JP6833426B2

JP6833426B2 - 分光測定装置

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Publication number: JP6833426B2
Application number: JP2016186050A
Authority: JP
Inventors: 久志白岩
Original assignee: Otsuka Electronics Co Ltd
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Priority date: 2016-09-23
Filing date: 2016-09-23
Publication date: 2021-02-24
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Description

本発明は、分光測定装置に関する。

特許文献１には、光ファイバの屈曲によって光ファイバから出射する光の配光分布が変動し、それにより測定誤差が生じ得ること、この課題を解決するため、複数の光ファイバを光学的に結合するファイバ結合器として積分球を用いること、が開示されている。

特許第５６４３９８３号公報

ところで、特許文献１では、光源からの光は入射側ファイバを通じて積分球に導かれ、積分球から出射する光は出射側ファイバを通じて分光測定器に導かれている。このため、入射側ファイバの屈曲による測定誤差を低減することはできても、出射側ファイバの屈曲による測定誤差を低減することはできない。

また、複数の入射側ファイバによって積分球に導かれた光が、積分球から１本の出射側ファイバによって分光測定器に導かれているので、分光測定器において十分な光量が得られないおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、光ファイバの屈曲による測定誤差を低減するとともに、分光測定部に供給される光量を向上させることが可能な分光測定装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の分光測定装置は、スリットを通じて入射する光を分光測定する分光測定部と、複数の光ファイバから供給される光を拡散する光拡散手段であって、拡散された光が直接又はレンズ若しくはミラーを介して前記スリットに入射するように前記スリットに対して物理的に固定される光拡散手段と、を備える。

また、前記分光測定装置は、前記スリットに向かう前記拡散された光の光束を制限する絞りをさらに備えてよい。また、前記分光測定装置は、前記光拡散手段に光を供給する前記複数の光ファイバをさらに備えてよい。また、前記光拡散手段は、前記拡散された光を出射する出射部を備え、前記スリットと前記出射部とが対向してよい。

本発明の一態様において、前記光拡散手段は、拡散板であり、前記拡散板の一方の面に前記複数の光ファイバから供給される光が入射し、前記拡散板の他方の面から前記拡散された光が出射してよい。

また、前記複数の光ファイバの出射端は、前記スリットを通る光軸からオフセットして配置されてよい。また、前記複数の光ファイバの出射端は、前記スリットを通る光軸からオフセットした位置から前記スリットに向かう方向に光を出射してよい。また、前記複数の光ファイバの出射端は、前記スリットを通る光軸を囲むように配置されてよい。

本発明の一態様において、前記光拡散手段は、前記複数の光ファイバから供給される光が球状の内壁面で拡散反射し、前記拡散された光が検出窓から出射する積分球であってよい。なお、本発明においては、「積分球」の語を、全球状、半球状、１／８球状など、入射光を球状の内壁面で拡散反射する装置を広く含む意味に用いる。

本発明の一態様において、前記分光測定装置は、前記複数の光ファイバから選択される一部の光ファイバからの光を前記光拡散手段に供給し、残余の光ファイバからの光を遮光する遮光切替手段をさらに備えてよい。

また、前記複数の光ファイバの出射端は、前記スリットを通る光軸からオフセットして配置され、前記遮光切替手段は、前記一部の光ファイバからの光が前記スリットを通る光軸上から前記光拡散手段に入射するように、前記一部の光ファイバからの光の方向を変換する方向変換手段を備えてよい。

本発明によると、光拡散手段は、拡散された光が直接又はレンズ若しくはミラーを介してスリットに入射するようにスリットに対して物理的に固定されるので、光ファイバの屈曲による測定誤差を低減するとともに、分光測定部に供給される光量を向上させることが可能である。

本発明の第１の実施形態に係る分光測定装置の構成例を示す模式図である。ファイバ結合部の構成例を示す模式図である。ファイバ結合部の構成例を示す模式図である。本発明の第２の実施形態に係る分光測定装置の構成例を示す模式図である。本発明の第３の実施形態に係る分光測定装置の構成例を示す模式図である。本発明の第４の実施形態に係る分光測定装置の構成例を示す模式図である。ファイバ切替部の構成例を示す模式図である。ファイバ切替部の構成例を示す模式図である。ファイバ切替部の変形例を示す模式図である。ファイバ切替部の変形例を示す模式図である。本発明の実施形態に係る分光測定装置の第１の応用例を示す模式図である。本発明の実施形態に係る分光測定装置の第２の応用例を示す模式図である。参考例を示す模式図である。本発明の実施形態に係る分光測定装置の第３の応用例を示す模式図である。本発明の実施形態に係る分光測定装置の第４の応用例を示す模式図である。

本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。以下の説明において、重複する構成については、同番号を付すことで詳細な説明を省略することがある。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る分光測定装置１Ａの構成例を示す模式図である。図２Ａ及び図２Ｂは、ファイバ結合部５Ａの構成例を示す模式図である。分光測定装置１Ａは、分光測定部３とファイバ結合部５Ａとを備えている。

分光測定部３は、スリット板４に形成されたスリット４ａを通じて入射する光を分光測定する。分光測定部３は、スリット４ａから入射した光を回折する回折格子３２と、回折格子３２で回折された光を受光するラインセンサ３４とを備えており、入射した光のスペクトルを検出する。スリット４ａの長さ（高さ）は、回折格子３２及びラインセンサ３４の長さに対応している。

分光測定部３としては、分光測定が可能な種々の公知の構成を適用できる。図示の例では、凹面回折格子（concave grating）が適用されているが、これに限られず、例えばツェルニ・ターナ型の分光器（czerny-turner spectrograph）が適用されてもよいし、透過型の分光器（transmissive spectrograph）が適用されてもよい。図示の例では、ラインセンサ（マルチセンサ）が適用されているが、これに限られず、例えばシングルセンサを用いて、回折格子を回転させてスペクトルを検出する方式が適用されてもよい。

分光測定部３で検出されるスペクトルに基づき、色度・照度・輝度・演色性といった光源としての特性評価、表面特性・反射特性・透過（吸収）特性といった測定対象の光学的特性の測定、並びに、膜厚といった測定対象の物理的特性の測定などを行うことができる。

ファイバ結合部５Ａは、複数の光ファイバ９１，９２を光学的に結合する。ファイバ結合部５Ａは、拡散板５２、集光レンズ６１及び絞り６５を備えており、複数の光ファイバ９１，９２から供給される光を結合した上でスリット４ａに導く。

分光測定装置１の筐体２は、分光測定部３を収容する第１の収容部２１と、ファイバ結合部５Ａが設けられる第２の収容部２３とを備えている。第２の収容部２３は、拡散板５２、集光レンズ６１及び絞り６５を収容している。第１の収容部２１と第２の収容部２３とは、迷光を防ぐためスリット板４によって仕切られてよい。

光ファイバ９１，９２は、入射端９１１，９２１から入射される光を伝播し、出射端９１３，９２３から出射する。光ファイバ９１，９２は、例えば複数のファイバ素線が束ねられたファイバ束である。出射端９１３，９２３は、ファイバ結合部５Ａを収容する第２の収容部２３の内部に導入されている。出射端９１３，９２３は、第２の収容部２３に対して着脱可能であってもよい。

拡散板５２は、光拡散手段の一例であり、例えば磨りガラス等の、表面に微小な突起を有する板状の透光部材である。拡散板５２に限られず、光拡散フィルムが適用されてもよい。拡散板５２は、複数の光ファイバ９１，９２から供給される光を拡散する。光ファイバ９１，９２から供給される光が偏光していたとしても、拡散板５２が当該光を拡散することによって偏光が解消される。

拡散板５２は、複数の光ファイバ９１，９２の出射端９１３，９２３と、スリット４ａとの間に配置されている。拡散板５２の一方の面は出射端９１３，９２３と向かい合っており、拡散板５２の他方の面はスリット４ａと向かい合っている。拡散板５２の一方の面に出射端９１３，９２３から出射した光が入射すると、拡散板５２の他方の面から拡散された光が出射する。

集光レンズ６１は、拡散板５２とスリット４ａとの間に配置されており、拡散板５２から出射した拡散された光をスリット４ａに向けて集光する。集光レンズ６１は、スリット４ａで焦点を結ぶように構成されている。絞り（アパーチャ）６５は、集光レンズ６１とスリット４ａとの間に配置されており、スリット４ａに向かう拡散された光の光束（光線束）を制限する。なお、集光レンズ６１と絞り６５は、必ずしも設けられなくてよい。また、絞り６５は第１の収容部２１の内部に設置されてもよい。

拡散板５２は、拡散板５２から出射する拡散された光が集光レンズ６１を介してスリット４ａに入射するように、スリット４ａに対して物理的に固定されている。すなわち、拡散板５２から出射する光は集光レンズ６１に直接入射し、集光レンズ６１から出射する光はスリット４ａに直接入射する。このように本実施形態では、拡散板５２から出射する光が光ファイバを介することなくスリット４ａに入射する。

これに限られず、集光レンズ６１を省略して、拡散板５２から出射する拡散された光がスリット４ａに直接入射するように構成されてもよい。

このように光ファイバ９１，９２からの光は拡散板５２を利用して結合されるので、光ファイバ９１，９２の種類（開口数（ＮＡ）、素線径）が互いに異なっていても光の結合に問題はない。例えば、光ファイバ９１がＳＭＡファイバ（ＮＡ＝０．２１、素線径＝０．５mm）、光ファイバ９２がＦＣファイバ（ＮＡ＝０．１１、素線径＝０．２mm）であってもよい。また、光ファイバ９１，９２からの光は拡散板５２で拡散された上でスリット４ａに入射するので、光ファイバ９１，９２の出射端９１３，９２３の位置が多少ずれたとしても、分光測定部３における波長ずれ等の影響が少ない。このため、光拡散手段を備えない分光測定装置と比較して、光ファイバ９１，９２の出射端９１３，９２３の位置調整範囲が広くなる。

スリット板４と拡散板５２は、筐体２に固定されている。具体的には、スリット板４は筐体２の第１の収容部２１と第２の収容部２３の境界又はその近傍に固定されている。拡散板５２は、第２の収容部２３の内部を光ファイバ９１，９２側の空間とスリット４ａ側の空間とに仕切るように、第２の収容部２３の内部に固定されている。迷光を防ぐため、拡散板５２とその周縁部を支持する部材とによって２つの空間が完全に仕切られることが好ましい。

拡散板５２は、例えば第２の収容部２３の内壁に設けられたガイド溝に差し込まれることで固定されてもよいし、第２の収容部２３の内壁に設けられた突出部にネジ又は接着剤などを利用して固定されてもよい。拡散板５２の固定手法は特に限定されない。

図２Ａは、スリット４ａを通る光軸ＬＡに対して側方からファイバ結合部５Ａを見たときの図であり、図２Ｂは、スリット４ａ側から拡散板５２を見たときの図である。スリット４ａを通る光軸ＬＡは、拡散板５２から出射しスリット４ａを通過する光束の代表となる仮想的な軸であり、集光レンズ６１の中心と絞り６５の中心とを通る軸である。

複数の光ファイバ９１〜９５の出射端９１３〜９５３は、スリット４ａを通る光軸ＬＡからオフセットして配置されている。すなわち、出射端９１３〜９５３は、光軸ＬＡ上になく、光軸ＬＡから外方向（径方向）に離れている。特定の出射端が光軸ＬＡ上にあると、その出射端からの光が残余の出射端からの光よりも多くスリット４ａを通りやすくなり、光の結合が不均一になるおそれがある。そこで、全ての出射端９１３〜９５３を光軸ＬＡからオフセットして配置することで、光の結合の均一化を図ることが可能である。

また、複数の光ファイバ９１〜９５の出射端９１３〜９５３は、スリット４ａを通る光軸ＬＡを囲むように配置されている。ここで、光軸ＬＡを囲むように配置されるとは、出射端が２つである場合に光軸ＬＡを挟むように配置されることも含む。出射端９１３〜９５３は、光軸ＬＡからの距離が等しくなるように配置されることが好ましく、さらには、光軸ＬＡを中心に回転対称となるように配置されることが好ましい。これによると、光の結合のさらなる均一化を図ることが可能である。

また、複数の光ファイバ９１〜９５の出射端９１３〜９５３は、スリット４ａを通る光軸ＬＡからオフセットした位置からスリット４ａに向かう方向に光を出射している。すなわち、出射端９１３〜９５３から出射する光は、光軸ＬＡと平行ではなく、それよりも光軸ＬＡに近づく側に傾斜した方向に光を出射している。これによると、出射端９１３〜９５３が光軸ＬＡからオフセットしていても、スリット４ａを通る光量をより向上させることが可能である。

なお、拡散板５２としては、偏光の解消を目的とする場合は偏光解消機能の高い拡散板を用いることが好ましい。また、分光測定部３への供給光量の向上を目的とする場合は、高透過率の拡散板を用いることが好ましい。このように、測定の目的・用途に合わせて、拡散板５２の種類を選択することが可能である。

以上に説明した第１の実施形態では、拡散板５２から出射する拡散された光が直接又は集光レンズ６１を介してスリット４ａに入射するように、拡散板５２がスリット４ａに対して物理的に固定されている。これによると、特許文献１のような出射側ファイバが存在しないため、光ファイバの屈曲による測定誤差の低減を図ることが可能である。

また、分光測定部３に供給される光量を向上させることも可能である。特許文献１のように出射側ファイバを通じて分光測定器に光を導く構成では、分光測定器に供給される光量が十分でないことがある。例えば、出射側ファイバが複数のファイバ素線を含む場合、複数のファイバ素線の出射端はスリットに沿って並べられて固定される。この場合、ファイバ素線の素線径と数はスリットの長さによって制限されるため、スリットに供給される光量が十分でないことがある。これに対し、本実施形態では、光ファイバ９１，９２から拡散板５２に十分な光量を供給すれば、拡散された光が直接又は集光レンズ６１を介してスリット４ａに入射するので、拡散板５２において光量の多少のロスがあったとしても、分光測定部３に十分な光量を供給することが可能である（このことについては、後に図８〜１０を用いて詳しく説明する）。

［第２の実施形態］
図３は、本発明の第２の実施形態に係る分光測定装置１Ｂの構成例を示す模式図である。分光測定装置１Ｂが備えるファイバ結合部５Ｂは、積分球７、コリメートレンズ６２、集光レンズ６３及び絞り６５を備えている。

積分球７は、光拡散手段の一例であり、複数の光ファイバ９１，９２から供給される光を球状の内壁面７１４で拡散反射し、拡散された光を検出窓７３ａから出射する。具体的には、積分球７は、半球殻部７１と円形平板部７３とによって構成され、中空半球状の内部空間を有している。半球殻部７１の内壁面７１４は硫酸バリウムやＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）焼結品等による白色高拡散反射面であり、円形平板部７３の内壁面７３４はアルミ蒸着等によるミラーである。

積分球７の半球殻部７１には、光ファイバ９１，９２の出射端９１３，９２３が取り付けられる複数の取付部７１１，７１２が設けられている。出射端９１３，９２３は、取付部７１１，７１２に対して着脱可能であってもよい。積分球７は、複数の光ファイバ９１，９２から供給される光をその内部空間で拡散することによって結合する。また、光ファイバ９１，９２から供給される光が偏光していたとしても、積分球７の内部空間で拡散されることで偏光が解消される。

円形平板部７３の中央には、積分球７の内部空間で拡散された光を外部に取り出すための検出窓７３ａが設けられている。検出窓７３ａは、拡散された光を出射する出射部であり、スリット４ａと対向している。また、検出窓７３ａの周囲には、出射端９１３，９２３から出射する光が検出窓７３ａに直接入射しないようにするための遮光板７５が設けられている。

なお、本実施形態において積分球７は半球状であるが、これに限られず、全球状であってもよいし、１／８球状であってもよい。

コリメートレンズ６２は、積分球７とスリット４ａとの間に配置されており、積分球７の検出窓７３ａから出射する光を平行光にする。集光レンズ６３は、コリメートレンズ６２とスリット４ａの間に配置されており、コリメートレンズ６２から出射する光をスリット４ａに向けて集光する。集光レンズ６３は、スリット４ａで焦点を結ぶように構成される。なお、コリメートレンズ６２、集光レンズ６３及び絞り６５は、必ずしも設けられなくてよい。また、絞り６５は第１の収容部２１の内部に設置してもよい。

積分球７は、検出窓７３ａから出射する拡散された光がコリメートレンズ６２と集光レンズ６３を介してスリット４ａに入射するように、スリット４ａに対して物理的に固定されている。すなわち、検出窓７３ａから出射する光はコリメートレンズ６２に直接入射し、コリメートレンズ６２から出射する光は集光レンズ６３に直接入射し、集光レンズ６３から出射する光はスリット４ａに直接入射する。このように本実施形態でも、検出窓７３ａから出射する光が光ファイバを介することなくスリット４ａに入射する。

これに限られず、コリメートレンズ６２と集光レンズ６３を省略して、検出窓７３ａから出射する拡散された光がスリット４ａに直接入射するように構成されてもよい。

積分球７は、筐体２の第２の収容部２３に取り付けられている。具体的には、第２の収容部２３は突出方向を向く開口を有しており、積分球７は第２の収容部２３の開口を塞ぐように取り付けられている。迷光を防ぐため、積分球７は第２の収容部２３の開口を完全に塞ぐことが好ましい。積分球７は、例えば第２の収容部２３にボルト等の締結具を利用して固定される。積分球７の固定手法は特に限定されない。

以上に説明した第２の実施形態によっても、上記第１の実施形態と同様に、光ファイバの屈曲による測定誤差の低減を図ることが可能であるとともに、分光測定部３に供給される光量を向上させることが可能である。

［第３の実施形態］
図４は、本発明の第３の実施形態に係る分光測定装置１Ｃの構成例を示す模式図である。分光測定装置１Ｃが備えるファイバ結合部５Ｃは、拡散板５２、集光ミラー６７及び絞り６５を備えている。

集光ミラー６７は、拡散板５２とスリット４ａとの間に配置されており、拡散板５２から出射した拡散された光を反射しつつスリット４ａに向けて集光する。集光ミラー６７は、スリット４ａで焦点を結ぶように構成されている。絞り（アパーチャ）６５は、集光ミラー６７とスリット４ａとの間に配置されており、スリット４ａに向かう拡散された光の光束（光線束）を制限する。なお、集光ミラー６７に限られず、平面ミラーが設けられてもよい。また、絞り６５は第１の収容部２１の内部に設置されてもよい。

拡散板５２は、拡散板５２から出射する拡散された光が集光ミラー６７を介してスリット４ａに入射するように、スリット４ａに対して物理的に固定されている。すなわち、拡散板５２から出射する光は集光ミラー６７に直接入射し、集光ミラー６７から反射する光はスリット４ａに直接入射する。このように本実施形態でも、拡散板５２から出射する光が光ファイバを介することなくスリット４ａに入射する。

以上に説明した第３の実施形態によっても、上記第１及び第２の実施形態と同様に、光ファイバの屈曲による測定誤差の低減を図ることが可能であるとともに、分光測定部３に供給される光量を向上させることが可能である。さらに、第３の実施形態では集光ミラー６７を用いているので、レンズを用いた場合と比較して色収差が少なく、分光測定部３における波長ずれ等の影響が少ない。

第３の実施形態は、上記第１の実施形態における集光レンズ６１を集光ミラー６７に置き換えたものであるが、これと同様に、上記第２の実施形態におけるコリメートレンズ６２をコリメートミラーに置き換えてもよいし、集光レンズ６３を集光ミラーに置き換えてもよい。

［第４の実施形態］
図５は、本発明の第４の実施形態に係る分光測定装置１０の構成例を示す模式図である。図６Ａ及び図６Ｂは、ファイバ切替部８の構成例を示す模式図である。分光測定装置１０は、分光測定部３とファイバ切替部８とを備えている。ファイバ切替部８は、複数の光ファイバ９１〜９５から供給される光を選択的にスリット４ａに導く。

ファイバ切替部８は、上記第１の実施形態のファイバ結合部５Ａに遮光切替板８２を追加したものである。すなわち、ファイバ切替部８は、遮光切替板８２、拡散板５２、集光レンズ６１及び絞り６５を備えている。遮光切替板８２は、複数の光ファイバ９１〜９５の出射端９１３〜９５３と、拡散板５２との間に配置されている。なお、ファイバ切替部８は、上記第３の実施形態のファイバ結合部５Ｃに遮光切替板８２を追加したものであってもよい。

遮光切替板８２は、遮光切替手段の一例であり、複数の光ファイバ９１〜９５から選択される一部（図示の例では１つ）の光ファイバからの光を開口８ａを通じて拡散板５２に供給し、残余の光ファイバからの光を遮光する。拡散板５２に供給された光は、上記第１の実施形態と同様に、拡散板５２において拡散され、拡散された光が集光レンズ６１を介してスリット４ａに入射する。

詳しくは、図６Ｂに示されるように、遮光切替板８２には、複数の光ファイバ９１〜９５の出射端９１３〜９５３の１つに対応する開口８ａが形成されている。出射端９１３〜９５３のうちの１つの出射端から出射する光のみが遮光切替板８２の開口８ａを通じて拡散板５２に供給される一方、残余の出射端から出射する光は遮光切替板８２により遮光されて拡散板５２に供給されない。

また、遮光切替板８２は、複数の出射端９１３〜９５３が順番に開口８ａと向かい合うように移動又は回転可能に構成されている。具体的には、遮光切替板８２は、スリット４ａを通る光軸ＬＡを中心に回転可能に構成され、開口８ａは光軸ＬＡを中心とする円周上を移動可能とされている。これにより、開口８ａは、遮光切替板８２の回転角に応じて出射端９１３〜９５３の何れかと向かい合う。また、分光測定装置１０は、例えば切替指令に応じて遮光切替板８２を回転駆動する不図示のアクチュエータを備えてよい。

また、遮光切替板８２は、出射端９１３〜９５３と拡散板５２との間に位置する遮光位置と、そこから離れた退避位置との間で移動可能に構成されてもよい。これによると、分光測定装置１０においてファイバ結合部５とファイバ切替部８の両方の機能を利用することが可能である。

なお、上記第２の実施形態に係る分光測定装置１Ｂについても、複数の光ファイバ９１，９２から選択される一部の光ファイバからの光を積分球７に供給し、残余の光ファイバからの光を遮光する遮光切替手段が設けられてもよい。

以上に説明した第４の実施形態によると、複数の光ファイバ９１〜９５から供給される光を選択的にスリット４ａに導く場合においても、上記第１、第２及び第３の実施形態と同様に、光ファイバの屈曲による測定誤差の低減を図ることが可能であるとともに、分光測定部３に供給される光量を向上させることが可能である。

図７Ａ及び図７Ｂは、ファイバ切替部８の変形例を示す模式図である。図７Ａは、スリット４ａを通る光軸ＬＡと開口８ｂとを通るように遮光切替板８４を切断したときの断面図であり、図７Ｂは、スリット４ａ側から遮光切替板８４を見たときの図である。

遮光切替板８４は、複数の光ファイバ９１〜９８から選択される一部（図示の例では１つ）の光ファイバからの光がスリット４ａを通る光軸ＬＡ上から拡散板５２に入射するように、当該一部の光ファイバからの光の方向を変換するミラー８６，８７を方向変換手段として備えている。

詳しくは、遮光切替板８４の出射端９１３〜９８３側の面には、複数の光ファイバ９１〜９５の出射端９１３〜９５３の１つに対応する開口８ｂが形成されている。一方、遮光切替板８４のスリット４ａ側の面には、スリット４ａを通る光軸ＬＡ上に開口８ｃが形成されている。さらに、遮光切替板８４の内部には、開口８ｂ，８ｃを結ぶ通路８ｄが形成されており、この通路８ｄにミラー８６，８７が配置されている。

複数の光ファイバ９１〜９８の出射端９１３〜９８３のうち、開口８ｂと向かい合う１つの出射端から出射する光のみが開口８ｂから通路８ｄに進入し、ミラー８６，８７によって方向が切り替えられ、開口８ｃから光軸ＬＡ上に出射して拡散板５２に供給される。一方、残余の出射端から出射する光は遮光切替板８４により遮光されて、拡散板５２に供給されない。

また、遮光切替板８４は、スリット４ａを通る光軸ＬＡを中心に回転可能に構成され、開口８ｂは、光軸ＬＡを中心とする円周上を移動して出射端９１３〜９８３の何れかと向かい合うようになっている。一方、開口８ｃは光軸ＬＡ上に形成されているため、何れの出射端９１３〜９１８から開口８ｂに光が入射しても、開口８ｃは光軸ＬＡ上に光を出射する。

複数の光ファイバ９１〜９８の出射端９１３〜９８３は、スリット４ａを通る光軸ＬＡからオフセットして配置されており、光軸ＬＡと平行に光を出射する。出射端９１３〜９８３のそれぞれの前方にはコリメートレンズ８９が配置されており、出射端９１３〜９８３から出射する光は、コリメートレンズ８９により平行光にされた上で遮光切替板８４の開口８ｂに進入する。

以上に説明した第４の実施形態の変形例によると、上述の効果に加えて、拡散板５２が設置されていることで、ミラー８６，８７の位置が多少変動してもスリット４ａを通る光量の変化は低減される。なお、方向変換手段としてのミラーの枚数は２枚に限定されるものではなく、１枚であっても３枚であってもよい。

［第１の応用例］
図８は、本発明の実施形態に係る分光測定装置の第１の応用例であるダブルビーム測定システム１００Ａを示す模式図である。同図では、各々の光ファイバの断面構造例を併せて示している。ダブルビーム測定システム１００Ａは、上記第１の実施形態に係る分光測定装置１Ａを備えており、さらに分岐ファイバ１０１と出力ファイバ１０２，１０３と遮光切替板１０８とを備えている。

分岐ファイバ１０１は、不図示の光源からの光を２つの光束に分けて測定対象ＳａｍとリファレンスＲｅｆに照射する。光源は、例えばタングステンランプと重水素ランプとを含む。出力ファイバ１０２は、リファレンスＲｅｆを透過した透過光を分光測定装置１Ａの一方の光ファイバ９１に供給する。出力ファイバ１０３は、測定対象Ｓａｍを透過した透過光を分光測定装置１Ａの他方の光ファイバ９２に供給する。

遮光切替板１０８は、出力ファイバ１０２，１０３の一方からの光のみを開口を通じて分光測定装置１Ａに供給し、他方からの光を遮光する。遮光切替板１０８を切り替えることによって、測定対象Ｓａｍを透過した透過光と、リファレンスＲｅｆを透過した透過光とが順次分光測定される。分光測定装置１Ａにおける動作については上述したので、詳細な説明は繰返さない。

ここで、図示の例のように、ファイバ結合部５Ａに連結される２つの光ファイバ９１，９２にそれぞれ４本のファイバ素線９９が含まれているとすると、ファイバ結合部５Ａには合計８本のファイバ素線９９が引き込まれており、遮光切替板１０８により一方が遮光されても、その半分の４本のファイバ素線９９により拡散板５２に光が供給されることになる。

［第２の応用例］
図９は、本発明の実施形態に係る分光測定装置の第２の応用例であるダブルビーム測定システム１００Ｂを示す模式図である。同図でも、各々の光ファイバの断面構造例を併せて示している。ダブルビーム測定システム１００Ｂは、上記第４の実施形態に係る分光測定装置１０を備えており、さらに分岐ファイバ１０１を備えている。

ダブルビーム測定システム１００Ｂでは、分光測定装置１０がファイバ切替部８を備えているので、上記第１の応用例に係るダブルビーム測定システム１００Ａと比較すると出力ファイバ１０２，１０３と遮光切替板１０８とが省略されている。

リファレンスＲｅｆを透過した透過光は、分光測定装置１０の一方の光ファイバ９１に供給され、測定対象Ｓａｍを透過した透過光は、分光測定装置１Ａの他方の光ファイバ９２に供給される。

ファイバ切替部８に含まれる遮光切替板８２を切り替えることによって、測定対象Ｓａｍを透過した透過光と、リファレンスＲｅｆを透過した透過光とが順次分光測定される。分光測定装置１０における動作については上述したので、詳細な説明は繰返さない。

ここでも、図示の例のように、ファイバ切替部８に連結される２つの光ファイバ９１，９２にそれぞれ４本のファイバ素線９９が含まれているとすると、ファイバ切替部８には合計８本のファイバ素線９９が引き込まれており、遮光切替板８２により一方が遮光されても、その半分の４本のファイバ素線９９により拡散板５２に光が供給されることになる。

［参考例］
図１０は、参考例に係るダブルビーム測定システムを示す模式図である。同図でも、各々の光ファイバの断面構造例を併せて示している。参考例に係るダブルビーム測定システムは、分岐ファイバ１０１と、出力ファイバ１０２，１０３と、遮光切替板１０８と、分岐ファイバ１０４と、分光測定装置１０６とを備えている。

分岐ファイバ１０４は、出力ファイバ１０２から供給されるリファレンスＲｅｆを透過した透過光と、出力ファイバ１０３から供給される測定対象Ｓａｍを透過した透過光とを１つの光束にまとめて出射端１０４ｃから出射する。分岐ファイバ１０４の出射端１０４ｃは分光測定装置１０６のスリット１０５に近接して固定されており、出射端１０４ｃから出射する光はスリット１０５を通じて分光測定装置１０６に入射する。

分岐ファイバ１０４の出射端１０４ｃは、複数のファイバ素線１０４ｄを含んでいる。このうち、半分のファイバ素線１０４ｄは一方の入射端１０４ａに属し、残り半分のファイバ素線１０４ｄは他方の入射端１０４ｂに属する。出射端１０４ｃに含まれる複数のファイバ素線１０４ｄは、スリット１０５に沿って一列に並べられて固定される。このため、ファイバ素線１０４ｄの数は、スリット１０５の長さによって制限される。

ここで、図示の例のように、スリット１０５に沿って一列に並べられるファイバ素線１０４ｄの最大数が合計４本であるとすると、分岐ファイバ１０４のそれぞれの入射端１０４ａ，１０４ｂには２本のファイバ素線１０４ｄしか存在しないことになる。このため、それより上流の出力ファイバ１０２，１０３のファイバ素線を幾ら増やしたとしても、分岐ファイバ１０４がボトルネックとなって、スリット１０５に十分な光量を供給できない。

これに対し、図８及び図９に示される本実施形態の分光測定装置１Ａ，１０では、ファイバ結合部５又はファイバ切替部８に連結される光ファイバ９１，９２に含まれるファイバ素線９９の素線径と数がスリット４ａの長さに制限されないため、スリット４ａに沿って並べる場合よりも多くのファイバ素線９９で光を供給することが可能である。さらに、素線径の大きいファイバ素線９９で光を供給することも可能である。素線径が大きいファイバを用いた方が測定系全体として光量ロスが少なくなる場合が多い。このため、拡散板５２において光量の多少のロスがあったとしても、分光測定部３に十分な光量を供給することが可能である。

［第３の応用例］
図１１は、本発明の実施形態に係る分光測定装置の第３の応用例である反射光測定システム２００を示す模式図である。反射光測定システム２００は、上記第４の実施形態に係る分光測定装置１０を備えており、さらに光源装置２０１と光分配器２０５とを備えている。

反射光測定システム２００は、分光反射率が既知の物質の反射光を予め分光測定しておき（Ｒｅｆ）、その後、測定対象Ｓａｍの表面で生じる反射光を分光測定することで、測定対象Ｓａｍの分光反射特性や膜厚を評価する。反射光測定システム２００は、例えば長手方向に製造されるフィルムなどの膜厚を幅方向の複数点において評価するような用途に用いられる。

光源装置２０１は、測定対象Ｓａｍで生じる反射光に適した波長帯域の光を発生する。この光源装置２０１から発生された光は、接続ファイバ２０３を通じて光分配器２０５へ導かれる。光分配器２０５は、光源装置２０１からの光を複数に分配する。図示の例では、光分配器２０５は光源装置２０１からの光を５分割する。

光分配器２０５の他方端には、５つのＹ字分岐ファイバが接続されており、それぞれ分割された光は、対応するＹ字分岐ファイバの入力ファイバ２０７−１〜５へそれぞれ出力される。入力ファイバ２０７−１〜５の先端には、出射／入射部２０９−１〜５がそれぞれ接続されている。そして、光分配器２０５により分割された各光は、出射／入射部２０９−１〜５の各々から測定対象Ｓａｍへ向けて照射される。

測定対象Ｓａｍに照射された光のうち、測定対象Ｓａｍの表面状態に応じた成分が反射光として生じる。そして、生じた反射光は、出射／入射部２０９−１〜５へそれぞれ再入射する。

出射／入射部２０９−１〜５の各々へ入射した反射光は、対応するＹ字分岐ファイバの出力ファイバ２１１−１〜５を通じて、分光測定装置１０のファイバ切替部８へ導かれる。分光測定装置１０における動作については上述したので、詳細な説明は繰返さない。

［第４の応用例］
図１２は、本発明の実施形態に係る分光測定装置の第４の応用例である透過光測定システム３００を示す模式図である。透過光測定システム３００は、上記第４の実施形態に係る分光測定装置１０を備えており、さらに光源装置３０１と光分配器３０５とを備えている。

透過光測定システム３００は、測定対象Ｓａｍが無い状態での透過光を予め分光測定しておき（Ｒｅｆ）、その後、測定対象Ｓａｍを透過した光を測定することで、測定対象Ｓａｍの分光透過（吸収）特性や色度などを評価する。透過光測定システム３００は、例えば長手方向に製造されるフィルムなどの色度を幅方向の複数点において評価するような用途に用いられる。

光源装置３０１は、測定対象Ｓａｍで生じる透過光に適した波長帯域の光を発生する。この光源装置３０１から発生された光は、接続ファイバ３０３を通じて光分配器３０５へ導かれる。光分配器３０５は、光源装置３０１からの光を複数に分配する。図示の例では、光分配器３０５は光源装置３０１からの光を５分割する。

光分配器３０５の他方端には、測定対象Ｓａｍの一方側に整列配置された出射部３０９−１〜５へそれぞれ光を導くための入力ファイバ３０７−１〜５がそれぞれ接続されている。そして、光分配器３０５により分割された各光は、出射部３０９−１〜５の各々から測定対象Ｓａｍへ向けて照射される。

測定対象Ｓａｍに照射された光のうち、測定対象Ｓａｍを透過した成分が透過光として生じる。そして、生じた透過光は、測定対象Ｓａｍの他方側に整列配置された入射部３１１−１〜５へそれぞれ入射する。

入射部３１１−１〜５の各々へ入射した透過光は、対応する出力ファイバ３１３−１〜５を通じて、分光測定装置１０のファイバ切替部８へ導かれる。分光測定装置１０における動作については上述したので、詳細な説明は繰返さない。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が当業者にとって可能であるのはもちろんである。

１分光測定装置、２筐体、３分光測定部、３２回折格子、３４ラインセンサ、４スリット板、４ａスリット、５ファイバ結合部、５２拡散板（光拡散手段の一例）、６１，６３集光レンズ、６５絞り、６７集光ミラー、７積分球（光拡散手段の一例）、７１４内壁面、７３ａ検出窓、８ファイバ切替部、８２，８４遮光切替板（遮光切替手段の一例）、８６，８７ミラー（方向変換手段）、９１，９２光ファイバ、９１３，９２３出射端、１００ダブルビーム測定システム、２００反射光測定システム、３００透過光測定システム、ＬＡ光軸。

Claims

スリットを通じて入射する光を分光測定する分光測定部と、
複数の光ファイバから供給される光を拡散する光拡散手段であって、拡散された光が直接又はレンズ若しくはミラーを介して前記スリットに入射するように前記スリットに対して物理的に固定される光拡散手段と、
を備え、
前記光拡散手段は、拡散板であり、
前記拡散板の一方の面に前記複数の光ファイバから供給される光が入射し、前記拡散板の他方の面から前記拡散された光が出射し、
前記複数の光ファイバの出射端は、前記スリットを通る光軸からオフセットし、前記光軸を囲むように且つ前記光軸と傾斜して配置され、前記スリットに向かう方向に光を出射する、分光測定装置。
前記スリットに向かう前記拡散された光の光束を制限する絞りをさらに備える、
請求項１に記載の分光測定装置。
前記光拡散手段に光を供給する前記複数の光ファイバをさらに備える、
請求項１または２に記載の分光測定装置。
前記複数の光ファイバから選択される一部の光ファイバからの光を前記光拡散手段に供給し、残余の光ファイバからの光を遮光する遮光切替手段をさらに備える、
請求項１に記載の分光測定装置。