JP3388282B2 - 分光照射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、各種工業材料、製
品が光によって劣化する現象を促進試験する耐光性試験
において、劣化の波長依存性を調べる技術及び異なる特
定波長を重ね合わせた相乗光劣化試験を行う技術に関す
るものであり、特に、特開平７−２３４１８１号公報の
改良に関する。 【０００２】 【従来の技術】各種工業材料、製品の光劣化の波長依存
性の調査及び異なる特定波長を重ね合わせた相乗光劣化
試験を行う装置として、本出願人は、特開平７−２３４
１８１号公報で開示した。図４は、同公報に開示の分光
照射装置の構成図である。 【０００３】図４において、光源室には、光源（空冷５
kWショートアークキセノンランプ）及びその光を有効に
集光するための２個の凹面鏡を備え、その集光部には、
余分な熱線を除去するための熱線吸収フィルタが設けて
ある。 【０００４】分光室は、スリット、凹面鏡及び２個の回
折格子が設けてある。前記凹面鏡は、複数個（同公報明
細書の実施例では、４個）の小型凹面鏡体からなり、各
小型凹面鏡に集光角度を調節する角度調整機構が設けら
れている。 【０００５】また、前記２個の回折格子は、回折格子移
動機構付の架台に組み込まれ、内１個の回折格子は、固
定特定波長用（同公報明細書の実施例では、２５０nm〜
７００nmの波長範囲）で固定されており、もう１個の回
折格子には、回折格子変角機構が付加されており、選択
波長（同公報明細書の実施例では、２５０nm〜４７５n
m、３５０nm〜５７５nm及び４５０〜６５０nmの３波長
範囲が記載）に応じて、回折格子の角度が可変出来るよ
うに構成されている。 【０００６】前記固定特定波長用回折格子及び選択波長
用回折格子を回折格子移動機構で、凹面鏡体の焦点位置
に、それらを交互に移動させることで、異なる特定波長
の分光エネルギーを重ね合わせた相乗光劣化試験ができ
る分光照射装置である。また、同時に異なる特定波長の
分光エネルギーを重ね合わせた相乗光劣化試験を行う場
合は、固定特定波長用回折格子又は選択波長用回折格子
のいずれか一つを用い、前記小型凹面鏡体の一部の凹面
鏡の反射角度を角度調節機構で可変することで可能であ
るとしている（同公報明細書では、小型凹面鏡４個のう
ち、２個を角度調節）。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】上記した特開平７−２
３４１８１号公報の分光照射装置の場合、第１に、確か
に異なる特定波長の分光エネルギーを重ね合わせた相乗
光劣化試験を行うことは可能であるが、固定特定波長用
回折格子及び選択波長用回折格子を移動装置で交互に入
れ替えて試験を行うため、実質的に２つの異なる分光波
長を同時に照射させることはできない。 【０００８】第２に、明細書に記載されているように、
一回折格子に対して、小型凹面鏡体の一部の凹面鏡の反
射角度を可変すれば、異なる特定波長を同時させること
は可能になる。しかし、任意の特定波長を得るための微
妙な反射角度調整は大変難しく、また、反射角度を可変
したことで、どの波長範囲が照射窓に分光されているの
か、即座に確認することができない。 【０００９】回折格子における入射光と回折格子法線と
のなす角（入射角）をα、回折光と回折格子法線とのな
す角（回折角）をβとすると、その関係式は、Ｎｍλ＝
sinα±sinβで、Ｎは１mmあたりの溝本数、ｍは回折次
数、λは波長である。この関係式から、溝本数１２００
本、回折次数をｍ＝１の場合、回折角βを一定にし、入
射角を１°変化した時の回折角βにおける波長を計算し
てみると、１°に対して約１２nmのずれが生じる。この
ことから、一度角度調整された凹面鏡の反射角度を任意
の波長範囲の光を当てるために、人為的に凹面鏡の四隅
に取り付けられた螺子で、１°或いは０．１°の単位で
いちいち調整し直すことは、極めて難しい作業である。 【００１０】第３に、同公報明細書の実施例では、予め
決められた選択波長（明細書中では、２５０nm〜４７５
nm、３５０nm〜５７５nm及び４５０〜６５０nmの３波長
範囲）を波長選択スイッチで切り換えて選択し、試験を
行うため、任意に他の波長範囲を選択できない不自由さ
があった。 【００１１】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に以下の手段を用いた。まず、第１の課題、異なる特定
波長を一被試験体に同時させるために、第１分光器及び
第２分光器を設け、各分光器からの分散光を一照射窓を
透し、被試験体に当てるようにした。 【００１２】次に、第２の課題、任意の波長範囲を被試
験体に分光させるために、前記第２分光器の回折格子の
中心軸にサインバーを担持させ、マイクロメーターとサ
インバーが連動し、回折格子への入射角を任意、且つ精
密に可変できるようにした。 【００１３】第３の課題、前記回折格子への入射角を可
変した際、被試験体にどの波長範囲の光が分光されてい
るかを一目で確認できるように、照射窓の上部に第１受
光器の分光波長範囲を示す第１波長目盛板と第２受光器
の分光波長範囲を表示する第２波長目盛板を設け、前記
第２波長目盛板は、回折格子への入射角の変化量に応じ
て、波長範囲を表示している目盛板が同時に前記変化量
に見合った距離だけ水平移動動作するようにした。 【００１４】つまり、回折格子のサインバーによる角度
変化量を電圧信号に変換するためのポテンショメータを
平歯車を用い、回折格子の中心軸と接合させ、また、第
２波長目盛板にラックギアを担持させ、該ラックギアの
端部に、目盛板を移動させるためのピニオンギアを担持
したステッピングモーターと目盛板の移動距離を電圧信
号に変換するためのピニオンギアを担持したポテンショ
メータを配置し、前記回折格子のポテンショメータと前
記第２波長目盛板のポテンショメータの電圧信号の差が
サーボアンプに伝えられ、該電圧信号の差がゼロになる
ように、第２波長目盛板のステッピングモーターを制御
するようにし、被試験体に分光されている波長範囲を表
示できるようにした。 【００１５】 【発明の実施の形態】本発明の実施例の分光照射装置
（１）を図面を用いて説明する。図１は本発明の実施例
の要部構成を示した正面縦断面図、図２は本発明の実施
例のパネル正面図、図３は回折格子変角機構及び目盛板
水平移動機構の仕組みを示した概念図である。 【００１６】図１の分光照射装置（１）は、第１光源室
（２）、第２光源室（３）、第１分光室（４）、第２分
光室（５）、第１波長目盛板（１４）、第２波長目盛板
（１５）及び照射窓（１６）等から構成されている。 【００１７】第１光源室（２）及び第２光源室（３）に
は、それぞれ光源（６ａ、６ｂ）として３００Ｗの空冷
式ショートアークキセノンランプが配されてあり、該ラ
ンプには照射光を集光するための反射鏡が具備されてい
る。前記光源（６ａ、６ｂ）は、それぞれ個別の点灯装
置と接続してあり、光源（６ａ）又は光源（６ｂ）いず
れか一方のみの点灯、光源（６ａ）及び光源（６ｂ）の
同時点灯も可能である。 【００１８】第１光源室（２）と第１分光室（４）及び
第２光源室（３）と第２分光室（５）のそれぞれを仕切
る隔壁には、光源（６ａ、６ｂ）から集光された照射光
が通過する開口及びスリット幅可変機構を備えた可変ス
リット（７ａ、７ｂ）がそれぞれ設けられている。 【００１９】第１分光室（４）及び第２分光室（５）に
おける光学配置は、基本的には、ツェルニー・ターナー
型を採用した。可変スリット（７ａ、７ｂ）を通過した
それぞれの照射光は、第１分光室（４）では、平面鏡
（８ａ）及びコリメータ鏡（９ａ）で向きを変え、入射
角固定回折格子（１１）に照射され、ここで分散され、
カメラ鏡（１０ａ）により照射窓（１６）で焦点を結
ぶ。また、第２分光室（５）では、平面鏡（８ｂ）及び
コリメータ鏡（９ｂ）で向きを変え、入射角可変回折格
子（１２）に照射され、ここで分散され、カメラ鏡（１
０ｂ）を介して、前記照射窓（１６）で焦点を結ぶよう
になっている。 【００２０】前記入射角固定回折格子（１１）及び入射
角可変回折格子（１２）は、溝本数１２００本／mmの同
じ回折格子を用い、コリメータ鏡（９ａ、９ｂ）からの
入射角を３０°に調整してあり、前記照射窓（１６）に
は、透明フィルタ（石英フィルタ）が具備されており、
該照射窓の大きさは、幅（波長方向）が１６０mm、高さ
１５mm、前記入射角固定回折格子（１１）及び入射角可
変回折格子（１２）の分散波長範囲は、入射角可変回折
格子（１２）の入射角を可変しない初期段階で、それぞ
れ２２０nm乃至５５０nmの分散光が照射窓（１６）に照
射されるように設計されている。 【００２１】前記したように、照射窓（１６）には、透
明フィルタ（石英フィルタ）が具備されているが、２２
０nmから５５０nmの波長範囲で、回折格子の＋１次光の
みを使用する場合、４４０nmを超える波長域で回折格子
の＋２次光の影響を受けるので、該＋２次光をカットす
るためのフィルターが付加されている。 【００２２】前記照射窓（１６）の上部には、第１分光
室（４）からの分光波長範囲を表示する第１波長目盛板
（１４）と第２分光室（５）からの分光波長範囲を表示
する第２波長目盛板（１５）が配置してある。前記第１
波長目盛板（１４）及び第２波長目盛板（１５）のスケ
ールは、照射窓の幅１６０mmを２２０nmから５５０nmの
波長範囲を１０nm間隔で等分されている。前記入射角可
変回折格子（１２）の入射角の可変は、図２のマイクロ
メーター（２０）のつまみを回して行う。 【００２３】前記入射角可変回折格子（１２）の中心軸
には、図３のサインバー（３０）が前記入射角可変回折
格子（１２）の法線に沿って坦持されており、該サイン
バー（３０）は図２のマイクロメーター（２０）の動き
に連動して、回折格子における入射光と回折格子法線と
のなす角度αを可変する。ここで、幅１６０mm、高さ１
５mmの照射窓に照射されている波長範囲２２０nm乃至５
５０nmの分散光が、入射角αを３０°から０．５°ずつ
可変すると、照射窓位置で照射される分散光の波長範囲
がどのように変化するかを、前記したグレーティング方
程式、Ｎｍλ＝sinα±sinβから算出した表が、下記表
１である。 【００２４】 【表１】 【００２５】表１からわかるように、入射角αを１°変
角すると、波長は約１２nmずれる。回折格子は、一定次
数の回折光の単位波長当りの分散幅が一定に近い。本実
施例では、回折格子の＋１次光を使用しているので、前
記表１における入射角３０°から３５°まで可変した際
の波長範囲２２０nmから５５０nmまでの分散角度を、溝
本数（Ｎ）１２００本／mm、回折次数ｍ＝１で算出して
みると、分散角度は、２０．７７°乃至２０．８３°と
ほとんど変わりなく一定と言える。 【００２６】このことから、回折格子の長所として、波
長目盛を直線的にすることができるので、サインバーで
回折格子への入射角αを可変すれば、分散角度が一定で
あるため、例えば、波長（λ）＝２２０nmの回折格子か
ら反射して照射している点をλａ、波長（λ）＝５５０
nmの回折格子から反射して照射している点をλｂとし、
その波長幅をλａ−λｂとすると、入射角（α）変化に
応じて、前記波長幅λａ−λｂは、そのまま直線的ずれ
を生じ、波長幅を変えず、λａ’−λｂ’の位置へ移動
する。よって、照射窓位置が一定であれば、回折格子に
具備されたサインバーを動かすことで、前記照射窓に分
散される波長範囲をずらす事が出来る。 【００２７】本発明の実施例では、約６０nm波長を可変
でき、また、入射角の可変は最大で５°である。 【００２８】図１における可変スリット（７ａ、７ｂ）
は、図２のスリット幅調整器（２１ａ、２１ｂ）で、ス
リット幅を０mm乃至１０mm可変できる。スリット幅を可
変することで、照射光量の調節ができるようになってい
る。スリット幅は、分解能にも影響を与えるが、本実施
例においては、スリット幅１mmの時の分解能は、約２nm
である。 【００２９】図３は、入射角可変回折格子（１２）に坦
持されたサインバーの動作に連動して第２水平移動波長
目盛板が動作することを示した図である。図３の入射角
可変回折格子（１２）の軸に坦持されたサインバー（３
０）が、図２のマイクロメーター（２０）で動作する
と、該動作は、軸端部ある平歯車（４０ａ）に伝わり、
該平歯車（４０ａ）と歯合している平歯車（４０ｂ）か
ら第１ポテンショメータ（３１）に伝わる。第１ポテン
ショメータ（３１）で、前記サインバー（３０）の動作
（変角量）を電圧信号Ａに変換され、該電圧信号Ａは、
サーボアンプ（３５）に送られる。 【００３０】前記ステッピングモーター（３４）に坦持
したピニオンギアは、第２波長目盛板（１５）に坦持し
たラックギア（３３）と歯合し、ステッピングモーター
（３４）の回転動作が、第２波長目盛板（１５）の水平
動作となる。一方、第２波長目盛板（１５）に坦持した
ラックギア（３３）の端部には、第２ポテンショメータ
（３２）が具備されており、第２波長目盛板（１５）の
水平動作（言い換えれば移動距離）を電圧信号Ｂに変換
する。該電圧信号Ｂは、サーボアンプ（３５）に送られ
る。サーボアンプ（３５）で、前記第１ポテンショメー
タ（３１）の電圧信号Ａと前記第２ポテンショメータ
（３２）の電圧信号Ｂの差がゼロになるまで（平衡がと
れるまで）、前記ステッピングモーター（３４）を回転
させ、差がゼロの時、停止するように制御する。 【００３１】 【発明の効果】本発明によれば、上述のとおり構成され
ているので、次に、記載する効果を奏する。入射角固定
回折格子を有する第１分光器と入射角可変機構付回折格
子を有する第２分光器を配することで、同波長範囲の分
光照射試験及び異なる波長範囲を重ね合わせた分光照射
試験を簡易に、しかも、同時に照射することができる。 【００３２】また、第２分光器からの分光波長範囲を表
示する第２波長目盛板が、入射角可変機構付回折格子の
入射角変角に伴い、水平移動し、照射窓に照射されてい
る波長範囲のずれ具合を直接表示できるため、どの波長
範囲が被試験体に分光されているか簡易に確認できる。 【００３３】更に、入射角可変機構付回折格子は、マイ
クロメーターで任意に入射角を変角できるので、特開平
７−２３４１８１号公報のような予め決められた選択波
長（明細書中では、２５０nm〜４７５nm、３５０nm〜５
７５nm及び４５０〜６５０nmの３波長範囲）に縛われる
ことなく、任意な分光照射波長範囲が選択できる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施例の分光照射装置の要部正面縦断
面図である。 【図２】本発明の実施例の分光照射装置のパネル正面図
である。 【図３】本発明の実施例における入射角可変回折格子の
動作に伴う第２波長目盛板の動作システムを示した概念
図である。 【図４】従来の分光照射装置の要部構成図である。 【符号の説明】 １ 分光照射装置 ２ 第１光源室 ３ 第２光源室 ４ 第１分光室 ５ 第２分光室 ６ａ、６ｂ 光源 ７ａ、７ｂ 可変スリット ８ａ、８ｂ 平面鏡 ９ａ、９ｂ コリメータ鏡 １０ａ、１０ｂ カメラ鏡 １１ 入射角固定回折格子 １２ 入射角可変回折格子 １４ 第１波長目盛板 １５ 第２波長目盛板 １６ 照射窓 １７ 試料保持具 ２０ マイクロメーター ２１ａ、２１ｂ スリット幅調節器 ２２ 制御盤 ３０ サインバー ３１ 第１ポテンショメータ ３２ 第２ポテンショメータ ３３ ラックギア ３４ ステッピングモーター ３５ サーボアンプ ４０ａ、４０ｂ 平歯車

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 照射光を集光する反射鏡を具備した光
   源、可変スリット、コリメータ鏡、角度可変可能なカメ
   ラ鏡及び回折格子とを備えた第１分光器と、照射光を集
   光する反射鏡を具備した光源、可変スリット、コリメー
   タ鏡、角度可変可能なカメラ鏡、マイクロメータと連動
   し、水平方向の動きを回転動作に変えるサインバー及び
   平歯車を担持した回転軸を有する回折格子及び前記平歯
   車と歯合する平歯車を担持し、前記回転軸を有する回折
   格子の回転角を電圧に変換する第１ポテンショメータと
   を備えた第２分光器と、前記第１分光器及び第２分光器
   からのカメラ鏡の角度を調整し、同一の焦点位置に透明
   ガラスフィルタを取り付けた照射窓と、前記照射窓前面
   に被試験体を固定配置するための試料保持体と、前記照
   射窓上方に前記第１分光照射器の分光照射波長範囲を示
   す固定配置された第１波長表示板と、前記第２分光器の
   分光照射波長範囲を示し、表示板の端部にラックギアを
   担持し、該ラックギアに、前記表示板を水平方向に移動
   させるステッピングモーターに担持したピニオンギア及
   び前記表示板の水平移動距離を電圧に変換する第２ポテ
   ンショメータに担持したピニオンギアと歯合してなり、
   前記第１ポテンショメータ及び第２ポテンショメータか
   らの電圧信号の差がサーボアンプに伝えられ、該電圧信
   号の差がゼロになるように、前記ステッピングモーター
   を制御することにより、水平移動可能な第２波長表示板
   とからなり、前記第１分光器及び第２分光器の各分光照
   射波長範囲を表示でき、且つ同一の特定波長範囲の分散
   光を重ねて照射エネルギーを高めた試験又は前記第２分
   光器からの特定波長範囲の分散光のみをずらし、照射す
   ることで異なる波長同士を同時に照射し、重ね合わせる
   相乗光劣化試験ができることを特徴とした分光照射装
   置。