JP2013160651A

JP2013160651A - ライン分光測定装置

Info

Publication number: JP2013160651A
Application number: JP2012023276A
Authority: JP
Inventors: Takehito Kobayashi; 勇仁小林
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2012-02-06
Filing date: 2012-02-06
Publication date: 2013-08-19

Abstract

【課題】広いダイナミックレンジで高精度の測定をすることができるライン分光測定装置を提供する。
【解決手段】ライン分光測定装置１は、ステージ１０、光源２０、入射光制限部３０、分光器４０、検出器５０、制御部６０、調節手段７０および減光フィルタ８０を備える。分光器４０は、入力光（スリット３１の開口を通過した光）のビーム断面におけるＸ方向に沿った各位置の光をＹ方向に分光する。検出器５０は、分光器４０から出力されて減光フィルタ８０を透過した光を受光して、Ｘ方向に沿った各位置の光のスペクトルを検出する。減光フィルタ８０は、分光器４０における透過率の波長依存性および検出器５０における感度の波長依存性を補償するＹ方向の透過率分布を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ライン分光測定装置に関するものである。

分光器と検出器とを備えるライン分光測定装置が知られている（特許文献１参照）。このライン分光測定装置では、分光器に光が入力されると、ビーム断面における第１方向に沿った各位置の光が分光器により第２方向に分光され検出器によりスペクトルが検出される。一般に第２方向は第１方向に対し垂直である。

このようなライン分光測定装置では、分光器が透過率の波長依存性を有し、検出器が感度の波長依存性を有することから、ダイナミックレンジが制限され解析精度に影響が生じる。

ライン分光測定装置では、分光器における透過率の波長依存性および検出器における感度の波長依存性を補償する目的で、面内分布が均一であって使用波長全域で安定した反射率を有する標準反射板を用いた場合の反射光の測定結果を基準として、サンプルからの反射光の測定結果を相対強度として求める、あるいは、面内分布が均一であって使用波長全域で安定した光量を持つ均一化光源の測定結果を基準として、サンプルからの透過光の測定結果を相対強度として求めるのが一般的である。

特開２００４-２１９０９２号公報

ライン分光測定装置による測定の精度を向上させるためには、使用する全波長に渡り十分な光量を確保する必要がある。しかし、検出器の感度が波長により大きく異なることや、一般的なフィラメントタイプの光源の発光強度が波長により異なることなどの理由で、低感度や低光量となる波長については十分な光量が得られず、大光量の光を入射すると高感度となる波長で受光量の飽和が発生し有効なデータが得られない。

サンプル上の１点について分光測定する分光分析装置では、光量を変えた複数回の測定を実施し、各波長のデータをつなぎ合わせて解析するなどの手法が用いられる。しかし、光量を変えて複数回の測定をすることから、測定の効率が低下する。ライン分光測定においては、サンプルと測定装置の相対位置を変化させつつ測定し、サンプルの二次元分光画像を取得する測定手法が一般的であり、光量を変えた複数回の測定の際にサンプルと測定装置との相対位置変化の再現に失敗したり、測定中にサンプルの状態が変化したりする可能性があるので、測定が困難な場合がある。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、広いダイナミックレンジで高精度の測定をすることができるライン分光測定装置を提供することを目的とする。

本発明のライン分光測定装置は、入力光のビーム断面における第１方向に沿った各位置の光を第２方向に分光する分光器と、分光器により分光された光を受光して第１方向に沿った各位置の光のスペクトルを検出する検出器と、分光器と検出器との間の光路上に設けられた減光フィルタと、を備え、減光フィルタが、分光器における透過率の波長依存性および検出器における感度の波長依存性を補償する第２方向の透過率分布を有することを特徴とする。

或いは、本発明のライン分光測定装置は、光を出力する光源と、この光源から出力された光がサンプルに照射されて生じた反射光または透過光を入力し当該入力光のビーム断面における第１方向に沿った各位置の光を第２方向に分光する分光器と、分光器により分光された光を受光して第１方向に沿った各位置の光のスペクトルを検出する検出器と、分光器と検出器との間の光路上に設けられた減光フィルタと、を備え、減光フィルタが、光源の出力光スペクトル，分光器における透過率の波長依存性および検出器における感度の波長依存性を補償する第２方向の透過率分布を有することを特徴とする。

本発明では、減光フィルタの透過率が第１方向に一様であるのが好適である。減光フィルタの透過率が第２方向に連続的に変化していてもよいし、減光フィルタの透過率が第２方向に段階的に変化していてもよい。

本発明のライン分光測定装置は、広いダイナミックレンジで高精度の測定をすることができる。

本実施形態のライン分光測定装置１の全体の構成を示す図である。本実施形態のライン分光測定装置１の要部の構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態のライン分光測定装置１の全体の構成を示す図である。また、図２は、本実施形態のライン分光測定装置１の要部の構成を示す図である。ライン分光測定装置１は、ステージ１０、光源２０、入射光制限部３０、分光器４０、検出器５０、制御部６０、調節手段７０および減光フィルタ８０を備える。

ステージ１０は、サンプルＳを載置して、このサンプルＳを移動させることができる。光源２０は、サンプルＳに照射すべき白色光を出力する。光源２０として、ハロゲンランプ、キセノンランプ、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）、ＳＣ（Supercontinuum）光源およびＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光源等が好適に用いられる。

入射光制限部３０は、スリット３１およびレンズ３２を含む。レンズ３２は、光源２０からサンプルＳに照射されて反射された光のうちサンプルＳにおける直線Ａ-Ｂ上からの反射光をスリット３１の開口に結像する。

分光器４０は、レンズ４１、ＰＧＰ（prism grating prism）４２およびレンズ４３を含む。ＰＧＰ４２は、レンズ４１とレンズ４３との間に挿入されている。分光器４０は、入力光（スリット３１の開口を通過した光）のビーム断面におけるＸ方向（第１方向）に沿った各位置の光をＹ方向（第２方向）に分光することができる。

検出器５０は、分光器４０から出力されて減光フィルタ８０を透過した光を受光して、Ｘ方向に沿った各位置の光のスペクトルを検出することができる。検出器５０の２次元撮像面上において、Ｘ方向はサンプルＳにおける直線Ａ-Ｂ上の位置を表し、Ｙ方向は波長を表す。

制御部６０は、検出器５０による検出結果を取得して解析し、解析結果を表示することができる。また、制御部６０は、ステージ１０を移動させる調節手段７０を制御することができる。

減光フィルタ８０は、分光器４０と検出器５０との間の光路上に設けられている。この減光フィルタ８０はＹ方向の透過率分布を有する。減光フィルタ８０のＹ方向の透過率分布は、分光器４０における透過率の波長依存性および検出器５０における感度の波長依存性を補償することができる。すなわち、スリット３１の開口部を通過した光の強度が一様であってスペクトルが平坦である場合に、検出器５０の各セルからの出力値を略等しく（好適には最大値／最小値を２以下に）することができる。

減光フィルタ８０のＹ方向の透過率分布は、光源２０の出力光スペクトル，分光器３０における透過率の波長依存性および検出器４０における感度の波長依存性を補償することができるものであるのも好適である。この場合、光源２０から出力され標準反射板で反射された光がスリット３１の開口部を通過した場合に、検出器５０の各セルからの出力値を略等しく（好適には最大値／最小値を２以下に）することができる。標準反射板としては例えばギガヘルツオプティック社の製品が知られている。この製品は、波長帯域２５０〜２５００ｎｍにおいて反射率が略一様であり、反射率（＠４００〜８００ｎｍ）が９８％±１％であり、最小反射率（＠２５０〜２５００ｎｍ）が９３％である。

本実施形態のライン分光測定装置１は、このような減光フィルタ８０を分光器４０と検出器５０との間の光路上に備えることにより、光量を変えた多数回の測定が不要となり、短時間で測定することができ、サンプルＳの位置や状態の変化の懸念を解消して、広いダイナミックレンジで高精度の測定をすることができる。

なお、一般に、分光器４０の透過特性，検出器５０の感度特性および光源１０の出力強度は、Ｘ方向の位置が異なっていてもダイナミックレンジを制限するほどの変化はない。このような場合、減光フィルタ８０の透過率はＸ方向に一様であるのが好適である。ただし、分光器４０の透過特性，検出器５０の感度特性または光源１０の出力強度がＸ方向の位置で大きく異なるような例外的な場合には、減光フィルタ８０の透過率はＸ方向に変化しているのが好適である。

減光フィルタ８０の透過率は、Ｙ方向に連続的に変化していてもよいし、Ｙ方向に段階的に変化していてもよい。透過率がＹ方向に連続的に変化する減光フィルタ８０を用いれば、より大きな効果が得られる。一方、透過率がＹ方向に段階的に変化する減光フィルタ８０は、汎用性が優れ、低価格で実現が可能である。

１…ライン分光測定装置、１０…ステージ、２０…光源、３０…入射光制限部、４０…分光器、５０…検出器、６０…制御部、７０…調節手段、８０…減光フィルタ、Ｓ…サンプル。

Claims

入力光のビーム断面における第１方向に沿った各位置の光を第２方向に分光する分光器と、前記分光器により分光された光を受光して前記第１方向に沿った各位置の光のスペクトルを検出する検出器と、前記分光器と前記検出器との間の光路上に設けられた減光フィルタと、を備え、
前記減光フィルタが、前記分光器における透過率の波長依存性および前記検出器における感度の波長依存性を補償する前記第２方向の透過率分布を有する、
ことを特徴とするライン分光測定装置。
光を出力する光源と、この光源から出力された光がサンプルに照射されて生じた反射光または透過光を入力し当該入力光のビーム断面における第１方向に沿った各位置の光を第２方向に分光する分光器と、前記分光器により分光された光を受光して前記第１方向に沿った各位置の光のスペクトルを検出する検出器と、前記分光器と前記検出器との間の光路上に設けられた減光フィルタと、を備え、
前記減光フィルタが、前記光源の出力光スペクトル，前記分光器における透過率の波長依存性および前記検出器における感度の波長依存性を補償する前記第２方向の透過率分布を有する、
ことを特徴とするライン分光測定装置。
前記減光フィルタの透過率が前記第１方向に一様である、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のライン分光測定装置。
前記減光フィルタの透過率が前記第２方向に連続的に変化している、
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のライン分光測定装置。
前記減光フィルタの透過率が前記第２方向に段階的に変化している、
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のライン分光測定装置。