DE3750963T2

DE3750963T2 - Reflektometer.

Info

Publication number: DE3750963T2
Application number: DE3750963T
Authority: DE
Inventors: Nobuhiko C O Fuji Photo Ogura
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1986-02-26
Filing date: 1987-02-26
Publication date: 1995-05-18
Anticipated expiration: 2007-02-27
Also published as: DE3750963D1; EP0234579B1; EP0234579A3; EP0234579A2; US4823169A

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reflektometer, bei dem Licht auf eine zu messende Oberfläche projiziert wird und von der zu messenden Oberfläche reflektiertes Licht von einem Fotodetektor empfangen wird, so daß die Reflexionsdichte der Oberfläche gemessen wird.

Beschreibung des Standes der Technik

Es ist ein chemischer Trocken-Analyseschlitten zur quantitativen Analyse eines bestimmten Bestandteils eingesetzt worden, der in einem Tröpfchen einer Probenflüssigkeit, wie beispielsweise Blut oder Urin, enthalten ist. Siehe beispielsweise JP-A-53(1978)-21677, JP-A-55(1980)-164356.
Wenn chemische Bestandteile einer Probenflüssigkeit unter Verwendung eines derartigen chemischen Analyseschlittens analysiert werden, wird ein Tröpfchen der Probenflüssigkeit auf den Schlitten aufgetragen und über eine vorgegebene Zeit in einem Inkubator auf einer konstanten Temperatur gehalten, um eine Färbungsreaktion zu ermöglichen, und die optische Dichte der durch die Färbungsreaktion erzeugten Farbe wird optisch gemessen. Das heißt, Meßlicht, das eine Wellenlänge enthält, die im voraus entsprechend der Zusammensetzung des in der Probenflüssigkeit zu messenden Bestandteils und des in der Reagensschicht des Schlittens enthaltenen Reagens ausgewählt wird, wird auf den chemischen Analyseschlitten projiziert, und die optische Dichte des reflektierten Lichts wird gemessen. Anschließend wird der Gehalt des zu messenden Bestandteils auf der Grundlage der optischen Dichte des reflektierten Lichts mittels Kolorimetrie quantifiziert.
Die optische Dichte des reflektierten Lichts wird mit einem Reflektometer gemessen. In dem Reflektometer wird eine Probe oder ein chemischer Analyseschlitten an dem System ange- bracht, Licht wird auf eine zu messende Oberfläche des Schlittens projiziert, und von der zu messenden Oberfläche reflektiertes Licht wird durch einen Fotodetektor empfangen.
Bei einem derartigen Reflektometer besteht ein Problem darin, daß sich aufgrund von Schwankungen in der Positioniergenauigkeit bzw. der Maßgenauigkeit des Schlittens, Neigung des Schlittens usw. die Position der zu messenden Oberfläche der Probe in der Richtung senkrecht zur zu messenden Oberfläche ändern kann. Wenn sich die Position der zu messenden Oberfläche in der senkrechten Richtung derselben ändert, ändert sich die Position der zu messenden Oberfläche und des Fotodetektors zueinander, so daß sich das Meßergebnis ändert.
Ein Reflektometer gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus EP-A-0 099 024 bekannt. Dieses bekannte System ist so konstruiert, daß es die Messung der Oberfläche unabhängig von dem richtigen Abstand vornimmt. Es wird vorgeschlagen, wenigstens zwei Lichtquellen einzusetzen, die divergierendes Licht erzeugen. Eine einzelne Empfangseinrichtung ist zwischen den beiden Lichtquellen angeordnet und empfängt das von der Oberfläche reflektierte Licht. Der Abstand zwischen den Lichtquellen und der Oberfläche sowie der Empfangseinrichtung und der Oberfläche wird konstant gehalten.
US-A-3 526 777 stellt eine Reflexionsmeßvorrichtung zum Messen von Erzeugnissen, wie beispielsweise Papier, dar. Veränderungen des Abstandes zwischen der zu messenden Oberfläche und einer Lichtquelle, die Licht auf die Oberfläche strahlt, sowie der Meßvorrichtung werden durch eine Anordnung von Linsen und Blenden ausgeglichen, so daß, wenn sich die Oberfläche näher an die Lichtquelle und die Meßvorrichtung bewegt, die Menge an Licht, die ausgestrahlt wird und durch bestimmte Blenden die Meßvorrichtung erreicht, so verringert wird, daß der gewünschte Ausgleich bewirkt wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Reflektometer zu schaffen, bei dem das Meßergebnis weniger durch eine Veränderung der Position der zu messenden Oberfläche senkrecht zur zu messenden Oberfläche beeinflußt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand von Anspruch 1 erfüllt.
Bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 4.
Wenn der Winkel R und der Abstand r entsprechend ausgewählt werden, ist die Ausgangskurve, die das Verhältnis zwischen dem Abstand und dem Ausgang des Fotosensors darstellt, im allgemeinen eine bogenartige Kurve, und der Ausgang des Fotosensors erreicht bei einem vorgegebenen Wert des Abstandes einen Spitzenwert. Die Werte r&sub0; und werden so ausgewählt, daß die Ausgangskurve eine bogenartige Kurve wird, und der Wert h&sub0; wird so ausgewählt, daß er der einem Spitzenwert des Ausgangs I des Fotosensors entsprechende Wert ist. In der Nähe des Spitzenwertes weist der Ausgang des Fotosensors im wesentlichen keine Veränderung bei Veränderung des Abstandes auf. Der Wert von h&sub0; muß nicht genau dem dem Spitzenwert entsprechenden Wert gleich sein, sondern kann selbigem im wesentlichen gleich sein.
Erfindungsgemäß kann der Fotodetektor lediglich aus einem Fotosensor bestehen, oder kann einen Fotosensor und eine Linse bzw. eine optische Blende sein, die vor dem Fotosensor angeordnet ist. Der Begriff "Lichteingangsseitenelement" bezeichnet im ersteren Fall den Fotosensor selbst und bezeichnet im letzteren Fall die Linse oder optische Blende.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die ein Reflektometer gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,
Fig. 2 ist eine Ansicht, die das Funktionsprinzip der in Fig. 1 dargestellten Ausführung veranschaulicht,
Fig. 3 und 4 sind Fig. 1 ähnelnde Ansichten, die jedoch Abwandlungen des in Fig. 1 dargestellten Systems zeigen,
Fig. 5 ist eine schematische Ansicht, die das Reflektometer gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung darstellt,
Fig. 6 ist ein Blockschaltbild der Schaltung zur Bestimmung der Reflexionsdichte auf der Grundlage der Ausgänge des Fotosensors bei der Ausführung in Fig. 5,
Fig. 7 ist eine Ansicht, die das Funktionsprinzip der Ausführung in Fig. 5 veranschaulicht,
Fig. 8 ist eine Fig. 6 ähnelnde Ansicht, die jedoch die Schaltung zur Bestimmung der Reflexionsdichte auf der Grundlage der Ausgänge des Fotosensors bei einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 9 ist eine Ansicht, die das Funktionsprinzip der Ausführung in Fig. 8 veranschaulicht, und
Fig. 10 und 11 sind Fig. 5 ähnelnde Ansichten, die jedoch Abwandlungen des in Fig. 5 dargestellten Systems zeigen.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungen

In Fig. 1 ist zu sehen, daß ein Reflektometer gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung eine Probenauflage 12 zur Aufnahme einer Probe 10 enthält, eine Lichtquelle 14, die Bestrahlungslicht ausstrahlt, einen Lichtleiter 16, der das Bestrahlungslicht so leitet, daß es auf eine Meßfläche 10a der Probe 10 in einer Richtung senkrecht dazu auftrifft, eine Kondensorlinse 18, die das aus dem Lichtleiter 16 austretende Licht kondensiert, sowie einen Fotodetektor 30, der einen Fotosensor 20, wie beispielsweise eine Siliziumfotodiode, aufweist und Reflexionslicht von der Meßfläche 10a empfängt.
Der Lichtleiter 16, die Kondensorlinse 18, die Probenauflage 12 und der Fotosensor 20 sind so angeordnet, daß, wenn eine Probe normaler Größe auf der Probenauflage 12 in einer normalen Position aufliegt, der Abstand h zwischen der Mitte 20a des Fotosensors 20 und der Meßfläche 10a der Probe 10 gemessen entlang der optischen Achse 22 des Bestrahlungslichtes ho beträgt, der Winkel R, den der Fotosensor 20 mit der Meßfläche 10a bildet, Ro beträgt und der Abstand r zwischen der Mitte 20a des Fotosensors 20 und der optischen Achse 22 des Bestrahlungslichtes ro beträgt, und so, daß ho der Wert von ist, bei dem der Ausgang des Fotosensors 20 einen Spitzenwert auf einer Ausgangskurve erreicht, die die Veränderung des Ausgangs des Fotosensors 20 mit dem Abstand darstellt, wenn der Abstand h in der Kombination von ro und Ro verändert wird.
Das heißt, daß, wenn der Winkel R und der Abstand r entsprechend ausgewählt werden, bei dem in Fig. 1 dargestellten optischen System die Ausgangskurve, die das Verhältnis zwischen dem Abstand und dem Ausgang des Fotosensors 20 darstellt, im allgemeinen eine bogenartige Kurve ist, und der Ausgang des Fotosensors 20 bei einem vorgegebenen Wert des Abstandes einen Spitzenwert erreicht. Die Werte ro und werden so ausgewählt, daß die Ausgangskurve eine bogenartige Kurve wird, und der Wert ho wird so ausgewählt, daß er der einem Spitzenwert des Ausgangs I des Fotosensors 20 entsprechende Wert ist.
Ein Beispiel der bogenartigen Ausgangskurve ist in Fig. 2 dargestellt. Die in Fig. 2 dargestellte Ausgangskurve stellt die Veränderung des Ausgangs des Fotosensors 20 mit dem Abstand dar wenn der Abstand von ungefähr 5,0 mm auf ungefähr 6,5 mm verändert wird, wobei ro 8,75 mm und Ro 45º betragen. Der Ausgang erreicht, wie aus Fig. 2 zu sehen ist, in diesem Fall einen Spitzenwert, wenn der Abstand h ungefähr 5,7 mm beträgt.
Da der Wert ho so ausgewählt wird, daß er der dem Spitzenwert des Ausgangs I des Fotosensors 20 entsprechende Wert ist, kann eine Veränderung des Ist-Abstandes zwischen der Meßfläche 10a und der Mitte 20a des Fotosensors 20 gemessen entlang der optischen Achse 22 in der Nähe des Wertes ho, zu der es aufgrund von Schwankungen der Positionsgenauigkeit oder der Maßgenauigkeit des Schlittens, Neigung des Schlittens und dergleichen kommen kann, den Ausgang des Fotosensors lediglich um einen geringfügigen Wert verändern, der mit ΔI&sub1; gekennzeichnet ist. Der Wert ΔI&sub1; ist erheblich kleiner als der Wert ΔI&sub2;, der die Veränderung des Ausgangs I darstellt, wenn der Abstand um den gleichen Wert gegenüber einem Wert verändert wird, der nicht dem Spitzenwert des Ausgangs I entspricht.
Obwohl bei der oben beschriebenen Ausführung die Werte ro und so ausgewählt werden, daß die Ausgangskurve zu einer bogenartigen Kurve wird, können die Werte so ausgewählt werden, daß sie eine Ausgangskurve mit anderer Form bilden, solange die Kurve einen Spitzenwert bzw. einen Wendepunkt hat.
Fig. 3 und 4 zeigen Abwandlungen des in Fig. 1 dargestellten optischen Systems. In den Figuren haben die Teile, die den in Fig. 1 gezeigten Teilen entsprechen, die gleichen Bezugszeichen und sind nicht weiter beschrieben. Bei den in Fig. 3 dargestellten Abwandlungen umfaßt der Fotodetektor 30 einen Fotosensor 20 sowie eine vor dem Fotosensor 20 angeordnete Linse 24. Bei dieser Abwandlung sind der Lichtleiter 16, die Kondensorlinse 18, die Probenauflage 12 sowie der Fotodetektor 30 so angeordnet, daß, wenn eine Probe normaler Größe auf der Probenauflage 12 in einer normalen Position aufliegt, der Abstand zwischen der Mitte 24a der Linse 24 und der Meßfläche 10a der Probe 10 gemessen entlang der optischen Achse 22 des Bestrahlungslichtes ho beträgt, der Winkel R, den die Linse 24 mit der Meßfläche 10a bildet, Ro beträgt, und der Abstand zwischen der Mitte 24a der Linse 24 und der optischen Achse 22 des Bestrahlungslichtes ro beträgt, so daß ho der Wert von ist, bei dem der Ausgang des Fotosensors 20 einen Spitzenwert auf einer Ausgangskurve erreicht, die die Veränderung des Ausgangs des Fotosensors 20 mit dem Abstand darstellt, wenn der Abstand in der Kombination von ro und Ro verändert wird.
Bei der in Fig. 4 dargestellten Abwandlung umfaßt der Fotodetektor 30 einen Fotosensor 20 sowie eine optische Blende 26 mit einer Öffnung 28, die vor dem Fotosensor 20 angeordnet ist. Bei dieser Abwandlung sind der Lichtleiter 16, die Kondensorlinse 18, die Probenauflage 12 sowie der Fotodetektor 30 so angeordnet, daß, wenn eine Probe der normalen Größe auf der Probenauflage 12 in der Normalstellung aufliegt, der Abstand zwischen der Mitte 26a der Blende 26 (der Mitte 28a der Öffnung 28) und der Meßfläche 10a der Probe 10 gemessen entlang der optischen Achse 22 des Bestrahlungslichtes ho beträgt, der Winkel R, den die Blende 26 mit der Meßfläche 10a bildet, Ro beträgt, und der Abstand zwischen der Mitte 26a der Blende 26 und der optischen Achse 22 des Bestrahlungslichtes ro beträgt, so daß ho der Wert von ist, bei dem der Ausgang des Fotosensors 20 einen Spitzenwert auf einer Ausgangskurve erreicht, die die Veränderung des Ausgangs des Fotosensors 20 mit dem Abstand darstellt, wenn der Abstand in der Kombination von ro und Ro verändert wird.
Auch bei den in Fig. 3 und 4 dargestellten Abwandlungen kann, da der Wert ho so ausgewählt wird, daß er der dem Spitzenwert des Ausgangs I des Fotosensors 20 entsprechende Wert des Abstandes ist, eine Veränderung des Ist-Abstandes zwischen der Meßfläche 10a und der Mitte 24a der Linse 24 bzw. der Mitte 26a der Blende 26 gemessen entlang der optischen Achse 22 in der Nähe des Wertes ho den Ausgang des Fotosensors nur um einen geringfügigen Wert verändern. Bei der oben beschriebenen Ausführung ist lediglich ein einzelner Fotodetektor vorhanden. Es kann jedoch eine Vielzahl von Fotodetektoren vorhanden sein. In diesem Fall sollte wenigstens einer der Fotodetektoren so angeordnet sein, daß er die oben beschriebene Bedingung erfüllt.
Fig. 5 und 6 zeigen eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung. In Fig. 5 umfaßt das System dieser Ausführung eine Probenauflage 112 zur Aufnahme einer Probe 110, eine Lichtquelle 114, die Bestrahlungslicht emittiert, einen Lichtleiter 110, der das Bestrahlungslicht so leitet, daß es auf eine Meßfläche 110a der Probe 110 senkrecht dazu auftrifft, eine Kondensorlinse 118, die das aus dem Lichtleiter 116 austretende Licht kondensiert, einen ersten und einen zweiten Fotodetektor 30a bzw. 30b, die jeweils Fotosensoren 301a bzw. 301b, wie beispielsweise Siliziumfotodioden, aufweisen und Reflexionslicht von der Meßfläche 110a empfangen.
Der Lichtleiter 116, die Kondensorlinse 118, die Probenauflage 112 und die Fotosensoren 301a und 301b sind so angeordnet, daß, wenn eine Probe normaler Größe auf der Probenauflage 112 in einer normalen Stellung aufliegt, die Abstände zwischen der Mitte 302a des ersten Fotosensors 301a und einer Normalstellung der Meßfläche 110a der Probe 110 sowie zwischen der Mitte 302b des zweiten Fotosensors 301b und der Mitte 302b des zweiten Fotosensors 301b und der Normalstellung gemessen entlang der optischen Achse 122 des Bestrahlungslichtes h&sub1; bzw. h&sub2; betragen, die Winkel R, die die Fotosensoren 301 und 301b jeweils mit der Meßfläche 110a bilden, R&sub1; und R&sub2; betragen, und die Abstände zwischen der Mitte 302a des ersten Fotosensors 301a und der optischen Achse 122 des Bestrahlungslichtes sowie zwischen der Mitte 302b des zweiten Fotosensors 301b und der optischen Achse 122 r&sub1; bzw. r&sub2; betragen, so daß h&sub1; um Δh&sub1; kleiner ist als der Wert h&sub1;&sub0;, der der Wert von ist, bei dem der Ausgang I&sub1; des ersten Fotosensors 301a einen Spitzenwert auf einer Ausgangskurve erreicht, die die Veränderung des Ausgangs I&sub1; mit dem Abstand darstellt, wenn der Abstand in der Kombination r&sub1; und R&sub1; verändert wird, und h&sub2; um Δh&sub2; größer ist als der Wert h&sub2;&sub0;, der der Wert von h ist, bei dem der Ausgang I&sub2; des zweiten Fotosensors 301b einen Spitzenwert auf einer Ausgangskurve erreicht, die die Veränderung des Ausgangs 12 mit dem Abstand h darstellt, wenn der Abstand h in der Kombination r&sub2; und R&sub2; verändert wird.
Das heißt, bei dem in Fig. 5 dargestellten optischen System ist, wenn der Winkel R und der Abstand r entsprechend ausgewählt werden, die Ausgangskurve, die das Verhältnis zwischen dem Abstand und dem Ausgang des Fotosensors darstellt, im allgemeinen eine bogenförmige Kurve, und der Ausgang des Fotosensors erreicht bei einem vorgegebenen Wert des Abstandes einen Spitzenwert. Die Werte r&sub1; und R&sub1; sowie die Werte r&sub2; und R&sub2; werden so ausgewählt, daß die Ausgangskurven der entsprechenden Fotosensoren bogenförmige Kurven sind, und der Wert h&sub1; wird so ausgewählt, daß er um Δh&sub1; kleiner ist als der Wert h&sub1;&sub0;, der der Wert von ist, bei dem der Ausgang I&sub1; des ersten Fotosensors 301a einen Spitzenwert auf der bogenartigen Kurve erreicht, die die Veränderung des Ausgangs I&sub1; darstellt, und h&sub2; wird so ausgewählt, daß es um Δh&sub2; größer ist als der Wert h&sub2;&sub0;, der der Wert von ist, bei dem der Ausgang I&sub2; des zweiten Fotosensors 301b einen Spitzenwert auf der bogenartigen Ausgangskurve erreicht, die die Veränderung des Ausgangs I&sub2; darstellt.
Bei dieser Ausführung sind der erste und der zweite Fotosensor 301a und 301b, wie in Fig. 6 dargestellt, mit einem Addierer 140 verbunden, und die Ausgänge I&sub1; und I&sub2; des ersten und des zweiten Fotosensors 301a und 301b werden von dem Addierer 140 addiert. Die Reflexionsdichte der Probe 110 wird auf der Grundlage des Ausgangs des Addierers 140 bzw. der Summe It der Ausgänge I&sub1; und I&sub2; bestimmt.
Fig. 7 zeigt die Verhältnisse zwischen dem Abstand und dem Ausgang I&sub1;, zwischen dem Abstand h und dem Ausgang I&sub2; sowie zwischen dem Abstand h und der Summe It der Ausgänge I&sub1; und I&sub2;. Da der erste und der zweite Fotosensor 301a und 301b wie oben beschrieben angeordnet sind, erreicht der Ausgang I&sub1; des ersten Fotosensors 301a den Spitzenwert, wenn die Meßfläche 110a um Δh&sub1; höher angeordnet ist als die Normalstellung der Meßfläche 110a der Probe 110, und der Ausgang I&sub2; des zweiten Fotosensors 301b erreicht den Spitzenwert, wenn die Meßfläche 110a um Δh&sub2; niedriger angeordnet ist als die Normalstellung (auf einer Probe der Normalgröße, die in Normalstellung auf der Probenauflage 112 aufliegt), wie dies aus Fig. 7 zu ersehen ist. Dementsprechend hat die Summe It der Ausgänge I&sub1; und I&sub2;, d. h. der Ausgang des Addierers 140, eine relativ flache Spitze , die sich zu einander gegenüberliegenden Seiten des Wertes , der der Normalstellung S entspricht, über Längen erstreckt, die den Werten von Δh&sub1; und Δh&sub2; entsprechen. Daher weist gemäß dieser Erfindung der Ausgang It des Addierers 140 im wesentlichen keine Veränderung auf, auch wenn sich die Position der Meßfläche 110a entlang der optischen Achse 122 des Bestrahlungslichtes ändert, solange sich die Meßfläche 110a in dem der Spitze F entsprechenden Bereich befindet, der eine erhebliche Breite aufweist, und dementsprechend beeinflußt die Positioniergenauigkeit der Probe 110 die Meßgenauigkeit der optischen Dichte der Probe 110 weniger. Vorzugsweise haben Δh&sub1; und Δh&sub2; den gleichen Wert, dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich.
Eine weitere Ausführung der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 8 und 9 beschrieben. Das Meßsystem für die optische Dichte dieser Ausführung weist ein dem in Fig. 5 dargestellten optischen System identisches optisches System auf und unterscheidet sich von der vorangehenden Ausführung darin, daß die Fotosensoren 301a und 301b statt an den Addierer 140 an eine Vergleichswahlausgangsschaltung (comparison selective output circuit) 150 angeschlossen sind. Die Vergleichswahlausgangsschaltung 150 vergleicht die Ausgänge der Fotosensoren 301a und 301b und gibt den höheren derselben (Ih) aus. Die Reflexionsdichte der Probe 110 wird auf der Grundlage des Ausgangs der Vergleichswahlausgangsschaltung 150 bzw. des höheren der Ausgänge der Fotosensoren 301a und 301b des ersten und zweiten Fotodetektors 30a und 30b bestimmt.
Fig. 9 zeigt die Verhältnisse zwischen dem Abstand und dem Ausgang I&sub1;, zwischen dem Abstand und dem Ausgang I&sub2; sowie zwischen dem Abstand und dem Ausgang Ih der Vergleichswahlausgangsschaltung 150. Die Ausgangskurven der Ausgänge I&sub1; und I&sub2; entsprechen den im Zusammenhang mit der vorangehenden Ausführung oben beschriebenen, und dementsprechend weist die Ausgangskurve des Ausgangs Ih zwei Spitzenwerte an einander gegenüberliegenden Seiten des Wertes auf, der der Normalstellung S der Meßfläche 110a der in der Normalstellung befindlichen Probe entspricht, wie dies durch die durchgehende Linie in Fig. 9 dargestellt ist, wobei die Spitzenwerte jeweils den Spitzen der Ausgangskurven der Ausgänge I&sub1; und I&sub2; entsprechen.
Wie oben im Zusammenhang mit der in Fig. 1 dargestellten Ausführung beschrieben, weist der Ausgang des Fotosensors lediglich eine geringfügige Veränderung bei Veränderung des Abstandes in der Nähe eines Spitzenwertes der Ausgangskurve auf, und dementsprechend kann durch Messung der Reflexionsdichte in der Nähe der Spitze der Ausgangskurve die Reflexionsdichte auch dann genau gemessen werden, wenn die Probe 110 innerhalb eines bestimmten Bereiches aus der Normalstellung verschoben ist. Wenn man beispielsweise davon ausgeht, daß die Reflexionsdichte auf der Grundlage lediglich des Ausgangs I&sub2; des zweiten Fotosensors 301b gemessen wird, wie dies bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung der Fall ist, kann die Probe 110 auf einander gegenüberliegenden Seiten des Spitzenwertes um Δh&sub2; gegenüber der Normalstellung verschoben sein. Das heißt, in diesem Fall ist die vertikale Verschiebung (entlang der optischen Achse des Bestrahlungslichtes) der Probe 110 aus der Normalstellung um Δh&sub2; auf jeder Seite der Normalstellung zulässig. Das heißt, der zulässige Bereich der vertikalen Verschiebung der Probe 110 beträgt 2 · Δh&sub2;. Hingegen wird bei dieser Ausführung, bei der die Reflexionsdichte auf der Basis des höheren der Ausgänge I&sub1; und I&sub2; des ersten und des zweiten Fotosensors 301a und 301b bestimmt wird, der zulässige Bereich der vertikalen Verschiebung der Probe 110 darüber hinaus auf 2 · Δh&sub1;+2 · Δh&sub2; erweitert, wie dies aus Fig. 9 ersichtlich ist. Auch bei dieser Ausführung sind Δh&sub1; und Δh&sub2; vorzugsweise einander gleich, auch wenn dies nicht unbedingt erforderlich ist.
Obwohl bei den beiden unter Bezugnahme auf Fig. 5 bis 9 beschriebenen Ausführungen die Werte r&sub1; und R&sub1; bzw. die Werte r&sub2; und R&sub2; so ausgewählt werden, daß die Ausgangskurve eine bogenartige Kurve ist, können die Werte so ausgewählt werden, daß eine Ausgangskurve mit anderer Form entsteht, solange die Kurve einen Spitzenwert bzw. einen Wendepunkt aufweist.
Fig. 10 und 11 zeigen eine Abwandlung des in Fig. 5 dargestellten optischen Systems.
Bei der in Fig. 10 dargestellten Abwandlung umfassen der erste und der zweite Fotodetektor 30a und 30b Fotosensoren 301a und 301b sowie Linsen 303a und 303b, die vor den Fotosensoren 301a und 301b angeordnet sind. Der Lichtleiter 116, die Kondensorlinse 118, die Probenauflage 112 sowie die Fotodetektoren 30a und 30b sind so angeordnet, daß, wenn eine Probe normaler Größe auf der Probenauflage 112 in der Normalstellung aufliegt, die Abstände zwischen der Mitte 304a der Linse 303a und einer Normalstellung der Meßfläche 110a der Probe 110 sowie zwischen der Mitte 304b der Linse 303b und der Normalstellung gemessen entlang der optischen Achse 122 des Bestrahlungslichtes h&sub1; bzw. h&sub2; betragen, die Winkel R, die die Linsen 303a bzw. 303b mit der Meßfläche 110a bilden, R&sub1; und R&sub2; betragen, und die Abstände zwischen der Mitte 304a der Linse 303a und der optisches Achse 122 des Bestrahlungslichtes sowie zwischen der Mitte 304b der Linse 303b und der optisches Achse 122 r&sub1; bzw. r&sub2; betragen, und so daß h&sub1; um Δh&sub1; kleiner ist als der Wert h&sub1;&sub0;, der der Wert von ist, bei dem der Ausgang I&sub1; des ersten Fotosensors 301a einen Spitzenwert auf einer Ausgangskurve erreicht, die die Veränderung des Ausgangs I&sub1; mit dem Abstand h darstellt, wenn der Abstand in der Kombination von r&sub1; und R&sub1; verändert wird, und h&sub2; um Δh&sub2; größer ist als der Wert h&sub2;&sub0;, der der Wert von ist, bei dem der Ausgang I&sub2; des zweiten Fotosensors 301b einen Spitzenwert auf einer Ausgangskurve erreicht, die die Veränderung des Ausgangs 12 mit dem Abstand darstellt, wenn der Abstand in der Kombination von r&sub2; und R&sub2; verändert wird.
Bei der in Fig. 11 dargestellten Abwandlung umfassen der erste und der zweite Fotodetektor 30a und 30b Fotosensoren 301a und 301b sowie optische Blenden 303a und 306b, die Öffnungen 305a bzw. 305b aufweisen, die vor den Fotosensoren 301a und 301b angeordnet sind. Der Lichtleiter 116, die Kondensorlinse 118, die Probenauflage 112 und die Fotodetektoren 30a und 30b sind so angeordnet, daß, wenn eine Probe normaler Größe auf der Probenauflage 112 in der Normalstellung aufliegt, die Abstände h zwischen der Mitte 307a der Öffnung 305a (die Blende 306a) und einer Normalstellung der Meßfläche 110a der Probe 110 sowie zwischen der Mitte 307b der Öffnung 305b (die Blende 306b) und der Normalstellung gemessen entlang der optischen Achse 122 des Bestrahlungslichtes h&sub1; bzw. h&sub2; betragen, die Winkel R, die die Blenden 306a bzw. 306b mit der Meßfläche 110a bilden, R&sub1; und R&sub2; betragen, und die Abstände zwischen der Mitte 307a der Öffnung 307a und der optischen Achse 122 des Bestrahlungslichtes sowie zwischen der Mitte 307b der Öffnung 307b und der optischen Achse 122 r&sub1; bzw. r&sub2; betragen, so daß h&sub1; um Δh&sub1; kleiner ist als der Wert h&sub1;&sub0;, der der Wert von ist, bei dem der Ausgang I&sub1; des ersten Fotosensors 301a einen Spitzenwert auf einer Ausgangskurve erreicht, die die Veränderung des Ausgangs I&sub1; mit dem Abstand h darstellt, wenn der Abstand in der Kombination r&sub1; und R&sub1; verändert wird, und h&sub2; um Δh&sub2; größer ist als der Wert h&sub2;&sub0;, der der Wert von ist, bei dem der Ausgang I&sub2; des zweiten Fotosensors 301b einen Spitzenwert auf einer Ausgangskurve erreicht, die die Veränderung des Ausgangs 12 mit dem Abstand darstellt, wenn der Abstand h in der Kombination r&sub2; und R&sub2; verändert wird.
Die in Fig. 10 und 11 dargestellten optischen Systeme können sowohl mit der in Fig. 6 als auch mit der in Fig. 8 dargestellten Schaltung verbunden sein und so die gleichen Ergebnisse wie eine der oben im Zusammenhang mit Fig. 5 bis 9 beschriebenen Ausführungen erzielen.
Obwohl bei den in Fig. 5 bis 9 dargestellten Ausführungen ein Paar Fotodetektoren vorhanden ist, können drei oder mehr Fotodetektoren eingesetzt werden. In diesem Fall sollten wenigstens zwei der Fotodetektoren so angeordnet sein, daß sie die oben beschriebene Bedingung erfüllen. Des weiteren ist der dritte Fotodetektor vorzugsweise so angeordnet, daß sein Ausgang einen Spitzenwert bei dem Wert von erreicht, der der Normalstellung der Meßfläche 110a entspricht.

Claims

1. Reflektometer, das aufweist:

eine Einrichtung mit einer Lichtquelle (14) zum Projizieren eines Bestrahlungslichtes auf die Meßfläche (10a) einer Probe (10);

ein oder zwei Fotodetektoren (30; 30a, 30b), die jeweils einen Fotosensor (20; 301a, 301b) zum Detektieren des von der Meßfläche der Probe reflektierten Lichtes aufweisen, das auf den Fotosensor durch ein Lichteingangsseitenelement (24, 26) des Fotodetektors auftrifft, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Lichtquelle (14) ausgesendete Licht zum Bündeln des Bestrahlungslichtes durch eine Kondensorlinse (18) geführt ist und auf die Meßfläche (10a) der Probe (10) im wesentlichen senkrecht auftrifft,

daß das Lichteingangsseitenelement des Fotodetektors in einer Ebene angeordnet ist, die einen Winkel (R&sub0;; R&sub1;, R&sub2;) mit der Meßfläche der Probe bildet,

daß die Mitte des Lichteingangsseitenelementes von jedem Fotodetektor einen seitlichen Abstand (r&sub0;; r&sub1;, r&sub2;) zu der optischen Achse der Kondensorlinse aufweist,

daß der Meßabstand, der definiert ist durch den Abstand (h) der Mitte des Lichteingangsseitenelementes von jedem Fotodetektor zu der Ebene, in der die Fläche (10a) der Probe (10) angeordnet ist, kleiner ist als der Abstand der Kondensorlinse zu der Meßfläche (10a) der Probe,

daß bei Nutzung eines Fotodetektors der Meßabstand (ho) der Mitte des Lichteingangsseitenelementes des Fotodetektors zu der Meßoberfläche derart ist, daß der Ausgang ( ) des Fotosensors gleich dem Spitzenwert an der Ausgangskurve ist, die den Ausgang des Fotosensors als Funktion des Meßabstandes (h) für einen vorbestimmten Wert des seitlichen Abstandes (ro) und des Winkels (Ro) darstellt, und

daß bei Nutzung von zwei Fotodetektoren der Meßabstand (h&sub1;) des ersten Fotodetektors derart ist, daß er um einen vorgewählten Wert (Δh&sub1;) kleiner ist als der Meßabstand (h&sub1;&sub0;), bei dem der Ausgang des ersten Fotosensors gleich dem Spitzenwert der Ausgangskurve ist, die den Ausgang (I&sub1;) als eine Funktion des Meßabstandes ( ) bei einem vorbestimmten Wert des jeweiligen seitlichen Abstandes (r&sub1;) und des jeweiligen Winkels (R&sub1;) darstellt, und daß der Meßabstand (h&sub2;) des zweiten Fotodetektors derart ist, daß der Abstand um einen vorgewählten Wert (Δh&sub2;) größer als ein Wert (h&sub2;&sub0;) ist, der der Wert des Abstandes ( ) ist, bei dem der Ausgang (I&sub2;) des Fotosensors des zweiten Fotodetektors gleich dem Spitzenwert der Ausgangskurve ist, die den Ausgang (I&sub2;) als eine Funktion des Meßabstandes ( ) bei einem vorbestimmten Wert des jeweiligen seitlichen Abstandes (r&sub2;) und des jeweiligen Winkels (R&sub2;) darstellt.

2. Reflektometer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Fotodetektor nur aus einem Fotosensor besteht und das Lichteingangsseitenelement der Fotosensor selbst ist.

3. Reflektometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Fotodetektor einen Fotosensor und eine Linse, die vor dem Fotosensor angeordnet ist, aufweist, und das Lichteingangsseitenelement die Linse ist.

4. Reflektometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Fotodetektor einen Fotosensor und eine Blende, die vor dem Fotosensor angeordnet ist, aufweist, und das Lichteingangsseitenelement die Blende ist.