JP2534137B2

JP2534137B2 - 微小反射率測定装置

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Publication number: JP2534137B2
Application number: JP1256282A
Authority: JP
Inventors: 憲治黒田
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 1989-09-29
Filing date: 1989-09-29
Publication date: 1996-09-11
Anticipated expiration: 2011-09-11
Also published as: JPH03118445A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、積分球を用い被試験試料からの反射量と
標準試料からの反射量とを測定しそれらの比から被試験
試料の反射率を求める反射率測定装置に関する。

特にこの発明は、最近得られるようになった、反射率
が非常に小さい黒色吸収体（約0.1％）でも精度よく測
定できるようにしたものに係る。

（従来の技術）従来の反射率測定装置としては特公昭61−28292号
（以下、これを従来技術と称する）に示されるものがあ
った。第６図にその構成の概要を示す。

この従来技術は１つの光源からの光を、試料を経由す
る光路と経由しない光路の２光路に分け、それらの光路
の光の強さを比較することによって測定を行うもので
る。具体的には、空間的手法（レンズ等）を用いて光源
Ｌ（ランプ）からの光を、積分球Ｉの試料Ｓを望まない
窓Inから入射させ、試料Ｓを望まない他の窓Ou及び試料
Ｓを望む窓Ou′からの出射光（F_S,F_ST）を交互に光検出
器Ｄに入射させ、おのおのの場合の測光出力の比を算出
する回路（スイッチSw₁,Sw₂、コンデンサk₁,k₂、直流一
直流変換器Ｄ−Ｄ）を設け、試料Ｓの位置に標準試料を
置いたときの前記算出値ａを記憶し、被試験試料を置い
たときの前記算出値ｃを前記算出値ａで割り算すること
によって反射率を求める。

（発明が解決しようとする課題）前記従来技術においては、微小な光の反射量測定に対
する考慮がなされていない。その欠点を次に述べる。

光学系については、従来技術のものは光源に白色光を
用い分光器で波長選択しているもので、波長当りの光パ
ワーが少ないので微小な反射率測定においてはS/Nがよ
くなく精度がとれない。空間を２光路に分けて伝送を行
っていることから、外来光による雑音の防止が要求さ
れ、また構造上の精度が要求される。

また、前記従来技術は２光路を時間的に切換えて比較
測定していることから、このような直流的な測定にあっ
ては測定系のオフセット量の時間変動などの雑音が問題
になる。特に微小な反射量の測定においてはデータの信
頼性或は再現性の点から前記雑音について考慮する必要
がある。

この発明の目的は、下記により上記欠点を改善し
て、微小な反射率を精度よく測定できる測定装置を供す
ることにある。

光学系を改善して光のパワーを上げS/Nを良くする。

測定系のオフセット変動を含む雑音の影響を軽減す
る。

なお、この発明は積分球を用いて置換法を採用してい
る。これに関し、上記従来技術である特公昭61−28292
号の明細書において、積分球内面の平均反射率ζが次式
で示され、積分球にはこの平均反射率ζが測定対象であ
る被試験試料毎にその反射率r_sで変化する欠点あると記
載されている。

ζ＝［r_s×ｃ＋ｒ（Ｓ−ａ−ｂ−ｃ）］/S ここに、 S:積分球の内面積 r:積分球内面の反射率 r_s:被試験試料の反射率 a:窓Inの面積 b:窓Ouの面積 c:試料の面積しかし、被試験試料の反射率r_sが１％以下のものを対
象として測定する場合は測定に与える影響が少ない。

さらに、この発明では、積分球の大きさを従来の積分
球に比し大きくできる構造にし、積分球の内面席Ｓに対
する各窓及び試料の面積a,cの相対的大きさを小さくす
る工夫がされている。このような工夫により前記反射率
r_sの影響をさらに無視できるようにするとともに、次式
で示される積分球の変換効率ηを改善し、S/Nを良くす
るものである。

η＝（P_o/P_ir_s）≒｛b/［Ｓ−ｒ（Ｓ−ａ−ｂ−
ｃ）］｝ …（１）式 P_i:入射パワー P_o:出射パワー a,b,cはこの発明においては次に該当する。

a:第１の開口の面積 b:第２の開口の面積 c:第３の開口の面積従来の技術において積分球を大きくし積分球の内面積
Ｓに対する面積a,cの相対的大きさを小さくしようとす
ると、光の入射する第１の開口と試料の置かれる第３の
開口との間が遠くなり、入射光を試料に照射するのが困
難になり、試料以外に積分球内で試料以外の方に洩れて
雑音を発生してしまう欠点があった。

すなわち、積分球を用いて被測定試料からの反射率と
標準試料からの反射量とを測定し、それらの比から被測
定試料の反射率を求める反射率測定装置において、特に
反射率が非常に小さい黒色吸収体（約0.1％）であって
も精度よく、測定できることが求められている。この微
小な反射率を有する試料からの反射率を測定する場合に
は、まず、第１に光が実質的にすべて、被試験試料に照
射されることが必要であり、第２に、積分球の内面積Ｓ
に対する各窓の相対的大きさを小さくして、それぞれの
開口部の面積を内面積Ｓに比して無視できる程度まで減
少することが求められ、第３に、積分球内に導入された
被試験試料に光を照射する部材自身によって測定精度が
悪化しないような考慮がそれぞれ求められる。

この発明は前記課題を解決して置換法によって高精度
な測定を達成するものでる。

（課題を解決するための手段）本願は，同一出願人が昭和63（1988）年９月30日に出
願した実用新案登録出願（実願昭63−127063）により開
示したところの，本願発明者と同一の考案者がした考案
〔登録新案2046994（平7.1.11）〕に係る“光伝送体を
備えた積分球”を必須の構成要件とした利用発明であ
る。本願発明ではこの積分球に波長切換えできる光源を
含む光発生部，光センサ，オフセット調整手段，測定指
示部，測定の手順に特徴のある測定制御部，及びデータ
処理部を加えた構成により，例えば，反射率が約0.1％
というように非常に小さい黒色吸収体のような微小反射
率を測定できる装置を実現した。

光学系の改善については、以下の手段を採用した。積
分球は、光ファイバが第１の開口を貫通するようにし
て、試料を取り付ける第３の開口3b近傍まで接近して光
源からの光を照射し、積分球内壁からの拡散反射光が第
２の開口3cに取り付けられた光センサで電気信号に変換
される構成とする。これにより、光路として光ファイバ
を用い空間的光路による光学的雑音を介入させない構成
とすることができるのはもとより、微小な反射率を有す
る試料からの反射率を精度良く測定できるようにした。
これにより、次の特徴をもたせることができる。

第１に光ファイバを用いたことにより、光は実質的に
すべて、被試験試料に照射される。すなわち、光ファイ
バの側面には遮蔽部材が設けられており、光ファイバの
側面から光はリークして雑音となることもなく、測定誤
差も生じない。しかも、光ファイバを用いたので光ファ
イバの端面と第３の開口3bにおける各試料との間隔は端
面から出射された光を各試料に実質的に全て照射される
距離にされているので、端面からの光が直接に積分球の
壁面の方にリークして誤差ともならない。この光ファイ
バの端面と試料との距離は具体的には、積分球の直径を
15cmとすると、標準的な光ファイバの直径は1mm（外被
を含め）であるので、試料に対して、光ファイバの端面
を7mmまで近接させることができる。この距離であれ
ば、光ファイバからの出射光は出射端面から12゜の角度
で試料に照射され、約99.99％の光が試料に照射され
る。さらに、この距離であれば、試料からの反射光は光
ファイバの端面での影響をほとんど受けない。具体的に
は、光ファイバの端面を試料に約7mmの距離まで接近さ
せることができる。物理的にはさらに小さくできそうで
あるが、光ファイバの端面の距離が試料に近接しすぎる
と試料の反射光がファイバ端面に当たり積分球本来の特
性である拡散反射を損なうおそれがある。また、離れす
ぎると試料にあたる光量が減少し、測定精度を損なうこ
とになる。

第２に光ファイバを用いたことにより、積分球の内面
積Ｓに対する第１、第２および第３開口の面積ａ、ｃ、
ｂの大きさを小さくでき測定精度の向上が図れる。すな
わち、積分球の直径を12cmとして、標準的な光ファイバ
の直径が1mmであり、光ファイバを貫通させる第１の開
口3aの面積は0.2cm²となり、また、第３の開口3bも上述
のように、光ファイバの端面を被測定試料に対して近接
して配置できるので、第３の開口3bの面積も0.8cm²程度
にできる。さらに、第２の開口3cも積分球の内面積の拡
大が図れたことにより、相対的な大きさではあるが、小
さくなる。

第３に、外側面が光拡散特性を有する遮蔽部材で囲ま
れた光ファイバを用いたので、積分球内に導入された被
試験試料に光を照射する部材である光ファイバによって
測定精度が悪化しない。すなわち、光ファイバの側面は
遮蔽部材で囲まれているが、この遮蔽部材には拡散性塗
料が塗布されているので、試料からの反射光が光ファイ
バ自身によって受ける影響を最小限度にすることができ
る。また、光ファイバを用いたので、従来の単なる導光
筒を用いた場合に発生する試料からの反射光が導光筒に
戻るという現象も生じない。すなわち、光ファイバから
出射された光は試料で反射されても光ファイバの出射端
面に戻る現象は0.01％以下と、実質的にほとんど発生し
ない。さらに、光ファイバを用いているので、波長当り
の光パワーの大きい半導体レーザを光源として簡単に利
用できる。

前記の課題を達成するために、オフセット調整手
段、測定制御手段を備えて自動的にオフセット変動を含
む雑音を所定値以下に抑えるようにし、その影響を軽減
する。

以下、その具体的手段について述べる。

前記の積分球の第３の開口には試料として標準試料４
又は被試験試料５が用意され、積分球の第２の開口に取
り付けられた光センサからはこれらの各試料反射率に対
応した大きさの電気信号が出力される。

測定指示部は測定制御部に第１の情報を出力して標準
試料を測定させる指示を行なう。

測定制御部は第１の情報を受けて、光源の出力をオフ
せしめオフセット調整手段の出力（つまり、オフセット
変動を含む雑音）が所定値（第１の値）になるようにオ
フセット調整手段を調整しこれを第１の状態として保持
する。次に光源の出力をオンせしめてデータ処理部に前
記第１の状態におけるオフセット調整手段からの電気信
号の値を標準データとして記憶せしめる。

測定指示部は測定制御に第２の情報を出力して被試験
試料を測定させる指示を行なう。

平均化処理手段は、被試験試料を測定する場合にセン
サのオフセット調整手段からの出力を受けてその信号を
平均化する処理を行っている。この平均化処理手段も微
小な反射率を有する試料の測定においては有効である。

測定制御部は第２の情報を受けて、光源の出力をオフ
せしめオフセット調整手段の出力が所定値（第２の値）
になるようにオフセット調整手段を調整しこれを第２の
状態として保持する。次に光源の出力をオンせしめてデ
ータ処理部に前記第２の状態におけるオフセット調整手
段からの電気信号の値を試験データとして記憶せしめ
る。

データ処理部は前記標準データ及び試験データよりの
各データの比を算出して前記被試験試料の反射率とす
る。

（実施例）第１図はこの発明の一実施例の構成を示す図で、被試
験試料の反射率を光源の波長を変えて測定できる構成に
されたものである。

第１図で光発生部１は、波長のλ_１〜λ_Ｍに対応する
レーザダイード群（1_a1〜1_aM）及び光スライドスイッチ
1bとスイッチ制御部1eとからなる光制御部で構成され
る。光スライドスイッチ1bはスイッチ制御部1eに制御さ
れ、ミラー1cを図面上の左右にスライドしてレーザダイ
ード群（1_a1〜1_aM）からの光の中から所望の波長の光を
選択しプリズム1dを介して光伝送体としての光ファイバ
２に出力する。また、光スライドスイッチ1bでミラー1c
の全てを図の左側の位置にしたままにすれば光発生部１
からの出力をオフにすることができる。レーザダイオー
ド群（1_a1〜1_aM）の各々はその出力が一定になるように
温度等が制御され安定化されている。スイッチ制御部1e
は光スライドスイッチ1bを制御する代わりにレーザダイ
オード群（1_a1〜1_aM）の電源を制御してもよい。なお、
前記レーザダイード群（1_a1〜1_aM）の代わりに１つのレ
ーザダイオードでその温度制御をおこなうことにより波
長を変化させる手段もある。

積分球３は、第1,第２及び第３の開口（3a,3c及び3
b）を備え、第１の開口3aを貫通するようにして光ファ
イバ２が第３の開口3bの近傍まで接近して取り付けられ
ている。第３の開口3bには試料として標準試料４又は被
試験試料５が取り付けられるようにされ、これらの各試
料には光ファイバ２の端面から光発生部１からの光が照
射され、各試料は照射された光を反射する。この各試料
が反射する反射光は積分球３の内壁で拡散反射されて第
２の開口3cに取り付けられた光センサ６により、各試料
が反射する反射光の量（以下、これを反射量と称する）
に対応する大きさの電気信号に変換されて出力される。
特に、本発明では、第１に光ファイバを用いたことによ
り、光は実質的にすべて、被試験試料に照射される。す
なわち、光ファイバの側面には遮蔽部材（図示せず）で
囲まれており、光ファイバの側面から光はリークして雑
音となることもなく、測定誤差も生じない。したがて、
光は光ファイバ２の端面のみから出射される。しかも、
光ファイバの端面と第３の開口3bに設けられた各試料と
の間隔は端面から出射された光を各試料に実質的に全て
照射される距離に設定されているので、端面からの光が
直接に積分球の壁面の方にリークして誤差ともならな
い。このことを具体的に述べると、以下の通りである。
光ファイバの端面と試料との距離は、積分球の直径を15
cmとすると、標準的な光ファイバの直径は1mm（外被を
含め）であるので、試料に対して、光ファイバの端面を
7mmまで近接させることができる。この距離であれば、
光ファイバからの出射光は12゜の角度で試料に照射さ
れ、約99.99％の光が試料に照射される。さらに、この
距離であれば、試料からの反射光は光ファイバの端面で
の影響をほとんど受けない。

第２に光ファイバを用いたことにより、積分球の内面
積Ｓに対する第１、第２および第３開口の面積ａ、ｃ、
ｂの大きさを小さくでき、測定精度の向上が図れる。す
なわち、積分球の直径を12cmとして、標準的な光ファイ
バの直径が1mm（外被を含めて）であり、光ファイバを
貫通させる第１の開口3aの面積は0.2cm²となり、また、
第３の開口3bも上述のように、光ファイバの端面を被測
定試料に対して近接して配置できるので、第３の開口3b
の面積も0.8cm²程度にできる。さらに、第２の開口3cも
積分球の内面積の拡大が図れたことにより、相対的な大
きさではあるが小さくなる。

第３に、外側面が光拡散特性を有する遮蔽部材で囲ま
れた光ファイバを用いたので、積分球内に導入された被
試験試料に光を照射する部材である光ファイバによって
測定精度が悪化しない。すなわち、光ファイバの側面は
遮蔽部材で囲まれているが、この遮蔽部材には拡散性塗
料、例えば硫酸バリュームが塗布されているので、試料
からの反射光が光ファイバ自身によって受ける影響を最
小限度にすることができる。また、光ファイバを用いた
ので、従来の単なる導光筒を用いた場合に発生する試料
からの反射光が導光筒に戻るという現象も生じない。す
なわち、光ファイバから出射された光は試料で反射され
ても光ファイバの出射単面に戻る現象は0.01％以下と、
実質的にほとんど発生しない。さらに、光ファイバを用
いているので、波長当りの光パワーの大きい半導体レー
ザを光源として簡単に利用できる、なお、積分球の内壁面にも拡散性塗料、例えば硫酸バ
リュームが塗布されている。

ここまでが光学系の構成である。次に電気系の主要構
成について説明する。

なお、以下の説明において、光発生部１からの光の出
力がオンのときを測定状態と言い、光発生部１からの光
の出力がオフのときを校正状態と言う。

第１図において、オフセット調整手段７は、例えばオ
ペアンプでその入力側でオフセット調整されるように構
成されている。

平均化処理手段８は、オフセット調整手段７が出力す
る信号を平均化することによって、信号にに含まれるオ
フセット変動などのランダムな雑音を軽減して出力す
る。この平均化処理手段８は反射率の小さい被試験試料
５の反射量を測定する場合に使用される。その理由は、
標準試料４の場合は反射率が約100％、被試験試料５の
場合は反射率が約0.1％（−30dB）程度のもので、前記
各場合における光センサ６が受ける光パワーの差に対応
してS/Nもそれぞれ異なるため、反射率の小さい被試験
試料測定の場合に平均化処理を行なっている。なお、こ
の平均化処理手段８はコンデンサ及び抵抗器を含むアナ
ログ積分回路で構成してもよいし、デジタル処理で行な
ってもよい。また、この平均化処理手段８を採用するか
否かはスイッチS1によって選択される。

測定制御部10の詳細構成例を第２図に示す。

第２図で、スイッチS2はスイッチS1と連動して試料に
対応して切り換えられる。つまり、スイッチS2は標準試
料測定のときはａ側に、被試験試料測定のときはｂ側に
接続される。スイッチS3は校正状態でａ側に、測定状態
ではｂ側に接続される。オフセット制御手段30は、校正
状態でA/D変換器９からの信号が第１の値（標準試料測
定のとき）又は第２の値（被試験試料測定のとき）とな
るようにオフセット調整手段７を制御する。

以下、前記第１の値又は第２の値を零とした場合につ
いて説明する。

タイマー32及び判定手段31は、光発生器１の出力がオ
フである校正状態の時間（この間に、オフセット制御手
段30がオフセット調整手段７を制御する）を決定する。

すなわち、タイマー32は、第３の開口3bに標準試料４
が取り付けられていて（スイッチS1,S2がともにａ
側）、かつ、光発生器１の出力がオフである校正状態に
あるとき（スイッチS3がａ側）、オフセットが零（第１
の値）になるように調整している時間が所定時間経過し
た後に前記校正状態から測定状態に切り換えるための標
準試料測定指令を出力する。この標準試料測定指令でス
イッチS3がｂ側に接続され、光発生器１の出力がオンに
され標準試料４の標準データが収集される。

判定手段31は、第３の開口3bに被試験試料５が取り付
けられていて（スイッチS1,S2がともにｂ側）、かつ、
光発生器１の出力がオフである校正状態にあるとき（ス
イッチS3がａ側）、オフセットを零（第２の値）になる
ように調整して所定値以下に追い込んだことを検知した
後に前記校正状態から測定状態に切り換えるための被試
験試料測定指令を各部へ出力する。この被試験試料測定
指令でスイッチS3がｂ側に接続され、光発生器１の出力
がオンにされ標準試料４の試験データが収集される。

ホールド部33は、前記標準試料測定指令又は被試験試
料測定指令を受け、そのときのオフセット制御手段30が
出力する値を測定状態にある間記憶していて、そのとき
ｂ側に設定されているスイッチS3を介してオフセット調
整手段７に送出する。

オン／オフ制御部34は、前記標準試料測定指令又は被
試験試料測定指令を受けたとき光発生部１の光出力をオ
ンにして測定状態にするように制御する。

第１図において、波長制御部11は光発生部１にその波
長を切り換えせしめるための波長情報を出力する。

測定指示部12は、標準試料測定を行なうときは第１の
情報を、被試験試料測定を行なときは第２の情報を出力
する。なお、この測定指示部12は、パネルにおけるキー
ボード等（図示せず）から測定波長、何回か測定してそ
の平均値を求める場合の測定回数Ｎなどの設定情報を受
け、その設定情報を各部へ伝えている。

データ処理部18は、スイッチS₄、標準データメモリ1
3、試験データメモリ14及び演算部15を備えている。標
準データメモリ13及び試験データメモリ14はそれぞれス
イッチS₄によって選択された標準試料４及び被試験試料
５の反射量に関するデータを波長に対応させて記憶す
る。演算部15は、標準データメモリ13からのデータと試
験データメモリ14からのデータとの比から反射率を求め
て出力する。

測定制御部10、波長制御部11、測定指示部12及びデー
タ処理部18はCPU、RAM及びROMで構成することができ
る。

次に、この実施例の一連の動作を第３図に示すタイム
スケジュール及び第４図のフローチャートをもとに説明
する。下記説明中のステップ番号は第４図の番号に対応
する。

なお、からは標準試験の反射量に関する測定につ
いて、からまでは被試験試料の反射量に関する測定
について、及びは測定データの収録及び処理につい
ての説明である。

標準試料測定の準備積分球３の第３の開口3bに標準試料４を取り付ける。
（ステップ１）標準試料における校正状態の設定測定指示部12は、パネル（図示せず）からの情報をも
とに第１の情報を出力し、スイッチS1、S2、S3及びS₄を
ａ側に設定する。第１の情報を受けたオン／オフ制御部
34は光発生部１の出力をオフにする。タイマー32がスタ
ートする。（ステップ２）標準試料におけるオフセット調整（校正状態）オフセット制御手段30は校正状態でスイッチS1及びA/
D変換器９から出力されるオフセット変動を含む雑音が
零になるようにオフセット調整手段７の入力を制御す
る。所定時間経過後タイマー32から出力される標準試料
測定指令でスイッチS3がｂ側に設定され、かつホールド
部33はそのときの値を保持してオフセット調整手段７へ
送出する。（ステップ３）標準試料測定における測定状態の設定オン／オフ制御部34は、前記標準試料測定指令を受け
て光発生部１の光出力をオンにし測定状態にする。（ス
テップ４）標準試料測定（測定状態）波長制御部11は、前記標準試料測定指令を受けて一定
の時間間隔で光発生部１が出力する波長を順次λ_１〜λ
_Ｍまで変えさせる。標準データメモリ13はオフセット調
整手段７が出力する標準試料４からの反射量に応じたデ
ータA₁₁〜A_M1を波長λ_１〜λ_Ｍに対応して記憶する。
（ステップ５）なお、このデータA₁₁〜A_M1の収録が完了するまではホ
ールド部33は同じ値をホールドしている。このように波
長毎にオフセット調整を行なっていないのは、標準試料
４からの反射量が大きくS/Nがよいためである。

波長制御部10は、波長λ_Ｍまでの制御を完了すると制
御部12に波長制御完了信号を出す。

標準試料測定完了の表示測定指示部12は表示装置16に標準試料４の測定完了を
表示する。（ステップ６）被試験試料測定の準備前記表示で標準試料測定完了を確認後に、積分球３の
第３の開口3bに被試験試料５を取り付ける。（ステップ
７）被試験試料における校正状態の設定測定指示部12は第２の情報を出力し、スイッチS1、S
2、S₄をｂ側に、S3をａ側に設定する。第２の情報を受
けたオン／オフ制御部34は光発生部１の出力をオフにす
る。（ステップ８）被試験試料におけるオフセット調整（校正状態）平均化処理部８は校正状態でオフセット調整手段７の
出力を平均化して出力する。（ステップ９）この平均化処理は被試験試料５の反射率からの反射量
が大であれば省略してもよい。

オフセット制御手段30は、A/D変換器９からの平均化
されたオフセット変動を含む雑音が零になるようにオフ
セット調整手段７の入力を制御する。

判定手段31は、前記平均化された雑音が所定レベル
（この例ではこの値を10nWとしている）以下か否を判定
し、否の場合はオフセット制御手段30が行なう制御を続
行せしめ、以下の場合は被試験試料測定指令を出力して
スイッチS3をｂ側に設定し、かつホールド部33にはその
ときの値を記憶してオフセット調整手段７へ送出せしめ
る。（ステップ10,11）被試験試料における測定状態の設定オン／オフ制御部34は、前記被試験試料測定指令を受
けて光信号発生部１の光出力をオンにし測定状態にする
（ステップ12）被試験試料測定（測定状態）波長制御部11は前記被試験試料測定指令を受けて、光
発生部１が出力する波長をλ_１に設定させる。試験デー
タメモリ14は波長λ_１のときに平均化処理部８が出力す
る被試験試料５の反射量に対応したデータB₁を記憶す
る。（ステップ12）波長制御部11は波長λ_１の制御を完了すると制御部12
に波長制御完了信号を出す。

全波長に対する被試験試料測定測定指示部12は第２の情報を出力して前記からま
での測定を順次繰返させて、波長λ_Ｍまでの測定を行な
わせデータB₁₁〜B_M1を記憶せしめる。（ステップ13によ
るループ動作）このように、被試験試料５からの反射量が微小である
ため、波長毎の雑音の影響及び雑音の時間経過に伴う変
動による影響を避けるために、波長毎にオフセット調整
し、かつ雑音が所定レベル以下であることを確認しなが
らデータB₁₁〜B_M1を収録している。

Ｎ回平均測定測定指示部12は上記からまでの測定をＮ回行なわ
せてデータA₁₁〜A_MN及びB₁₁〜B_MNを記憶せしめる。（ス
テップ14）反射率の算出演算部15はデータA₁₁〜A_MN及びB₁₁〜B_MNより各波長毎
にＮ回の平均反射率を求める。

なお、波長λ_ｋ（_１≦_ｋ≦_Ｍ）における平均反射量は
r_kは次式で求められる。

r_k＝（B_k1＋……＋B_kN/N）／（A_k1＋……＋A_kN/N）次に表示装置16に、横軸を波長、縦軸を反射率とする
グラフにして表示せしめる。この実施例によって測定し
た反射率の表示例を第５図に示す。

第５図は、光吸収皮膜として用いられる、従来の金黒
と本出願人が先に出願した特願昭63−231760号に係るニ
ッケル・リンの黒色光吸収皮膜との反射率を測定したも
のである。（ステップ15）前記実施例の説明において、オフセット制御手段30は
校正状態でA/D変換器９からの信号が零（標準試料測定
のときの第１の値及び被試験試料測定のときの第２の値
に相当）となるようにオフセット調整手段７を制御する
ように説明したが、この第１の値又は第２の値は別な値
に設定してもよい。オフセットは測定系の直線性を乱す
ものではないから、オフセットの値が零でなくとも既知
であれば反射率を算出できる。ただ、オフセット調整の
仕方や反射率の算出が複雑になることはある。

次にこの実施例の構成上の特徴について触れる。

イ）前記の積分球３の構成により、積分球３を大きくで
き、積分球３内の壁面の面積対各開口の面積の比が小さ
くできることから、各開口の面積の大きさによる測定精
度への影響が大幅に改善される。

以下に次式をもとにその数値例を示す。

η≒｛b/［Ｓ−ｒ（Ｓ−ａ−ｂ−ｃ）］｝……（１）式 S/N＝P_o/P_n＝ηP_ir_s/P_n P_n:測定系の雑音レベルで10nWとする。

実施例の場合条件:P_i＝1mW ｒ＝99％ｓ＝113cm²（半径3cm） r_s＝0.1％ａ＝ｃ＝0.2cm²（半径2.5mm）ｂ＝4.5cm²（半径1.2cm）結果：η≒0.75 S/N＝75 従来例（一般的な例）条件:P_i＝0.01mW r_s＝0.1％ａ＝ｃ＝4.5cm²（半径1.2cm）他の条件は前記実施例と同一結果：η≒0.31 S/N＝0.31 ロ）積分球３には、光ファイバ２で光を入射させること
ができるので空間的光路を用いなくてすみ、波長単位あ
たりの光パワーの大きいレーザダイオードを容易に利用
できる。特に、光パワーを上げるため、各波長のレーザ
ダイオード毎に従来の空間的光路を備え、これを切り換
えて測定するとすれば構成規模が大となり、かつ切り換
えのさいのデータ再現性が問題となる。

ハ）レーザダイオードは容易にその出力を安定化するこ
とができるので、その変動の影響が少ない。

ニ）前記実施例の一連の動作は、上記及びの動作を
除けばほぼ自動である。したがって、測定の処理スピー
ドが早く、測定系の変動の影響を軽減できる。

ホ）判定手段31は平均化された雑音の値が所定値以下に
なるまで平均化とオフセット調整を続行せしめることか
ら、測定で得られたデータは再現性がよい。

（発明の効果）以上説明のようにこの発明によれば、光学系は波長当
りの光パワーの大きい半導体レーザからの光を光伝送体
によって積分球内の標準試料又は被測定試料近傍まで導
入する構成としたことから、S/Nが上がり、測定精度が
向上する効果がある。

特に、本発明では、光学系において外側面が光拡散特
性を有する遮蔽部材で囲まれた光ファイバを光伝送体と
して採用したので、微小な反射率を有する試料の測定に
おいてすぐれた効果をは発揮する。第１に光は実質的に
すべて、被試験試料に照射されることが可能となる。第
２に光は確実に試料に照射されるから、積分球の内面積
Ｓに対する第１、第２および第３開口の面積ａ、ｃ、ｂ
の大きさを小さくして測定精度の向上が図れる。第３に
積分球内に導入された被試験試料に光を照射する部材に
よって測定精度が悪化する等の問題は発生しない。

電気系はオフセット調整手段及び測定制御手段を備え
オフセット調整を自動的に行う構成としたことから、オ
フセット変動を含む雑音の影響を軽減する効果がある。

さらに、平均化処理手段を有しているので、微小な反
射率を有する試料の測定においては有効であり、平均化
処理手段及び判定手段を備えれば、前記雑音の値が所定
値以下になるまで平均化しオフセット調整することか
ら、S/Nが向上し、信頼性のよいデータを得られる効果
がある。

また、波長制御可能な光発生部とそれを制御する波長
制御部を備えて反射率の波長特性を測定する場合、さら
にそれをＮ回測定してその平均反射率を求める場合は、
かなりの回数にわたってオフセット調整と測定を繰返す
必要がある。このような場合にこの発明による自動的な
測定は測定時間の短縮が図れ、測定時間が長い場合に生
ずるであろう環境的・人為的変動要素の影響を軽減で
き、信頼性のよい測定ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示す図、第２図は
測定制御部の詳細構成を示す図、第３図はタイムスケジ
ュールを示す図、第４図はフローチャート、第５図は測
定した反射率の波長特性の表示例、第６図は従来技術の
構成の概要を示す図である。図中の、１は光発生部、1_a1〜1_aMはレーザダイード、1b
は光スライドスイッチ、1cはミラー、1dはプリズム、1e
はスイッチ制御部、２は光ファイバ、３は積分球、3aは
第１の開口、3bは第３の開口、3cは第２の開口、４は標
準試料、５は被試験試料、６は光センサ、７はオフセッ
ト調整手段、８は平均化処理手段、９はA/D変換器、10
は測定制御部、11は波長制御部、12は測定指示部、13は
標準データメモリ、14は試験データメモリ、15は演算
部、16は表示装置、17はD/A変換器、18はデータ処理
部、30はオフセット制御手段、31は判定手段、32はタイ
マー、33はホールド部、34はオン／オフ制御部、S1、S
2、S3、S4はスイッチである。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザ（1a）及び該半導体レーザの
出力をオン、オフ制御する光制御１部（1b、1e）を備え
た光発生部（１）と、第１の開口（3a）、第２の開口（3c）、試料（４、５）
を取り付け可能にされた第３の開口（3b）及び前記第１
の開口を貫通して前記第３の開口の近傍まで延在して配
置された外側面が光拡散特性を有する遮蔽部材で囲まれ
た光ファイバ（２）とを備え、前記半導体レーザからの
光が前記光ファイバの端面から実質的に全て前記試料に
照射されたときに前記試料が反射する反射光を拡散反射
するとともに、前記拡散反射された拡散光を前記第２の
開口より取り出すようにされた光ファイバを備えた積分
球（３）と、前記第２の開口に備えられ、前記拡散光の大きさに対応
する電気信号を出力する光センサ（６）と、前記光センサからの電気信号を受け、その出力がオフセ
ット調整可能にされたオフセット調整手段（７）と、前記積分球の第３の開口に標準試料が取り付けられた状
態のとき前記標準試料を測定するための第１の情報を出
力し、被試験試料が取り付けられた状態のとき前記被試
験試料を測定するための第２の情報を出力する測定指示
部（12）と、前記第２の情報を受けたときに前記オフセット調整手段
からの出力を平均化する平均化処理手段（８）と、前記第１の情報を受けたときは前記半導体レーザの出力
をオフせしめるとともに前記オフセット調整手段の出力
が第１の値となるように前記オフセット調整手段を制御
してその状態を第１の状態として保持した後に前記半導
体レーザの出力をオンせしめて前記第１の状態における
オフセット調整手段の出力を標準データとして出力し、
前記第２の情報を受けたときは前記半導体レーザの出力
をオフせしめるとともに前記オフセット調整手段の出力
が第２の値となるように前記オフセット調整手段を制御
してその状態を第２の状態として保持した後に前記半導
体レーザの出力をオンせしめて第２の状態におけるオフ
セット調整手段の出力を被試験データとして出力する測
定制御部（10）と、前記標準データ及び被試験データから前記被試験試料の
反射率を演算するデータ処理部（18）とを備えた微小反
射率測定装置。