JP6211286B2

JP6211286B2 - 赤外線吸収率の測定における赤外線吸収膜に対する赤外線光の入射方法

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Publication number: JP6211286B2
Application number: JP2013078006A
Authority: JP
Inventors: 菱沼　邦之; 邦之菱沼
Original assignee: Seiko NPC Corp
Current assignee: Seiko NPC Corp
Priority date: 2013-04-03
Filing date: 2013-04-03
Publication date: 2017-10-11
Anticipated expiration: 2033-04-03
Also published as: JP2014202565A

Description

本発明は、金黒膜を代表とする金属黒膜からなる赤外線吸収膜のような小さい被測定物の測定面に適した、赤外線吸収率の測定における赤外線吸収膜に対する赤外線光の入射方法に関する。

従来、赤外線吸収率の測定は、ゴニオフォトメータを用いて被測定物の透過率と反射率を測定し、吸収率＝１−（透過率＋反射率）の関係式から求めているのが一般的である。また、一般的なゴニオフォトメータは、光源ランプと、赤外線光を生成する分光器と、試料台と、赤外線光の強度を計測する積分球などの受光部材を備えた検出器と、赤外線光を分光器から試料台を経由して検出器に導く光学系とからなり、前記試料台は被測定物を着脱可能に固定できる固定機構を有するとともに回転可能である一方、前記検出器または前記分光器の位置は前記試料台に固定された被測定物に対する位置が調整可能に構成されている。

そして、基準光を測定するリファレンス測定の時は、分光器で生成された赤外線光が試料台の固定機構に設けた透孔を通過し、検出器の受光部材に達した赤外線の光強度が測定される。また、透過率測定の時は、分光器で生成された赤外線光が固定機構で固定された被測定物の測定面に入射されてこれを透過し、検出器の受光部材に達した赤外線の光強度が測定される。さらに、反射率測定の時は、分光器で生成された赤外線光が被測定物の測定面に入射されてこの測定面で反射して検出器の受光部材に達した赤外線の光強度が測定される（特許文献１）。

特許第３４４６１２０号公報

上述した従来の測定方法によると、赤外線光が被測定物に入射する時に、一定の発光面積を有しているので、この発光面積が被測定物の測定面に対して大きい場合は、吸収率を正確に測定することができないという不都合がある。たとえば、サーモパイル型赤外線センサにおける熱電対を形成するサーモパイル素子の温接点部を構成するために、前記サーモパイル素子の一部を被覆する赤外線吸収膜のように、被測定物が２００ミクロン平方の赤外線吸収膜の場合、赤外線光の一般的な発光面積は２００ミクロン平方を超えてしまうので、吸収率の正確な測定ができないものである。また、被測定物の測定面が赤外線吸収膜の全体ではなく、その一部の場合もあるが、この場合の測定面が２００ミクロン平方以下であると、上記と同様に吸収率の正確な測定ができないものである。そして、この不都合は、前記赤外線吸収膜のような小さな被測定物の測定面が多数並設されている場合に、赤外線光が隣接する複数の被測定物の測定面に跨ってしまうので、より顕著なものとなる。

本発明は、この不都合を解消し、被測定物の測定面が小さい場合でも正確な吸収率の測定が可能な赤外線吸収率測定における赤外線吸収膜に対する赤外線光の入射方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため本発明の請求項１に係る赤外線吸収率測定における赤外線吸収膜に対する赤外線光の入射方法は、多数並設されている赤外線吸収膜の測定面に対して、赤外線光を光学系を介して特定の赤外線吸収膜の測定面に入射し、前記特定の赤外線吸収膜の測定面を透過した透過光、または前記特定の赤外線吸収膜の測定面で反射された反射光の光強度を測定する一方、前記赤外線光を前記赤外線吸収膜の測定面に入射しない基準光の光強度を測定し、これらの測定結果により、前記特定の赤外線吸収膜の測定面の赤外線吸収率を求める赤外線吸収率測定方法において、前記赤外線光が隣接する複数の赤外線吸収膜の測定面に跨がって入射しないよう前記赤外線光を前記特定の赤外線吸収膜の測定面とほぼ同一となるよう集光して前記特定の赤外線吸収膜の測定面に入射するものである。

同じく前記目的を達成するため本発明の請求項２に係る赤外線吸収率測定における赤外線吸収膜に対する赤外線光の入射方法は、前記請求項１における前記赤外線光の集光を、複数の凹面反射鏡からなる光学系で行なうものである。

同じく前記目的を達成するため本発明の請求項３に係る赤外線吸収率測定における赤外線吸収膜に対する赤外線光の入射方法は、前記請求項２における赤外線光の集光を、前記複数の凹面反射鏡に加えてこれら凹面反射鏡で形成される光路上に配置されたスリットを備えた光学系で行ない、前記スリットで前記赤外線光を前記特定の赤外線吸収膜の測定面とほぼ同一となるよう調整するものである。

本発明に係る赤外線吸収率測定における赤外線吸収膜に対する赤外線光の入射方法によれば、隣接する複数の赤外線吸収膜の測定面に跨がって入射しないよう特定の赤外線吸収膜の測定面とほぼ同一となるよう集光した赤外線光を前記特定の赤外線吸収膜の測定面に入射するので、小さな赤外線吸収膜でもその測定面への光強度が強くなり、Ｓ／Ｎ比が向上して、赤外線吸収率をより正確に測定することができる。

本発明の好適な実施形態における透過率測定状態を示す概略平面図。同じく反射率測定状態を示す概略平面図。同じく吸収率測定動作を示すフロー図。

まず、本発明の実施に使用する赤外線吸収率測定装置の構成を、添付図面の図１及び図２に基づいて説明する。赤外線吸収率測定装置は、光源ランプ１と赤外線光を生成する分光器２からなる赤外線生成器と、一対の凹面反射鏡３，４と、これら凹面反射鏡３，４の間の光路上に位置して配置されたスリット５と、前記一対の凹面反射鏡３，４と同一の一対の凹面反射鏡６（一方の凹面反射鏡は後述の検出器内に配置されているが図示せず）と、これら凹面反射鏡６の間に光路上に位置して配置された円環状で縦置きされた試料固定枠７を備えた試料台８と、図示していないが前記凹面反射鏡６と対をなす凹面反射鏡及び赤外線光の強度を計測する受光部材を備えた検出器９とからなる。

各凹面反射鏡３，４，６とスリット５が、赤外線光を赤外線生成器の分光器２から試料台８の固定機構である試料固定枠７を経由して検出器９に導く光学系を構成する。また、前記試料台８は回転可能で、前記試料固定枠７に図示していない押えバネで着脱可能に固定した縦置き状態の多数並設されている赤外線吸収膜１０の光路に対する角度を調整可能である。さらに、前記検出器９は円弧状の支持台（図示せず）に移動可能に支持されており、前記試料固定枠７に固定された多数並設されている赤外線吸収膜１０に対して一定範囲内（図１，２に示す円弧Ｌの範囲）で往復旋回可能である。

上述した赤外線吸収率測定装置において、吸収率測定動作は、図３に示すように、従来と同様に、まず、試料なしでの測定である基準光を測定するリファレンス測定を図１に示す状態で行い、次いで、同じく図１に示す状態で多数並設されている赤外線吸収膜１０を試料固定枠７に所定状態で固定して特定の赤外線吸収膜１０の透過率測定を行い、続いて、図２に示す状態に検出器９を移動し、試料台８を回転して前記特定の赤外線吸収膜１０の反射率測定を行なう。そして、これらの測定によって求めた透過率と反射率から吸収率を算出するものである。

リファレンス測定においては、図１に示すように、分光器２で生成された平行束光状態の赤外線光は、凹面反射鏡３で光路を変換されるとともに集光され、スリット５を通過することでより収束された集光状態にされたうえ拡散して凹面反射鏡４で再度光路を変換され、平行束光として前記凹面反射鏡３と同一の凹面反射鏡６に達する。平行束光状態の赤外線光は、前記凹面反射鏡６で再度光路を変換されるとともに集光され、前記凹面反射鏡６は前記凹面反射鏡３と同一なので、前記スリット５通過時と同一の集光状態で赤外線吸収膜１０が存在しない試料固定枠７を通過し、再度拡散しつつ検出器９の図示していない凹面反射鏡を経て受光部材に達し、赤外線光の強度が計測される。

透過率測定においては、図１に示す状態で、試料固定枠７に所定状態で多数並設されている赤外線吸収膜１０を固定し、特定の赤外線吸収膜１０の測定面に赤外線光を入射して、透過した赤外線光の強度を計測するものである。この透過率測定おける赤外線光の光路は、上述したリファレンス測定における赤外線光の光路と同一であるが、前記特定の赤外線吸収膜１０の測定面に入射する点が異なる。そして、凹面反射鏡６は凹面反射鏡３と同一なので、赤外線光は、前記特定の赤外線吸収膜１０の測定面にスリット５通過時と同一の集光状態で入射し、透過するものである。

反射率測定においては、図２に示すように、分光器２で生成された平行束光状態の赤外線光は、凹面反射鏡３で光路を変換されるとともに集光され、スリット５を通過することでより収束された集光状態にされたうえ拡散して凹面反射鏡４で再度光路を変換され、平行束光として凹面反射鏡６に達する。平行束光状態の赤外線光は、前記凹面反射鏡６で再度光路を変換されるとともに集光され、前記凹面反射鏡６は前記凹面反射鏡３と同一なので、前記スリット５通過時と同一の集光状態で、試料固定枠７に所定状態で固定された多数並設されている赤外線吸収膜１０の特定の赤外線吸収膜１０の測定面に入射して反射し、再度拡散しつつ検出器９の図示していない凹面反射鏡を経て受光部材に達し、赤外線光の強度が計測される。

各凹面反射鏡３，４，５による赤外線光の光路変換及び集光は、反射面の曲率半径によって調整することができる。そして、試料固定枠７を通過する際の赤外線光の集光状態を、特定の赤外線吸収膜１０の測定面の大きさとほぼ同一となるようスリット５で調整する。すなわち、前記試料固定枠７に所定状態で固定した特定の赤外線吸収膜１０の測定面に入射する赤外線光の発光面積が、前記特定の赤外線吸収膜１０の測定面の面積とほぼ同一になるよう調整するものである。

このように、試料固定枠７に所定状態で固定した特定の赤外線吸収膜１０の測定面に入射する赤外線光の発光面積が、前記特定の赤外線吸収膜１０の測定面の面積とほぼ同一になるよう調整することによって、前記特定の赤外線吸収膜が、たとえば、２００ミクロン平方の赤外線吸収膜のように小さい場合でも、透過率及び反射率の正確な測定ができ、正確な赤外線吸収率の算出が可能となる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、スリット５自体の位置を移動して、スリット５の前後に集光した赤外線光と特定の赤外線吸収膜に入射する赤外線光が、前記特定の赤外線吸収膜の測定面とほぼ同一となるよう調整してもよい。また、赤外線光の集光は、スリット５を使用することなく、凹面反射鏡３，４，６のみで行なうことも可能であり、場合によっては、凹面反射鏡３，４，６に換えて、凸レンズで集光してもよい。

１光源ランプ
２分光器
３，４，６凹面反射鏡
５スリット
７試料固定枠
８試料台
９検出器
１０赤外線吸収膜

Claims

多数並設されている赤外線吸収膜の測定面に対して、赤外線光を光学系を介して特定の赤外線吸収膜の測定面に入射し、前記特定の赤外線吸収膜の測定面を透過した透過光、または前記特定の赤外線吸収膜の測定面で反射された反射光の光強度を測定する一方、前記赤外線光を前記赤外線吸収膜の測定面に入射しない基準光の光強度を測定し、これらの測定結果により、前記特定の赤外線吸収膜の測定面の赤外線吸収率を求める赤外線吸収率測定方法において、前記赤外線光が隣接する複数の赤外線吸収膜の測定面に跨がって入射しないよう前記赤外線光を前記特定の赤外線吸収膜の測定面とほぼ同一となるよう集光して前記特定の赤外線吸収膜の測定面に入射することを特徴とする赤外線吸収率測定における赤外線吸収膜に対する赤外線光の入射方法。
前記赤外線光の集光を、複数の凹面反射鏡からなる光学系で行なうことを特徴とする前記請求項１記載の赤外線吸収率測定における赤外線吸収膜に対する赤外線光の入射方法。
前記赤外線光の集光を、前記複数の凹面反射鏡に加えてこれら凹面反射鏡で形成される光路上に配置されたスリットを備えた光学系で行ない、前記スリットで前記赤外線光を前記特定の赤外線吸収膜の測定面とほぼ同一となるよう調整することを特徴とする前記請求項２に記載の赤外線吸収率測定における赤外線吸収膜に対する赤外線光の入射方法。