JP2002181698A - 分光反射率測定装置および分光反射率測定方法 - Google Patents

分光反射率測定装置および分光反射率測定方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 紫外領域を含む広い波長領域において、特定
波長の光の反射率を測定することのできる分光反射率測
定装置、参照値を容易に取得することができる分光反射
率測定装置、および分光反射率測定方法を提供するこ
と。 【解決手段】 分光反射率測定装置は、キセノンランプ
を備える光源部、入射側ファイバ、入射側ファイバより
の光を正レンズおよび光拡散板を介して被測定面に照射
して被測定面からの反射光を受ける測定ヘッド、出射側
ファイバ、および出射側ファイバよりの光を受ける分光
放射照度計を有してなる。測定ヘッドは、光入射筒部
と、この光入射筒部と独立した光出射筒部とを有してな
り、光入射筒部と光出射筒部は、各々の光軸が被測定面
またはその近傍において交差する状態で、分離可能に一
体に連結されている。更に、光入射筒部と光出射筒部と
は、両者の光軸が一致する状態で連結可能とされてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、光学装置
に用いられるミラー、フィルター、レンズなどにおける
表面反射光の分光反射率を測定するための分光反射率測
定装置および分光反射率測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば露光装置や光照射装置等の光学装
置においては、反射用ミラー、各種のフィルターまたは
レンズ等の光学素子が用いられているが、これらの光学
素子については、光学特性の一つである分光反射率の測
定を行うことが必要な場合がある。ここに「分光反射
率」とは、或る特定の波長の光の反射率をいう。例え
ば、特定の波長の光のみを反射させるための蒸着膜を形
成したミラー、あるいは反射防止膜を設けたレンズやフ
ィルターにおいては、形成された蒸着膜や反射防止膜が
設計値通りの光学特性を有することを確認するために、
分光反射率の測定が必要である。
【０００３】従来、上記したようなミラーやレンズ、フ
ィルター等の反射面について反射率を測定するための反
射率測定装置が、実公昭５５−２１０８８号公報に示さ
れている。図６は、この反射率測定装置の構造の概略を
示す説明用断面図である。この反射率測定装置は、筐体
７１と、光源部分７２と、受光部分７３とから構成され
ており、筐体７１は側断面が五角形であって、山形の天
板７５と、光透過孔７６が形成された底板７７とを有す
る。
【０００４】山形の天板７５の一方の斜面壁には光源部
分７２が装着され、他方の斜面壁には受光部分７３が装
着されている。そして、山形の天板７５の頂部の角度
は、光源部分７２の光軸Ｌａと受光部分７３の光軸Ｌｂ
とが、測定対象物Ｍの被測定面Ｓまたはその近傍におい
て、所定の角度で交差角度する大きさとされている。７
８は底板７７から突出する脚部であり、被測定面Ｓに対
接される。
【０００５】光源部分７２の光軸Ｌａと受光部分７３の
光軸Ｌｂとの交差角度は、被測定面Ｓに入射する光の入
射角に応じて定められ、例えば、被測定面Ｓが、入射角
３０度で入射する光を反射するためのミラーの反射面で
ある場合には、入射角３０度の光が被測定面Ｓに入射さ
れる状態で反射率の測定が行われることが必要であるこ
とから、光軸Ｌａと光軸Ｌｂとの交差角度が被測定面Ｓ
の近傍において６０度となる状態とされる。
【０００６】一般に、反射面の反射率は、光の入射角の
角度が大きくなるほど、入射角の差に対する反射率の変
化の割合が大きくなるものであるが、実用的な反射用ミ
ラーの多くは、光の入射角が３０度〜６０度となる範囲
で使用されること、並びに、レンズやフィルターの反射
防止膜の特性を調べるためには、入射角度が０度の状態
で測定が行われることから、反射率測定装置における上
記の交差角度は０度〜１２０度の範囲で設定されること
が通常である。
【０００７】光源部分７２には、光源ランプ８１と、光
拡散板８３とが設けられており、当該光源ランプ８１と
しては小型のハロゲンランプが用いられる。一方、受光
部分７３には、被測定面Ｓからの反射光を入射するレン
ズ８４と光電セルよりなる受光器８５とが設けられてい
る。
【０００８】この反射率測定装置によれば、光源部分７
２の光源ランプ８１からの光は光拡散板８３で拡散され
てその前方に全方向に均一な放射輝度の光が放射され、
筐体７１の底板７７の光透過孔７６を介して被測定面Ｓ
に照射される。そして、被測定面Ｓからの反射光は、再
び光透過孔７６を介して受光部分７３に入射し、レンズ
８４を介して受光器８５の受光面に投影され、上記反射
光の輝度に基づき、被測定面Ｓの反射率が求められる。
【０００９】具体的に説明すると、受光部分７３におい
ては、受光器８５の受光面からレンズ８４を介して見込
む立体角全域に、光拡散板８３の像が均一な放射輝度で
広がって存在する状態が実現されており、そのため、受
光器８５で受光される光量は、測定対象物の形状に関係
なく、被測定面Ｓの反射率にのみ比例するものとなる。
当該反射率測定装置による反射率の測定では、当該反射
率測定装置に固有の参照値（リファレンス）を取得して
おくことが必要であり、その参照値を用いて、後述する
方法により、反射率が求められる。
【００１０】参照値を求める操作は、測定対象物の反射
率の測定操作に先行して、あるいは測定操作の後に行わ
れる。具体的には、反射率が既知の標準ミラーを準備
し、これを測定対象物としてその反射面に対して当該反
射率測定装置により光を照射して反射光の放射照度を測
定すればよく、これにより、当該反射率測定装置におけ
る参照値が求められる。
【００１１】そして、実際の測定対象物の被測定面Ｓに
ついて得られた反射光の放射照度の値ａを、標準ミラー
による反射光の放射照度の値（参照値）ｂにより除して
得られる商の値（ａ／ｂ）と、当該標準ミラーの分光反
射率αとの積を求める計算により、目的とする被測定面
Ｓの反射率を得ることができる。例えば、被測定面Ｓに
ついて測定した反射光の放射照度値ａが７ｍＷ／ｃｍ2
である場合に、当該反射率測定装置により、分光反射率
αが８０％の標準ミラーについて得られた反射光の放射
照度値ｂが１０ｍＷ／ｃｍ2 であるとすると、被測定面
Ｓの反射率は、（７／１０）×８０（％）＝５６（％）
と算出される。
【００１２】しかし、上記の反射率測定装置において
は、以下のような問題点がある。 （１）測定波長に関する問題 反射率の測定においては、測定対象物の被測定面に照射
される測定光は、当該測定対象物が本来の用途におい
て、光学的に処理する光と同一の波長の光であることが
必要である。例えば、紫外光を用いる露光装置のための
ミラーなどの光学素子について反射率を測定する場合に
は、当該光学素子が光学的に処理すべき紫外光と同等の
波長の紫外光の反射率を測定しなければ、目的とする結
果を得ることができない。しかも、光学素子が処理すべ
き光の波長は、その用途によって種々に異なり、例えば
或る波長範囲にわたる紫外領域の光である場合や、例え
ば回路パターンを露光する露光装置においては、レジス
トが感度を有する波長に合わせて３６５ｎｍと厳密に特
定された波長の光である場合もある。
【００１３】従って、例えば、紫外光のみを反射して可
視光および赤外光を透過させるための蒸着膜を設けたミ
ラーの光学特性を検査するためには、特定の紫外領域の
光に対する反射率が高く、かつ、可視域および赤外領域
の光に対しては反射率が低いことを確認する必要があ
り、また、反射防止膜が設けられたレンズやフィルター
については、広い波長領域の全体にわたって光の反射率
が低いことを確認する必要がある。
【００１４】然るに、従来の反射率測定装置では、光源
ランプ８１としてハロゲンランプを用いると共に、受光
器８５として光電セルを用いる方式であるため、可視域
を中心とした広い波長領域にわたる光の全体による反射
率が測定されるのみであり、特定の波長の光の反射率で
ある分光反射率を測定することはできない。更に、ハロ
ゲンランプは、紫外領域に大きい発光強度を有していな
いので、紫外領域の反射率測定を行うことができない。
【００１５】そして、上記のように、受光器８５で受光
される光量が、被測定面Ｓの形状とは無関係にその反射
率にのみ比例する状態は、反射光を受光する受光器８５
から見込む立体角全域に均一な放射輝度の反射面が形成
された状態であり、そのような均一な放射輝度の反射面
を形成させるためには、光拡散板８３が均一な輝度の面
光源を形成することが必要である。
【００１６】具体的に説明すると、図７は理想的な光拡
散板Ｐ１の作用を模式的に示しており、入射光Ｌ１の方
向によらずに、透過光Ｌ２は当該光拡散板Ｐ１の各個所
において全方向に均一に拡散する。このような光拡散板
Ｐ１によれば、矢印Ｖで示すように、その前面側（光の
出射側の正面）方向から見込んだときに、均一な放射輝
度の面光源が形成される状態が実現される。可視域およ
び赤外の波長領域の光に対して、このような理想的な光
拡散機能を有する光拡散板としては、オパールガラスな
ど、いくつかの材質のものが知られており、これらは多
少光を吸収するが、ハロゲンランプは、上記の波長領域
において大きな放射強度を有するので、実用上、特に問
題とならない。
【００１７】一方、紫外領域の光を得るためには、例え
ばキセノンランプが光源ランプとして用いられるが、そ
のうちの特定の波長のみについて測定しようとすると、
放射強度が低いものとなるため、紫外光を吸収する材質
による光拡散板を用いると、被測定面からの反射光の強
度がノイズレベルにまで低下するために、実際上、測定
が不可能となる場合がある。このような事情から、紫外
光に対する透過率が高くてしかも拡散させることのでき
る材質のものを用いる必要があるが、現状では、そのよ
うな性質を有する光拡散板としては、石英製すりガラス
しかない。然るに、石英製すりガラスでは光の拡散作用
は不十分であり、図８に示すように、石英製すりガラス
よりなる光拡散板Ｐ２を用いた場合には、入射光Ｌ１が
発散する光であると、当該光拡散板Ｐ２においてはその
位置によって主たる拡散方向が異なった状態となるため
に、前面側方向（矢印Ｖ方向）から見込んだときの全面
において全方向に均一性の高い放射輝度の面光源が得ら
れず、結局、目的とする反射率の測定を高い精度で行う
ことができない。
【００１８】（２）小型化の問題 また、上記の反射率測定装置は小型化を意図して構成さ
れているものではあるが、その筐体７１の断面形状は五
角形であり、光源部分７２および受光部分７３が装着さ
れる上部の幅が広いものとなる。このため、例えば小型
で曲率半径の小さい楕円集光鏡の反射面の分光反射率を
測定する場合、例えば破線で示されているように、湾曲
した測定対象物Ｍの曲率半径が図示の状態より更に小さ
い場合には、筐体７１の上部の幅の広い部分、光源部分
７２または受光部分７３の一部が測定対象物と干渉する
ことがあるために、当該測定装置の光透過孔７６を有す
る底板７７を、被測定面Ｓに対して適正な状態に配置す
ることができず、正確の測定を行うことができない場合
もある。
【００１９】（３）参照値（リファレンス）取得の問題 更に、上記の反射率測定装置による場合には、参照値
（リファレンス）を得るためには、反射率が既知の標準
ミラーを準備する必要があるが、標準ミラーは、その分
光反射率が経時変化しないように注意して保管、管理し
なければならない。また、仮に、標準ミラーの分光反射
率が変化したとしても、その変化を検知することができ
ないため、測定対象物の分光反射率の測定結果に誤差が
生じるおそれがある。
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】本発明は、以上のような事情を背景として
なされたものであって、測定光として紫外領域の光を用
いることができ、光拡散板において均一な放射輝度が得
られ、かつ、紫外領域を含めた広い波長領域において、
特定波長の測定光による反射率を測定することのできる
分光反射率測定装置を提供することを目的とする。本発
明の他の目的は、その測定対象物に対接されるヘッド部
分を十分に小型とすることができて、例えば曲率半径の
小さい楕円集光鏡についても、その内面における反射面
の分光反射率測定を実行することのできる分光反射率測
定装置を提供することにある。本発明の更に他の目的
は、分光反射率が既知の標準ミラーを用いることなく、
参照値の取得を容易に行うことのできる分光反射率測定
装置を提供することにある。本発明の他の目的は、上記
の分光反射率測定装置による分光反射率測定方法を提供
することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明の分光反射率測定
装置は、キセノンランプを備えてなる光源部と、該光源
部からの光を伝達する入射側ファイバと、該入射側ファ
イバにより伝達された光を、正レンズおよび光拡散板を
介して測定対象物の被測定面に照射すると共に、該被測
定面からの反射光を受ける測定ヘッドと、該測定ヘッド
を通過した反射光を伝達する出射側ファイバと、該出射
側ファイバにより伝達された光を受ける分光放射照度計
とを有してなることを特徴とする。
【００２２】上記の分光反射率測定装置において、上記
測定ヘッドは、光入射筒部と、該光入射筒部と独立した
光出射筒部とを有してなり、上記光入射筒部には、その
一端に入射側ファイバが接続されるファイバ接続部が形
成されると共に他端には光透過孔が設けられ、かつ、上
記ファイバ接続部の側から正レンズと光拡散板とがこの
順に配置されており、上記光出射筒部には、光透過孔を
介して被測定面に臨む一端と、出射側ファイバが接続さ
れるファイバ接続部が形成された他端との間に、被測定
面からの反射光を受けるレンズが配置されており、上記
光入射筒部と上記光出射筒部は、各々における光軸が測
定対象物の表面またはその近傍において交差する状態
で、分離可能に一体に連結されていることを特徴とす
る。
【００２３】更に、上記測定ヘッドの光出射筒部には、
被測定面からの反射光を反射する反射ミラーが配置さ
れ、これにより、当該光出射筒部の伸びる方向が光入射
筒部の伸びる方向とほぼ同方向とされていることが好ま
しい。
【００２４】また、上記測定ヘッドの光入射筒部と光出
射筒部とは、両者の光軸が一致する状態で連結可能とさ
れており、このように連結された状態で参照光について
の参照光測定が行われることが好ましく、この場合に、
光入射筒部と光出射筒部とは、参照光測定用治具によ
り、両者の光軸が一致する状態で連結される構成とする
ことができる。
【００２５】本発明の分光反射率測定方法は、上記の分
光反射率測定装置を用い、測定ヘッドの光入射筒部と光
出射筒部とを両者の光軸が一致する状態で連結された状
態で参照光測定を行うと共に、測定ヘッドの光入射筒部
と光出射筒部を、各々における光軸が測定対象物の表面
またはその近傍において交差する状態で一体に連結され
た状態で測定対象物の被測定面について分光反射率の測
定を行い、参照光の分光放射照度に対する反射光の分光
放射照度の関係により、当該被測定面の分光反射率を求
めることを特徴とする。
【００２６】本発明の分光反射率測定装置は、キセノン
ランプを備えてなる光源部と、該光源部からの光を伝達
する入射側ファイバと、該入射側ファイバにより伝達さ
れた光を、正レンズ、光拡散板およびハーフミラーを介
して測定対象物の被測定面に照射すると共に、該被測定
面からの反射光を該ハーフミラーを介して受ける測定ヘ
ッドと、該測定ヘッドを通過した反射光を伝達する出射
側ファイバと、該出射側ファイバにより伝達された光を
受ける分光放射照度計とを有してなることを特徴とす
る。
【００２７】
【作用】以上の構成の分光反射率測定装置によれば、キ
セノンランプを光源ランプとして用いると共に、反射光
の照度の検出に分光放射照度計を用いているため、紫外
領域から可視域および赤外領域にわたる広い波長領域に
わたる範囲において、各波長毎の分光反射率を測定する
ことができる。
【００２８】また、光源部と測定ヘッドとの間、並び
に、測定ヘッドと分光放射照度計との間がいずれも光学
ファイバにより光学的に接続されているため、光源部、
測定ヘッドおよび分光放射照度計の各々の配置に関する
自由度が大きく、測定ヘッドを小型化することができ
る。そして、分光反射率測定時は、該小型の測定ヘッド
の先頭部のみを被測定面に接近させればよいので、曲率
半径の小さな集光鏡や、狭い部分についての分光反射率
の測定が可能となる。更に、測定ヘッドを参照光測定用
状態とすることにより、当該分光反射率測定装置によっ
て容易に参照値を直接に取得することができ、従って、
反射率が既知の標準ミラーを準備しておく必要がない。
また、従来のように、標準ミラーを使って測定する場合
であっても、直接測定した参照値に基づき、標準ミラー
の反射率の変化を測定することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。図１は、本発明の分光反射率測定装置の構成の一
例を示す説明図であって、凹面状の反射ミラーよりなる
測定対象物Ｍが断面で示されている。この例の分光反射
率測定装置は、光源部１０と、この光源部１０から伸び
る適宜の長さの入射側ファイバ１２の他端に接続された
測定ヘッド１４と、この測定ヘッド１４から伸びる適宜
の長さの出射側ファイバ１６の他端に接続された分光放
射照度計１８とにより構成されている。
【００３０】光源部１０は、光源ランプであるキセノン
ランプ２０と、このキセノンランプ２０から放射される
光を集光する楕円集光鏡２２とにより構成されており、
入射側ファイバ１２は、その一端が楕円集光鏡２２より
の光の集光位置に位置する状態で接続されている。ここ
に、キセノンランプ２０は、２００ｎｍ〜８００ｎｍ以
上の波長領域において連続光を放射する放電ランプであ
る。
【００３１】図２は、測定ヘッド１４の具体的な構造を
示す断面図である。この測定ヘッド１４は、入射側ファ
イバ１２から伝達された測定光（被測定面Ｓに到達する
までの光をいう。）が入射され、当該測定光を被測定面
Ｓに向けて出射する光入射筒部３０と、被測定面Ｓから
の反射光（被測定面Ｓにより反射された光をいう。）が
入射され、出射側ファイバ１６に入射させる光出射筒部
４０とを備えている。
【００３２】光入射筒部３０は、一端に、入射側ファイ
バ１２の他端側の出射端部が接続される入射側接続部３
０Ａを有すると共に、他端に、当該光入射筒部３０の光
軸Ｌｘと斜めに交差する面に沿って前面板３２が配置さ
れており、この前面板３２の中央には、測定光と反射光
とが通過する光透過孔３３が形成されている。また、こ
の光入射筒部３０の中間領域には、入射側ファイバ１２
側から、正レンズであるコリメータレンズ３６と、石英
製すりガラスにより構成された光拡散板３８とがこの順
に配置されている。ここに、コリメータレンズ３６は入
射光を平行光にする機能を有し、光拡散板３８は放射輝
度を均一にする機能を有する。３９は、前面板３２から
突出する突出脚であり、測定ヘッド１４は、該突出脚３
９を介して被測定面Ｓ上に置かれる。
【００３３】一方、光出射筒部４０は、光入射筒部３０
とは分離可能な独立した部材として構成されており、そ
の一端に、被測定面Ｓからの反射光を受けて整形するレ
ンズ４２を有すると共に、他端に、出射側ファイバ１６
の入射端部が接続される出射側接続部４０Ａが設けられ
ており、更に、レンズ４２からの反射光の光路を折り返
して光入射筒部３０とほぼ同方向で次第に接近する方向
に向け、これにより反射光を出射側ファイバ１６の入射
端に入射させる反射ミラー４６が配置されている。ここ
に、光出射筒部４０の伸びる方向は、光入射筒部３０の
伸びる方向と、例えば１０度のような僅かな角度で交差
するものとされている。
【００３４】また、光入射筒部３０の他端部および光出
射筒部４０の一端部の外周面には、両者が互いに対接さ
れて係合状態となる係合面部３４が形成されており、こ
の係合面部３４が係合した状態、すなわち光入射筒部３
０と光出射筒部４０とが特定の位置関係となった状態
で、分離自在に一体に連結されて固定される。そして、
このように固定された状態では、光入射筒部３０の光軸
Ｌｘと光出射筒部４０の光軸Ｌｙとが、被測定面Ｓの表
面またはその近傍の位置で、所定の角度、例えば図２に
示すように６０度の角度で交差する状態とされる。測定
ヘッド１４のこの状態は実測用状態であり、被測定面Ｓ
に対する測定光の入射角は、この例では３０度である。
【００３５】光入射筒部３０と光出射筒部４０とを固定
するためには、適宜の固定手段を利用することができ、
例えば、係合面部３４に関連して、両者を機械的に嵌合
させる嵌合機構を形成しておくことができ、また、連結
用部材やビスなどの固定部材を用いることもできる。
【００３６】分光放射照度計１８においては、出射側フ
ァイバ１６により伝達された反射光を、プリズムまたは
グレーティングなどよりなる分光素子４８を介して受光
する光センサ５０が設けられている。
【００３７】上記の測定ヘッド１４は、図２に示されて
いる実測用状態から、その光入射筒部３０と光出射筒部
４０とが分離されて相互の位置関係が変更されることに
より、参照値を取得するための参照光測定用状態とする
ことができる構成とされている。
【００３８】図３は、測定ヘッド１４の光入射筒部３０
と光出射筒部４０とが、参照光測定用治具６０により、
参照光測定用状態で互いに連結された状態を示す説明用
側面図であり、図４は、図３の参照光測定用治具６０を
左方から見た状態の正面図である。図３においては、光
入射筒部３０および光出射筒部４０は、図２に示されて
いる状態から、その全体が、光軸Ｌｘの周りに１８０度
回転され、更に光出射筒部４０は紙面に垂直な軸の周り
に６０度右まわりに回転された状態である。
【００３９】すなわち、実測用状態にある測定ヘッド１
４において、光入射筒部３０と光出射筒部４０とは互い
の係合面部３４による係合が解かれて分離され、更に、
光出射筒部４０が回転されてその一端が光入射筒部３０
の他端と直接的に対向し、しかも、光出射筒部４０の光
軸Ｌｙが光入射筒部３０の光軸Ｌｘの延長に一致する状
態であって、かつ、光入射筒部３０の光拡散板３８から
光出射筒部４０のレンズ４２までの光路長が、実測定状
態のときと同一となるよう、適宜の長さの間隙６５を介
して、両者を固定する部材である参照光測定用治具６０
により固定されている。
【００４０】具体的に説明すると、この参照光測定用治
具６０は、光入射筒部３０の他端部の外面に係合する第
１の係合部６２Ａと、光出射筒部４０の一端部の外面に
係合する第２の係合部６２Ｂとが形成されると共に、光
透過用貫通孔６３が形成された中央位置規制部分６２
と、この中央位置規制部分６２の両側面に対接した状態
でビス６６により連結固定される、互いに対向する一対
の挟持板６４，６４とにより構成されている。ここに、
中央位置規制部分６２の第１の係合部６２Ａおよび第２
の係合部６２Ｂに、光入射筒部３０の他端部および光出
射筒部４０の一端部を対接させて係合させた状態では、
光入射筒部３０と光出射筒部４０とが、上記の参照光測
定用状態における位置関係となった状態とされる。
【００４１】以上の構成による分光反射率測定装置によ
れば、次のようにして、測定対象物Ｍの被測定面Ｓにつ
いて、分光反射率が求められる。測定ヘッド１４が図２
に示す実測用状態とされた状態で光源部１０のキセノン
ランプ２０が点灯されると、このキセノンランプ２０か
らの光は楕円集光鏡２２によって集光されて入射側ファ
イバ１２の一端に、当該入射側ファイバ１２の開口数
（ＮＡ）によって規制される入射角で入射する。この光
は、入射側ファイバ１２によって入射角が保たれたまま
で伝達され、その他端から測定ヘッド１４の光入射筒部
３０に測定光として入射する。
【００４２】光入射筒部３０において、入射側ファイバ
１２からの測定光は、上記入射角に応じた角度で広がる
状態でコリメータレンズ３６に入射するが、このコリメ
ータレンズ３６によって平行光となって出射し、この平
行光となった測定光は光拡散板３８を透過する。光拡散
板３８は、前記したように石英製すりガラスよりなるも
のであり、光拡散性は十分ではないが、入射する光の方
向性がそろっているので、図５に示すように、矢印Ｖで
示す前面側（光の出射側の正面）方向から見込んだとき
の当該光拡散板３８の全面のすべての個所において、当
該光拡散板３８からの測定光は輝度の均一性が高い状態
となっている。そして、この輝度が均一になった測定光
が、前面板３２の光透過孔３３から測定対象物Ｍに向け
て照射される。
【００４３】この照射された測定光は被測定面Ｓにおい
て反射され、その反射光は放射輝度が均一な状態で光出
射筒部４０に入射し、レンズ４２および反射ミラー４６
を介して出射側ファイバ１６に入射する。更に、出射側
ファイバ１６に入射する反射光の入射角度は、該出射側
ファイバ１６の開口数（ＮＡ）によって規制されてい
る。従って、被測定面Ｓにおける放射強度の均一な領域
を、出射側ファイバ１６の反射光入射端から見込む角度
が、上記開口数よりも大きければ、出射側ファイバ１６
には、均一な放射輝度の反射光が入射する。そして、こ
の出射側ファイバ１６により伝達された反射光は、その
他端に接続された分光放射照度計１８に入射し、この分
光放射照度計１８において分光素子４８によって分光さ
れ、各波長の光の光量が光センサ５０により検出されて
分光放射照度が測定される。
【００４４】以上の手順によって、被測定面Ｓについて
分光放射照度が測定されるが、その分光反射率を求める
ためには参照値（リファレンス）を取得することが必要
であり、その操作は下記の手順によって行われる。測定
ヘッド１４の光入射筒部３０と光出射筒部４０とを、参
照光測定用治具６０を用いて、図３に示した参照光測定
用状態に連結固定する。
【００４５】この参照光測定用状態で、光源部１０から
の光を入射側ファイバ１２を介して光入射筒部３０に入
射させると、光は、上記と同様にコリメータレンズ３６
により平行光とされ、光拡散板３８によって放射輝度が
均一化された状態で、前面板３２の光透過孔３３から出
射するが、この出射した光は、中央位置規制部分６２の
光透過用貫通孔６３および間隙６５を通過して直接、光
出射筒部４０に入射する。この光出射筒部４０に入射し
た光は、実測用状態の場合と同様に、レンズ４２および
反射ミラー４６を介して出射側ファイバ１６に入射し、
分光放射照度計１８に導かれ、この分光放射照度計１８
により光の分光放射照度が測定され、これが参照値（リ
ファレンス）として記録される。ここに得られる参照値
は、反射率が１００％の標準ミラーについて得られる値
と同等である。
【００４６】そして、既述の実測用状態による実際の測
定対象物についての所定の波長の光に対する測定値を、
当該波長の光に対する参照値で除して商を得ることによ
り、当該測定対象物について分光反射率が求められる。
【００４７】以上の分光反射率測定装置によれば、以下
のような効果が得られる。 （１）紫外領域から可視域および赤外領域にわたる広い
波長領域にわたる範囲において、各波長毎の光の反射
率、すなわち分光反射率を測定することができる。これ
は、光源部１０において、紫外領域から可視域を含め赤
外領域にかけて連続的に広い波長領域の範囲において光
を放射するキセノンランプ２０を光源ランプとして用い
ると共に、特定波長の放射照度が測定可能な測定器であ
る分光放射照度計１８により各波長毎の光の放射照度が
測定されるからである。
【００４８】（２）光源部１０と測定ヘッド１４との
間、並びに測定ヘッド１４と分光放射照度計１８との間
がそれぞれ入射側ファイバ１２および出射側ファイバ１
６により光学的に接続されているため、光源部１０、測
定ヘッド１４および分光放射照度計１８の各々を、相互
に大きな制約を伴わずに自由に配置することができる。
また、測定ヘッド１４は、光源部１０および分光放射照
度計１８から殆ど独立しているので、小型化することが
できる。従って、曲率半径の小さな集光鏡や、狭い部分
についての反射率の測定が可能となる。
【００４９】（３）光入射筒部３０において、コリメー
タレンズ３６によって測定光を平行光に変換し、この平
行光が更に石英製すりガラスよりなる光拡散板３８によ
り拡散されるので、当該光拡散板３８から出射する光
は、放射輝度が一定方向において均一性の高いものにな
る。従って、光が紫外光である場合にも、光量の低下を
伴うことなしに均一な放射輝度の光を被測定面Ｓに照射
することができ、その結果、紫外光を処理するための光
学素子についても、その分光反射率を確実に測定するこ
とができる。
【００５０】（４）図示の例の構成によれば、光入射筒
部３０と光出射筒部４０とは、それらの外周面に形成さ
れた係合面部３４において対接されることにより係合さ
れ、この状態で連結されて実測用状態となるため、測定
ヘッド１４の前方部分を小型にすることができると共
に、当該前方部分の形状が山形とされており、しかも光
出射筒部４０において、反射光は反射ミラー４６によっ
てその光路が折り返されてほぼ光入射筒部３０と同方向
に伸びる状態とされていることにより、測定ヘッド１４
の前方に突出する部分が存在しない形態となっている。
このため、例えば曲率半径の小さい楕円集光鏡の内面の
反射面についても、確実にかつ容易に当該測定ヘッド１
４を測定対象物に対して適正な状態に配置することがで
き、従って正確に分光反射率を測定することができる。
【００５１】また、光入射筒部３０と光出射筒部４０と
の方向が揃っていることにより、入射側ファイバ１２と
出射側ファイバ１６の伸びる方向がほぼ同方向となって
揃うため、例えば両方のファイバをまとめることが可能
となり、測定ヘッド１４の部分を小型化することがで
き、併せて、高い操作性が得られる。
【００５２】（５）参照光測定用治具６０を用いて同一
の測定ヘッド１４を参照光測定用状態とすることによ
り、当該分光反射率測定装置により容易に参照値を取得
することができるため、反射率が既知の標準ミラーを準
備しておく必要がなく、煩瑣な標準ミラーの保管や管理
を不要とすることができる。また、標準ミラーを使用す
る場合であっても、標準ミラーの分光反射率の変化を検
出し、誤差が分光反射率の測定値に入るおそれがなくな
る。
【００５３】以上、本発明の形態について具体的に説明
したが、本発明においては、種々の変更を加えることが
できる。例えば、光入射筒部においては、測定光を平行
光にするコリメータレンズの代わりに他の正レンズを用
いて得られる、略平行光とされた光を光拡散板３８に入
射させてもよい。ただし、この場合には、光拡散板３８
において光の輝度の均一性がやや低下するので、測定精
度がその分低下する。また、光拡散板としては、反射光
の強度が検出に十分な大きさであれば、石英製すりガラ
ス以外の材質のものを用いることもできる。
【００５４】また、被測定面Ｓの比較的狭い範囲につい
ての反射率を測定するために、測定光が照射される範囲
を狭くすることがあるが、この場合に、被測定面Ｓにお
ける放射輝度の均一な領域を出射側ファイバ１６の反射
光入射端から見込む角度が、出射側ファイバ１６の開口
数よりも小さくなることがある。そのような場合は、レ
ンズ４２の入射側に絞り５１を設け、これにより、均一
な放射輝度分布の反射光のみが出射側ファイバ１６に入
射するようにすることが好ましい。
【００５５】図９は、入射角が０度となる状態で反射率
を測定する場合の、本発明の分光反射率測定装置におけ
る測定ヘッドの概略構成図である。このような測定は、
レンズやフィルターに設けた反射防止膜の反射特性を測
定するために行われる。この構成においては、入射側フ
ァイバ１２よりの光はコリメータレンズ３６により平行
光とされて光拡散板３８に入射し、均一な放射輝度の測
定光がハーフミラーＨＭを介して被測定面Ｓに照射され
る。そして、被測定面Ｓにより反射した反射光はハーフ
ミラーＨＭにより反射され、レンズ４２を介し、反射ミ
ラー４６により折り返されて出射側ファイバ１６に入射
する。このような構成とすることにより、入射角度が０
度の光による分光反射率の測定を行なうことができる。
【００５６】光入射筒部の一端部および光出射筒部の他
端部は、それぞれ、入射側ファイバおよび出射側ファイ
バが着脱自在に接続されるものとすることが好ましく、
これにより、当該分光反射率測定装置の移動または搬送
が容易となると共に、測定現場における分光反射率測定
装置の組立てが容易となる。
【００５７】また、参照光測定用状態を達成するための
手段は、種々の構成とすることができ、独立した参照光
測定用治具を用いることが好ましいが、例えば適宜の嵌
合手段を光入射筒部および光出射筒部を形成しておけ
ば、参照光測定用治具は必ずしも必要とされるものでは
ない。
【００５８】
【発明の効果】本発明の分光反射率測定装置によれば、
キセノンランプを光源ランプとして用いると共に、反射
光の照度の検出に分光放射照度計を用いているため、紫
外領域から可視域および赤外領域にわたる広い波長領域
にわたる範囲において、各波長毎の分光反射率を測定す
ることができる。
【００５９】また、光源部と測定ヘッドとの間、並び
に、測定ヘッドと分光放射照度計との間がいずれも光学
ファイバにより光学的に接続されているため、光源部、
測定ヘッドおよび分光放射照度計の各々の配置に関する
自由度が大きく、測定ヘッドを小型化することができ
る。そして、分光反射率測定時は、小型の測定ヘッドの
先頭部のみを被測定面に接近させればよいので、曲率半
径の小さな集光鏡や、狭い部分についての分光反射率の
測定が可能となる。更に、測定ヘッドを参照光測定用状
態とすることにより、当該分光反射率測定装置によって
容易に参照値を直接に取得することができ、従って、反
射率が既知の標準ミラーを準備しておく必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の分光反射率測定装置の構成の一例を示
す説明図である。
【図２】測定ヘッドの具体的な構造を示す断面図であ
る。
【図３】測定ヘッドの参照光測定用状態を示す説明用側
面図である。
【図４】図３の参照光測定用治具を左方から見た状態の
正面図である。
【図５】本発明の実施例における光拡散板の作用につい
ての説明図である。
【図６】従来の反射率測定装置の説明用断面図である。
【図７】理想的な光拡散板の作用を示す説明図である。
【図８】図６の反射率測定装置における光拡散板の作用
を示す説明図である。
【図９】入射角が０度となる状態で反射率を測定する場
合測定ヘッドの概略構成図である。
【符号の説明】
Ｍ 測定対象物 Ｓ 被測定面 １０ 光源部 １２ 入射側ファイバ １４ 測定ヘッド １６ 出射側ファイバ １８ 分光放射照度計 ２０ キセノンランプ ２２ 楕円集光鏡 ３０ 光入射筒部 ３０Ａ 入射側接続部 ３２ 前面板 ３３ 光透過孔 ３４ 係合面部 ３６ コリメータレンズ ３８ 光拡散板 ３９ 突出脚 ４０ 光出射筒部 ４０Ａ 出射側接続部 ４２ レンズ ４６ 反射ミラー Ｌｘ 光入射筒部の光軸 Ｌｙ 光出射筒部の光軸 ４８ 分光素子 ５０ 光センサ ５１ 絞り ６０ 参照光測定用治具 ６２ 中央位置規制部分 ６２Ａ 第１の係合部 ６２Ｂ 第２の係合部 ６３ 光透過用貫通孔 ６４ 挟持板 ６５ 間隙 ６６ ビス ７１ 筐体 ７２ 光源部分 ７３ 受光部分 ７５ 天板 ７６ 光透過孔 ７７ 底板 ７８ 脚部 Ｌａ，Ｌｂ 光軸 ８１ 光源ランプ ８３ 光拡散板 ８４ レンズ ８５ 受光器 Ｐ１ 理想的な光拡散板 Ｌ１ 入射光 Ｌ２ 透過光 ＨＭ ハーフミラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 諸石 光太郎 神奈川県横浜市青葉区元石川町6409番地 ウシオ電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2G059 AA02 BB08 BB15 EE02 FF08 GG10 HH01 HH02 HH03 HH06 JJ05 JJ06 JJ11 JJ13 JJ17 JJ22 JJ26 KK01 2G086 HH07

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 キセノンランプを備えてなる光源部と、
    該光源部からの光を伝達する入射側ファイバと、該入射
    側ファイバにより伝達された光を、正レンズおよび光拡
    散板を介して測定対象物の被測定面に照射すると共に、
    該被測定面からの反射光を受ける測定ヘッドと、該測定
    ヘッドを通過した反射光を伝達する出射側ファイバと、
    該出射側ファイバにより伝達された光を受ける分光放射
    照度計とを有してなることを特徴とする分光反射率測定
    装置。
  2. 【請求項２】 上記測定ヘッドは、光入射筒部と、該光
    入射筒部と独立した光出射筒部とを有してなり、 上記光入射筒部には、その一端に入射側ファイバが接続
    されるファイバ接続部が形成されると共に他端には光透
    過孔が設けられ、かつ、上記ファイバ接続部の側から正
    レンズと光拡散板とがこの順に配置されており、 上記光出射筒部には、光透過孔を介して被測定面に臨む
    一端と、出射側ファイバが接続されるファイバ接続部が
    形成された他端との間に、被測定面からの反射光を受け
    るレンズが配置されており、 上記光入射筒部と上記光出射筒部は、各々における光軸
    が測定対象物の表面またはその近傍において交差する状
    態で、分離可能に一体に連結されていることを特徴とす
    る請求項１に記載の分光反射率測定装置。
  3. 【請求項３】 上記測定ヘッドの光出射筒部には、被測
    定面からの反射光を反射する反射ミラーが配置され、こ
    れにより、当該光出射筒部の伸びる方向が光入射筒部の
    伸びる方向とほぼ同方向とされていることを特徴とする
    請求項２に記載の分光反射率測定装置。
  4. 【請求項４】 上記測定ヘッドの光入射筒部と光出射筒
    部とは、両者の光軸が一致する状態で連結可能とされて
    おり、このように連結された状態で参照光についての参
    照光測定が行われることを特徴とする請求項２または請
    求項３に記載の分光反射率測定装置。
  5. 【請求項５】 上記光入射筒部と光出射筒部とは、参照
    光測定用治具により、両者の光軸が一致する状態で連結
    されることを特徴とする請求項４に記載の分光反射率測
    定装置。
  6. 【請求項６】 請求項４または請求項５に記載の分光反
    射率測定装置を用い、上記測定ヘッドの光入射筒部と光
    出射筒部とを両者の光軸が一致する状態で連結された状
    態で参照光測定を行うと共に、 測定ヘッドの光入射筒部と光出射筒部を、各々における
    光軸が測定対象物の表面またはその近傍において交差す
    る状態で一体に連結された状態で測定対象物の被測定面
    について分光反射率の測定を行い、 参照光の分光放射照度に対する反射光の分光放射照度の
    関係により、当該被測定面の分光反射率を求めることを
    特徴とする分光反射率測定方法。
  7. 【請求項７】 キセノンランプを備えてなる光源部と、
    該光源部からの光を伝達する入射側ファイバと、該入射
    側ファイバにより伝達された光を、正レンズ、光拡散板
    およびハーフミラーを介して測定対象物の被測定面に照
    射すると共に、該被測定面からの反射光を該ハーフミラ
    ーを介して受ける測定ヘッドと、該測定ヘッドを通過し
    た反射光を伝達する出射側ファイバと、該出射側ファイ
    バにより伝達された光を受ける分光放射照度計とを有し
    てなることを特徴とする分光反射率測定装置。
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