また、副鏡１７Ｂは、例えば、凸平レンズ形状のガラス基材の凸面側に反射膜を蒸着したり、屈折力を有しないメニスカス形状を有するガラス基材の凸面側の中心部に反射膜をしたりして製造することができる。
【００５１】
反射式対物光学系１７では、貫通孔１７ｂを通過して、凸反射面１７ｃで反射され、凹反射面１７ａに到達した発散光束は、凹反射面１７ａの曲率半径に応じて集光されて副鏡１７Ｂ側に進み、凸反射面１７ｃの側方を通過して光軸上の集光位置に集光される。このため、対物レンズ５と同様の無限遠設計の対物光学系を構成している。
貫通孔１７ｂから光軸に沿って入射された平行光束は、凸反射面１７ｃの中心部で反射されて貫通孔１７ｂから物体側に出射されたり、凹反射面１７ａに反射されてから凸反射面１７ｃに再入射したりする光束部分を除いて、像側の集光位置に集光される。
したがって、本変形例の測光装置５０Ａは、対物レンズ５が反射式対物光学系１７に置き換えられただけであるため、測光装置５０とまったく同様にして、位置調整工程および測光工程を行って被検面６ａの分光スペクトルや相対分光反射率を測定することができる。
【００５２】
反射式対物光学系１７は反射光学系であるため色収差が発生しない。このため、高精度な分光測定に特に好適である。
【００５３】
ただし、反射式対物光学系１７は、凸反射面１７ｃの側方を通過する光束のみを集光するため、集光位置と被検面６ａの面頂ｐ０とがずれていると、副鏡１７Ｂによる光線のケラレが発生しやすくなっている。
例えば、図６（ｂ）に示すように、被検面６ａが測定基準軸Ｐ０に対して図示左側に偏心しているものとし、照明光束Ｌ１のうち貫通孔１７ｂの図示左側に入射する最外光線ｒｏｕｔと、最内光線ｒｉｎを考える。これらの最外光線ｒｏｕｔおよび最内光線ｒｉｎはいずれも凸反射面１７ｃの側方を通過して被検面６ａ上に到達して、それぞれ最外光線Ｒｏｕｔおよび最内光線Ｒｉｎとして反射される。
ところが、被検面６ａが偏心しているため、最外光線Ｒｏｕｔと最内光線Ｒｉｎとは、面頂ｐ０からずれて法線が傾斜した湾曲面で反射されるため、偏心量に応じて測定基準軸Ｐ０に向かう図示右側に傾斜して進む。このため、少なくとも最内光線Ｒｉｎは、副鏡１７Ｂによって遮光される。すなわち、この場合の被検面６ａでの反射光である測定光束Ｌ２’は光束の内周側に光量損失が発生する。
したがって凹反射面１７ａ、凸反射面１７ｃによって反射されて平行光束とされた後に測定光束Ｌ３’は、被検面６ａでの反射光量よりも光量が低下することになり、測定光束Ｌ３’を用いた測光では、測定光束Ｌ３’が集光光学系８によって１００％ピンホール板９ａの入射開口に入射したとしても、測定誤差が生じてしまう。
【００５４】
ところが、本変形例の測光装置５０Ａによれば、測光工程に先立って、位置調整工程を行うことができるため、被検面６ａの面頂ｐ０が反射式対物光学系１７の集光位置に一致した状態に位置調整することができるため、上記のような被検面６ａの偏心による光線のケラレを容易に防止することができ、反射式対物光学系１７を用いた高精度の測光を行うことができる。
【００５５】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る測光装置５１について説明する。
図７は、本発明の第２の実施形態に係る測光装置の概略構成を示す模式的な構成図である。図８は、本発明の第２の実施形態に係る測光装置の対物光学系と偏心観察光学系の保持形態を示す模式的な正面図である。図９（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る測光装置の位置調整前、および位置調整後の模式的な光路図である。
【００５６】
本実施形態の測光装置５１は、図７に示すように、上記第１の実施形態の測光装置５０の偏心観察光学系１０を削除し、対物レンズ５が測定基準軸Ｐ０に沿う光路上から退避した際に、第１ビームスプリッタ４と保持台１５に保持された被検面６ａとの間の光路上に進退可能に保持された偏心観察光学系２０を備える。
このように、測光装置５１において、撮像光学系１１と偏心観察光学系２０とは、対物レンズ５の進出時には、偏心観察光学系２０が退避して、撮像光学系１１のみからなる光学系を形成し、対物レンズ５の退避時には、偏心観察光学系２０が進出して、撮像光学系１１と偏心観察光学系２０とからなる光学系を形成するレンズ構成可変の観察光学系Ｏｂ２を構成している。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５７】
偏心観察光学系２０は、測定基準軸Ｐ０に沿う光路上から対物レンズ５が退避した位置調整時に、被検面６ａからの反射光によって、撮像光学系１１と併せて被検面６ａの偏心を観察するための光学系を構成するものである。
本実施形態の偏心観察光学系２０は、物体側（第１ビームスプリッタ４側）から順に、固定レンズ２０ａ、移動レンズ２０ｂを備えた可変焦点の集光光学系である。
偏心観察光学系２０の可変焦点の範囲は、測光すべき被検面６ａの種類に応じた曲率半径の変化に対応して、焦点面を被検面６ａの球心位置に合わせることができる範囲に設定される。
偏心観察光学系２０の焦点面を被検面６ａの球心位置に合わせることにより、進出時の観察光学系Ｏｂ２は、測定基準軸Ｐ０に沿って平行光束を偏心観察光学系２０に入射して被検面６ａに照射したときに、被検面６ａの球心位置から発散する方向に進む被検面６ａにおける反射光を結像することができる。すなわち、被検面６ａにおける反射光のうち、測定基準軸Ｐ０に沿う方向の面頂を通る測定基準軸Ｐ０に平行な軸上の１点からから発散する反射光を結像することができる。
【００５８】
また、本実施形態では、図８に示すように、対物レンズ５と偏心観察光学系２０との進退機構はレボルバ２１を採用している。
レボルバ２１には、対物レンズ５を収容するレンズホルダ５ｃと、偏心観察光学系２０を収容するレンズホルダ２０ｃとが、レボルバ２１の回転軸２１ａを中心とする円周上に周方向に離間して、例えば螺設などによって設置されている。
このため、レボルバ２１を所定角度だけ回転軸２１ａ回りに回転させることで、対物レンズ５および偏心観察光学系２０のいずれかを、測定基準軸Ｐ０上の同軸位置に進出させることができるようになっている。
測光装置５１において、対物レンズ５が測定基準軸Ｐ０上の同軸位置に進出し、偏心観察光学系２０が測定基準軸Ｐ０に沿う光路から退避した配置は、上記第１の実施形態の測光時の配置に対応し、対物レンズ５が測定基準軸Ｐ０に沿う光路から退避し、偏心観察光学系２０が測定基準軸Ｐ０上の同軸位置に進出した配置は、上記第１の実施形態の位置調整時の配置に対応する。
このように、本実施形態では、レボルバ２１を操作するのみで、位置調整時の配置と測光時の配置とを、容易かつ迅速に切り替えることができる。このため、測光の作業効率を向上することができる。
【００５９】
測光装置５１によれば、上記第１の実施形態の測光装置５０と同様に、対物レンズ５および偏心観察光学系２０を位置調整時の配置とすることで、位置調整工程を行うことができる。また、対物レンズ５および偏心観察光学系２０を測光時の配置とすることで、測光工程を行うことができる。このため、被検面６ａの分光スペクトルや相対分光反射率を測定することができる。
測光時の配置は、測光装置５０の測光時の配置とまったく同様になるため、以下では、本実施形態の位置調整工程について、上記第１の実施形態と異なる点を中心に簡単に説明する。
【００６０】
位置調整時の配置において、図９（ａ）に示すように、照明光束Ｌ１は、偏心観察光学系２０によって、偏心観察光学系２０の焦点面Ｆに向かって集光される照明光束Ｌ２１が形成され、照明光束Ｌ２１によって被検面６ａが照明される。
照明光束Ｌ２１は、収束光であるが、被検面６ａにおける反射光のうち、被検面６ａの球心である点Ｑ２から発散する方向に反射される光束成分である偏心観察光束Ｌ２２が、撮像光学系１１によって撮像素子１２ａ上に結像される光束となる。
すなわち、偏心観察光束Ｌ２２は、偏心観察光学系２０によって集光されて平行光束とされ、第１ビームスプリッタ４を透過し、第２ビームスプリッタ７で反射されて撮像光学系１１に入射し、観察光学系Ｏｂ２の像面に結像される。
点Ｑ２は、上記第１の実施形態の点Ｑ１と同様に、面頂ｐ０を通る測定基準軸Ｐ０に平行な軸上の１点であるため、被検面６ａの偏心量Ｑ２ｑが同じであれば、表示画面１３ａ上では、上記第１の実施形態と同様の点Ｑ”に結像される。ここで、点ｑは、点Ｑ２から測定基準軸Ｐ０に下ろした垂線の足である。
【００６１】
ただし、移動レンズ２０ｂの位置調整が不十分で、偏心観察光学系２０の焦点面Ｆが点Ｑ２から外れていると、撮像光学系１１の像面にはぼけたスポットが形成される。このため、測定者は、位置表示部１３の表示画面１３ａを見ながら、移動レンズ２０ｂを測定基準軸Ｐ０に沿う方向に移動させて、スポットの光束径が最小になるように調整する。これにより、焦点面Ｆが被検面６ａの点Ｑ２を含む面に一致し、スポットの輝度も最大となる。
【００６２】
次に、測定者は、上記第１の実施形態と同様に、表示画面１３ａを見ながら、移動ステージ１４を駆動して、被検面６ａを測定基準軸Ｐ０に直交する方向に移動させ、表示画面１３ａ上のスポットの中心が十字線画像１３ｂの交点に一致するまで、移動ステージ１４を移動させる。
このとき、図９（ｂ）に示すように、偏心量Ｑ２ｑは０になるため、偏心観察光束Ｌ２２の光軸は測定基準軸Ｐ０に整列し、被検面６ａの面頂ｐ０が測定基準軸Ｐ０上に移動された状態になる。
以上で、位置調整工程が終了する。
【００６３】
以上に説明したように、測光装置５１によれば、位置調整工程において、対物レンズ５が退避した際に偏心観察光学系２０を進出させて被検面６ａ（基準測定面１６ａ）の偏心観察光束Ｌ２２による光像を撮像し、位置表示部１３に点Ｑ２の位置に対応するスポットを表示することで、点Ｑ２の偏心量を視覚的に確認することができる。このため、位置表示部１３の表示を見ながら移動ステージ１４を用いて被検面６ａを測定基準軸Ｐ０に直交する方向に移動することにより、測光時における照明光束Ｌ１の集光位置が被検面６ａ（基準測定面１６ａ）の面頂ｐ０の位置に一致する位置に、被検体６（基準試料１６）を移動することができる。このため、被検面６ａの位置調整が容易となり、被検面６ａの偏心による測光の測定誤差を低減し、精度のよい測光を行うことができる。
また、本実施形態では、位置調整時の照明光束Ｌ２１が収束光であり、偏心観察光学系２０の焦点面Ｆが点Ｑ２を含む面に一致したときには、照明光束Ｌ２１の略全光量が、撮像光学系１１の像面に結像されるため、スポットが高輝度となってより視認しやすくなり、容易に位置調整工程を行うことができる。
【００６４】
なお、上記の説明では、測光部として、分光器９を採用した例で説明したが、分光器９に代えて、どのような測光部を備える構成としてもよい。
また、本発明の測光装置は、被測定試料から出射された光の光量や光強度を測定する測光装置であれば、分光測光装置に限定されるものではなく、顕微測光装置、顕微分光測光装置、反射率測定装置などであってもよい。
【００６５】
また、上記の説明では、光分岐素子がハーフミラー等のビームスプリッタからなる場合の例で説明したが、光分岐素子はミラーとし、このミラーを位置調整工程時は光路上から退避し、測光工程時は所定の位置・姿勢に配置する移動機構で支持した構成を採用してもよい。
【００６６】
また、上記の第１の実施形態の説明では、撮像光学系１１と偏心観察光学系１０とを別々の光学系として、偏心観察光学系１０のみを光路上に進退させる構成とした場合の例で説明したが、撮像光学系１１のみからなる光学系と、撮像光学系１１と偏心観察光学系１０とからなる光学系とを、光路上に進退可能に設けてもよい。
【００６７】
また、上記第１の実施形態の説明では、偏心観察光学系１０を光軸Ｐ２上に進退させる場合の例で説明したが、光軸Ｐ２上に、撮像光学系１１に代えて、平行光束を撮像素子１２ａの撮像面に結像する撮像光学系１１の機能と、撮像素子１２ａの撮像面と点Ｑ１を含む面とを共役の位置関係にする観察光学系Ｏｂ１の機能とを兼ねる可変焦点レンズを配置した構成としてもよい。この場合、上記第１の実施形態のように、観察光学系は光路に進退させず、対物光学系のみを光路に進退させる構成とすることができる。
【００６８】
また、上記の実施形態、変形例で説明したすべての構成要素は、本発明の技術的思想の範囲で適宜組み合わせて実施することができる。
例えば、上記第２の実施形態の測光装置５１において、対物レンズ５に代えて、上記第１の実施形態の変形例の反射式対物光学系１７を用いた構成としてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１ 光源
３ コリメータレンズ
４ 第１ビームスプリッタ
５ 対物レンズ（対物光学系）
６ 被検体
６ａ 被検面
７ 第２ビームスプリッタ（光分岐素子）
８ 集光光学系
９ 分光器（測光部）
１０、２０ 偏心観察光学系（観察光学系）
１１ 撮像光学系（被検面観察光学系、観察光学系）
１２ カメラ（撮像部）
１２ａ 撮像素子
１３ 位置表示部
１３ａ 表示画面
１４ 移動ステージ（被検体移動部）
１５ 保持台
１６ 基準試料（被検体）
１６ａ 基準測定面（被検面）
１７ 反射式対物光学系（対物光学系）
１７Ａ 主鏡（凹面鏡）
１７Ｂ 副鏡（凸面鏡）
２１ レボルバ
５０、５０Ａ、５１ 測光装置
Ｆ 焦点面
Ｌ０、Ｌ１、Ｌ２１ 照明光束
Ｌ１２、Ｌ２２ 偏心観察光束
Ｌ２、Ｌ３、Ｌ３Ａ、Ｌ４Ａ 測定光束
Ｌ３Ｂ 被検面観察光束
Ｏ２ 基準原点
Ｐ０ 測定基準軸（測定光軸）
Ｐ１、Ｐ２ 光軸
ｐ０ 面頂
Ｓ１、Ｓ１’、Ｓ２、Ｓ２’ スポット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
該光源から出射された光束を平行な照明光束にするコリメータレンズと、
前記照明光束の光路に対して進退可能に保持され、進出時に、前記照明光束を被検体の被検面に集光するとともに前記被検面からの反射光を集光して平行光束を形成する対物光学系と、
該対物光学系によって形成された平行光束を集光する集光光学系と、
前記対物光学系および前記集光光学系によって集光された前記被検面からの前記反射光を測光する測光部と、
前記集光光学系に向かって進む光束の一部を分岐する光分岐素子と、
前記対物光学系の進出時には、該対物光学系によって集光され前記光分岐素子によって分岐された光束による前記被検面の像を結像し、前記対物光学系の退避時には、前記被検面に照射された前記平行な照明光束の反射光による像を結像する観察光学系と、
該観察光学系によって結像された光像を撮像する撮像部と、
該撮像部によって撮像された画像に基づいて前記対物光学系および前記集光光学系の光軸が整列された測定光軸に対する前記光像の位置を表示する位置表示部と、
前記被検体を、前記測定光軸に沿う方向および該測定光軸に直交する方向に移動可能に保持する被検体移動部と、
を備えることを特徴とする測光装置。
【請求項２】
前記観察光学系は、
前記撮像部と前記光分岐素子との間の光路上に配置され、前記対物光学系の進出時に前記光分岐素子によって分岐された光束による前記被検面の像を結像する被検面観察光学系と、
前記光分岐素子と前記被検面観察光学系との間の光路上に進退し、進出時に、前記被検面観察光学系と併せて、前記被検面の像が形成される像面に前記被検面に照射された前記平行な照明光束の反射光による像を結像する光学系を構成する偏心観察光学系と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の測光装置。
【請求項３】
前記対物光学系は、凹面鏡と凸面鏡とを組み合わせで構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の測光装置。
【請求項４】
光源と、
該光源から出射された光束を平行な照明光束にするコリメータレンズと、
前記照明光束の光路に対して進退可能に保持され、進出時に、前記照明光束を被検体の被検面に集光するとともに前記被検面からの反射光を集光して平行光束を形成する対物光学系と、
該対物光学系によって形成された平行光束を集光する集光光学系と、
前記対物光学系および前記集光光学系によって集光された前記被検面からの前記反射光を測光する測光部と、
前記集光光学系に向かって進む光束の一部を分岐する光分岐素子と、
前記対物光学系の進出時には、該対物光学系によって集光され前記光分岐素子によって分岐された光束による前記被検面の像を結像し、前記対物光学系の退避時には、前記平行な照明光束を前記被検面の球心位置に向けて集光するとともに集光された前記照明光束の前記被検面での反射光による像を結像する観察光学系と、
該観察光学系によって結像された光像を撮像する撮像部と、
該撮像部によって撮像された画像に基づいて前記対物光学系および前記集光光学系の光軸が整列された測定光軸に対する前記光像の位置を表示する位置表示部と、
前記被検体を、前記測定光軸に沿う方向および該測定光軸に直交する方向に移動可能に保持する被検体移動部と、
を備えることを特徴とする測光装置。
【請求項５】
前記観察光学系は、
前記撮像部と前記光分岐素子との間の光路上に配置され、前記対物光学系の進出時に前記光分岐素子によって分岐された光束による前記被検面の像を結像する被検面観察光学系と、
前記光分岐素子と前記被検面との間の前記平行な照明光束の光路上において前記対物光学系と交替に進退し、進出時に、焦点面を前記被検面の球心位置に合わせる偏心観察光学系と、
を備えることを特徴とする請求項４に記載の測光装置。
【請求項６】
前記対物光学系は、凹面鏡と凸面鏡とを組み合わせで構成されることを特徴とする請求項４または５に記載の測光装置。
【請求項１】
光源と、
該光源から出射された光束を平行な照明光束にするコリメータレンズと、
前記照明光束の光路に対して進退可能に保持され、進出時に、前記照明光束を被検体の被検面に集光するとともに前記被検面からの反射光を集光して平行光束を形成する対物光学系と、
該対物光学系によって形成された平行光束を集光する集光光学系と、
前記対物光学系および前記集光光学系によって集光された前記被検面からの前記反射光を測光する測光部と、
前記集光光学系に向かって進む光束の一部を分岐する光分岐素子と、
前記対物光学系の進出時には、該対物光学系によって集光され前記光分岐素子によって分岐された光束による前記被検面の像を結像し、前記対物光学系の退避時には、前記被検面に照射された前記平行な照明光束の反射光による像を結像する観察光学系と、
該観察光学系によって結像された光像を撮像する撮像部と、
該撮像部によって撮像された画像に基づいて前記対物光学系および前記集光光学系の光軸が整列された測定光軸に対する前記光像の位置を表示する位置表示部と、
前記被検体を、前記測定光軸に沿う方向および該測定光軸に直交する方向に移動可能に保持する被検体移動部と、
を備えることを特徴とする測光装置。
【請求項２】
前記観察光学系は、
前記撮像部と前記光分岐素子との間の光路上に配置され、前記対物光学系の進出時に前記光分岐素子によって分岐された光束による前記被検面の像を結像する被検面観察光学系と、
前記光分岐素子と前記被検面観察光学系との間の光路上に進退し、進出時に、前記被検面観察光学系と併せて、前記被検面の像が形成される像面に前記被検面に照射された前記平行な照明光束の反射光による像を結像する光学系を構成する偏心観察光学系と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の測光装置。
【請求項３】
前記対物光学系は、凹面鏡と凸面鏡とを組み合わせで構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の測光装置。
【請求項４】
光源と、
該光源から出射された光束を平行な照明光束にするコリメータレンズと、
前記照明光束の光路に対して進退可能に保持され、進出時に、前記照明光束を被検体の被検面に集光するとともに前記被検面からの反射光を集光して平行光束を形成する対物光学系と、
該対物光学系によって形成された平行光束を集光する集光光学系と、
前記対物光学系および前記集光光学系によって集光された前記被検面からの前記反射光を測光する測光部と、
前記集光光学系に向かって進む光束の一部を分岐する光分岐素子と、
前記対物光学系の進出時には、該対物光学系によって集光され前記光分岐素子によって分岐された光束による前記被検面の像を結像し、前記対物光学系の退避時には、前記平行な照明光束を前記被検面の球心位置に向けて集光するとともに集光された前記照明光束の前記被検面での反射光による像を結像する観察光学系と、
該観察光学系によって結像された光像を撮像する撮像部と、
該撮像部によって撮像された画像に基づいて前記対物光学系および前記集光光学系の光軸が整列された測定光軸に対する前記光像の位置を表示する位置表示部と、
前記被検体を、前記測定光軸に沿う方向および該測定光軸に直交する方向に移動可能に保持する被検体移動部と、
を備えることを特徴とする測光装置。
【請求項５】
前記観察光学系は、
前記撮像部と前記光分岐素子との間の光路上に配置され、前記対物光学系の進出時に前記光分岐素子によって分岐された光束による前記被検面の像を結像する被検面観察光学系と、
前記光分岐素子と前記被検面との間の前記平行な照明光束の光路上において前記対物光学系と交替に進退し、進出時に、焦点面を前記被検面の球心位置に合わせる偏心観察光学系と、
を備えることを特徴とする請求項４に記載の測光装置。
【請求項６】
前記対物光学系は、凹面鏡と凸面鏡とを組み合わせで構成されることを特徴とする請求項４または５に記載の測光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１２２７５７（Ｐ２０１２−１２２７５７Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７１５９４（Ｐ２０１０−２７１５９４）
【出願日】平成２２年１２月６日（２０１０．１２．６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月６日（２０１０．１２．６）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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