JP4185428B2 - 透過率測定方法及び透過率測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検物の透過率を測定する透過率測定方法及び透過率測定装置に関し、とくに平面板からなる被検物に有限光を入射したときの透過率の測定方法に関する。

従来の平面板の光透過性能の測定としては、図３に示す装置を用いて平面板に平行光を入射、透過させることによって透過光量を測定するものがあった。この装置においては、半導体レーザー１１０から出射され、コリメータレンズ１２１で平行光化された光が被検物としての平面板６０に入射する。平面板６０を透過した光は、集光レンズ１２４で集光されて絞り１２７を経て積分球１４１に入射する。積分球１４１に入射した光はその光量がフォトダイオード１４２で電流に変換されてその電流値が電流計１４３で測定される。このように電流値を測定することにより、電流値に対応する平面板６０の透過光量を求めることができる。

一方、平面板の透過光量の測定は、平行光を入射する場合のほか、有限光を入射する場合についても行えることが望まれている。
特開２００２−９０３０２号公報

図３に示す装置を用いた透過光量の測定において、平面板６０に有限光を入射した場合、その入射角によっては平面板６０を透過した光が絞り１２７の孔部１２７ａ内に入射しないこともあり得るため、平面板６０に入射する光が有限光である場合は正確な透過光量を測定することが困難であった。

上記問題点を解決するために、本発明の透過率測定方法においては、集光レンズの焦点位置に反射ミラーを配置するステップと、平行光束の径を調整して集光レンズに入射させるステップと、集光レンズを透過し、反射ミラーで反射し、集光レンズを再び透過した後の平行光束の光量を測定する反射光量測定ステップと、集光レンズと反射ミラーとの間の光軸上に被検物を配置するステップと、被検物の測定したいＮＡに合わせて平行光束の径を調整して集光レンズに入射させるステップと、反射ミラーとの間に被検物が配置された状態における集光レンズの焦点位置に反射ミラーを移動させるステップと、集光レンズ及び被検物を透過し、反射ミラーで反射し、被検物及び集光レンズを再び透過した後の平行光束の光量を測定する透過光量測定ステップと、反射光量測定ステップで測定した光量と、透過光量測定ステップで測定した光量と、を用いて被検物の透過率を算出する透過率算出ステップと、
を有することを特徴としている。

本発明の透過率測定装置は、平行光束が入射される集光レンズと、集光レンズの光軸方向に移動可能であって、集光レンズの焦点位置に配置される反射ミラーと、反射ミラーで反射され、再び集光レンズに入射して平行光束となった光の光量を測定する光量測定部と、集光レンズと反射ミラーとの間に被検物を配置した状態において、被検物の測定したいＮＡに合わせて入射する平行光束の径を絞ることができる絞り径可変の絞りと、集光レンズと反射ミラーとの間に被検物を配置した状態において光量測定部で測定した光量と、集光レンズと反射ミラーとの間に被検物を配置しない状態において光量測定部で測定した光量とを用いて被検物の透過率を算出する演算部とを有することを特徴としている。

反射光量及び透過光量は、電流値として測定することができ、光を積分球で集めてフォトダイオードによってその光量を電流に変換することによって行うことが好ましい。

本発明の透過率測定装置において、反射ミラーはその光軸方向に移動可能であることが好ましい。

本発明によると、反射ミラーを移動可能として、集光レンズと反射ミラーの間に被検物があるか否かに関わらず、集光レンズの焦点位置に反射ミラーを配置してあるため、被検物に有限光を入射しても被検物の透過率を正確に測定することができ、反射ミラーのアラインメントを簡単な操作で精度よく行うことができる。また、集光レンズに入射する平行光束の径を絞ることができるため、被検物の測定したいＮＡ、測定の目的に合わせて最も適切な径の光束を被検物に入射させることができる。

以下、本発明にかかる実施形態を図面を参照しつつ詳しく説明する。
本実施形態においては、図１及び図２に示す装置を用いて透過率の測定を行う。これらの装置は、光源としての半導体レーザー１０から出射する光の光路上に、半導体レーザー１０側からコリメータレンズ２１、ハーフミラー２２、絞り２３、集光レンズ（基準レンズ）、反射ミラー２５が配置されている。図１の装置により反射ミラー２５の反射光の光量を測定し、図２の装置により平面板６０の透過光の光量を測定し、これらの光量から被検物としての平面板６０の透過率を算出する。

図１に示す装置について以下に説明する。
コリメータレンズ２１は、半導体レーザー１０からの入射光を平行光化する（平行光束とする）。ハーフミラー２２は、半導体レーザー１０から出射してコリメータレンズ２１で平行光化された光の進行方向に対して４５度傾けられており、入射光の一部を反射し、残りを透過する性質を備えている。

絞り２３は、制御部５１から入力される制御信号にしたがって絞り径調整機構２３ａが駆動されて、絞り径（口径）を変化させることができる。これにより、絞り２３に入射した平行光束を、平面板６０の測定したいＮＡや測定の目的などに合わせて、任意の径の平行光束に絞ることができる。したがって、この絞り径を変えることによって透過率測定時のＮＡ（開口数）を決定することができる。集光レンズ２４は、任意のＮＡを有する正レンズであって、装置に固定されたレンズホルダ２４ａ内に配置されている。絞り２３から集光レンズ２４に平行光束が入射すると、反射ミラー２５に向けて光束が集束される。

反射ミラー２５は、表面を高精度に研磨された平面ガラス板からなり、その表裏のうち集光レンズ２４に近い表面２５ａに銀が沈着されている。この反射ミラー２５は、ステージ２５ｂ内に配置されており、制御部５１からステージ２５ｂへ入力される制御信号にしたがってステージ２５ｂが移動することによって、光軸方向に移動可能である。透過率測定の際には、集光レンズ２４の焦点位置に表面２５ａが位置するようにステージ２５ｂが制御される。このように反射ミラー２５を配置することによって、反射ミラー２５に入射した光は、表面２５ａでその波面を１８０度回転させてほぼすべてが反射され、集光レンズ２４にもどる（キャッツアイ状態）。

反射ミラー２５で反射された光は、集光レンズ２４を透過して平行光束に戻る。この平行光束の径は、上述のように絞り２３で調整された平行光束の径と同一であり、絞り２３を再び通過した後に、ハーフミラー２２で一部が反射され、残りは透過する。ハーフミラー２２で反射された光は、その光路上に配置された集光レンズ２６によって集光されて、絞り２７を通って積分球４１内に入射する。積分球４１は、球状の内面に硫酸バリウムを塗布したものであって、入射した光を集積することができる。積分球４１の内面には、フォトダイオード４２の一端が配置されており、積分球４１に入射した光の光量をフォトダイオード４２で電流に変換し、その電流値を電流計４３で測定することによって、反射ミラー２５による反射光の光量を測定することができる。測定された電流値は電流計４３に接続された演算部４４内に記憶されるとともに、演算部４４に接続された表示部５３に表示される。なお、積分球４１、フォトダイオード４２、及び、電流計４３で光量測定部を構成している。

絞り径調整機構２３ａ及びステージ２５ｂを制御する制御部５１には、入力部５２及び表示部５３が接続されている。入力部５２は、例えばキーボード、マウスからなる。使用者が入力部５２を操作して、絞り２３の絞り径、反射ミラー２５の移動量として所望のデータを入力すると、入力データが制御部５１に伝達される。制御部５１は、このデータにしたがって絞り径調整機構２３ａ及び／又はステージ２５ｂを所定量動かすための制御信号を絞り径調整機構２３ａ、ステージ２５ｂに出力する。この制御信号により絞り２３は所定の絞り径に変更され、反射ミラー２５はその光軸方向に移動する。表示部５３には、上述の電流値のほか、使用者が入力したデータ、制御部５１から出力された信号による絞り２３及び反射ミラー２５の移動量が表示される。

つづいて、図２に示す被検物の透過光の光量測定を行う装置について説明する。
この装置においては、集光レンズ２４の光軸上であって集光レンズ２４と反射ミラー２５の間に、被検物としての平面板６０が平面板ホルダ６０ａ内に保持されて配置される。測定においては、集光レンズ２４の焦点位置に表面２５ａが配置されるように、制御部５１からの制御信号によりステージ２５ｂを移動させる。そのほかの構成は図１の装置と同様であるため説明を省略する。

このように配置することによって、集光レンズ２４に入射した平行光束は反射ミラー２５へ向けて集束し、反射ミラー２５との間に配置した平面板６０には有限光が入射する。この有限光は、絞り２３における絞り径の変化（ＮＡの変化）、平面板ホルダ６０ａの平面板６０の光軸方向への移動により、測定の目的、平面板６０の用途などに応じた任意のＮＡに調整することができる。また、集光レンズ２４から平面板６０へ入射、透過した光は反射ミラー２５に入射し、表面２５ａでその波面を１８０度回転させて反射され、平面板６０を経て集光レンズ２４にもどる（キャッツアイ状態）。よって、図１と同様に、反射ミラー２５へ入射した光はほぼすべてが反射するため、図１の装置で測定した反射光量と図２の装置で測定した透過光量とを直接比較して平面板６０の透過率を精度よく求めることができる。

つづいて、本実施形態における透過率の測定動作について説明する。
（１）反射光量の測定（図１）
測定の前に、絞り２３の絞り径を設定し、その後反射ミラー２５のアラインメントを行う。
絞り径の設定は、使用者が入力部５２から所望のＮＡのデータを入力し、このデータを受けて制御部５１が出力した制御信号により絞り径調整機構２３ａを動作させて絞り２３の絞り径を調整する。これにより、被検物としての平面板６０の外径に合わせて任意の径の有限光を設定することができる。

アラインメントは、半導体レーザー１０からレーザー光が出射された状態で使用者が入力部５２から所望のデータを入力し、このデータを受けて制御部５１が出力した制御信号によりステージ２５ｂを反射ミラー２５の光軸方向に移動させて、反射ミラー２５の表面２５ａ上に集光レンズ２４の焦点位置がくるように配置することにより行う。アラインメントが完了すると、絞り２３を出射して反射ミラー２５に入射する光と、反射ミラー２５で反射して絞り２３にもどる光の光路が一致する。したがって、このような簡便な操作で精度の高いアラインメントを行うことができる。

以上のように、絞り２３の絞り径を設定し、反射ミラー２５のアラインメントを行った後に反射ミラー２５における反射光の光量を測定する。反射ミラー２５からの反射光は、ハーフミラー２２により反射されて積分球４１内に取り込まれ、この光量はフォトダイオード４２により電流に変換される。この電流値は、反射ミラー２５における反射光量に対応するものであって、後の透過率の算出のために演算部４４内のメモリ（不図示）に保存されるとともに、表示部５３にその数値が表示される。

（２）透過光量の測定（図２）
反射光量の測定の後、絞り２３の絞り径を維持した状態で、平面板６０を配置し、その後反射ミラー２５のアラインメントを行い、その後透過光量の測定を行う。
平面板６０の配置は、集光レンズ２４の光軸上であって集光レンズ２４と反射ミラー２５との間にあらかじめ設けられた平面板ホルダ６０ａ内に平面板６０を載置することによって行う。平面板６０の配置は、半導体レーザー１０からレーザー光が出射されている状態において、平面板６０を透過した光が反射ミラー２５へ向けて集束しているのを確認しながら行うことが好ましい。

アラインメントは、半導体レーザー１０からレーザー光を出射した状態で使用者が入力部５２から所望のデータを入力し、このデータを受けて制御部５１が出力した制御信号によりステージ２５ｂを反射ミラー２５の光軸方向に移動させて、反射ミラー２５の表面２５ａ上に集光レンズ２４の焦点位置がくるように配置することにより行う。アラインメントが完了すると、絞り２３を出射して反射ミラー２５に入射する光と、反射ミラー２５で反射して絞り２３にもどる光の光路が一致する。したがって、このような簡便な操作で精度の高いアラインメントを行うことができる。

以上のように、平面板６０を配置し、反射ミラー２５のアラインメントを行った後に平面板６０の透過光の光量を測定する。平面板６０の透過光は、反射ミラー２５で反射されて再び平面板６０を透過した後、ハーフミラー２２により反射されて積分球４１内に取り込まれ、この光量はフォトダイオード４２により電流に変換される。この電流値は、平面板６０における透過光量に対応するものであって、後の透過率の算出のために演算部４４内のメモリ（不図示）に保存されるとともに、表示部５３にその数値が表示される。

（３）透過率の算出
平面板６０の透過率の算出は、演算部４４内にあらかじめ記憶された演算手段によって、演算部４４内のメモリに記憶された平面板６０の透過光量と、同じく保存された反射ミラー２５の反射光量とを用いて行う。反射ミラー２５の反射光量は、図２において平面板６０を配置していない状態の光量であって、平面板６０へ入射する光量に相当する。このため、実際に平面板６０を透過した光の光量を反射ミラー２５の反射光量で割ることにより、平面板６０の透過率を算出することができる。この算出結果は表示部５３に表示される。

本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的又は本発明の思想の範囲内において改良又は変更が可能である。

本発明の実施形態に係る反射ミラーの反射光量の測定を行うための装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る平行板の透過光量の測定を行うための装置の構成を示す図である。 従来の透過光量の測定を行うための装置の構成を示す図である。

符号の説明

２３ 絞り
２４ 集光レンズ
２５ 反射ミラー
４１ 積分球（光量測定部）
４２ フォトダイオード（光量測定部）
４３ 電流計（光量測定部）
６０ 平面板（被検物）

Claims (8)

1. 集光レンズの焦点位置に反射ミラーを配置するステップと、
   前記集光レンズを透過し、前記反射ミラーで反射し、前記集光レンズを再び透過した後の平行光束の光量を測定する反射光量測定ステップと、
   前記集光レンズと前記反射ミラーとの間の光軸上に被検物を配置するステップと、
   前記被検物の測定したいＮＡに合わせて、平行光束の径を調整して前記集光レンズに入射させるステップと、
   前記反射ミラーとの間に前記被検物が配置された状態における前記集光レンズの焦点位置に前記反射ミラーを移動させるステップと、
   前記集光レンズ及び前記被検物を透過し、前記反射ミラーで反射し、前記被検物及び前記集光レンズを再び透過した後の平行光束の光量を測定する透過光量測定ステップと、
   前記反射光量測定ステップで測定した光量と、前記透過光量測定ステップで測定した光量とを用いて前記被検物の透過率を算出する透過率算出ステップと、
   を有することを特徴とする透過率測定方法。
2. 平行光束が入射される集光レンズと、
   前記集光レンズの光軸方向に移動可能であって、前記集光レンズの焦点位置に配置される反射ミラーと、
   前記反射ミラーで反射され、再び集光レンズに入射して平行光束となった光の光量を測定する光量測定部と、
   前記集光レンズと前記反射ミラーとの間に被検物を配置した状態において、前記被検物の測定したいＮＡに合わせて入射する平行光束の径を絞ることができる絞り径可変の絞りと、
   前記集光レンズと前記反射ミラーとの間に被検物を配置した状態において前記光量測定部で測定した光量と、前記集光レンズと前記反射ミラーとの間に前記被検物を配置しない状態において前記光量測定部で測定した光量とを用いて前記被検物の透過率を算出する演算部と、
   を有することを特徴とする透過率測定装置。
3. 前記反射光量測定ステップ及び前記透過光量測定ステップにおいては、光量を電流値として測定する請求項１記載の透過率測定方法。
4. 前記光量の測定は、光を積分球で集めてフォトダイオードによってその光量を電流に変換することによって行う請求項３記載の透過率測定方法。
5. 前記反射ミラーはその光軸方向に移動可能であって、前記ミラーをその光軸方向に移動することによって、前記集光レンズと前記反射ミラーとの間に被検物が存在するか否かに関わらずに、前記集光レンズの焦点位置に前記反射ミラーが配置される請求項１記載の透過率測定方法。
6. 前記光量測定部においては、光量を電流値として測定する請求項２記載の透過率測定装置。
7. 前記光量の測定は、光を積分球で集めてフォトダイオードによってその光量を電流に変換することによって行う請求項６記載の透過率測定装置。
8. 前記反射ミラーはその光軸方向に移動可能である請求項２記載の透過率測定装置。