JP5370409B2 - 絶対反射測定装置 - Google Patents
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Description
本発明は、入射角の小さい場合にも誤差少なく測定できる角度可変絶対反射測定装置に係り、特に反射光束を検出器に入射させる構造に関する。
絶対反射測定装置では、試料が無い状態で例えば分光器などで構成される光学系から出射した測定光束を直接例えば積分球と光電変換器で構成される検出器に入射して測定した信号を所定の波長域にわたって一定の大きさ（１００％）になるように測定系の感度を設定した後、分光器で分光された測定光束を試料に入射し、入射した角度と同じ角度で反射する光束を検出器に入射させ、所定波長域にわたって前回と同一感度条件の測定系で測定される信号の大きさ（％）を絶対反射率としている。このように、絶対反射測定は基準試料を用いない測定法である。
反射測定では入射角度が大きい場合、入射面に垂直な振動成分（ｓ偏光）と入射面に平行な振動成分（ｐ偏光）の反射率が異なる。このため、大きな入射角で絶対反射測定を行う場合は、偏光子を用いて入射光をｓ偏光またはｐ偏光のどちらか一方に設定し、それぞれを別々に測定する。
従来の絶対反射測定装置は、図５に示すとおり、光源５１と、この光源５１から出射する光束を測定光束５２Ａとして出射する光学系５２と、該測定光束５２Ａを回転可能に載置された試料Ｓに入射角θで照射し反射角θの反射光５０Ａが導入される移動可能に支持された積分球５３ａと、該積分球５３ａ内に配設された光電変換器５３ｂなどで構成される。検出器５３は積分球５３ａと光電変換器５３ｂで構成される。
絶対反射率の測定では、試料Ｓが無い状態で光学系５２から出射した測定光束５２Ａを直接、検出器５３（破線で示す位置に移動）に入射して測定した信号を１００％になるように測定系の感度を設定した後、測定光束５２Ａを試料Ｓに入射角θで入射し、反射角θの反射光５０Ａが検出器５３に入射するように反射光検出系角度を設定し、前回と同一感度条件の測定系で測定される信号の大きさ（％）を求める。積分球５３ａはその開口を試料Ｓの反射面と測定光束５２Ａの中心の交点に向け該交点を中心とする円周上を入射角θの大きさに応じて移動する。したがって、入射角θが小さい場合は積分球５３ａにより測定光束５２Ａが遮られ測定困難となる。
入射角θが小さいとき測定困難となる問題を解決するために、図５に示す絶対反射測定装置に次に述べる２個のミラーが配設される（例えば特許文献１参照）。すなわち図６において、光学系５２からの測定光束５２Ａを反射する第１の固定ミラー６４と、該第１の固定ミラー６４で反射された測定光束５２Ａを試料Ｓの回転中心に向けて反射する第２の固定ミラー６５を備える。前記第１および第２の固定ミラー６４、６５は検出器５３の移動軌跡の内側に配置されており、前記第１の固定ミラー６４は測定光束５２Ａを鋭角方向に反射する。なお図６において図５と同じ符号で示す部品は図５と同じものなので説明は省略する。
入射角θが小さいとき測定困難となる問題を解決する他の方法として、図５に示す絶対反射測定装置に次に述べる１個のミラーを配設してもよい。すなわち、反射光５０Ａを検出器５３に直接入射させる代わりに、図７に示すとおり、検出器５３が支持される移動可能架台に保持されたミラー７４に入射させ９０°方向転換させ、開口を該ミラー７４の方向に向けた検出器５３に導入する。なお図７において図５と同じ符号で示す部品は図５と同じものなので説明は省略する。
ミラーは通常研磨したガラス面にＡｌ蒸着されたものが使用される。Ａｌ蒸着ミラーの鏡面反射率特性は光束の入射角により変化する。図４は、例えば波長５００ｎｍの光束の入射角と鏡面反射率の関係を示した図であり、（ＲＥ）ｓはｓ偏光、（ＲＥ）ｐはｐ偏光の鏡面反射率特性を示す。
特開２００４−１９８２４４号公報
上述のとおり入射角／反射角が小さいとき測定困難となる問題は改善されているが、１個のミラーを配設して反射光５０Ａを９０°方向転換させ検出器５３に導入する場合ミラーへの入射角度はおよそ４５°である。図４が示すとおり入射角度が１０°近傍以下では入射角度の変動が生じてもミラーの鏡面反射率は変化しないが、入射角度４５°の近傍では入射角度の誤差が鏡面反射率の変動を生起させ絶対反射率の測定誤差を生じる。したがって検出器設定角度に誤差があるとミラーへの入射角度に誤差が生じて絶対反射率の測定誤差となる。
本発明は光源と、この光源から出射する光束を測定光束として出射する光学系と、該測定光束が回転可能に載置された試料に照射され、その反射光がミラーを介して９０°方向転換されて導入される検出器を有する絶対反射測定装置において、前記ミラーは、前記検出器を保持する支持台に支持される凹面鏡で構成されており、前記支持台は前記試料の反射面と測定光束中心の交点を中心とする円周上の所定範囲を移動可能であり、前記凹面鏡の曲率半径は前記試料と凹面鏡との距離の√２倍である。したがって、試料からの反射光に対してミラーの角度が変動しても入射角度の変動は軽減される。
あるいは光源と、この光源から出射する光束を測定光束として出射する光学系と、該測定光束が回転可能に載置された試料に照射され、その反射光がミラーを介して導入される検出器を有する絶対反射測定装置において、前記ミラーは、前記検出器を保持する支持台に支持される平面鏡で構成されており、前記支持台は前記試料の反射面と測定光束中心の交点を中心とする円周上の所定範囲を移動可能であり、前記検出器の反射光導入孔と前記ミラーとの距離が前記試料と前記ミラーとの距離より長く、試料からの反射光の前記ミラーへの入射角が１０°以下である。
光源と、この光源から出射する光束を測定光束として出射する光学系と、該測定光束が回転可能に載置された試料に照射され、その反射光がミラーを介して導入される検出器を有する絶対反射測定装置において、前記ミラーが２個以上の複数の平面鏡で構成されるとともに前記検出器を保持する支持台に支持され、前記支持台は前記試料の反射面と測定光束中心の交点を中心とする円周上の所定範囲を移動可能であり試料からの反射光の前記ミラーへの入射角がいずれも１０°以下である。したがって、試料からの反射光に対してミラーの角度が変動して入射角度が変化してもミラーの鏡面反射率の変動は少ない。
凹面鏡を介して試料からの反射光を検出器に導入する場合、反射光検出系角度の設定誤差などにより前記反射光に対して凹面鏡の角度が変動しても入射角度の変動は軽減され凹面鏡の鏡面反射率の変動は少なく絶対反射率の測定誤差は小さい。試料からの反射光に対して入射角が１０°以下になるように配設したミラーを介して前記反射光を検出器に導入する場合、反射光検出系角度の設定誤差などにより前記反射光に対するミラーの角度が変動して入射角度が変化してもミラーの鏡面反射率の変動は少なく絶対反射率の測定誤差は小さい。また入射角が１０°以下の場合は偏光成分についても入射角変動に対する鏡面反射率の変化が少なく、偏光子を試料の後側に載置するような絶対反射率の測定においても測定誤差は小さい。
各ミラーはガラスの研磨面にＡｌ蒸着した構造のものであり、測定する入射角の変更に際し検出器とともに試料の反射面と測定光束中心の交点を中心とする円周上を移動させ入射角と等しい反射角の反射光が検出器に入射する角度に設定し固定する（反射光検出系角度を設定する）。
本発明の請求項１の実施例について図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１による絶対反射測定装置の概略構造を示す図である。本発明の実施例１による絶対反射測定装置は、図１に示すとおり、例えばハロゲンランプで構成される光源１１と、この光源１１から出射する白色光束を分光し単色光の測定光束１２Ａとして出射する分光器で構成される光学系１２と、該測定光束１２Ａを回転可能に載置された試料Ｓに照射しその反射光１０Ａがミラー１４を介して導入される移動可能に支持された積分球１３ａと、該積分球１３ａ内に配設された例えば光電子増倍管で構成される光電変換器１３ｂなどからなる構造を有する。前記ミラー１４は、積分球１３ａと光電変換器１３ｂで構成される検出器１３を保持する支持台１６に支持される凹面鏡で構成されており前記試料Ｓの反射面と測定光束１２Ａの中心との交点を中心とする円周上の所定範囲を移動可能である。
本発明の実施例１は以上の構造であるから、反射光検出系角度の設定誤差などにより前記反射光１０Ａに対して凹面鏡で構成されるミラー１４の角度θ１が変動しても入射角度の変動は軽減されミラー１４の鏡面反射率の変動は少なく絶対反射率の測定誤差は小さい。例えばミラー１４の曲率半径がミラー１４と試料Ｓの距離の√２倍の場合、反射光１０Ａに対してミラー１４の角度が１°変動しても入射角度の変動は約０．０１°程度である。
絶対反射率の測定は次のとおり行われる。試料Ｓが無い状態で光学系１２から出射した測定光束１２Ａをミラー１４を介して直接、検出器１３（破線で示す位置に移動）に入射して測定した信号を１００％になるように各波長毎に測定系の感度を設定した後、測定光束１２Ａを試料Ｓに入射角θで入射し、反射角θの反射光１０Ａがミラー１４を介して検出器１３に入射するように反射光検出系角度を設定し、前回と同一感度条件の測定系で測定される各波長の信号の大きさ（％）を求める。本発明の実施例１による絶対反射測定装置では、図１に示すとおり入射角θの小さい測定の場合、ミラー１４により測定光束１２Ａが遮られるまで測定可能であり、入射角θが小さい場合でも積分球１３ａにより測定光束１２Ａが遮られることはない配置で構成されている。
図１で示す実施例１では、検出器１３は積分球１３ａと光電変換器１３ｂとからなる構造であるが積分球１３ａの代わりに光電変換器１３ｂの冷却材兼支持体で置き換えても本発明は適用可能である。また、図示例ではシングルビームの構成であるが測定光束１２Ａをハーフミラーで分岐し分岐された光束をモニター用の検出器に導入するダブルビームの構成としても本発明は適用可能であり、本発明はこれら変形例を包含する。
本発明の請求項２の実施例について図２を参照して説明する。図２は、本発明の実施例２による絶対反射測定装置の概略構造を示す図である。本発明の実施例２による絶対反射測定装置は、図２に示すとおり、例えばハロゲンランプで構成される光源２１と、この光源２１から出射する白色光束を分光し単色光の測定光束２２Ａとして出射する分光器で構成される光学系２２と、該測定光束２２Ａを回転可能に載置された試料Ｓに照射しその反射光２０Ａがミラー２４を介して導入される移動可能に支持された積分球２３ａと、該積分球２３ａ内に配設された例えば光電子増倍管で構成される光電変換器２３ｂなどからなる構造を有する。前記ミラー２４は、積分球２３ａと光電変換器２３ｂで構成される検出器２３を保持する支持台（図示しない）に支持される平面鏡で構成されており前記試料Ｓの反射面と測定光束２２Ａの中心との交点を中心とする円周上の所定範囲を移動可能であり、検出器２３とミラー２４との間隔は試料Ｓとミラー２４との間隔より長い配置である。前記反射光２０Ａはミラー２４に入射角θ２で入射し、該入射角θ２は１０°以下に設定される。積分球２３ａの開口近傍には試料Ｓの散乱光の該開口への入射を遮るための遮蔽板２７が配設される。
本発明の実施例２は以上の構造であるから、反射光検出系角度の設定誤差などにより前記反射光２０Ａの平面鏡で構成されるミラー２４への入射角θ２が変動しても１０°以下に設定されているためミラー２４の鏡面反射率の変動は少なく絶対反射率の測定誤差は小さい。また各構成部品を試料Ｓの近傍に配置できるため小型の絶対反射測定装置を提供可能である。
絶対反射率の測定は次のとおり行われる。試料Ｓが無い状態で光学系２２から出射した測定光束２２Ａをミラー２４を介して直接、検出器２３（破線で示す位置に移動）に入射して測定した信号を１００％になるように各波長毎に測定系の感度を設定した後、測定光束２２Ａを試料Ｓに入射角θで入射し、反射角θの反射光２０Ａがミラー２４を介して検出器２３に入射するように反射光検出系角度を設定し、前回と同一感度条件の測定系で測定される各波長の信号の大きさ（％）を求める。本発明の実施例２による絶対反射測定装置では、図２に示すとおり入射角θの小さい測定の場合、ミラー２４により測定光束２２Ａが遮られるまで測定可能であり、入射角θが小さい場合でも積分球２３ａにより測定光束２２Ａが遮られることはない配置で構成されている。
本発明の請求項３の実施例について図３を参照して説明する。図３は、本発明の実施例３による絶対反射測定装置の概略構造を示す図である。本発明の実施例３による絶対反射測定装置は、図３に示すとおり、例えばハロゲンランプで構成される光源３１と、この光源３１から出射する白色光束を分光し単色光の測定光束３２Ａとして出射する分光器で構成される光学系３２と、該測定光束３２Ａを回転可能に載置された試料Ｓに照射しその反射光３０Ａがミラー３４、３５を介して導入される移動可能に支持された積分球３３ａと、該積分球３３ａ内に配設された例えば光電子増倍管で構成される光電変換器３３ｂなどからなる構造を有する。前記ミラー３４、３５は、積分球３３ａと光電変換器３３ｂで構成される検出器３３を保持する支持台（図示しない）に支持される平面鏡で構成されており前記試料Ｓの反射面と測定光束３２Ａの中心との交点を中心とする円周上の所定範囲を移動可能である。前記反射光３０Ａはミラー３４に入射角θ３で入射し、ミラー３４で反射後ミラー３５に入射角θ４で入射する。該入射角θ３、４は１０°以下に設定される。
本発明の実施例３は以上の構造であるから、反射光検出系角度の設定誤差などにより前記反射光３０Ａの平面鏡で構成されるミラー３４、３５への入射角θ３、４が変動しても１０°以下に設定されているためミラー３４、３５の鏡面反射率の変動は少なく絶対反射率の測定誤差は小さい。
絶対反射率の測定は次のとおり行われる。試料Ｓが無い状態で光学系３２から出射した測定光束３２Ａをミラー３４、３５を介して直接、検出器３３（破線で示す位置に移動）に入射して測定した信号を１００％になるように各波長毎に測定系の感度を設定した後、測定光束３２Ａを試料Ｓに入射角θで入射し、反射角θの反射光３０Ａがミラー３４、３５を介して検出器３３に入射するように反射光検出系角度を設定し、前回と同一感度条件の測定系で測定される各波長の信号の大きさ（％）を求める。本発明の実施例３による絶対反射測定装置では、図３に示すとおり入射角θの小さい測定の場合、ミラー３４により測定光束３２Ａが遮られるまで測定可能であり、入射角θが小さい場合でも積分球３３ａにより測定光束３２Ａが遮られることはない配置で構成されている。
本発明は、入射角の小さい場合にも誤差少なく測定できる角度可変絶対反射測定装置に利用可能である。
１０Ａ 反射光
１１ 光源
１２ 光学系
１２Ａ 測定光束
１３ 検出器
１３ａ 積分球
１３ｂ 光電変換器
１４ ミラー
１６ 支持台
２０Ａ 反射光
２１ 光源
２２ 光学系
２２Ａ 測定光束
２３ 検出器
２３ａ 積分球
２３ｂ 光電変換器
２４ ミラー
２７ 遮蔽板
３０Ａ 反射光
３１ 光源
３２ 光学系
３２Ａ 測定光束
３３ 検出器
３３ａ 積分球
３３ｂ 光電変換器
３４ ミラー
３５ ミラー
５０Ａ 反射光
５１ 光源
５２ 光学系
５２Ａ 測定光束
５３ 検出器
５３ａ 積分球
５３ｂ 光電変換器
６４ 固定ミラー
６５ 固定ミラー
７４ ミラー
Ｓ 試料
１１ 光源
１２ 光学系
１２Ａ 測定光束
１３ 検出器
１３ａ 積分球
１３ｂ 光電変換器
１４ ミラー
１６ 支持台
２０Ａ 反射光
２１ 光源
２２ 光学系
２２Ａ 測定光束
２３ 検出器
２３ａ 積分球
２３ｂ 光電変換器
２４ ミラー
２７ 遮蔽板
３０Ａ 反射光
３１ 光源
３２ 光学系
３２Ａ 測定光束
３３ 検出器
３３ａ 積分球
３３ｂ 光電変換器
３４ ミラー
３５ ミラー
５０Ａ 反射光
５１ 光源
５２ 光学系
５２Ａ 測定光束
５３ 検出器
５３ａ 積分球
５３ｂ 光電変換器
６４ 固定ミラー
６５ 固定ミラー
７４ ミラー
Ｓ 試料
Claims (3)
- 光源と、この光源から出射する光束を測定光束として出射する光学系と、該測定光束が回転可能に載置された試料に照射され、その反射光がミラーを介して９０°方向転換されて導入される検出器を有する絶対反射測定装置において、前記ミラーは、前記検出器を保持する支持台に支持される凹面鏡で構成されており、前記支持台は前記試料の反射面と測定光束中心の交点を中心とする円周上の所定範囲を移動可能であり、前記凹面鏡の曲率半径は前記試料と凹面鏡との距離の√２倍であることを特徴とする絶対反射測定装置。
- 光源と、この光源から出射する光束を測定光束として出射する光学系と、該測定光束が回転可能に載置された試料に照射され、その反射光がミラーを介して導入される検出器を有する絶対反射測定装置において、前記ミラーは、前記検出器を保持する支持台に支持される平面鏡で構成されており、前記支持台は前記試料の反射面と測定光束中心の交点を中心とする円周上の所定範囲を移動可能であり、前記検出器の反射光導入孔と前記ミラーとの距離が前記試料と前記ミラーとの距離より長く、試料からの反射光の前記ミラーへの入射角が１０°以下であることを特徴とする絶対反射測定装置。
- 光源と、この光源から出射する光束を測定光束として出射する光学系と、該測定光束が回転可能に載置された試料に照射され、その反射光がミラーを介して導入される検出器を有する絶対反射測定装置において、前記ミラーが２個以上の複数の平面鏡で構成されるとともに前記検出器を保持する支持台に支持され、前記支持台は前記試料の反射面と測定光束中心の交点を中心とする円周上の所定範囲を移動可能であり試料からの反射光の前記ミラーへの入射角がいずれも１０°以下であることを特徴とする絶対反射測定装置
Priority Applications (1)
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| JP2011111174A JP5370409B2 (ja) | 2011-05-18 | 2011-05-18 | 絶対反射測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011111174A JP5370409B2 (ja) | 2011-05-18 | 2011-05-18 | 絶対反射測定装置 |
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