JP2006071510A - 反射率測定方法及び反射率測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 曲率を有する被測定光学素子であっても面全体の反射光の光量を一度の測定で得ることができ、反射率を算出することができる反射率測定装置を得る。
【解決手段】 被測定光学素子の凹面と同一材料からなる表面を備える平板と、既知の透過率を有する基準レンズと、基準レンズに入射した平行光の出射光の焦点位置に曲率中心を一致させるように配置される被測定光学素子と、平板および被測定光学素子で反射されるそれぞれの光の光量を測定する反射光量測定部と、を有する反射率測定装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、曲率を有する光学素子の反射率測定方法及び反射率測定装置に関する。

従来、光学素子の反射率の測定は、例えば図３に示す装置を用いて行っていた。
図３に示す装置においては、半導体レーザ１１０から出射され、コリメータレンズ１２１で平行光化された光の一部がハーフミラー１２２を透過して対物レンズ１６０に入射する。対物レンズ１６０を透過した光は、被測定光学素子１１５で反射されて再び対物レンズ１６０を透過し、ハーフミラー１２２で一部が透過し、残りは反射され集光レンズ１２５で集光されて絞り１２７を経て積分球１４１に入射する。積分球１４１に入射した光はその光量がフォトダイオード１４２で電流に変換されてその電流値が電流計１４３で測定されて、反射光量が測定される。その後、反射率が算出される。

特開２００２−９０３０２号公報 特許第３４０６９４４号公報

図３に示す装置においては、被測定光学素子１１５を半導体レーザ１１０から出射する光の光路の光軸方向（図中のＺ方向）に移動させて対物レンズ１６０と被測定光学素子１１５の距離を調整して、対物レンズ１６０から出射した測定光が被測定光学素子１１５上の１点に集まるようにしている（キャッツアイ状態）。このようにキャッツアイ状態を利用する場合には、測定光が被測定光学素子１１５の凹面１１６上の１点のみに照射されることとなるため、被測定光学素子１１５の反射率の測定は点測定となる。このため、被測定光学素子１１５の凹面全体の反射率を正確に測定するには、凹面上の各点に測定光を照射する操作を繰り返し行わなければならなかった。

上記問題点を解決するために、本発明の反射率測定装置は、被測定光学素子の凹面と同一材料からなる表面を備える平板と、既知の透過率を有する基準レンズと、基準レンズに入射した平行光の出射光の焦点位置に曲率中心を一致させるように配置される被測定光学素子と、平板および被測定光学素子で反射されるそれぞれの光の光量を測定する反射光量測定部と、を有することを特徴とする。

本発明を方法としてみると、被測定光学素子の凹面の反射率を測定する反射率測定方法であって、凹面と同一材料からなる表面を備える平板に参照光たる平行光を照射して、その反射光の光量を測定する参照光測定ステップと、既知の透過率を有する基準レンズに入射した平行光の出射光の焦点位置に被測定光学素子の曲率中心を一致させる被測定光学素子配置ステップと、被測定光学素子配置ステップにおいて所定位置に配置した被測定光学素子の凹面に対して、基準レンズからの測定光たる出射光を照射して、その反射光を基準レンズにより平行光とし、この平行光の光量を測定する測定光測定ステップと、参照光測定ステップで測定した光量と、測定光測定ステップで測定した光量とに基づいて被測定光学素子の反射率を算出する反射率算出ステップと、を有することを特徴とする。

被測定光学素子によって反射された光及び被測定レンズを透過した光は、それらの光量をそれぞれ電流値として測定されることが好ましく、積分球で集められて光電変換素子によってその光量を電流に変換することができる。また、平板の反射率は、被測定光学素子と同じ反射率であることが望ましい。

光電変換素子は、フォトダイオードとすることができる。

本発明によれば、操作者は、基準レンズの焦点位置と被測定光学素子の曲率中心を合わせた状態（基準レンズから被測定光学素子に入射する光が垂直に入射する状態）において被測定光学素子が反射する光の光量を測定するので、曲率を有する被測定光学素子であっても面全体の反射光の光量を一度の測定で得ることができ、反射率を算出することができる。また、曲率を有する被測定光学素子と平板の表面の被覆状態の相違を測定することもできる。

以下、本発明の反射率測定方法及び反射率測定装置の一実施形態について詳細に説明する。本発明の反射率測定は、参照光（コリメータレンズで平行化され、平板で反射される平行光）の光量を測定し、測定光（基準レンズから出射して被測定光学素子で反射され、再び基準レンズで平行化される光）の光量を測定し、これらの光量をそれぞれ電流に変換し、被測定光学素子の凹面（ある曲率を有する光学素子の球面状の反射面）の反射率を算出して行う。

参照光の光量の測定は、図１に示す構成の装置を用いる。この装置においては、光源として半導体レーザ１０を有し、この半導体レーザ１０から出射される光の光路上に、半導体レーザ１０に近い方から順に、コリメータレンズ２１、ハーフミラー２２、平板３１を配置する。また、ハーフミラー２２で反射される光の光路上には、ハーフミラー２２に近い方から順に、集光レンズ２５、絞り２７が配置される。絞り２７から出射される光の光路上には、反射光量測定部４０を配置する。反射光量測定部４０は、積分球４１、フォトダイオード（光電変換素子）４２、電流計４３、算出ユニット５０を有する。なお、光電変換素子は、光量を電流に変換することができれば、フォトダイオードに限らず、トランジスタ、フォトリフレクタを用いることができる。

コリメータレンズ２１は、半導体レーザ１０から出射される光を平行光化し、ハーフミラー２２に出射する。ハーフミラー２２は、コリメータレンズ２１により平行光化された光のうち一部を反射し、残りを透過する性質を有する。さらに、ハーフミラー２２は、コリメータレンズ２１からの平行光の垂直面に対して４５度傾けて配置されている。

平板３１は、コリメータレンズ２１からの平行光の垂直面と平行に反射面（表面）３１ａを配置しており、その反射面３１ａには被覆膜（コート）が設けられている。この被覆膜は、被測定光学素子３２と同じ処理を施し、同じ材質を用いるので、平板３１と被測定光学素子３２は、それぞれに入射する光を同じ反射率で反射する。また、平行光は反射面３１ａに対して垂直に入射するので、反射される光は、入射する光と同一の光路を通りハーフミラー２２に入射する。ハーフミラー２２に入射する光は、一部は透過して、残りは反射される。

集光レンズ２５は、ハーフミラー２２で反射される平行光を集光する。絞り２７は、任意のＮＡ（開口数）を有しており、集光する光の焦点位置に配置されて、積分球４１に入射する光束を制限し、ハーフミラー２２で反射される平行光以外の光の入射を防止し、これらによる測定誤差を減少させる。積分球４１は、球状の内面に硫酸バリウム等の拡散物質を塗布したものであって、入射した光を集積する。積分球４１の内面には、入射した光の光量を電流に変換するフォトダイオード４２の一端が設けられており、得られる電流を電流計４３で測定し、平板３１の参照光の光量を算出ユニット５０に表示することができる。

算出ユニット５０は、演算部５０ａ、記憶部５０ｂ、モニター５０ｃ、制御部５０ｄ、入力部５０ｅを有しており、電流計４３で測定した電流値を参照光の光量としてモニター５０ｃに表示する。

測定光の光量の測定は、図２に示す構成の装置を用いて行う。この装置は、図１における平板３１の代わりに、ハーフミラー２２に近い方から順に、基準レンズ６０、被測定光学素子３２を配置している。基準レンズ６０は、凸型のレンズであり、既知の透過率を有する。被測定光学素子３２は、曲率を有する凹状反射面（凹面）３２ａを備える光学素子であり、例えば凹面鏡を用いることができる。

基準レンズ６０は、コリメータレンズ２１により平行化された光のうち、ハーフミラー２２を透過する平行光を集光し、任意のＮＡの光とする。この任意のＮＡの光を被測定光学素子３２に入射し、被測定光学素子３２は、曲率中心を基準レンズ６０の焦点位置に一致させるように、光軸方向に移動して配置する（オートコリメーション状態）。この状態において、基準レンズ６０から出射する光は、被測定光学素子３２の凹状反射面３２ａに対して垂直に入射し、反射される光は入射する光と同じ光路を通り、再び基準レンズ６０に入射し、平行化する。

基準レンズ６０を透過し、被測定光学素子３２で反射されて再び基準レンズ６０を透過する平行光は、ハーフミラー２３において一部が反射され、残りは透過する。ハーフミラー２３で反射された光は、その光路上に配置された集光レンズ２５によって集光されて、絞り２７を通って反射光量測定部４０に入射する。反射光量測定部４０には、積分球４１、フォトダイオード４２、電流計４３、算出ユニット５０を有する。積分球４１は、球状の内面に硫酸バリウム等の拡散物質を塗布したものであって、入射した光を集積する。積分球４１に入射した光は、その内面に配置されたフォトダイオード４２によって光量が電流に変換され、この電流を電流計４３で測定し、算出ユニット５０に表示する。

本発明による反射率測定の動作について説明する。
（参照光の反射率測定方法）
平板３１の反射光量の測定前に、平板３１のアライメントを行う。平板３１を図１に示す装置に取り付けると、算出ユニット５０のモニター５０ｃに平板３１の姿勢を示す数値が表示される。操作者は、平板３１の姿勢を調整する必要がある場合には、入力部５０ｅから所定の数値を入力すると制御部５０ｄを介して、平板３１の保持部（図示せず）が移動し、平板３１を所定の姿勢にすることができる。アライメントが完了すると、コリメータレンズ２１により平行化された光は、平板３１に対して垂直に入射し、反射される光は入射する光と同じ光路を通りハーフミラー２２に入射する。

以上のようにアライメントされた平板３１を用いて、参照光の光量の測定を行う。半導体レーザ１０から出射される光は、コリメータレンズ２１によって平行光となり、ハーフミラー２２を通過して、平板３１に入射し、入射光と同じ光路を通り反射される。この反射光の一部は、ハーフミラー２２で反射されて集光レンズ２５により、集光されて積分球４１内に取り込まれる。これをフォトダイオード４２により電流に変換することにより平板３１における反射光量に対応する電流値を測定することができる。得られた電流値は、算出ユニット５０内に配置されて、電流値から反射率を演算する演算部５０ａで演算される。その演算結果がモニター５０ｃに表示される。また、演算結果は記憶部５０ｂに記憶される。

（測定光の反射率測定方法）
基準レンズ６０の反射光量の測定前に、基準レンズ６０および被測定光学素子３２のアライメントを行う。基準レンズ６０を図２に示す装置に取り付けると、算出ユニット５０のモニター５０ｃに基準レンズ６０の姿勢を示す数値が表示される。操作者が入力部５０ｅから所定の数値を入力すると、制御部５０ｄにより基準レンズ６０の姿勢を調整する指示が出され、基準レンズ６０を所望の姿勢にすることができる。アライメントが完了した基準レンズ６０を固定し、被測定光学素子３２を図２に示す装置に取り付ける。被測定光学素子３２を半導体レーザ１０から出射する光の光路の光軸方向（図中のＺ方向）に移動させて、基準レンズ６０から出射する任意のＮＡの光の焦点位置に被測定光学素子３２の曲率中心を一致させる。この状態を維持したまま、基準レンズ６０と同様に被測定光学素子３２のアライメントを行い、所定の姿勢とすることができる。

以上のようにアライメントされた被測定光学素子３２から反射する光を積分球４１内に取り込み、この光量をフォトダイオード４２により電流に変換することにより被測定光学素子３２で反射される光の光量に対応する電流値を測定することができる。得られた電流値と、操作者があらかじめ入力部５０ｅに入力する基準レンズ６０の既知の透過率とを用いて、算出ユニット５０内の演算部５０ａで演算されて反射率がモニター５０ｃに表示される。また、演算結果は記憶部５０ｂに記憶される。
得られた反射率は、曲率を有する被測定光学素子３２の面全体の反射率を示している。

得られた平板３１の反射光量と被測定光学素子３２の反射光量は、記憶部５０ｂに記憶されるので、これらの違いをモニター５０ｃに表示することができ、操作者は、平板３１の表面と被測定光学素子３２の凹面との、それぞれの被覆膜（コート）の被覆状態の差をモニター５０ｃに表示することもできる。

本発明の実施形態に係る参照光の光量の測定を行うときの装置構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る測定光の光量の測定を行うときの装置構成を示す図である。 従来の反射率測定方法における装置構成を示す図である。

符号の説明

１０ 半導体レーザ
２１ コリメータレンズ
２２ ハーフミラー
２５ 集光レンズ
２７ 絞り
３１ 平板
３１ａ 反射面
３２ 被測定光学素子
３２ａ 凹状反射面（凹面）
４０ 反射光量測定部
４１ 積分球
４２ フォトダイオード
５０ 算出ユニット
５０ａ 演算部
５０ｂ 記憶部
５０ｃ モニター
５０ｄ 制御部
５０ｅ 入力部
６０ 基準レンズ

Claims (6)

1. 被測定光学素子の凹面の反射率を測定する反射率測定方法であって、
   前記凹面と同一材料からなる表面を備える平板に参照光たる平行光を照射して、その反射光の光量を測定する参照光測定ステップと、
   既知の透過率を有する基準レンズに入射した平行光の出射光の焦点位置に前記被測定光学素子の曲率中心を一致させる被測定光学素子配置ステップと、
   前記被測定光学素子配置ステップにおいて所定位置に配置した前記被測定光学素子の前記凹面に対して、前記基準レンズからの測定光たる出射光を照射して、その反射光を前記基準レンズにより平行光とし、この平行光の光量を測定する測定光測定ステップと、
   前記参照光測定ステップで測定した光量と、前記測定光測定ステップで測定した光量とに基づいて前記被測定光学素子の反射率を算出する反射率算出ステップと、
   を有することを特徴とする反射率測定方法。
2. 前記平板または前記被測定光学素子で反射されて積分球で集められる光は、光電変換素子で光量を電流値に変換される請求項１記載の反射率測定方法。
3. 前記光電変換素子は、フォトダイオードである請求項１または請求項２記載の反射率測定方法。
4. 被測定光学素子の凹面と同一材料からなる表面を備える平板と、
   既知の透過率を有する基準レンズと、
   前記基準レンズに入射した平行光の出射光の焦点位置に曲率中心を一致させるように配置される被測定光学素子と、
   前記平板および前記被測定光学素子で反射されるそれぞれの光の光量を測定する反射光量測定部と、
   を有することを特徴とする反射率測定装置。
5. 前記平板または前記被測定光学素子で反射されて積分球で集められる光は、光電変換素子で光量を電流に変換される請求項４記載の反射率測定装置。
6. 前記光電変換素子は、フォトダイオードである請求項４または請求項５記載の反射率測定装置。

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