JP5387979B2 - リニアリティ検査装置及びリニアリティ検査方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献2には、可変光減衰器を用いて、細い光路中に置かれたカムの回転角を変えることによって減衰率を変えることが記載されているが、この減衰器は基本的に細い光路を持つ平行光線には適用できても、本発明が対象とする試料光源とディテクタが共に一定の広がりを持つような光学系には適用することはできない。
請求項2記載の発明は、複数種類の波長の光を有し、光量が可変のソーラシミュレータ級の強い光が出力可能な光源と、波長毎に前記光源からの光を透過可能なバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタを透過した光を受光する前記波長毎に切り替え可能に設けられた複数種類の波長毎の基準ディテクタとを備え、波長毎の、前記基準ディテクタにおいて検出された受光量に対する、前記バンドパスフィルタを透過した光を受光する未知ディテクタで検出された受光量を取得して、前記未知ディテクタのリニアリティを検査することを特徴とするリニアリティ検査装置である。
請求項3記載の発明は、前記基準ディテクタは、発光源からの光出力を動的透過率が確定した複数種類の動的透過率を有する回転円板又は開口板を透過して受光したディテクタのうち、リニアリティを有するディテクタを基準ディテクタの候補ディテクタとし、前記候補ディテクタのうち、前記動的透過率に対する動的平均透過率がリニアリティを有するディテクタであることを特徴とする請求項1または請求項2記載のリニアリティ検査装置である。
請求項4記載の発明は、前記光源が、パルス光源型ソーラシミュレータ又は定常光源型ソーラシミュレータであることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1つの請求項に記載のリニアリティ検査装置である。
請求項5記載の発明は、波長毎に切り替え可能であって複数種類の波長毎のソーラシミュレータ級の強い光が出力可能な光源と、該光源からの光出力を透過する動的透過率が確定している複数種類の動的透過率を有する回転円板又は開口板と、該回転円板又は開口板を透過した光を受光する前記波長毎の切り替えに対応して切り替え可能に設けられた複数種類の波長毎の基準ディテクタと、前記回転円板又は開口板を透過した光を受光する未知ディテクタとを有し、前記光源からある波長の光を出力し、前記ある波長の光をある動的透過率を有する前記回転円板又は開口板を透過し、前記ある波長に対応するある基準ディテクタで受光検出する第1の工程と、前記光源から前記ある波長の光を出力し、前記ある波長の光を前記ある動的透過率を有する前記回転円板又は開口板を透過し、前記ある波長の光を未知ディテクタで受光検出する第2の工程と、前記第1の工程及び第2の工程において、前記ある動的透過率を他の異なる動的透過率を有する回転円板又は開口板に逐次代えて、前記第1の工程及び第2の工程を繰り返す第3の工程と、前記第1及び第3の工程において得られた基準ディテクタにおいて検出された受光量に対する、前記第2及び第3の工程において得られた前記未知ディテクタにおいて検出された受光量を取得し、前記未知ディテクタのリニアリティを検査する第4の工程と、前記光源から出力されるある波長の光を他の異なる波長の光に逐次代えて、前記第1ないし第4の工程を繰り返す第5の工程とからなることを特徴とするリニアリティ検査方法である。
請求項6記載の発明は、波長毎に切り替え可能であって複数種類の波長毎のソーラシミュレータ級の強い光が出力可能な光源と、該光源からの光出力を透過する動的透過率が確定している複数種類の動的透過率を有する回転円板又は開口板と、該回転円板又は開口板を透過した光を受光する前記波長毎の切り替えに対応して切り替え可能に設けられた複数種類の波長毎の基準ディテクタと、前記回転円板又は開口板を透過した光を受光する未知ディテクタとを有し、前記光源からある波長の光を出力し、前記ある波長の光をある動的透過率を有する前記回転円板又は開口板を透過し、前記ある波長に対応するある基準ディテクタと前記未知ディテクタとで同時に受光検出する第1の工程と、前記第1の工程において、前記ある動的透過率を他の異なる動的透過率を有する回転円板又は開口板に逐次代えて、前記第1の工程を繰り返す第2の工程と、前記第1及び第2の工程において得られた基準ディテクタにおいて検出された受光量に対する、前記第1及び第2の工程において得られた前記未知ディテクタにおいて検出された受光量を取得し、前記未知ディテクタのリニアリティを検査する第3の工程と、前記光源から出力されるある波長の光を他の異なる波長の光に逐次代えて、前記第1ないし第3の工程を繰り返す第4の工程とからなることを特徴とするリニアリティ検査方法である。
請求項7記載の発明は、複数種類の波長の光を有し、光量が可変のソーラシミュレータ級の強い光が出力可能な光源と、波長毎に前記光源からの光を透過可能なバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタを透過した光を受光する前記波長毎に切り替え可能に設けられた複数種類の波長毎の基準ディテクタと、前記バンドパスフィルタを透過した光を受光する未知ディテクタとを有し、前記光源からある光量の光を出力し、前記ある光量の光を前記バンドパスフィルタによってある波長の光を透過し、前記ある波長に対応するある基準ディテクタで受光検出する第1の工程と、前記光源からある光量の光を出力し、前記ある光量の光を前記バンドパスフィルタによって前記ある波長の光を透過し、前記ある波長の光を前記未知ディテクタで受光検出する第2の工程と、前記第1の工程及び第2の工程において、前記光源から出力される前記ある光量を他の異なる光量に逐次代えて、前記第1の工程及び第2の工程を繰り返す第3の工程と、前記第1及び第3の工程において得られた基準ディテクタにおいて検出された受光量に対する、前記第2及び第3の工程において得られた前記未知ディテクタにおいて検出された受光量を取得し、前記未知ディテクタのリニアリティを検査する第4の工程と、前記バンドパスフィルタを他の波長を透過させるバンドパスフィルタに逐次代えて、前記第1ないし第4の工程を繰り返す第5の工程とからなることを特徴とするリニアリティ検査方法である。
請求項8記載の発明は、複数種類の波長の光を有し、光量が可変のソーラシミュレータ級の強い光が出力可能な光源と、波長毎に前記光源からの光を透過可能なバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタを透過した光を受光する前記波長毎に切り替え可能に設けられた複数種類の波長毎の基準ディテクタと、前記バンドパスフィルタを透過した光を受光する未知ディテクタとを有し、前記光源からある光量の光を出力し、前記ある光量の光を前記バンドパスフィルタによってある波長の光を透過し、前記ある波長に対応するある基準ディテクタと未知ディテクタとで同時に受光検出する第1の工程と、前記第1の工程において、前記光源から出力される前記ある光量を他の異なる光量に逐次代えて、前記第1の工程を繰り返す第2の工程と、前記第1及び第2の工程において得られた基準ディテクタにおいて検出された受光量に対する、前記第1及び第2の工程において得られた前記未知ディテクタにおいて検出された受光量を取得し、前記未知ディテクタのリニアリティを検査する第3の工程と、前記バンドパスフィルタを他の波長を透過させるバンドパスフィルタに逐次代えて、前記第1ないし第3の工程を繰り返す第4の工程とからなることを特徴とするリニアリティ検査方法である。
請求項9記載の発明は、前記光源が、パルス光源型ソーラシミュレータ又は定常光源型ソーラシミュレータであることを特徴とする請求項5ないし請求項8のいずれか1つの請求項に記載のリニアリティ検査方法である。
図1は、本実施形態に係わる、分光放射計などのディテクタ(以下、未知ディテクタという)のリニアリティを検査するリニアリティ検査装置の構成を示す図である。
このリニアリティ検査装置は、ソーラシミュレータ等の強い光の各波長の光量の変化に対して比例した出力が得られるか、つまり、リニアリティを有するかを検査する装置である。
同図において、リニアリティ検査装置における、分光放射計やフォトダイオードアレー、CCDカメラなどのディテクタを、正しく評価するために必要な光源(1〜n)2の条件は、測定したい波長毎に安定で、光強度も調節でき、パルス光型ソーラシミュレータの様なパルス発光も検査できることが必要である。また、基準ディテクタ(1〜n)12に必要な条件としては、分光放射計やフォトダイオードアレー、CCDカメラなどのディテクタと比較できる、安定で、強い光に対するリニアリティが有り、パルス光に対しても十分な応答性を有することが不可欠である。
まず、均一な分布を有する複数種類の開口率を有する回転円板21を用意する。例えば、設定開口率(開口面積比の%)が、1、2、5、10、20、50、70%の回転円板21を用意する。ここで、設定開口率とは、回転円板21に穴を開ける場合の目標とする開口率である。これらの異なる設定開口率を有する回転円板21に平行光を当てて、スキャナで開口率を測り、これを静的開口率とする。図4は、設定開口率と測定して得られた静的開口率との関係を示す表である。
このグラフの例は、あるディテクタ22における静的開口率に対する動的透過率が99.5%以上の直線状にプロットでき、1次相関が高いことを示している。
このように横軸の静的開口率と縦軸の動的透過率間の1次相関が高い時は、そのディテクタ22による回転円板21の動的透過率として採用し、1次相関が低ければ、そのディテクタ22の結果は、採用しない。
図8は、横軸に確定した動的透過率、縦軸に基準ディテクタ12の候補となるディテクタ22の動的平均透過率を示すグラフである。直線上に乗っているディテクタを基準ディテクタ12の候補として採用する。ここで、動的平均透過率とは、実際に回転円板21を回転して動的透過率を測定した場合、図9に示すように、ディテクタで測定される出力は波打つ様に変化するため、ある一定時間における波打って変化する動的透過率の平均値である。ここで、1%、10%の双方とも、透過率が一定でなく変化する理由は、回転円板内の個々の穴径がばらついていること、および各瞬間に光路中に存在する穴の数が回転により変化することにある。しかし、光源が安定で時間を十分に取る限り、これらの透過率の時間平均値は一定になる。つまり、正確な穴径の円板を作ること、さらに各瞬間における光路中に存在する穴の数を一定に保つことは難しいが、回転円板を回転させた時の透過率を時間を十分に取り平均した値を平均透過率として採用すれば、その値は正確かつ再現性があるものとなる。さらに、ディテクタを何種も設け、上記の方法で回転円板の平均透過率を測定すれば、多くのディテクタ出力値から、十分な精度で透過率を決定できるから、これを回転円板の平均透過率として採用することができる。
同図に示すように、未知のディテクタ(1)16及び(2)16は、リニアリティを有すると考えられるが、未知のディテクタ(3)16は、光強度が増すにつれて飽和しており、リニアリティ測定用のディテクタとしては不適であることが分かる。
同図に示すように、実際の回転円板9、21では、穴はより高密度に開けられており、光源からディテクタへの光路中に含まれる穴は数多く存在するので、回転円板の回転角が変わっても、光を通過させる穴面積の総和は、ほぼ一定となる。即ち、回転円板を減光板と見るとき、その減衰率は、ほぼ一定の値を持つことになる。
同図に示すように、未知のディテクタ(4)16は、リニアリティを有すると考えられるが、未知のディテクタ(5)16は、光強度が増すにつれて飽和しており、リニアリティ測定用のディテクタとしては不適であることが分かる。
図14は、本実施形態に係わる、分光放射計などのディテクタ(以下、未知ディテクタという)のリニアリティを検査するリニアリティ検査装置の構成を示す図である。このリニアリティ検査装置も、未知ディテクタが、ソーラシミュレータ等の強い光の各波長の光量の変化に対して1次的に比例した出力が得られるか、つまり、リニアリティを有するかを検査する装置である。
同図に示すように、ランプ電源25によって電力が供給されるランプ光源26は、ハロゲン光の様なブロードな光を放射する光源であり、基準ディテクタ(1〜n)12や未知ディテクタ16における光強度を調節するために、ランプ前後移動用ステージ27の移動によりランプ光源25と基準ディテクタ(1〜n)12及び未知ディテクタ16との間の距離を調節する。波長の異なる光を選択するために、高速光シャッタ7と基準ディテクタ12及び未知ディテクタ16との間にフィルタ切換え器28によって切り替え可能なバンドパスフィルタ29を配置する。なお、その他の構成は、図1に示した同符号の構成に対応するので、説明を省略する。
基準ディテクタ12は、第1の実施形態において説明したと同様の方法によって、確定されている。測定波長を決定し、それに対応するバンドパスフィルタ29を選定する。次に、受光部切り替えステージ11を切り替えて、選定されたバンドパスフィルタ29の背後に、決定された波長に対応する基準ディテクタ(1)12を配置し、ランプ光源26からの入射光強度を変化させるために、ランプ前後移動用ステージ27を基準ディテクタ(1)12から遠く離れた位置から次第に接近するように移動して、基準ディテクタ(1)12において、基準ディテクタ(1)12の平均出力値を検出する。次に、受光部切り替えステージ11を動かして、未知ディテクタ16をバンドパスフィルタ29の背後に配置する。基準ディテクタ(1)12における測定と同様にして、未知ディテクタ16の平均出力値を検出する。次に、測定された結果から、未知ディテクタ16のリニアリティを測定する。つまり入射光強度に対する平均出力値のリニアリティ(直線性)の測定を行う。他の波長についても、バンドパスフィルタ29を代えて、それに対応する基準ディテクタ12を基準ディテクタ(2〜n)12の中から選択して、上記と同様の処理を行うことにより、全ての波長について、未知ディテクタ16のリニアリティを検査することができる。
また、図14に示したリニアリティ検査装置において、定常光によるリニアリティ検査は、光源26から一定の光を出力して検査する。パルス光によるリニアリティ検査は、光源26から出力される一定の光を高速光シャッタ7を所定時間開いて検査する。
図15は、本実施形態に係わる、分光放射計などのディテクタ(以下、未知ディテクタという)のリニアリティを検査するリニアリティ検査装置の構成を示す図である。このリニアリティ検査装置も、ソーラシミュレータ等の強い光の各波長の光量の変化に対して1次的に比例した出力が得られるか、つまり、リニアリティを有するかを検査する装置である。なお、図15に示した符号の構成は、図1に示した同符号の構成に対応するので説明を省略する。
第1の実施形態(図1)及び第2の実施形態(図14)に示したリニアリティ検査装置においては、基準ディテクタ(1〜n)12と未知ディテクタ16の測定を交互に行い、同時測定は行っていない例である。これは光源2(1〜n)の時間的安定性が確保されていることが前提となっているからである。しかし、パルス型レーザ光源のように、光強度に時間的変動がある場合は、このような方法でリニアリティ検査を行うことができない場合がある。そのため、図15に示すように、光源(1〜n)2の均一性が十分ある場合は、基準ディテクタ(1)12と未知ディテクタ16、基準ディテクタ(2)12と未知ディテクタ16、・・・基準ディテクタ(n)12と未知ディテクタ16というように、均一な光の範囲内に基準ディテクタと未知ディテクタとを同時に並べて配置して検査を行う。こうすることにより、時間的に変動のある光源に対しても、同時に測定することにより、基準ディテクタの測定値で規格化することにより未知ディテクタのリニアリティを検査することができる。なお、図14のリニアリティ検査装置においても、図15の検査装置と同様の検査装置が適用できることはいうまでもない。
なお、本実施形態において、光源として、パルス型ソーラシミュレータを用いる場合、パルス波形が、時間的に徐々に上昇又は下降する波形(例えば、3角形状に上昇・下降する波形)の場合は、1回の点灯で上昇と下降の2方向に光強度を変化させることができるので、リニアリティ検査を往復の2回分行うことができる。そのため、検査の信頼性を増すことができると共に、1回の発光で光強度を変化させる検査ができるため、検査の所要時間を大幅に短縮することができる。
2 光源(1〜n)
3 温度コントローラ
4 温調器(1〜n)
5 LED又はLDコントローラ
6 パルス信号発生装置
7 高速光シャッタ
8 シャッタコントローラ
9 回転円板
10 回転円板コントローラ
11 受光部切替えステージ
12 基準ディテクタ(1〜n)
13 プリアンプ(1〜n)
14 温度コントローラ
15 ディテクタ用温調器(1〜n)
16 未知ディテクタ
17 A/D変換器
18 コンピュータ
19 暗箱
20 光源
21 回転円板
22 ディテクタ
23 左右移動ステージ
24 開口板
25 ランプ電源
26 ランプ光源
27 ランプ前後移動用ステージ
28 フィルタ切換え器
29 バンドパスフィルタ
Claims (9)
- 波長毎に切り替え可能であって複数種類の波長毎のソーラシミュレータ級の強い光が出力可能な光源と、
該光源からの光出力を透過する動的透過率が確定している複数種類の動的透過率を有する回転円板又は開口板と、
該回転円板又は開口板を透過した光を受光する前記波長毎の切り替えに対応して切り替え可能に設けられた複数種類の波長毎の基準ディテクタとを備え、
波長毎の、前記基準ディテクタにおいて検出された受光量に対する、前記回転円板又は開口板を透過した光を受光する未知ディテクタで検出された受光量を取得して、前記未知ディテクタのリニアリティを検査する
ことを特徴とするリニアリティ検査装置。 - 複数種類の波長の光を有し、光量が可変のソーラシミュレータ級の強い光が出力可能な光源と、
波長毎に前記光源からの光を透過可能なバンドパスフィルタと、
該バンドパスフィルタを透過した光を受光する前記波長毎に切り替え可能に設けられた複数種類の波長毎の基準ディテクタとを備え、
波長毎の、前記基準ディテクタにおいて検出された受光量に対する、前記バンドパスフィルタを透過した光を受光する未知ディテクタで検出された受光量を取得して、前記未知ディテクタのリニアリティを検査する
ことを特徴とするリニアリティ検査装置。 - 前記基準ディテクタは、発光源からの光出力を動的透過率が確定した複数種類の動的透過率を有する回転円板又は開口板を透過して受光したディテクタのうち、リニアリティを有するディテクタを基準ディテクタの候補ディテクタとし、前記候補ディテクタのうち、前記動的透過率に対する動的平均透過率がリニアリティを有するディテクタである
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載のリニアリティ検査装置。 - 前記光源が、パルス光源型ソーラシミュレータ又は定常光源型ソーラシミュレータである
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1つの請求項に記載のリニアリティ検査装置。 - 波長毎に切り替え可能であって複数種類の波長毎のソーラシミュレータ級の強い光が出力可能な光源と、
該光源からの光出力を透過する動的透過率が確定している複数種類の動的透過率を有する回転円板又は開口板と、
該回転円板又は開口板を透過した光を受光する前記波長毎の切り替えに対応して切り替え可能に設けられた複数種類の波長毎の基準ディテクタと、
前記回転円板又は開口板を透過した光を受光する未知ディテクタとを有し、
前記光源からある波長の光を出力し、前記ある波長の光をある動的透過率を有する前記回転円板又は開口板を透過し、前記ある波長に対応するある基準ディテクタで受光検出する第1の工程と、
前記光源から前記ある波長の光を出力し、前記ある波長の光を前記ある動的透過率を有する前記回転円板又は開口板を透過し、前記ある波長の光を未知ディテクタで受光検出する第2の工程と、
前記第1の工程及び第2の工程において、前記ある動的透過率を他の異なる動的透過率を有する回転円板又は開口板に逐次代えて、前記第1の工程及び第2の工程を繰り返す第3の工程と、
前記第1及び第3の工程において得られた基準ディテクタにおいて検出された受光量に対する、前記第2及び第3の工程において得られた前記未知ディテクタにおいて検出された受光量を取得し、前記未知ディテクタのリニアリティを検査する第4の工程と、
前記光源から出力されるある波長の光を他の異なる波長の光に逐次代えて、前記第1ないし第4の工程を繰り返す第5の工程とからなる
ことを特徴とするリニアリティ検査方法。 - 波長毎に切り替え可能であって複数種類の波長毎のソーラシミュレータ級の強い光が出力可能な光源と、
該光源からの光出力を透過する動的透過率が確定している複数種類の動的透過率を有する回転円板又は開口板と、
該回転円板又は開口板を透過した光を受光する前記波長毎の切り替えに対応して切り替え可能に設けられた複数種類の波長毎の基準ディテクタと、
前記回転円板又は開口板を透過した光を受光する未知ディテクタとを有し、
前記光源からある波長の光を出力し、前記ある波長の光をある動的透過率を有する前記回転円板又は開口板を透過し、前記ある波長に対応するある基準ディテクタと前記未知ディテクタとで同時に受光検出する第1の工程と、
前記第1の工程において、前記ある動的透過率を他の異なる動的透過率を有する回転円板又は開口板に逐次代えて、前記第1の工程を繰り返す第2の工程と、
前記第1及び第2の工程において得られた基準ディテクタにおいて検出された受光量に対する、前記第1及び第2の工程において得られた前記未知ディテクタにおいて検出された受光量を取得し、前記未知ディテクタのリニアリティを検査する第3の工程と、
前記光源から出力されるある波長の光を他の異なる波長の光に逐次代えて、前記第1ないし第3の工程を繰り返す第4の工程とからなる
ことを特徴とするリニアリティ検査方法。 - 複数種類の波長の光を有し、光量が可変のソーラシミュレータ級の強い光が出力可能な光源と、
波長毎に前記光源からの光を透過可能なバンドパスフィルタと、
該バンドパスフィルタを透過した光を受光する前記波長毎に切り替え可能に設けられた複数種類の波長毎の基準ディテクタと、
前記バンドパスフィルタを透過した光を受光する未知ディテクタとを有し、
前記光源からある光量の光を出力し、前記ある光量の光を前記バンドパスフィルタによってある波長の光を透過し、前記ある波長に対応するある基準ディテクタで受光検出する第1の工程と、
前記光源からある光量の光を出力し、前記ある光量の光を前記バンドパスフィルタによって前記ある波長の光を透過し、前記ある波長の光を前記未知ディテクタで受光検出する第2の工程と、
前記第1の工程及び第2の工程において、前記光源から出力される前記ある光量を他の異なる光量に逐次代えて、前記第1の工程及び第2の工程を繰り返す第3の工程と、
前記第1及び第3の工程において得られた基準ディテクタにおいて検出された受光量に対する、前記第2及び第3の工程において得られた前記未知ディテクタにおいて検出された受光量を取得し、前記未知ディテクタのリニアリティを検査する第4の工程と、
前記バンドパスフィルタを他の波長を透過させるバンドパスフィルタに逐次代えて、前記第1ないし第4の工程を繰り返す第5の工程とからなる
ことを特徴とするリニアリティ検査方法。 - 複数種類の波長の光を有し、光量が可変のソーラシミュレータ級の強い光が出力可能な光源と、
波長毎に前記光源からの光を透過可能なバンドパスフィルタと、
該バンドパスフィルタを透過した光を受光する前記波長毎に切り替え可能に設けられた複数種類の波長毎の基準ディテクタと、
前記バンドパスフィルタを透過した光を受光する未知ディテクタとを有し、
前記光源からある光量の光を出力し、前記ある光量の光を前記バンドパスフィルタによってある波長の光を透過し、前記ある波長に対応するある基準ディテクタと前記未知ディテクタとで同時に受光検出する第1の工程と、
前記第1の工程において、前記光源から出力される前記ある光量を他の異なる光量に逐次代えて、前記第1の工程を繰り返す第2の工程と、
前記第1及び第2の工程において得られた基準ディテクタにおいて検出された受光量に対する、前記第1及び第2の工程において得られた前記未知ディテクタにおいて検出された受光量を取得し、前記未知ディテクタのリニアリティを検査する第3の工程と、
前記バンドパスフィルタを他の波長を透過させるバンドパスフィルタに逐次代えて、前記第1ないし第3の工程を繰り返す第4の工程とからなる
ことを特徴とするリニアリティ検査方法。 - 前記光源が、パルス光源型ソーラシミュレータ又は定常光源型ソーラシミュレータである
ことを特徴とする請求項5ないし請求項8のいずれか1つの請求項に記載のリニアリティ検査方法。
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