JP2018204957A - 光学部材の光学特性測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学部材の形状に歪み（反り）がある場合にも、簡易な構成によって精密に光学特性を測定することができる光学特性測定装置を提供すること。
【解決手段】光学部材Ｆに対して所定の波長又は波長範囲を持つ測定光Ｌを照射する光出射部１６０と、光学部材Ｆで反射され又は透過された測定光Ｌを受光し分析する測定部と、光学部材Ｆを固定するとともに、光学部材Ｆ表面の測定光Ｌの入射点Ｐを通り測定光Ｌに垂直な回転軸Ａを中心に回転されて、光学部材Ｆへの測定光Ｌの入射角を調整する入射角調整機構１１０と、前記光学部材Ｆを回動可能に支持するとともに、回転軸Ａを中心に回転されて、測定光Ｌが光学部材Ｆへ垂直入射する初期位置を決定する垂直入射位置決定機構１２０と、回転軸Ａを中心に回転されて、測定部の測定光Ｌを受光する部分の位置を調整する測定部角度位置調整機構１４０とを備える光学特性測定装置１００。
【選択図】図１

Description

本発明は、カメラ等の光学機器に使用される光学部材の光学特性を測定する装置に関する。

デジタルスチルカメラやビデオカメラに利用されているＣＣＤやＣＭＯＳなどの固体撮像素子の分光感度は、人間の視感度特性と比べて近赤外域の光に対して強い感度を持つという特徴がある。そこで、一般に、これら固体撮像素子の分光感度を人間の視感度特性に合わせるための視感度補正フィルタが用いられている。

このような視感度補正フィルタとして、特許文献１には、フツリン酸塩ガラスやリン酸塩ガラスなどのガラス中にＣｕ^２＋イオンを存在させて、分光特性を調整した近赤外線カットフィルタガラスが開示されている。

また、透過する波長域を正確に決定し、かつシャープにすることを目的として、上記のような近赤外線カットフィルタガラスの表面に、高屈折率層と低屈折率層とを複数交互に積層した光学多層膜を設け、可視域の波長（４００〜６００ｎｍ）を効率的に透過しかつ近赤外域の波長（７００ｎｍ）をシャープにカットする、優れた特性を有する近赤外線カットフィルタが知られている（例えば、特許文献２参照。）。その他、ガラス基板表面の反射を抑制し透過率を向上させることを目的として、近赤外線カットフィルタガラスの表面に反射防止膜が設けられる場合もある。

近赤外線カットフィルタの場合、前記光学多層膜は、例えば、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ等からなる高屈折率層と、酸化珪素等からなる低屈折率層とをガラス基板上に交互積層したもので、高屈折率層と低屈折率層の構成材料、厚さ、層数等を適宜に設定することで、光の干渉を利用して光を選択透過する。

近年では薄型のスマートフォンの普及やウェアラブルカメラ、車載カメラ等の登場などで、カメラモジュールの小型化、薄型化が急速に進んでいる。このため、カメラの受光レンズと近赤外線カットフィルタ、固体撮像素子などの部材間距離が短くなり、近赤外線カットフィルタには従来よりも斜めに入射する斜め入射光成分が多くなっている。このため、近赤外線カットフィルタの製造においては、垂直入射光に対する分光測定評価のほか、斜め入射光に対する分光測定評価の重要性が高まってきている。

特開平０６−１６４５１号公報 特開平０２−２１３８０３号公報

近赤外線カットフィルタにおいては、従来より入射角度に依存して分光特性が変化することは知られていた。しかしながら、通常は大きな角度変化（例えば、垂直入射角度（０ｄｅｇ）と３０°斜め入射光（３０ｄｅｇ））においてどの程度の分光波形変化があるかについて考慮されることがほとんどであった。そのため、従来の一般的な分光器では、以下に説明するように、分光特性の入射角度依存にかかわる問題があるにも関わらず、考慮されていなかった。

上記のように、近赤外線カットフィルタではその分光特性は入射角度に依存する。この入射角度依存性を、分光測定を行うことを中心に考慮する場合、次のようになる。

まず、分光特性の入射角度依存性は垂直入射角度を０ｄｅｇとした場合、その入射角度が大きくなればなるほどその程度は大きくなる。具体的には、測定時の入射角度を０ｄｅｇとし、測定角度の誤差が±１ｄｅｇであるとすると、その誤差範囲内の分光特性変化はほとんどなく、前述したカメラ、ビデオ用途ではその変化は無視しても良いレベルである。しかしながら、これが入射角度３０ｄｅｇに対する入射角度誤差±１ｄｅｇであった場合には、分光特性変化は無視できないレベルとなる。つまり、測定光の入射角度に応じて、その測定誤差にかかわる分光特性変化の程度が大きく異なっている。

従来は、０ｄｅｇの入射角度における分光測定が一般的であり、かつ分光器を構成、もしくは使用する際に、近赤外線カットフィルタの入射角度依存性に関して、さらには近赤外線カットフィルタが膜応力によってその形状を変化させ、基板が反ってしまうことに関して、十分に考慮してこなかったため、次のような問題が発生していた。

一般的な分光器では光源からの入射光と、入射角度、これらに応じた光検出器の位置関係は、測定に用いる治工具の機械的寸法公差による保証で維持されている。例えば、基板をセットする基板ホルダの面が測定光の入射角度に対して０ｄｅｇになるように構成されている場合、この面に測定基板の測定面を接触、もしくはそれに相当する処理を行うことで、測定面への入射角度０ｄｅｇが保証される。３０ｄｅｇの入射角度に対しては、基板ホルダの基準面が任意の角度になるように回転、もしくは角度付きの基準面を持つ治工具をさらにセットすることで３０ｄｅｇの入射角度を作り出す。

ここで、測定基板が反りを持っている場合、通常その反りは曲面であり、その反りの角度を知ること自体が難しいので、入射角度のずれが発生してしまうことは自明である。また、基板の中央であっても、反りの頂点であるとは限らないので、測定基板上のどの箇所を垂直入射面とみなせるか考えることも難しい。このため、通常は曲がってしまった基板を基準となる平面に押し付けて反りをなくし、治工具の平面と、測定基板の平面が一致するようにして測定を行う。また、測定基板が大きくて治工具への押し付けができない場合は、測定基板を小さく切断し、反りの影響を緩和してから上記の操作が行われる。

しかし、上記基板ホルダなどはこれを保持する位置決めピンに取り付けるなどして、測定が行われることが多く、それぞれの機械公差上のずれは常に存在するうえ、長期間の使用でピン穴が削られて大きくなると、その分の誤差は大きくなる。さらに、上記のように反っている基板を治工具に押し付けることで平面を作り出す場合も、基板が平面になっている保証はないうえ、作業者の押し付け方によって基板の反りの程度が変動してしまう。また、押し付けるという外力が治工具同士の寸法公差分のずれを任意の方向に動かしてしまうという現象も引き起こしかねない。このような治工具に起因する測定データの変動の問題は従来から位置決めの「遊び」などと呼称されて認識自体はされていたが、０ｄｅｇ入射の測定では多少の角度ずれは分光特性に影響を与えないので問題とされることはほとんどなかった。しかし、上記したように、３０ｄｅｇなどの大きな入射角度の分光特性の測定においては、測定角度誤差が与える分光波形への影響が大きく、無視することができない。

以上のことから、反りが大きい光学フィルタ等の光学部材の光学特性の測定に際しても、測定作業が容易で、かつ正確な分光測定が可能な測定装置及び測定方法が求められていた。

本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであって、光学フィルタ等の光学部材の形状に歪み（反り）がある場合にも、簡易な構成によって精密に光学特性を測定することができる光学特性測定装置を提供することを目的とする。

本発明の光学特性測定装置は、光学部材の光学特性を、測定光の前記光学部材への入射角を変更して測定する装置であって、前記光学部材に対して所定の波長又は波長範囲を持つ前記測定光を照射する光出射部と、前記光学部材で反射され又は透過された前記測定光を受光し分析する測定部と、前記光学部材を固定するとともに、前記光学部材表面の前記測定光の入射点を通り前記測定光に垂直な回転軸を中心に回転されて、前記光学部材への前記測定光の入射角を調整する入射角調整機構と、前記光学部材を回動可能に支持するとともに、前記入射角度調整機構と同じ前記回転軸を中心に回転されて、前記測定光が前記光学部材へ垂直入射する初期位置を決定する垂直入射位置決定機構と、前記回転軸を中心に回転されて、前記測定部の前記測定光を受光する部分の位置を調整する測定部角度位置調整機構とを備えることを特徴とする。

本発明の光学特性測定装置において、前記測定部は、内部に前記測定光が導入されてその導入された測定光を受光し平均化するための積分球と、前記積分球で平均化された光を分析するための光検出器と、前記積分球から前記光検出器に光を伝えるための導光部材と
を備え、前記積分球、前記光検出器及び前記導光部材は、前記測定部角度位置調整機構に固定され、それぞれ互いの位置関係が変化しないことが好ましい。

本発明の光学特性測定装置において、前記積分球は、前記回転軸による回転面の法線方向に位置を調整可能であることが好ましい。

本発明の光学特性測定装置は、前記光出射部からの前記測定光を反射させる反射ミラーを備え、前記光出射部は前記光学部材の前記測定点に前記測定光を直接照射する方向に位置を固定できるとともに、前記反射ミラーに前記測定光を照射し、前記反射ミラーで反射された前記測定光が前記光学部材の前記測定点に入射するように、前記反射ミラーと前記光出射部の方向を組み合わせて固定することができるとともに、前記測定光の入射角を、前記光出射部からの前記測定光が前記光学部材に垂直に入射した場合を０°として、前記反射ミラーと前記光出射部とが接触する場合には、前記反射ミラーを経由して前記測定光が前記光学部材へ光が入射する経路で測定を行い、前記反射ミラーと前記光出射部とが接触しない場合には、前記反射ミラーを経由することなく前記測定光が前記光学部材へ光が入射する経路で測定を行い、いずれの入射角においても前記光学部材への前記測定光の入射点は同一であることが好ましい。

本発明の光学特性測定装置において、前記光学部材を、前記回転軸に垂直な平面方向に移動させる水平位置調整部及び前記回転軸による回転面に対して法線方向に移動させる垂直位置調整部を有することが好ましい。

本発明の光学特性測定装置において、前記入射角調整機構は、前記光学部材をその端面の一部に当接して板厚方向に挟持する、前記光学部材の当接部から上端に向かって広がる形状の支持体を備え、１つ又は２つ以上の前記支持体によって前記光学部材を固定することが好ましい。

本発明の光学特性測定装置において、前記積分球、前記入射角調整機構、前記垂直入射位置決定機構及び前記測定部角度位置調整機構は、暗箱内に配置されることが好ましい。また、前記暗箱の上面には、前記光学部材を出し入れする開閉式の小窓が備えられることが好ましい。

本発明の光学特性測定装置において、前記光学部材表面は曲率を有することが好ましい。

本発明の光学特性測定装置によれば、光学フィルタ等の光学部材の形状に歪み（反り）がある場合にも、簡易な構成によって精密に光学特性を測定することができる。

本発明の実施形態に係る光学特性測定装置を模式的に示す断面図である。 図１の光学特性測定装置を概略的に示す平面図である。 光学フィルタを支持する支持部の一例を模式的に示す正面図である。 図３の支持部の側面図である。 反射ミラーを備える実施形態に係る光学特性測定装置の一部を概略的に示す図である。

実施例の光学特性測定装置によって、光学フィルタへの入射角５°の反射光を測定した結果を表すグラフである。 図６のグラフの可視光波長域を拡大したグラフである。 実施例の光学特性測定装置によって、光学フィルタへの入射角３０°の反射光を測定した結果を表すグラフである。 図８のグラフの可視光波長域を拡大したグラフである。

以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。図１は、本実施形態の光学特性測定装置１００を概略的に示す断面図である。図２は、図１の光学特性測定装置を上方から見た平面図である。各図中の矢印はその構成が移動可能な方向の一例を示す。なお、図１では、光学特性測定装置１００は、水平面上に載置された態様を示すが、本発明の光学特性測定装置はこれに限定されない。また、実施形態においては、光学部材として光学フィルタを用いた形態を示すが、本発明における光学部材はこれに限定されない。

図１に示す光学特性測定装置１００は、所定の波長の測定光Ｌを、入射角を変化させて光学フィルタＦに照射した際の、反射光又は透過光の分光特性を測定する装置である。

光学フィルタＦは、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの固体撮像素子の視感度補正フィルタであり、例えば、透明基板と、透明基板の一方の主面上に設けられた第１の光学多層膜（紫外線及び赤外線を反射し、可視光を透過する光学膜）と、透明基板の他方の主面上に設けられた第２の光学多層膜（反射防止膜）とを備える。また、透明基板としては、可視光を透過するガラスもしくは樹脂であり、好ましくは近赤外域に吸収を持つ近赤外線吸収ガラスである。このような光学フィルタＦは、紫外線、赤外線、近赤外域の光をカットするため、ＣＣＤやＣＭＯＳの感度を人の視感度に合わせるための視感度補正フィルタとして用いられる。

透明基板としては、ガラスや樹脂基板であることが好ましい。また、透明基板の形状や厚さに限定はない。例えば、透明基板の形状は、板状だけでなく、プリズムや異形（反射鏡のような凹状を含む形状）などであってもよい。

第１の光学多層膜は、例えば、波長６５０〜７５０ｎｍ程度の近赤外域の光の透過率を著しく低下させて、近赤外光をカットするとともに、波長４００〜６００ｎｍ程度の可視域の光を効率的に透過する。第１の光学多層膜は、ＳｉＯ_２、ＳｉＯ_ｘＮ_ｙ、ＭｇＦ_２等からなる低屈折率膜とＴｉＯ_２、ＨｆＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＹｂＦ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５、アルミニウムランタン酸化物（Ａｌ_ｘＬａ_ｙＯ_ｚ）、アルミニウムタンタル酸化物（Ａｌ_ｘＴａ_ｙＯ_ｚ）等からなる高屈折率膜が交互に積層されることで上記光学的機能を有する膜として形成することができる。第１の光学多層膜は、求められる光学特性に応じて、その具体的な層数や膜厚、及び使用する高屈折率材料及び低屈折率材料の屈折率が、従来の手法を用いて設計される。また、第１の光学多層膜は、ＩＡＤ（Ｉｏｎ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタ法、真空蒸着法等の乾式成膜プロセス等によって製造することができる。第１の光学多層膜は、物理膜厚が０．２μｍ以上８μｍ以下であることが好ましい。

第２の光学多層膜は、波長４００〜６００ｎｍ程度の可視域の波長の光の反射率を低くして、その透過率を高める。第２の光学多層膜は、上記第１の光学多層膜と同様の材料によって形成される。このとき、第１の光学多層膜に求められる光学特性に応じて、その具体的な層数や膜厚が設計され、使用する高屈折率材料及び低屈折率材料の屈折率が選択されて、設計される。第２の光学多層膜は、物理膜厚が０．２μｍ以上８μｍ以下であることが好ましい。

なお、光学フィルタＦは透明基板の両方の主面に光学多層膜を有する態様に限定されず、いずれか一方の主面のみに光学多層膜を備えていてもよく、いずれも備えずに透明基板のみで構成されてもよい。例えば、光学フィルタＦが、上記のように、第１の光学多層膜と第２の光学多層膜を備える場合、より厚みの大きい第１の光学多層膜側の面が凸状の反りを有する形状になりやすい。本実施形態の光学特性測定装置１００は、ガラス板の少なくとも一方の主面に光学多層膜を備えることで表面に曲率（反りや歪み）を有した光学フィルタＦの測定に好適である。

また、光学フィルタＦが歪みや反りを有している場合、光学フィルタＦ表面内における最大高低差は、上記７６ｍｍ×７６ｍｍ程度の大きさの光学フィルタＦで０．１ｍｍ〜５ｍｍ程度であってよい。なお、光学フィルタＦの最大高低差は、例えば、光学フィルタＦを第１の光学多層膜を備える面を上にして水平面上に載置した際の光学フィルタＦの表面の、水平面からの最大高さとして測定することができる。

光学特性測定装置１００は、光学フィルタＦを固定する入射角調整機構１１０と、入射角調整機構１１０を回動可能に支持する垂直入射位置決定機構１２０を備えている。光学特性測定装置１００は、光学フィルタＦに対して所定の波長又は波長範囲を持つ測定光Ｌを照射する光出射部１６０と、光学フィルタＦで反射され又は透過された測定光Ｌを受光し分析する測定部とを備えている。また、光学特性測定装置１００は、前記入射角調整機構１１０の回転軸を中心に回転され、前記測定部の測定光を受光する位置を調整する測定部角度位置調整機構１４０を有している。

光出射部１６０は、測定光Ｌを放射する。光出射部１６０は、基台Ｂ上に、支持構造体１６１によって、光学フィルタＦ表面の所定の入射点Ｐに測定光Ｌを入射する高さに固定されている。なお、本実施形態では、光出射部１６０は、高さ及び水平位置を固定した態様を示すが、光出射部１６０は、高さ及び水平位置を調整可能に設置されていてもよい。光出射部１６０は、例えばコリメータレンズであって、光ファイバなどの導光部材を用いて光源（不図示）と接続される。光源は、装置内の温度変化の影響を回避するためおよび迷光の発生源となることを防ぐため、装置の外に設置するのが好ましい。

光源は、例えば、波長３６０〜２０００ｎｍの光を発生し、発生した光を、必要に応じて光学系によって分光した後に集光し、所定の波長の光を、光ファイバなどの導光部材を介して出射する光源を使用することができる。このような光源としては、光の発生源としてタングステンハロゲンランプを用いた光源等が挙げられる。

光学特性測定装置１００において、測定部は、積分球１３１と、光検出器１３２と、積分球１３１と光検出器１３２を接続する光ファイバ（導光部材）１３３とを有している。積分球１３１は、内部が球面状の中空構造であり、入射された光をその内壁で拡散反射して積分し、出射する。積分球１３１は、これにより、測定光Ｌを受光し平均化する。積分球１３１の中空の内面の直径は、測定光Ｌの利用効率を高めるなどの観点から、例えば、３０ｍｍ〜６０ｍｍである。

積分球１３１は、測定光Ｌの入射される入射口と、積分球１３１の内壁で拡散反射された測定光Ｌが出射される出射口１３５とを有する。積分球１３１は、通常、アルミニウム等の金属からなる筐体に収容されている。

積分球１３１においては、入射口１３４と出射口１３５の位置関係は、迷光等の影響を排除するため、対向配置を避け、積分球１３１の一の極を北極とし、反対側の極を南極として、入射口１３４が赤道上の０°位置を中心として設けられているとした場合に、出射口１３５は赤道上の４５°〜１３５°、好ましくは９０°の位置を中心として設けることができる。

光ファイバ（導光部材）１３３は、出射口１３５と光検出器１３２を接続して、積分球１３１から出射した測定光Ｌを光検出器１３２に伝達する。光学フィルタＦにおいて反射され、又は透過された測定光Ｌは光検出器１３２に伝達されてここで分析される。光検出器１３２としては、伝達された光のスペクトルを解析する分光測定装置等が使用される。光検出器１３２は、例えば、波長３５０〜１０００ｎｍの範囲を測定可能な可視近赤域の分光測定器や、波長９００〜１７００ｎｍの範囲を測定可能な赤外域の分光測定器などを単独、もしくは複数使用することができる。複数の分光測定器を使用する場合には、光ファイバ１３３を分岐させるか、積分球１３１の出射口１３５の数を増やして光ファイバ１３３を介して複数の光検出器につなげることが可能である。なお、光検出器１３２としては、測定光Ｌを内部のグレーティングで分光し、リニアＣＣＤアレイ素子で各分光の光強度を測定するタイプの分光測定器が好ましい。

積分球１３１、光検出器１３２、光ファイバ（導光部材）１３３は、全て測定部角度位置調整機構１４０に固定され、それぞれ互いに位置関係が変化しないことが好ましい。このようにすることで、測定光の角度を調整したとしても、上記各部材の位置関係が変わることがないため、測定位置（角度）による誤差を抑制することができる。

入射角調整機構１１０は、入射角調整回転部１１１と水平位置調整部１１２からなる。入射角調整回転部１１１は、水平位置調整部１１２とともに垂直入射位置決定機構１２０に対して回転することで、入射角調整機構１１０を回転させ、光学フィルタＦへの測定光Ｌの入射角を調整する。入射角調整機構１１０によって、測定光Ｌの入射角は透過光の測定において好ましくは４°〜７０°の間で変更することができる。

入射角調整回転部１１１は、光学フィルタＦ表面の測定光Ｌの入射点Ｐを通り、測定光Ｌに垂直な軸（回転軸Ａ）を中心として回転する。入射角調整回転部１１１が、入射点Ｐを通らない測定光Ｌに垂直な光学フィルタＦ表面上の軸を回転する場合、光学フィルタＦが曲率を有すると、入射角調整回転部１１１を回転させることで測定光Ｌの入射点Ｐの位置が大幅にずれてしまう。そのため、入射角調整回転部１１１の初期位置（例えば入射角０°の位置）からの回転角と、実際の測定光Ｌの光学フィルタＦへの入射角が一致せず、測定精度が低下する。これに対し、光学特性測定装置１００によれば、入射角調整回転部１１１が回転軸Ａを中心として回転することで、測定光Ｌの、表面に曲率を有する光学フィルタＦへの入射角を変更した場合にも、測定光Ｌの入射点Ｐの位置が固定されてずれることがない。そのため、表面に曲率を有する光学フィルタＦであっても、所定の入射角での光学特性を精密に測定することができる。

入射角調整回転部１１１は、例えば、回転ステージ等で構成され、垂直入射位置決定機構１２０上に回動可能に設置されている。入射角調整回転部１１１は、垂直位置調整部１２２の上面に、回転軸Ａを中心に回動可能に固定されてもよい。例えば、垂直位置調整部１２２の上面に回転軸Ａと同心のピンを設け、入射角調整回転部１１１の底面に前記ピンに対応する穴を設け、垂直位置調整部１２２のピンを入射角調整回転部１１１の穴に挿入することで、入射角調整回転部１１１は回転軸Ａを中心に回動可能に設置されてもよい。また、この場合、入射角調整回転部１１１の底面にピンを設け、垂直位置調整部１２２の上面に穴を設けてもよい。その他、ピンを設けず、各部材の機械寸法で入射角調整回転部１１１が上記位置関係となるようにしてもよい。

水平位置調整部１１２は、光学フィルタＦとともに入射角調整回転部１１１上を水平移動されることで入射点Ｐを水平方向に調節する。水平位置調整部１１２は、水平面を一軸（Ｘ軸）方向又は二軸（ＸＹ軸）方向に移動させる水平面ステージ等で構成され、入射角調整回転部１１１上に設置される。水平位置調整部１１２は必須ではなく、必要に応じて設けられる。光学特性測定装置１００は、水平位置調整部１１２を備えない場合、入射角調整回転部１１１のみで入射角調整機構１１０を構成する。

図３は、本実施形態の入射角調整機構１１０に光学フィルタＦを固定する態様の一例である支持部１１５を示す正面図である。図４は、図３の支持部１１５を用いて入射角調整機構１１０上に光学フィルタＦを固定した状態を模式的に示す側面図である。

光学フィルタＦは、図３、４に示す支持部１１５によって入射角調整機構１１０上に支持することができる。支持部１１５は、４つの支持体１１３と一対のＬ字形状の薄板１１４を用い、一対の薄板１１４のＬ字の２つの辺においてそれぞれ支持体１１３を挟んで構成される。このようにして構成された一対の支持部１１５が、入射角調整機構１１０上に対向して配置され、これらによって光学フィルタＦの一つの端面と、当該端面と直交する二つの対向する端面を支持して、光学フィルタＦを固定することができる。なお、入射角調整機構１１０は４つの支持体１１３と一対のＬ字形状の薄板１１４を用いて光学フィルタＦを支持する態様に限られず、１〜３つ、又は５つ以上の支持体１１３によって光学フィルタＦを支持することができる。

支持体１１３は、光学フィルタＦの端面の一部に当接して、光学フィルタＦを、その板厚方向に挟持する。また、支持体１１３は、光学フィルタＦの当接部１１３ａから上端１１３ｂに向かって広がる形状である。このように、支持体１１３が当接部１１３ａから上端１１３ｂに向かって広がる形状であることで、上端１１３ｂにおいて、光学フィルタＦとの間に隙間を設けることができる。そのため、反りを有する光学フィルタＦであっても、光学フィルタＦの反りを押さえつけて平面にならす必要がなく、簡易に保持することができる。

支持体１１３は、光学フィルタＦに傷や衝撃を与えにくい樹脂などの材料を用いて成型することができる。このような樹脂材料としては、例えば、ポリフェニレンサルファイド、ポリテトラフルオロエチレン等が挙げられる。

図１に示す垂直入射位置決定機構１２０は、垂直入射位置決定回転部１２１と、垂直位置調整部１２２からなる。垂直入射位置決定回転部１２１が垂直位置調整部１２２とともに基台Ｂに対して回転することで、垂直入射位置決定機構１２０が回転される。これにより、光学フィルタＦへの測定光Ｌが垂直入射する位置、すなわち、光学フィルタＦを固定した状態での入射角調整機構１１０の、測定光Ｌの入射角が０°の位置を決定することができる。

垂直入射位置決定回転部１２１は、回転ステージ等で構成され、基台Ｂ上に回動可能に設置される。例えば、基台Ｂの略中心の回転軸Ａの位置に、垂直入射位置決定回転部１２１が回転軸Ａを中心に回転するように設置することができる。また、例えば、垂直入射位置決定回転部１２１として、目盛板付の回転ステージを使用することで、垂直入射位置からの入射角調整機構１１０の回転角、すなわち、測定光Ｌの入射角を簡易に計測することができる。

垂直入射位置決定回転部１２１は、回転軸Ａを中心に回転することで、入射角が０°の位置を決定した後に、入射角調整機構１１０によって測定光Ｌの入射角を所定の角度に変更した際にも、測定光Ｌの入射点Ｐが固定されてずれることがない。そのため、表面に曲率を有する光学フィルタＦであっても、入射角を変更させた際の入射角と光学特性との関係を精密に測定することができる。

垂直位置調整部１２２は、垂直入射位置決定回転部１２１上に設置され、入射角調整機構１１０を高さ方向に移動させることで、入射点Ｐの高さを調節する。垂直位置調整部１２２は、昇降ステージ等で構成され、垂直入射位置決定回転部１２１に固定されている。垂直位置調整部１２２は、必須ではなく、垂直入射位置決定機構１２０は、垂直入射位置決定回転部１２１のみから構成されてもよい。

なお、入射角調整回転部１１１、垂直入射位置決定回転部１２１、垂直位置調整部１２２の各部材の上下方向の位置関係は、上述の説明や図面の記載に限らず、入れ替わってもよい。ただし、水平位置調整部１１２は、入射角調整回転部１１１、垂直入射位置決定回転部１２１などの各回転部よりも上部に位置することが必須である。

光学特性測定装置１００は、測定部角度位置調整機構１４０を有している。積分球１３１は、測定部角度位置調整機構１４０に固定された支持構造体１４１によって支持されている。測定部角度位置調整機構１４０は、積分球１３１を、入射角調整機構１１０の回転軸Ａによる回転面に対して法線方向に位置を調節可能に支持することが好ましい。このような構成であれば、光学フィルタＦへの測定光Ｌの垂直入射が保証される回転軸Ａがなす方向への回転角度と異なり、その保証方法がない法線方向への角度ずれによって発生する反射光の位置ずれにより生じる積分球１３１の入射口に対する測定光Ｌのずれを防止し、安定した分光測定が可能となる。測定光Ｌの垂直方向から±２°の範囲であれば、光学フィルタＦの分光測定結果に与える影響は非常に少ないため、積分球１３１の高さの調整では、測定光Ｌの垂直方向からのずれは０°から±２°の範囲に収めることで、測定結果への影響をなくすことができる。

測定部角度位置調整機構１４０は、基台Ｂに対して回転軸Ａを中心に回動可能に設置されている。これにより、所定の入射角で光学フィルタＦに入射し、光学フィルタＦで反射され又は透過された測定光Ｌが、積分球１３１の受光面１３４に入射するように、積分球１３１を、回転軸Ａを中心として回転させることができる。

測定部角度位置調整機構１４０がこのような構成であるため、絶対反射光学系としての測定が可能であり、反射光および透過光の測定が可能である。具体的には、光学フィルタＦがない状態で積分球１３１が光を受光するには、測定光Ｌの出射方向の先に積分球１３１がある必要がある。ここでの全光束受光光量が反射率測定、透過率測定における１００％の光に相当する光量になり、積分球の入射口１３４から光を外して入らないようにするなどして積分球１３１に光が入らないようにした状態が０％の光に相当する光量（光が入らなくても暗電流として光量値がカウントされる）となる。上記１００％の光の測定位置の積分球１３１の位置のまま、途中に光学フィルタＦを置けば透過率測定となり、光学フィルタＦからの反射光が積分球に入るように積分球１３１の位置を動かせば反射率測定となるが、反射率測定としてはベースとなる１００％の光、０％の光の測定に基準サンプルを用いる必要のない絶対反射光学系となる。

図２に示すように、測定部角度位置調整機構１４０は例えば、所定の幅を持つ円環状板部材によって構成することができる。図１のように上記円環状板部材の、内周及び外周の上部を切り欠いた段差を設けるとともに、基台Ｂ上に、上記外周の段差と嵌合する段差を有する円弧状固定板部材１４２を設けて、測定部角度位置調整機構１４０を構成する円環状板部材を上方から押圧して固定する。また、上記内周の段差と嵌合する段差を有する円環形上の円環状固定板部材１４３を設けて、測定部角度位置調整機構１４０を構成する円環状板部材を上方から押圧して固定する。これらによって、測定部角度位置調整機構１４０は、垂直方向に固定されるとともに、水平面に対して回転されるように配置することができる。測定部角度位置調整機構１４０を構成する円環状板部材における内周及び外周の中心を、回転軸Ａに一致させることで、測定部角度位置調整機構１４０を回転軸Ａ中心に回転させることができる。なお、測定部角度位置調整機構１４０の動きが円滑になるよう、基台Ｂと測定部角度位置調整機構１４０との間にベアリングを介したり、Ｖ溝レールを用いたりしてもよい。

また、図５に示すように、光学特性測定装置１００は、光出射部１６０からの測定光Ｌを反射させる反射ミラー１３６を備えることが好ましい。反射ミラーは１３６、光出射部１６０から出射される測定光Ｌの反射ミラー１３６への入射角度を変更するように位置を調節可能であるとともに、回転軸Ａによる回転面の法線方向に位置を調節可能である。例えば、一般的に使用される積分球１３１と光出射部１６０では、これらの大きさによっては、測定光Ｌの入射角を３０°以下として光学フィルタＦで反射された測定光Ｌを測定する位置に配置することが極めて困難となることがある。

そのため、反射ミラー１３６を備える光学特性測定装置１００では、測定光Ｌの入射角を４°〜３０°で、光学フィルタＦで反射された測定光Ｌを測定する場合には、光出射部１６０から測定光Ｌを反射ミラー１３６に照射し、反射ミラー１３６で反射された測定光Ｌを光学フィルタＦへ入射させてその反射光を受光する位置に積分球１３１や光出射部を配置する。一方、測定光Ｌの入射角が３０°超となる場合には、積分球１３１と光出射部１６０の間隔を十分に確保することができるため、光出射部１６０からの測定光Ｌを、反射ミラー１３６を介さず光学フィルタＦに直接入射させてその反射光を受光する位置に積分球１３１や光出射部１６０を配置する。この際、光学特性測定装置１００を用いることで、いずれの測定光Ｌの入射角においても光学フィルタＦへの測定光Ｌの入射点Ｐは同一であり、これにより誤差の少ない、精度の高い分光測定が可能である。

光学特性測定装置１００において、少なくとも、積分球１３１、入射角調整機構１１０、垂直入射位置決定機構１２０及び測定部角度位置調整機構１４０は、暗箱内に配置されることが好ましい。これにより、ノイズとなる外部からの光を排除することができるため、光学フィルタＦの光学特性を高精度で測定することができる。また、暗箱の上面に光学フィルタＦを出し入れするための開閉式の小窓を有することが好ましい。これにより、多数の光学フィルタＦの測定に際し、光学フィルタＦを取りかえる時間を短縮し、測定効率を向上させることができる。

次に、図１に示す光学特性測定装置１００を用いたフィルタＦの光学特性の測定方法について説明する。

先ず、入射角調整機構１１０上に固定された支持体１１３に測定対象の光学フィルタＦを設置する。このとき、光学フィルタＦが反りを有する形状である場合、光学フィルタＦは、凸状となる面に測定光Ｌが照射される位置に設置されてもよく、凹状となる面に測定光Ｌがされる位置に設置されてもよい。その後、光出射部１６０から測定光Ｌを光学フィルタＦに照射し、この状態で、垂直入射位置決定機構１２０のみを回転させる。光学フィルタＦで反射された測定光Ｌが光出射部１６０に照射される位置を目視で確認し、これを垂直入射位置（入射角０°の位置）と決定する。

次に、垂直入射位置決定機構１２０を固定した状態で、入射角調整機構１１０を回転させて、所定の入射角で測定光Ｌが光学フィルタＦに入射される位置を決定する。

この際、垂直入射位置決定機構１２０及び入射角調整機構１１０がいずれも、回転軸Ａを中心に回転することで、入射角が０°の位置を決定した後に、入射角調整機構１１０によって測定光Ｌの入射角を所定の角度に変更した際にも、測定光Ｌの入射点Ｐが固定されてずれることがない。そのため、表面に曲率を有する光学フィルタＦであっても、入射角を変更させた際の入射角と光学特性との関係を精密に測定することができる。

光学フィルタＦを透過した測定光Ｌを測定する場合には、積分球１３１の受光面１３４が光学フィルタＦを挟んで測定光を捕捉できる位置、例えば出射部１６０と略対向する位置になるように、測定部角度位置調整機構１４０を回転させる。

図５から分かるように、光学フィルタＦに対して例えば５°の反射測定を行う場合、測定光Ｌを反射ミラー１３６に反射させてから光学フィルタＦに入射させることで、光出射部１６０と積分球１３１との接触（干渉）を避けている。反射ミラー１３６は、測定光ＬのＰＳ分離が少ない金属膜を用いた反射ミラーが好ましい。しかしながら、金属膜を用いた反射ミラーを用いても光学フィルタＦへの入射角度が３０°を超える場合には、光学フィルタＦでの測定光ＬにおけるＰＳ分離の影響が無視できなくなる。そのため、測定光Ｌの入射角度が３０°を超える場合には、反射ミラー１３６を介さず、光出射部１６０から直接光学フィルタＦに測定光Ｌを入射させることが必要である。なお、反射ミラー１３６の利用は、光出射部１６０と積分球１３１の接触を避けるためなので、たとえば２０°〜３０°の角度では反射ミラー１３６を用いる必要はない。ただし、上記のように３０°を超えない入射角度では反射ミラー１３６を用いたとしても測定光ＬのＰＳ分離の影響は小さく、特に金属膜を用いた反射ミラー１３６では無視できるレベルである。そのため、入射角度が４〜３０°の反射測定と、入射角度が０〜３０°の透過測定では、反射ミラー１３６を用いてもよい。これにより、入射角度が０〜３０°範囲での光学系の位置関係調整の手間が省略でき、作業負荷を低減する。もちろん、透過測定においては光出射部１６０と積分球１３１が接触する位置関係にはならないので反射ミラー１３６を用いなくても良く、反射測定においても接触のおそれがない２０°以上の測定では同様に反射ミラー１３６を用いる必要はないが、どちらにしろ３０°以下の入射角度測定においては反射ミラーを介した測定も可能である。なお、どの測定においても、積分球１３１を回転移動することで光学フィルタＦから反射した、もしくは透過した光を積分球１３１で捕捉する。

また、必要に応じて、水平位置調整部１１２によって光学フィルタＦを水平方向に移動させて、測定光Ｌの入射点Ｐの位置を調節する。また、必要に応じて、垂直位置調整部１２２によって光学フィルタＦを鉛直方向に移動させて、測定光Ｌの入射点Ｐの位置を調節する。

光学フィルタＦを支持体１１３で保持する場合、窪み部である当接部１１３ａに基板端面が接すると、光学フィルタＦはもっとも正確に支持できることになるが、ここで光学フィルタＦに反りが発生した場合、反ることによって当接部１１３ａから基板端部が離れていくので、光学フィルタＦの保持にいわゆる遊びが生じる状態になり、光学フィルタＦが直立状態から傾斜することになる。回転方向角度においては垂直入射位置決定機構１２０により入射角度が保証される一方、入射角度を規定するための回転が作り出す回転面（測定器の底面や、地面と同一方向面）に対して規定される方向の角度、すなわち上記の直立状態からの傾斜に関する部分の入射角度を調整する機能がなく、反りが極端に大きい場合でも、それに応じて基板を保持するための支持体１１３同士を近づければよく、光学フィルタごとにわずかに異なる反りによって発生する程度の傾斜であれば±１〜２°程度の影響を考慮すればよいので、これによって縦方向に変化した反射光方向のずれについては測定光Ｌを受光する積分球１３１の高さ調整によって対応でき、またこの方向における成分では基本は０°入射に対する±１〜２°程度の差異と同等になるので、上記に記載したように測定分光波形に対しての影響はほとんどない。このような考え方に基づいた治具や入射角度調整に関する対応によって、本発明による装置は構成や調整方法が大幅に簡易化されている。

このようにして、光学フィルタＦに入射し、光学フィルタＦにおいて透過された測定光Ｌ又は反射された測定光Ｌを受光面１３４で受光し、積分球１３１、光ファイバ１３３を介して、光検出器１３２に伝達させる。光検出器１３２に導入された測定光Ｌは、ここで、分光分析されて、光学フィルタＦの光学特性が測定される。

以上説明した本実施形態の光学特性測定装置によれば、入射角調整機構が光学フィルタＦ表面の測定光Ｌの入射点Ｐをとおり、測定光Ｌに垂直な軸（回転軸Ａ）を中心として回転することで、表面に曲率を有する光学フィルタＦに照射する測定光Ｌの入射角を変更した場合にも、測定光Ｌの入射点Ｐの位置が固定されてずれることがない。そのため、表面に曲率を有する光学フィルタＦであっても、所定の入射角での光学特性を精密に測定することができる。

また、垂直入射位置決定機構１２０及び測定部角度位置調整機構１４０が上記同様に回転軸Ａを中心として回転するために、表面に曲率を有する光学フィルタＦに照射する測定光Ｌの入射角を変更した場合にも、測定光Ｌの入射点Ｐの位置が固定されてずれることがない。そのため、表面に曲率を有する光学フィルタＦであっても、所定の入射角での光学特性を精密に測定することができる。

さらに、垂直位置調整部、水平位置調整部を用いれば、入射点Ｐを、光学フィルタＦの所望の位置に合わせることができる。これにより、入射角を変更させた際の入射角と光学特性との関係をより精密に測定するように調整することができる。

以上を要するに、本実施形態の光学特性測定装置によれば、光学フィルタがたとえ反っていても、成膜面を治工具に押し付けることなく、かつ光学フィルタの切断などを行うことなく、０°での垂直入射分光測定のほか、例えば３０°以上の大きな入射角度により、角度依存の影響が大きくなる角度範囲においても、簡易な装置で、簡便、正確、かつ短時間に分光測定を行うことができる。

次に、実施例について説明する。本発明は以下の実施例に限定されない。

図１と同様の光学特性測定装置を用い、次の基準用光学フィルタの光学特性を測定した。銅含有フツリン酸ガラス（厚さ０．２ｍｍ）の一方の面に、赤外線反射膜（ＳｉＯ_２とＴｉＯ_２を交互に積層した光学多層膜、合計層数４０層、物理膜厚５μｍ）、他方の面に反射防止膜（ＳｉＯ_２とＴｉＯ_２を交互に積層した光学多層膜、合計層数６層、物理膜厚０．２μｍ）が設けられた赤外線カットフィルタを、７６ｍｍ×７６ｍｍの大きさにカットして、基準用光学フィルタを作成した。

基準用光学フィルタは、赤外線反射膜を備える面が凸となる、大きさが１．８ｍｍの反りを有していた。なお、基準用光学フィルタの反りの大きさは、基準用光学フィルタ表面内における最大高低差であり、基準用光学フィルタを、赤外線反射膜を備える面を上にして水平面上に載置した際の、基準用光学フィルタの表面の、水平面からの最大高さとして測定することができる。

光学特性測定装置は、上面に光学フィルタを出し入れするための開閉式の小窓を有する、アルミ板に黒塗り処理を施した暗箱内に配置した。なお、本実施例では暗箱は、アルミ板を用いたが、暗箱は、光を遮ることができれば、ＳＵＳ等のステンレス、鉄、プラスチック等の材質であってもよい。

光源として、タングステンハロゲンランプを用いた光源（Ｏｃｅａｎ Ｏｐｔｉｃｓ社製、型番ＨＬ−２０００−ＨＰ）を用いた。基準用光学フィルタの赤外線反射膜を備える面に、上記光出射部から反射ミラーを介して入射角５°、３０°で測定光を入射し、基準用光学フィルタを反射した測定光の分光分析を行った。分光測定器はＯｃｅａｎ Ｏｐｔｉｃｓ社製の型番：ＦＬＡＭＥ−Ｔを用いた。また、参考例として、日立ハイテクサイエンス社製の紫外可視赤外分光光度計ＵＨ４１５０を用いて入射角５°、３０°で測定光を入射した際の反射光の分光分析を行った。

垂直入射位置決定機構によって入射角０°の位置を決定し、次いで、反射ミラーを介した測定光の入射角が５°となるように、入射角調整機構によって基準用光学フィルタを回転させて入射角を調節した。さらに、測定部角度位置調整機構によって、積分球を、回転軸を中心として回転移動させて、基準用光学フィルタを反射した測定光を受光面に入射させた。入射角３０°の場合も同様に、垂直入射位置決定機構によって入射角０°の位置を決定した後、入射角調整機構、垂直入射位置決定機構をそれぞれ用いて、光学フィルタ、積分球の位置を調節した。

このようにして、測定した結果を、入射角５°について図６、７のグラフに、入射角３０°について図８、９のグラフにそれぞれ示す。なお、図７のグラフは、図６のグラフの可視光波長域を拡大したグラフであり、図９のグラフは、図８のグラフの可視光波長域を拡大したグラフである。また、各グラフにおいて、実線は上記実施形態と同様の光学特性測定装置を用いた実施例、破線は日立ハイテクサイエンス社製の紫外可視赤外分光光度計ＵＨ４１５０を用いた参考例を示す。

図６〜９に示すように、実施形態の光学特性測定装置によれば、簡易な構成によって、従来光学特性の測定に用いられた装置と同等に高精度で光学特性を測定できたことが分かる。

１００…光学特性測定装置、１１０…入射角調整機構、１１１…入射角調整回転部、１１２…水平位置調整部、１１３…支持体、１１３ａ…当接部、１１３ｂ…上端、１１４…薄板、１１５…支持部、１２０…垂直入射位置決定機構、１２１…垂直入射位置決定回転部、１２２…垂直位置調整部、１３１…積分球、１３２…光検出器、１３３…光ファイバ（導光部材）、１３４…入射口、１３５…出射口、１３６…反射ミラー、１４０…測定部角度位置調整機構、１４１…支持構造体、１４２，１４３…円弧状固定板部材、１５０…ピン、１６０…光出射部、１６１…支持構造体、１６２…出射面、Ａ…回転軸、Ｂ…基台、Ｆ…光学フィルタ（光学部材）、Ｌ…測定光、Ｐ…入射点。

Claims (9)

1. 光学部材の光学特性を、測定光の前記光学部材への入射角を変更して測定する装置であって、
   前記光学部材に対して所定の波長又は波長範囲を持つ前記測定光を照射する光出射部と、
   前記光学部材で反射され又は透過された前記測定光を受光し分析する測定部と、
   前記光学部材を固定するとともに、前記光学部材表面の前記測定光の入射点を通り前記測定光に垂直な回転軸を中心に回転されて、前記光学部材への前記測定光の入射角を調整する入射角調整機構と、
   前記光学部材を回動可能に支持するとともに、前記入射角度調整機構と同じ前記回転軸を中心に回転されて、前記測定光が前記光学部材へ垂直入射する初期位置を決定する垂直入射位置決定機構と、
   前記回転軸を中心に回転されて、前記測定部の前記測定光を受光する部分の位置を調整する測定部角度位置調整機構と
   を備えることを特徴とする光学特性測定装置。
2. 前記測定部は、内部に前記測定光が導入されてその導入された測定光を受光し平均化するための積分球と、
   前記積分球で平均化された光を分析するための光検出器と、
   前記積分球から前記光検出器に光を伝えるための導光部材と
   を備え、
   前記積分球、前記光検出器及び前記導光部材は、前記測定部角度位置調整機構に固定され、それぞれ互いの位置関係が変化しない
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学特性測定装置。
3. 前記積分球は、前記回転軸による回転面の法線方向に位置を調整可能であることを特徴とする請求項２に記載の光学特性測定装置。
4. 前記光出射部からの前記測定光を反射させる反射ミラーを備え、
   前記光出射部は前記光学部材の前記測定点に前記測定光を直接照射する方向に位置を固定できるとともに、前記反射ミラーに前記測定光を照射し、前記反射ミラーで反射された前記測定光が前記光学部材の前記測定点に入射するように、前記反射ミラーと前記光出射部の方向を組み合わせて固定することができるとともに、
   前記測定光の入射角を、前記光出射部からの前記測定光が前記光学部材に垂直に入射した場合を０°として、
   前記反射ミラーと前記光出射部とが接触する場合には、前記反射ミラーを経由して前記測定光が前記光学部材へ光が入射する経路で測定を行い、
   前記反射ミラーと前記光出射部とが接触しない場合には、前記反射ミラーを経由することなく前記測定光が前記光学部材へ光が入射する経路で測定を行い、
   いずれの入射角においても前記光学部材への前記測定光の入射点は同一であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
5. 前記光学部材を、前記回転軸に垂直な平面方向に移動させる水平位置調整部及び前記回転軸による回転面に対して法線方向に移動させる垂直位置調整部を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
6. 前記入射角調整機構は、前記光学部材をその端面の一部に当接して板厚方向に挟持する、前記光学部材の当接部から上端に向かって広がる形状の支持体を備え、
   １つ又は２つ以上の前記支持体によって前記光学部材を固定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。
7. 前記積分球、前記入射角調整機構、前記垂直入射位置決定機構及び前記測定部角度位置調整機構は、暗箱内に配置されることを特徴とする請求項２又は３に記載の光学特性測定装置。
8. 前記暗箱の上面には、前記光学部材を出し入れする開閉式の小窓が備えられることを特徴とする請求項７に記載の光学特性測定装置。
9. 前記光学部材表面は曲率を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光学特性測定装置。

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