JP5806540B2 - 波長分布測定装置 - Google Patents
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Description
被測定物の像を結像させるための結像光学系と、
前記結像光学系による前記被測定物の結像面付近に配置され、前記被測定物の像の測定対象となる被測定領域を制限する視野絞りと、
前記視野絞りを通過した光束を拡散させる拡散板と、
受光面に、互いに異なる分光感度特性を有する受光素子を複数備える受光部と、
前記拡散板により拡散された前記光束の少なくとも一部を、前記受光面の垂線の方向に近づくように偏向させるとともに、該光束をより平行に近い光束として前記受光面へ導く光束均一化光学素子と
を備え、
前記光束均一化光学素子は、前記拡散板によって拡散された前記光束を入射させる入射面と、前記入射面から入射した前記光束を前記受光部に向けて出射させる出射面と、前記入射面から入射した前記光束の少なくとも一部を内部反射させる側面とを備え、前記側面は、前記受光部の前記受光面の垂線に垂直な断面が、入射面側よりも出射面側でより広いテーパー部を有することを特徴とするものである。
asin(sinθ in /n)>3α>0
を満たすようにする。
asin(sinθin/n)>α
を満たすことが好ましい。
図1は、本発明の第1実施の形態に係る波長分布測定装置を適用した顕微鏡の概略構成図である。この顕微鏡10は、透過型の光学顕微鏡である。
asin(sinθin/n)>α (1)
の関係を満足すれば、光束均一化光学素子53が適度な長さを有するとき、光束の光線の多くが光束均一化光学素子53内で1回以上反射する。
θ2=θ1−2α (2)
すなわち、光束均一化光学素子53の内側面で全反射する度に、光線の角度が2αずつ減少し、光軸に平行な光に近づく。光束均一化光学素子53の長さが十分長ければ、光線の角度はαよりも小さくなる。これにより、出射面53cを出射する光束が、受光部56の受光面の垂線に平行に近づくので、受光部56の外側に抜けていく光束が減少し、受光部56の周辺部での照度低下を抑えられるので、スペクトルの測定精度を確保することができる。なお、光軸は受光部56の受光面の垂線と同じ方向である。
θin−2nNα<2θout (3)
の関係を満足することが望ましい。式(3)の左辺は、θinの光線が光束均一化光学素子53を出射した時の光線角度、右辺は受光部56の受光面への最大角度θoutを2倍したものである。右辺をθoutとすれば確実に受光部56の受光面で照度分布を均一化できるが、経験的には2θout以下であれば照度分布はほぼ均一化することができる。これにより、光束均一化光学素子53の長さを短くすることができ、光学系の小型化と照度分布均一化とを両立することができる。
θin/n>3α (4)
の関係を満足することが望ましい(ただし、sinθinをθin、sin3αを3αで近似した場合)。式(4)の左辺は光束均一化光学素子53の入射面53aで屈折した後の光線角度である。前述のように、全反射が発生する度にこの角度が2αずつ減少する。したがって、式(4)を満たさない光線の角度は、1回反射後には光束均一化光学素子53のテーパーの角度αよりも小さくなるので、2回目の反射が生じない。
図8は、本発明の第2実施の形態に係る波長分布測定装置の概略構成を光束の光路と共に示す図である。この波長分布測定装置は、第1実施の形態と同様に顕微鏡に適用されるが、顕微鏡の部分は第1実施の形態と同様であるため省略し、視野絞り51から受光器56までを図示している。図8において、光束均一化光学素子53の入射面53aおよび出射面53cの面形状を、光束均一化光学素子53の下側に示している。
図9は、本発明の第3実施の形態に係る波長分布測定装置の概略構成を光束の光路と共に示す図である。第2実施の形態を示す図8と同様に、視野絞り51から受光器56までを図示している。図9においても、光束均一化光学素子53の入射面53aおよび出射面53cの面形状を、光束均一化光学素子53の下側に示している。
図10〜図12は、それぞれ、本発明の第1の変形例、第2の変形例および第3の変形例に係る光束均一化光学素子53を示す斜視図である。これらの変形例は、第1〜第3実施の形態と異なる形状の光束均一化光学素子を用いるものであり、その他の構成は第1実施の形態と同様である。
11 被測定物
12 ステージ
13 ステージユニット
13a XY駆動制御部
13b Z駆動制御部
14 光源ユニット
15 対物レンズ
16 レボルバユニット
17 結像レンズ
18 接眼部
19 カメラユニット
20 ハーフミラー
21 フォーカス検出ユニット
22 ハーフミラー
23 ミラー
24 測定ユニット
30 制御・データ処理部
31 ステージユニット制御部
32 光源ユニット制御部
33 レボルバユニット制御部
34 カメラユニット制御部
35 フォーカスユニット制御部
36 測定ユニット制御部
37 制御コントローラ
38 ホストシステム
39 ユーザインタフェース
51 視野絞り
52 拡散板
53 光束均一化光学素子
53a 入射面
53b 側面
53c 出射面
56 受光部
56a 受光素子
57 被測定物の中間像
61 補正部
62 スペクトル推定部
63 画像補正部
Claims (12)
- 被測定物の像を結像させるための結像光学系と、
前記結像光学系による前記被測定物の結像面付近に配置され、前記被測定物の像の測定対象となる被測定領域を制限する視野絞りと、
前記視野絞りを通過した光束を拡散させる拡散板と、
受光面に、互いに異なる分光感度特性を有する受光素子を複数備える受光部と、
前記拡散板により拡散された前記光束の少なくとも一部を、前記受光面の垂線の方向に近づくように偏向させるとともに、該光束をより平行に近い光束として前記受光面へ導く光束均一化光学素子と
を備え、
前記光束均一化光学素子は、前記拡散板によって拡散された前記光束を入射させる入射面と、前記入射面から入射した前記光束を前記受光部に向けて出射させる出射面と、前記入射面から入射した前記光束の少なくとも一部を内部反射させる側面とを備え、前記側面は、前記受光部の前記受光面の垂線に垂直な断面が、入射面側よりも出射面側でより広いテーパー部を有することを特徴とする波長分布測定装置。 - 前記被測定物に対して前記結像光学系と反対側に配置され、前記被測定物を照明する光源を備える請求項1に記載の波長分布測定装置。
- 前記受光部の前記受光面の垂線に対して、前記入射面から入射した光束の角度がθ in のときに、前記光束均一化光学素子の屈折率をn、前記光束均一化光学素子の前記側面と前記受光部の前記受光面の垂線とのなす角度をαとした場合に、
asin(sinθ in /n)>3α>0
を満たすことを特徴とする請求項1または2に記載の波長分布測定装置。 - 前記光束均一化光学素子は、前記側面の少なくとも一部が、平面により構成されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の波長分布測定装置。
- 前記光束均一化光学素子は、前記入射面の形状が円形であり、前記出射面の形状が四角形であることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の波長分布測定装置。
- 前記光束均一化光学素子は、前記側面の少なくとも一部が、前記受光面の垂線の方向と平行であることを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の波長分布測定装置。
- 前記光束均一化光学素子は、前記入射面と前記出射面との間で、前記受光面に平行な断面の形状が連続的に変化することを特徴とする請求項1〜6の何れか一項に記載の波長分布測定装置。
- 前記光束均一化光学素子は、段差部を介して結合される少なくとも第1の部分と第2の部分とを備えることを特徴とする請求項1〜6の何れか一項に記載の波長分布測定装置。
- 前記受光部は、前記受光素子が二次元的に配置されることを特徴とする請求項1〜8の何れか一項に記載の波長分布測定装置。
- それぞれの前記受光素子は、光電変換素子と、該光電変換素子の前面に近接して配置された透過帯域特性の互いに異なるフィルタとから構成されることを特徴とする請求項1〜9の何れか一項に記載の波長分布測定装置。
- それぞれの前記受光素子からの出力信号に基づいて、前記光束の波長分布特性を導出する特性導出部を備えることを特徴とする請求項1〜10の何れか一項に記載の波長分布測定装置。
- 前記受光部の前記受光面の垂線に対して、前記入射面から入射した光束の角度がθ in のときに、前記光束均一化光学素子の屈折率をn、前記光束均一化光学素子の前記側面と前記受光部の前記受光面の垂線とのなす角度をαとした場合に、
asin(sinθin/n)>α
を満たすことを特徴とする請求項1または2に記載の波長分布測定装置。
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