JP3790630B2

JP3790630B2 - 分光光度計及び分光波長校正方法

Info

Publication number: JP3790630B2
Application number: JP26672598A
Authority: JP
Inventors: 三直関和
Original assignee: Otsuka Electronics Co Ltd
Current assignee: Otsuka Electronics Co Ltd
Priority date: 1998-09-21
Filing date: 1998-09-21
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2018-09-21
Also published as: JP2000097772A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料からの光を、受光用光ファイバを通して受光し分光測定する分光光度計及び分光波長校正方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ウェハ上に形成されたＬＥＤなど、狭所にある微小発光体の発光機能を分光測定によって検査する場合、前記微小発光体の回りには、通常、搬送機構、位置決め機構、電圧印加機構などが密集しているため、そのなかに分光光度計の大きな光学測定部を挿入することは困難である。
【０００３】
一方、光ファイバは、受光端の直径を数ｍｍにすることが可能であり、試料との距離も１ｍｍ程度まで近づけることができる。また、フレキシブルであり、入り組んだ所にも光ファイバを自在に曲げて容易に取り付けることができる。
そこで、試料からの光を、フレキシブルな細い受光用光ファイバを通して受光し分光測定することが行われている。
【０００４】
図４(a) は、測定ポイントＳ０から出た試料光を測定する構成を示す。測定ポイントＳ０から出た試料光は、受光端２ａから受光用光ファイバ２に入り、受光用光ファイバ２の出射端２ｂから出て、凹面回折格子３ａに入射する。そして回折格子３ａによって波長に応じた角度で反射され、受光素子アレイ４のうちの波長に応じた位置にある受光素子により検出される。
【０００５】
前記の構成では、所定の波長の光が、所定の受光素子に検出されているかどうか、波長校正を行う必要がある。なぜなら、分光光度計のメーカが波長校正を行う場合は、メーカでは光ファイバがどのように曲げられて使用するのか不明なので、光ファイバを直線状にして波長校正を行うのが一般的である。しかし、実際には光ファイバを曲げた状態で使うので、直線状にして波長校正したままであると曲げによる伝搬状態の変化により、分光誤差が発生するからである。したがって、実際に使う状態で校正することが好ましい。
【０００６】
ところが、実際に使う状態で校正することは困難であり、従来では校正をする場合、図４(a) に破線で示したように受光用光ファイバ２の受光端２ａを動かして、図４(b) のように、波長が既知の波長校正用光源６に正対させ、波長校正用光源６の光を受光用光ファイバ２に入射し、その光が所定の受光素子に検出されているかどうかを確認していた。ただし、受光用光ファイバ２の受光端２ａと、波長校正用光源６との位置関係は、光軸が互いに一致するように正確に定められているものとする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記の図４(a) の構成で、測定ポイントＳ０が光軸外にずれる場合がある。測定ポイントがずれている場合は、図５に示すように、受光用光ファイバ２に入射する角度によって、凹面回折格子３ａに照射される位置が変化して、凹面回折格子３ａの分散及び反射特性の違いにより、スペクトルが変化する。また、本来の角度の光を測定するはずのものが、間違って他の角度の光を測定してしまう場合もある。
【０００８】
しかし、前記図４(a) の構成では、受光用光ファイバ２の光軸と測定ポイントのずれが確認できないという問題がある。特に、受光用光ファイバ２が入り組んだ場所に取り付けられている場合は、なおさら確認が難しい。
また、受光用光ファイバ２を図４(b) のように測定部から外して波長校正を行う場合、受光端２ａ、出射端２ｂが固定されていても、受光用光ファイバ２の曲げ方が異なると、ファイバ内の光伝搬の仕方が異なるので、受光素子アレイ４の出力は変化する。
【０００９】
さらに、入り組んだ場所に受光用光ファイバ２が取り付けられているケースでは、波長校正用の光を受光用光ファイバ２に入射させるのが困難なこともあった。
以上のように、波長確認作業が正確にできず、時間を要するために、波長確認及び波長校正を始業点検として行えなかった。したがって、ＩＳＯでいうトレーサビリティの確保もできていなかった。
【００１０】
そこで、本発明は、分光測定をより正確に行うために、受光用光ファイバ全体を固定したまま波長校正を簡単に行え、受光用光ファイバの光軸と測定ポイント及び波長校正時の光軸を一致させることのできる分光光度計及び分光波長校正方法を実現することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の分光光度計は、波長が既知の波長校正用光源と、前記受光用光ファイバの途中に設けた光結合器と、前記光結合器に接続された分岐光ファイバとを備え、前記波長校正用光源の光を、前記分岐光ファイバに入射させ、前記分岐光ファイバから前記光結合器、前記受光用光ファイバを通して試料に照射することができるようになっているものである（請求項１）。
【００１２】
前記の構成によれば、波長校正用光源の光を分岐光ファイバに入射させ、光結合器を通して受光用光ファイバの受光端（試料に対面している側）から出射させることができる。これにより、試料が光軸上にあるかどうか知ることができる。また、試料又は試料に代わる反射物からの反射光を分光器を通して受けることにより、誤差のない状態で測定波長の校正をすることができる。
【００１３】
請求項２記載の分光光度計は、波長校正用光源の光を、分岐光ファイバを通さずに光結合器に入射させるものであり、請求項１記載の分光光度計と同じ作用効果を奏する。
請求項３記載の分光光度計は、波長が既知の波長校正用光源と、前記波長校正用光源の光を試料に投光するための波長校正用光ファイバとを備え、前記波長校正用光源の光を、前記波長校正用光ファイバに入射させ、前記波長校正用光ファイバから試料に照射することができるようになっており、前記受光用光ファイバが１本の光ファイバ又は複数本のバンドル光ファイバからなっており、前記受光用光ファイバの受光端における受光用光ファイバの光学軸と、前記波長校正用光ファイバの投光端における波長校正用光ファイバの光学軸とが隣接し平行になっている。
【００１４】
この構成では、波長校正用光ファイバから出射させ、これと隣接し平行になっている受光用光ファイバを通して受光させるので、光結合器を省略することができる。
また、本発明の分光波長校正方法は、波長が既知の波長校正用光源の光を、前記分岐光ファイバに入射させることにより、当該光を前記分岐光ファイバから前記光結合器、前記受光用光ファイバを通して試料に照射し、前記波長校正用光源の光の照射スポットを試料に一致させるように光軸調整し、当該照射スポットからの反射光を前記受光用光ファイバを通して分光器に入射させることによって波長校正する方法である（請求項４）。
請求項５記載の分光波長校正方法は、波長校正用光源の光を、分岐光ファイバを通さずに光結合器に入射させる方法である。
請求項６記載の分光波長校正方法は、前記受光用光ファイバが１本の光ファイバ又は複数本のバンドル光ファイバからなっており、前記受光用光ファイバの受光端における受光用光ファイバの光学軸と、前記波長校正用光ファイバの投光端における波長校正用光ファイバの光学軸とが隣接し平行になっている状態で、前記波長校正用光源の光を、波長校正用光ファイバから試料に照射し、当該光の照射スポットを試料に一致させるように調整し、当該照射スポットからの反射光を前記受光用光ファイバを通して分光器に入射させることによって波長校正する方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、分光光度計の全体構成を示す図である。分光光度計は、試料１からの光を、受光用光ファイバ２を通して受光し、分光器３により分光し、撮像素子４により測定する構成となっている。
【００１６】
さらに、波長が既知の波長校正用光源６と、受光用光ファイバ２の途中に設けた光結合器５ａと、前記光結合器に接続された分岐光ファイバ５とを備え、前記波長校正用光源６の光を、前記分岐光ファイバ５に入射させることができるようになっている。
前記試料１は、特に限定されないが、本実施の形態では基板１０などに配置された微小発光体である。基板１０は、図示しない搬送機構により搬送される。
【００１７】
受光用光ファイバ２には、投光部２ｂ及びレンズなどを組み込んだ受光部２ａが取り付けられている。また、分岐光ファイバ５の受光端には、受光部５ｂが取り付けられている。なお、これらの受光部２ａ、投光部２ｂ、受光部５ｂは絶対必要ではなく、省略する場合もある。
また、受光用光ファイバ２の途中には、光結合器５ａが設けられている。この光結合器５ａは、光ファイバ間又は光導波路間の光結合を利用した素子で、分岐光ファイバ５から入る光を受光用光ファイバ２に移し、受光用光ファイバ２を伝送する逆方向の光はそのまま伝送させる一方向性機能を持つ。その構成は、周知の３ｄＢカップラーなどで実現してもよく、同じく周知のハーフミラー、レンズなどの構成で実現してもよい。ハーフミラーとレンズを用いた光結合器５ａの構成例を図６に示す。
【００１８】
波長校正用光源６は、波長が既知の光源であれば種類は問わない。例えばレーザ光源でもよく、何らかの光源とモノクロメータとの組み合わせでも実現できる。
分光器３は、凹面回折格子３ａを使ったものを図示しているが、これに限定されるものではなく、プリズムを使ったものでもよい。
【００１９】
撮像素子４は、分光器３により分光された光の光強度を記録するもので、ＣＣＤ素子アレイなどの固体撮像素子を使ってもよく、ビジコンなどの撮像管を使ってもよい。
なお、以上の図１の構成において、分岐光ファイバ５を省略して、波長校正用光源６と光結合器５ａとを一体化することにより、波長校正用光源６の光を光結合器５ａに直接入射させてもよい。
【００２０】
次に前記分光光度計の使用方法を説明する。
(1)光軸の確認
波長校正用光源６により既知の波長の光を、分岐光ファイバ５に照射することにより、受光用光ファイバ２の受光部２ａから光が出射され、基板１０にスポットを形成する。このスポットと試料１との中心が一致しているかどうか確認し、一致していなければ、搬送機構や受光用光ファイバ２の受光部２ａの位置などを調整して、完全に一致するようにする。
【００２１】
(2)波長の校正
光軸を確認した後、スポットからの反射光が受光用光ファイバ２、分光器３を通して撮像素子４の所定の位置（既知の波長に対応する位置）に集光しているかどうか確認する。所定の位置からずれていれば、そのずれが検出波長誤差に対応するので、そのずれの分だけ波長の校正をする。
【００２２】
(3)通常測定
前記の(1)，(2)の手順を踏んだ後は、試料を次々と搬送して、試料の発光を自動測定する。
以上のように、光軸の設定を済ませた後、波長の校正を行うので、正確なスペクトル測定を行うことができる。
【００２３】
次に、分光光度計の他の実施形態を説明する。
図２は、波長校正用光源６により光を分岐光ファイバ５に照射する場合に、正の所定の開口角αで光を入射させる例を示す。同図によれば、波長校正用光源６に拡散板６ａを正対させ、さらにこれに拡散板６ｂを正対させることにより、光をそれぞれ拡散させ、アパーチャ６ｃにより所定の開口角αが得られるようにする。このようにして、光を分岐光ファイバ５に入射させる。
【００２４】
受光用光ファイバ２の受光部２ａから出射した光は、図３に示すように、開口角αに対応した所定の半径の円を照らす。この円の中心に、試料１を置くことにより、光軸の確認ができる。
図７は、光結合器５ａを使用するのに代えて、受光用光ファイバと分岐光ファイバとを完全に分離して、互いに隣接して沿わせた例を示す。この例における分岐光ファイバのことを、その機能に注目して「波長校正用光ファイバ」５１という。波長校正用光ファイバ５１は１本の光ファイバ、受光用光ファイバはバンドル光ファイバ２１となっており、バンドル光ファイバ２１の受光端における各バンドル光ファイバ２１の光学軸と、波長校正用光ファイバ５１の投光端における波長校正用光ファイバ５１の光学軸とは平行に設定されている。
【００２５】
図８はバンドル光ファイバ２１の受光端及び波長校正用光ファイバ５１の投光端を示す斜視図である。バンドル光ファイバ２１は、１本の波長校正用光ファイバ５１を囲んでいる。
図７、図８の構成によれば、波長校正用光源６の光を波長校正用光ファイバ５１に入射し、その出射端から試料１に向けて出射させる。ユーザは照射スポットを見ながら光軸の調整ができる。試料１からの反射光は、バンドル光ファイバ２１に入射される。その光は完全に平行ではないが、ほぼ平行な光となっているので、分光器３における分光誤差は極力排除される。
【００２６】
なお、受光用光ファイバは必ずしもバンドル光ファイバ２１に限るものではなく、図９に示すように、波長校正用光ファイバ５１に平行に沿った１本の受光用光ファイバ２２を使用してもよい。この場合も、試料１からの反射光は、受光用光ファイバ２２に入り、分光器３により分光される。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明の分光光度計又は分光波長校正方法によれば、試料測定ポイントが正確に位置しているかどうかの確認を行って、その上で、分光器の分光波長の校正を行うことができる。したがって、波長のシフトのない、正確な分光測定をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の分光光度計の全体構成を示す図である。
【図２】波長校正用光源６により光を分岐光ファイバ５に照射する場合に、開口角αで光を入射させる光学系を示す図である。
【図３】受光用光ファイバ２の受光部２ａから出射した光が作る、開口角αに対応した所定の半径のスポットを示す図である。
【図４】測定ポイントＳ０から出た試料光を測定する従来の分光光度計の構成を示す図である。
【図５】測定ポイントがＳ０からＳ１にずれた場合に、受光用光ファイバ２の出射端から出た光が、凹面回折格子３ａを含む分光系を通して受光素子に集光する様子を示す図である。
【図６】ハーフミラーとレンズを用いた光結合器５ａの構成例を示す図である。
【図７】光結合器５ａを使用するのに代えて、受光用光ファイバと分岐光ファイバとを完全に分離して、互いに隣接して沿わせた分光光度計の要部を示す図である。
【図８】バンドル光ファイバ２１の受光端及び波長校正用光ファイバ５１の投光端（図７のＡ−Ａ端面）を示す斜視図である。
【図９】バンドル光ファイバ２１の代わりに、波長校正用光ファイバ５１に平行に沿った１本の受光用光ファイバ２２を使用した場合の、受光用光ファイバ２２の受光端及び波長校正用光ファイバ５１の投光端を示す斜視図である。
【符号の説明】
１試料
２受光用光ファイバ
３分光器
４撮像素子
５分岐光ファイバ
５ａ光結合器
６波長校正用光源
２１バンドル光ファイバ
２２受光用光ファイバ
５１波長校正用光ファイバ

Claims

試料からの光を、受光用光ファイバを通して受光し分光測定する分光光度計であって、
波長が既知の波長校正用光源と、
前記受光用光ファイバの途中に設けた光結合器と、
前記光結合器に接続された分岐光ファイバとを備え、
前記波長校正用光源の光を、前記分岐光ファイバに入射させ、前記分岐光ファイバから前記光結合器、前記受光用光ファイバを通して試料に照射することができるようになっていることを特徴とする分光光度計。
試料からの光を、受光用光ファイバを通して受光し分光測定する分光光度計であって、
波長が既知の波長校正用光源と、
前記受光用光ファイバの途中に設けた光結合器とを備え、
前記波長校正用光源の光を、光結合器に入射させ、前記光結合器から、前記受光用光ファイバを通して試料に照射することができるようになっていることを特徴とする分光光度計。
試料からの光を、受光用光ファイバを通して受光し分光測定する分光光度計であって、
波長が既知の波長校正用光源と、
前記波長校正用光源の光を試料に投光するための波長校正用光ファイバとを備え、
前記波長校正用光源の光を、前記波長校正用光ファイバに入射させ、前記波長校正用光ファイバから試料に照射することができるようになっており、
前記受光用光ファイバが１本の光ファイバ又は複数本のバンドル光ファイバからなっており、前記受光用光ファイバの受光端における受光用光ファイバの光学軸と、前記波長校正用光ファイバの投光端における波長校正用光ファイバの光学軸とが隣接し平行になっていることを特徴とする分光光度計。
試料からの光を、途中に光結合器が設けられた受光用光ファイバを通して受光し分光器で分光測定する方法において用いられ、
前記光結合器に分岐光ファイバが接続されており、
波長が既知の波長校正用光源の光を、前記分岐光ファイバに入射させることにより、当該光を前記分岐光ファイバから前記光結合器、前記受光用光ファイバを通して試料に照射し、
前記波長校正用光源の光の照射スポットを試料に一致させるように光軸調整し、
当該照射スポットからの反射光を前記受光用光ファイバを通して分光器に入射させることによって波長校正することを特徴とする分光波長校正方法。
試料からの光を、途中に光結合器が設けられた受光用光ファイバを通して受光し分光器で分光測定する方法において用いられ、
波長が既知の波長校正用光源の光を、前記光結合器に入射させることにより、当該光を前記光結合器、前記受光用光ファイバを通して試料に照射し、
前記波長校正用光源の光の照射スポットを試料に一致させるように光軸調整し、
当該照射スポットからの反射光を前記受光用光ファイバを通して分光器に入射させることによって波長校正することを特徴とする分光波長校正方法。
試料からの光を、１本の光ファイバ又は複数本のバンドル光ファイバからなる受光用光ファイバを通して受光し分光器で分光測定する方法において用いられ、
前記波長校正用光源の光を試料に投光するための波長校正用光ファイバが備えられ、
前記受光用光ファイバの受光端における受光用光ファイバの光学軸と、前記波長校正用光ファイバの投光端における波長校正用光ファイバの光学軸とが隣接し平行に設置されており、
波長が既知の波長校正用光源を、前記波長校正用光ファイバに入射させることにより、当該光を前記波長校正用光ファイバから試料に照射し、
前記波長校正用光源の光の照射スポットを試料に一致させるように調整し、
当該照射スポットからの反射光を前記受光用光ファイバを通して分光器に入射させることによって波長校正することを特徴とする分光波長校正方法。