JPH06308296A - 反射光学系ゴニオメータ調整法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 検出器スリット、治具等を一切必要とせず比
較的簡単な方法でθ＝０°の設定、および回転中心と光
軸との一致を高い信頼性および精度で行ない得るように
する。 【構成】 試料３をｘ移動によりステージの回転面内で
かつ入射光１に直角な方向に退避させ、試料３に入射光
１が反射しない状態で検出器４を回転させる。従来方法
は検出器位置を２θ＝０°の位置に設定していたため、
θ＝０°の設定の際、試料３による反射の影響を受け易
かった。これに対して検出器位置を僅かにマイナス側へ
ずらして設置すると、反射による影響を受けることがな
い。次に、退避していた試料３をｘ移動により前進さ
せ、入射光１の一部を遮るようにする。次に、試料ステ
ージのみを回転させると、極大を持つ検出器出力が得ら
れるので、極大を示すθの位置をθ＝０°とする。この
位置に検出器４を設定すれば、入射光１は検出器の検出
幅の端部のみに入射するため実効的に非常に狭いスリッ
トを置いたことと等価になり、正確なθ＝０°の設定が
可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、試料ステージと検出器
ステージを持つ反射光学系ゴニオメータ調整法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】試料に光を当てその反射光を検出するた
めの試料および検出器は、通常回転中心を共有するステ
ージであるゴニオメータステージに取付けられている。
反射光学系においては試料ステージの回転角と検出器ス
テージの回転角は２倍の関係にあるので、θ−２θステ
ージと呼ばれる。このような光学系においては測定精度
を高くするため、試料に当てる光線はできるだけ細く絞
る必要がある。また、回転角度の原点、すなわちθ＝０
°、あるいは２θ＝０°の点はそこからの変化角が反射
角や入射角の測定値になるため原点設定は精度を確保す
るため非常に重要である。さらに、両ステージの回転中
心と光線とは正確に一致している必要がある。

【０００３】図５は従来の反射光学系ゴニオメータのθ
＝０°の設定法を示す模式図である。先ず、平面試料３
を入射光１に平行に設定する。入射光１は入射スリット
５によって絞られ、試料３に導かれる。入射光１および
反射光２は検出器４によって検出される。試料３はθス
テージ（図示せず）上にあって反射面がθ回転面に垂直
に設置され、回転中心を固定したままで反射面に垂直方
向に移動できるようになっている。これをｘ移動と呼ぶ
ことにする。試料３を略入射光１に平行にし、ｘ移動に
より、入射光を一部遮るようにし、θステージを回転す
る。すると図６に示すようにθの回転に伴って検出器４
の信号強度が変化する。反射の影響がなく、試料３の大
きさが入射光束の大きさに比べて十分大きな場合、一般
的には図６中のＡあるいはＣのような変化を示すが、正
しく試料３の反射面が入射光１に平行に設置され、その
状態でｘ移動により入射光の一部を遮るように設定され
ている場合には必ず図６のＡに示すような極大値を示
す。試料３の中央に回転中心があって検出器４の受光幅
が十分に狭い場合は、回転に伴って回転の最初と最後で
それぞれ試料３の両端によって光が遮られるため図６の
Ａで示されるように対称な極大をもった特性を示す。し
たがって、極大を示すθの位置が試料面と入射光が平行
になったときであるが、通常受光面は有限の幅を有する
ため図５の反射光２で示すように試料３からの反射光を
検知してしまう。そのため図６のＢで示すように反射光
による検出器信号が重畳され、極大値を示すθの位置は
本来の位置からずれてしまうことになる。これを防ぐた
めには検出器スリット６が必要となり、装置が複雑で高
価になる欠点があった。

【０００４】次に、平面試料による反射光を検出するこ
とを考える。図７は反射光学系ゴニオメータにおいて入
射光１と回転中心Ｏがずれている場合の試料、検出器の
位置関係を示す模式図である。最初に試料３をｘ移動に
より退避させ、検出器位置を試料３の反射のない入射光
を検出できるようにして検出器位置Ａをもって２θ＝０
°の位置とする。通常、検出器４の大きさや入射光束の
大きさが有限の大きさをもつので検出器出力は２θに対
して有限の幅をもつが、その中央を２θ＝０°とする。
次に、試料３を前述の方法により光線に平行に置き、こ
れをもってθ＝０°の位置とする。試料の角度、つまり
θステージがθの設定された時の反射点Ｐからの反射光
２を検出器位置Ｂで検出する。回転中心Ｏは入射光１と
一致している場合には試料３がθだけ回転したときに反
射光を検出する検出器回転角、すなわち検出器位置Ａか
ら検出器位置Ｂまでの２θステージの回転角∠ＡＯＢは
θの２倍になるはずであるが、回転中心Ｏが入射光１か
らＲだけずれている場合には図７の∠ＯＡＰ＝δ、∠Ｏ
ＢＰ＝βとしたとき、∠ＡＯＢ＝２θ＋β−δとなり、
β−δだけずれてしまう。従来、図５においてθステー
ジに試料３に代えて目印になるポールあるいはナイフエ
ッジを立て、ｘ移動あるいは回転中心の移動（これをＶ
移動と呼ぶこととする）によりθ回転を行ったとき検出
器出力が変化しないようにしていたが、この方法ではポ
ールの取付精度に依存するし、あるいは試料３そのもの
を利用できないので試料３を交換した場合の精度が保証
されないという問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
ゴニオメータ調整法においては、θステージのθ＝０°
設定時の調整作業において高価で装置を複雑化させる検
出器スリットが必要であったり、あるいは回転中心と入
射光を一致させる調整作業において試料以外の治具を必
要とし、また試料交換時の精度保証ができないという問
題があった。

【０００６】したがって、本発明は上記したような従来
の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするとこ
ろは、検出器スリット、治具等を一切必要とせず比較的
簡単な方法でθ＝０°の設定、および回転中心と光軸と
の一致を高い信頼性および精度で行ない得るようにした
反射光学系ゴニオメータ調整法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の本発明は、光線を反射する平面試料を設置し
たθステージと反射光を検出する検出器の設置された２
θステージとが回転中心を共有するゴニオメータで、試
料が光束を遮らず直接検出器に入射光が到達したときの
２θステージの位置を２θステージの原点、２θ＝０°
とし、試料が入射光に平行であるときのθステージの位
置をθステージの原点、θ＝０°とし、試料面で入射光
が反射し反射光が検出器に到達したときのθ、２θの角
度を正の角度と定義したとき、試料面を入射光に平行に
設定する反射光学系ゴニオメータ調整法において、入射
光を反射なしで直接受光するように検出器位置を２θ＝
０°付近に設定する際、検出器を負の角度に設置し全光
束の一部のみを受光するようにし、次いで試料を、θ、
２θステージの回転軸は固定したままで回転面内でかつ
入射光と直角方向に試料を移動させ、入射光の一部を遮
るように設定し、θステージをその位置の前後に回転さ
せたときに得られる検出器からの光量変化から最大光量
が得られる位置に試料の回転角を定め、これにより試料
が光線に平行に設定された、すなわちθ＝０°の位置と
設定するようにしたものである。第２の発明は、光線を
反射する平面試料をセットするθステージと反射光を検
出する検出器の設置された２θステージが回転中心を共
有するゴニオメータにおいて、試料を退避させ入射光が
試料に反射しない場合に入射光を検出する検出器位置を
２θ＝０°とし、光線が試料面に反射したときの試料ス
テージ位置をθ、反射光を検出する検出器位置を２θと
したとき、試料が光線に平行である場合、すなわちθ＝
０°の試料位置からの試料の回転角θの２倍と検出器位
置２θの差を基にして、ゴニオメータの回転中心と入射
光線とのずれを算出し、このずれを基に前記回転中心位
置を移動させ前記回転中心を入射光と一致させるように
したものである。

【０００８】

【作用】第１の発明において、先ず試料をｘ移動により
ステージの回転面内でかつ入射光に直角な方向に退避さ
せ、試料に入射光が反射しない状態で検出器を回転させ
る。従来の方法では検出器位置を２θ＝０°の位置に設
定していたため、θ＝０°の設定の際、試料による反射
の影響を受けたが、検出器位置を僅かにマイナス側へず
らして設置すると、反射の影響を受けず、左右対称な出
力特性を得ることができる。次に、退避していた試料を
ｘ移動により前進させ、入射光の一部を遮るようにす
る。具体的には検出器の出力信号強度が数分の一程度に
なるようにｘ移動を調整する。次に、試料ステージのみ
を回転させると、極大を持つ検出器出力が得られるの
で、極大を示すθの位置をθ＝０°とする。この位置に
検出器を設定すれば、入射光は検出器の検出幅の端部の
みに入射するため実効的に非常に狭いスリットを置いた
ことと等価になり、θ＝０°設定の際、試料による反射
の影響を避けることができるため、反射による間違った
極大値を示すことはなく、正確なθ＝０°の設定が可能
になる。第２の発明において、先ず第１の発明方法にし
たがって２θ＝０°、θ＝０°を設定する。次に、試料
反射面が入射光束を例えば５０％遮るとし、θを所定角
度（例７０°）に設定する。反射光は２θ＝１４０°付
近に反射するので、２θステージ上の検出器を２θ＝１
４０°付近で回転させ反射光位置を測定する。測定位置
と１４０°との差がβ−δとなり、回転中心から入射光
までの距離Ｒを求める。求められた距離Ｒだけθ−２θ
ステージを回転面内でかつ入射光に直角な方向にＶ移動
することでゴニオメータステージの回転中心Ｏを入射光
に一致させることができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明方法を図面に示す実施例に基づ
いて詳細に説明する。図１は本発明による反射光学系ゴ
ニオメータの調整法を説明するための模式図である。同
図はθステージのθ＝０°の設定方法を示すもので、先
ず試料３をｘ移動によりステージの回転面内でかつ入射
光１に直角な方向に退避させ、試料３に入射光１が反射
しない状態で検出器４を回転させると図２に示すように
左右対称な検出器出力特性が得られる。中央が２θ＝０
°となる。従来の方法では検出器位置を２θ＝０°の位
置に設定していたため、θ＝０°の設定の際、図５に示
すように試料３による反射の影響を受け易かった。そこ
で、図１に示すように検出器位置を僅かにマイナス側へ
ずらして設置する。これは図２によれば検出器出力の肩
の部分に合わせたことを意味する。次に、退避していた
試料３をｘ移動により前進させ、入射光１の一部を遮る
ようにする。具体的には検出器の出力信号強度が数分の
一程度になるようにｘ移動を調整する。次に、試料ステ
ージのみを回転させると、図６のＡに示すように極大を
持つ検出器出力が得られるので、極大を示すθの位置を
θ＝０°とする。上記の位置に検出器４を設定すれば図
１に示すように、入射光は検出器の検出幅の端部のみに
入射するため実効的に非常に狭いスリットを置いたこと
と等価になり、θ＝０°設定の際、試料による反射の影
響を避けることができるため図６における検出器特性Ｂ
のような間違った極大値を示すことはなく、正確なθ＝
０°の設定が可能になる。また、本発明によれば検出器
スリットが不要であるので装置を簡素化でき、コスト低
減が可能である。

【００１０】次にゴニオメータの回転中心を入射光と一
致させる場合の調整方法について説明する。図３は図７
において、２θステージの回転角度∠ＡＯＢの２θから
のずれβ−δをゴニオメータの回転中心Ｏと入射光１と
のずれＲとθステージの回転角θの関数として計算し３
次元的に表示したものである。回転中心Ｏから試料表面
への垂線の足をＣとし、∠ＯＰＣをα、ＯＣの長さを
ｒ、ＯＰの長さをｄとし入射光１の方向をＩとしたと
き、∠ＩＰＯ＝θ＋ｒであるから、

【００１１】

【数１】

【００１２】また、直角三角形ＯＰＣから

【００１３】

【数２】

【００１４】となり、

【００１５】

【数３】

【００１６】が導かれる。回転中心Ｏと検出器４までの
距離をＬとすると三角形ＯＰＢにおける正弦定理より

【００１７】

【数４】

【００１８】となり、（２）式を用いると

【００１９】

【数５】

【００２０】となる。一方、入射光１と２θステージの
なす角∠ＯＡＰ、δは次のようになる。

【００２１】

【数６】

【００２２】（５）式および（６）式から

【００２３】

【数７】

【００２４】となるが、αは（３）式により、θ、Ｒ、
ｒの関係であるので、β−δはθ、Ｒ、ｒ、Ｌの関数と
なる。第１の実施例で示した方法によりθ＝０°に設定
し試料表面が丁度入射光１と一致するように、すなわ
ち、Ｒ＝ｒとなることは可能であり、またＬは回転中心
から検出器４までの距離で既知の数値をとる。したがっ
て、検出器の２θからのずれβ−δはθとＲの関数とな
る。

【００２５】図３はｒ＝ＲとしてＬ＝１００ｍｍの時、
β−δをθとＲの関数として３次元的に表示したもので
ある。ここで、たとえばθを７０°に固定した時のＲと
β−δの関係は図４に示したようになる。この図によっ
て２θステージの２θからのずれβ−δを測定すればＲ
が求められる。調整作業としては、先ず前述の方法にし
たがって２θ＝０°、θ＝０°の設定を行い、試料反射
面が入射光束を５０％遮るとし、次にθを７０°に設定
する。反射光は２θ＝１４０°付近に反射するので、２
θステージ上の検出器４を２θ＝１４０°付近で回転さ
せ反射光位置を測定する。測定位置と１４０°との差が
β−δとなり、図４からＲを求める。求められた距離Ｒ
だけθ−２θステージを回転面内でかつ入射光に直角な
方向にＶ移動することで直ちにゴニオメータステージの
回転中心Ｏを入射光１に一致させることができ、再度、
２θ＝０°の位置を設定し直すと、θ−２θの回転中心
は正しい位置に設定され、原点設定が完了する。この方
法によれば試料３を保持したまま設定できるため直ちに
反射率測定が可能となる。また、検出器４の角度位置２
θの測定精度は１０００分の１度は十分に確保できるの
でβ−δの測定精度もその程度であり、したがって、図
４のβ−δとＲの関係から両者の数値は同程度の大きさ
であるので中心位置のずれ量の精度についても１０００
分の１ｍｍ程度以下の高精度が確保できることがわか
る。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る反射光
学系ゴニオメータ調整法によれば、検出器スリット、特
別な治具を一切必要としないので従来方法に比べて調整
作業が簡単で、しかも精度の高い調整を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による反射光学系ゴニオメータ調整法の
第１実施例を示すもので、θステージのθ＝０°設定法
を示す模式図である。

【図２】試料なしのときの検出器出力の２θステージ回
転角依存性を示す図である。

【図３】本発明の第２実施例を示すもので、試料ステー
ジの回転角θとゴニオメータの回転中心と入射光とのず
れＲと２θステージの回転角度のずれβ−δとの関係を
示す図である。

【図４】図３においてθを７０°に固定したときのβ−
δとＲとの関係を示す図である。

【図５】従来の反射光学系ゴニオメータのθステージの
θ＝０°の設定法を示す模式図である。

【図６】図５において検出器を２θ＝０°に設定し、θ
ステージを回転したとき得られる検出器出力信号の変化
の様子を示す図である。

【図７】反射光学系ゴニオメータにおいて入射光と回転
中心がずれている場合の試料、検出器の位置関係を示す
図である。。

【符号の説明】

１ 入射光 ２ 反射光 ３ 試料 ４ 検出器 ５ 入射スリット ６ 検出器スリット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光線を反射する平面試料を設置したθス
   テージと反射光を検出する検出器の設置された２θステ
   ージとが回転中心を共有するゴニオメータで、試料が光
   束を遮らず直接検出器に入射光が到達したときの２θス
   テージの位置を２θステージの原点、２θ＝０°とし、
   試料が入射光に平行であるときのθステージの位置をθ
   ステージの原点、θ＝０°とし、試料面で入射光が反射
   し反射光が検出器に到達したときのθ、２θの角度を正
   の角度と定義したとき、試料面を入射光に平行に設定す
   る反射光学系ゴニオメータ調整法において、 入射光を反射なしで直接受光するように検出器位置を２
   θ＝０°付近に設定する際、検出器を負の角度に設置し
   全光束の一部のみを受光するようにし、次いで試料を、
   θ、２θステージの回転軸は固定したままで回転面内で
   かつ入射光と直角方向に試料を移動させ、入射光の一部
   を遮るように設定し、θステージをその位置の前後に回
   転させたときに得られる検出器からの光量変化から最大
   光量が得られる位置に試料の回転角を定め、これにより
   試料が光線に平行に設定された、すなわちθ＝０°の位
   置と設定することを特徴とする反射光学系ゴニオメータ
   調整法。
2. 【請求項２】 光線を反射する平面試料をセットするθ
   ステージと反射光を検出する検出器の設置された２θス
   テージが回転中心を共有するゴニオメータにおいて、試
   料を退避させ入射光が試料に反射しない場合に入射光を
   検出する検出器位置を２θ＝０°とし、光線が試料面に
   反射したときの試料ステージ位置をθ、反射光を検出す
   る検出器位置を２θとしたとき、試料が光線に平行であ
   る場合、すなわちθ＝０°の試料位置からの試料の回転
   角θの２倍と検出器位置２θの差を基にして、ゴニオメ
   ータの回転中心と入射光線とのずれを算出し、このずれ
   を基に前記回転中心位置を移動させ前記回転中心を入射
   光と一致させるようにすることを特徴とする反射光学系
   ゴニオメータ調整法。