JPS62197719A - 分光式試料測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は分光式試料ｌ１ｌＩす定装置、特に分光器の回
転により被測定装置の波長走査を行い試料の光学的特性
又は光学的特性から求められる物理的特徴を８１’！定
できる分光式試料測定装置に関連する。

〔従来の技術〕

従来では、波長走査分光光度計が知られており。

この分光光度計では、入射する被測定光を例えば凹面回
折格子、平面回折格子、プリズム等のような分光要素を
介して光度測定手段の受光部に導き。

上記分光要素を回転駆動することにより異なる波長の光
を順次に受光部に与えて波長走査を行い。

被測定光の分光光度が８１１定される。特に凹面回折格
子を用いた場合には、第５図に示すような瀬谷−波岡マ
ウンティングとして知られたモノクロメータがある。第
５図において、Ｓｌ及びＳ２は各々固定された入射スト
リット及び射出ストリット。

Ｇはその中心を通る軸Ｏの周りに矢印で示すように回転
可能に支持されている凹面回折格子である。

ここで、入射スリットＳ１及び射出スリットＳ２は。

凹面回折格子Ｇの回転筒υｎのほぼ中間位置にて。

実質的に凹面回折格子Ｇのローランド円Ａ上に位置する
ように設けられており、入射スリットＳ１は凹面回折格
子Ｇの回転範囲内で近似的に射出スリットＳ、上に結像
される。そこで凹面回折格子Ｇを回転すれば、射出スリ
ットＳ２上には異なる波長の光が順次に結像することに
なり、この像の光度を光度測定装置（図示せず）で測定
することにより、入射光の分光光度が得られる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで従来の凹面回折格子Ｇの回転制御装置は、第６
図に示す構成を有する。即ち第６図において、１は駆動
軸１ａを有するステッピングモータ、２は一端がステッ
ピングモータ１の駆動軸１ａに連結されかつ他端がフ１
ノ−ム３で軸支されたロッドで、その長手方向中央にネ
ジ２ａを有する。４はロッド２の長手方向に沿って摺動
可能にフレーム３に取付けられたスライド部材で、その
中央部がロッド２のネジ２ａに螺合する。従ってステッ
ピングモータ１の駆動軸１ａを回転すればスライド部材
４はロッド２を介してロッド２の長手方向に摺動される
。５は、凹面回折格子Ｇの中心を通る軸０の周りに凹面
回折格子Ｇを回転可能に支持する支持部材で、上記スラ
イド部材４に先端が当接するアーム５ａを有する。アー
ム５の先端は、バネ６によってスライド部材４に対し時
計方向に押圧される。従ってスライド部材４の摺動に対
しアーム５ａが追従して回転される。

−ｈ記構酸において従来の装置では、スッテッピングモ
ータ１の駆動により支持部材５を回転し、凹面回折格子
Ｇを回転して周波数を測定していた。

この場合、ステッピングモータ１の１ステップ当りの支
持部材５の回転量はロッド２のネジ２ａのピッチと支持
部材５のアーム５ａの長さ及びスライド部材４の位置に
依って変化するから、従来の装置では、支持部材５の回
転角がステッピングモータ１の回転数に比例しない」（
大な欠陥があり。

凹面回折格子Ｇの回転角度を把握することが困難であっ
た。更に、ステッピングモータ１に接続されたネジ２ａ
及びアーム５８等で構成される中間機構が介在するので
、正確な波長測定が極めて困難でもあった。

被Ｍｉｌｌ定先の波長を決定する場合、凹面回折格子Ｇ
の回転角度により射出スリッｌ−８，に結像する光の波
長が決まるため、凹面回折格子Ｇの回転角を読み取る必
要がある。この点で上記構成の回転制御装置では、上述
の通り、凹面回折格子Ｇの回転角度がステッピングモー
タの回転数に比例しないので、凹面回折格子Ｇの回転角
度を算出することが困難であった。更にスタッピングモ
ータの回転速度を高くするためロッド２のネジ２ａのピ
ッチを大きくしたりステッピングモータ１の１パルスあ
たりの回転角を大きくすると１回転角読み取りの分解能
が低下する欠点がある。このように、ロッド２、スライ
ド部材４及びアーム５ａを介して凹面回折格子Ｇを回転
するステッピングモータ１のパルス数により回転角度を
読み取る従来の装置では、ステッピングモータ１を回転
１駆動系と回転角読み取り系とで共通に使用できるとい
えるが、被測定光を受光部に投射しかつ得られた電気信
号を処理する光度測定系に処理速度の余裕がある場合で
も、上述の理由で凹面回折格子Ｇを高速度で回転しかつ
高精度で波長を決定することは困難である０例えば従来
の装置では可視光領域（４０００ないし８０００人）に
おいて数人の読み取り精度で波長走査を行うには、１５
秒程度の所要時間を必要とする。

本発明は、上記従来の欠点を解消し、波長走査される被
測定光の波長を高精度かつ高速度で測定できる分光式試
料測定装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明では１分光器を介して試料からの被測定光を光度
測定装置の受光部に導き、この分光器を回転することに
より被測定光の異なる波長の光を受光部に与える分光式
試料測定装置において２分光器をロータリエンコーダに
取り付け、このロータリエンコーダの回転角度を表す信
号及び前記受光部からの光度を表す信号を演算装置に与
え、該演算装置により前記波長と光度とを表示すること
を特徴とする。

〔作用〕

この発明によれば、分光器の回転角度をロータリエンコ
ーダの使１１　＋、こより直接暁み取るので、非常に高
速で非測定光の波長を読み取ることができる。

〔実施例〕

以下、第１図ないし第４図に示す実施例について本発明
の詳細な説明する。

第１　ｒ３！１は、本発明を適用した分光式試料測定ｙ
ｉ誼１０の略示図である。この分光式試料？ＩｊＩｉ定
装［２１０は、分光器とし、ての凹面回折格子Ｇをその
中心を通る軸Ｏの周りに回転可能に支持する回転部材１
２と、この回転部材１２を回転する駆動部１３と、駆動
部］３に駆動（，４号を供給する駆動制御装Ｗ１２０と
１回転部材１２の回転に応じてパルスを発生する検出部
１４とで構成されるロータリエンコーダ１１が設けられ
る。ロータリエンコーダ１１では、光学式又は磁気式パ
ルスによって回転角度を表す信号が検出部１４に与えＪ
ら力２る。検出部１４は、光センサ又は磁全１センサが
使用される。

検出部１４で検知されたパルスは、凹面回折格子Ｇの回
転角度値に変換する演算装置ｉ”ｔＬ５のｌｉｔ敬装置
（カウンタ）１６に送出され、この計数装置１６で計数
される。１９は、射出スリットＳ２に−Ｃ射出光の光度
を検知しかつ電気信号に変換する光センサを含む光度測
定装置で、計数装置ｆｉ１６により計数された角度値及
び光度測定装置１９により１１１１１定された光度値は
、演算装置１５のｔ演算装置１７に与えられ、その結果
は１表示装置１８で表示される２、主演算装置１７は、
４１す定された角度値からその角度の射出光の波長を演
算するが、必要であれば駆動側ｍ装置２０を介しＣロー
タリエンロー：’／’１１の１駆動部１３を制御するこ
とができろ。

検出部１４で検出される角度値は、絶対的な値であるが
１例えば光センサ又は磁気センサで構成されろゼロ点検
出部１４Ｆ１からの出力を計数装ＵＩ　Ｉ６に人力し、
回転部材１；乙の回転角度を相対的な角度値に変換でさ
るように計・政装置１〔；及び主演算装置１７を（）育
成し、でもよい、ｌ；た、止めｊ砦１：（ｑ装置１７に
ロータリエンコーダ１１の回転部材１２のゼロ点に対応
する角度値を記憶させることにより主演算装置１７で相
対的な角度値を演算させてもよい。

本発明の分光式試料測定装置ＷＩＯを使用するとき、凹
面回折格子Ｇは、ロータリエンコーダ１１の駆動部１３
により回転されると共に、その回転角は、ロータリエン
コーダ１１の検出部１４によりパルスとして検出される
。このパルスは、計数装置１６により角度値に変換され
、主演算装置１７は、この角度値からそのときの射出光
の波長を演算し、この波長値は表示装置１８で表示され
る。

従って、凹面回折格子Ｇの回転角がロータリエンコーダ
１１の検出部１４によって直接読み取られ、その回転角
は、と記パルス数に比例するので、回転角の読み取りを
瞬時に行うことができろ。また回転駆動系を構成する駆
動部１３と回転角読み取り系を構成する検出部１４とが
互いに独立するので、ロータリエンコーダ１１の検出部
１４の最大検出速度限界までロータリエンコーダ１１の
回転速度を増加することがｉＪ能となる。ここで、可視
光領域の波長走査に必要な凹面回折格子Ｇの回転角は数
ト度でありまたロータリエンコーダ１１の計数装置１６
と主演算装置１７の計数演算速度がロータリエンコーダ
１１の高回転速度、例えば毎秒１回転の速度に十分に追
従し得ることを考慮すれば、１秒以下の波長走査時間を
実現することができる。この場合、　４０００ないしｇ
ｏｏｏ人の可視光領域を走査するどき、Ｈ人ステップで
２０００点の波長をプロットすることができる。更に、
凹面回折格子の回転角が相対値で得られることから、輝
線スペクトルを利用した波長較正が主演算装ｆｉ１７に
数値を人力するだけで容易に行われる。

四に、主演算装置１７に角度値及び分光光度の測定値を
逐次記憶させ、例えばオシロスコープ等に分光光度特性
曲線を表示すると共に、プロッタを使用してグラフ表示
することも可能である。

第２図は、本発明を自動厚膜計に実施した例を示す、３
０は、自動ノリ膜計で、３１は、照明用白色光源、３２
は、ハーフミラ−１３３は、第１図の分光式試料測定装
置と同様に凹面回折格子Ｇを回転することにより波長走
査する分光光度測定装置、３４は、第１図の実施例の主
演算装置１７と同様の演算装置であり、光ｇ３１からの
照明光がハーフミラ−３２により反射されて測定すべき
透明の薄１ｇａ５に垂直に入射し、薄膜３５により反射
された光がハーフミラ−３２を透過して分光光度測定装
置３３に入射するように構成される、この場合１分光光
度測定装置３３に入射する光は５簿膜３５の表面と裏面
とで反射する２つの光が互いに多重反射干渉するので、
第３図に示される波長λと光度工との関係を表す分光光
度特性が得られる。ここで極大値λ亀ａｘ及び極小値λ
ｓｉｎは、薄１１１３５の屈折率ｎ及び膜厚ｄにより変
化する値である。

次に、膜厚又は屈折率を測定する場合の基本ＩＪ：（理
を説明する。第４図に示される通り、空気、薄膜３５及
びＭ膜支持層３７の屈折率をそれぞれｎ、、ｎ及びｎｌ
とし、ｎ＋＋＜ｎｕｎ、の条件で１位相差８が。

４　π　ｎｄ λ のとき反射光強度は最大となる。また。

λ （ｍ＝ｏ、　１．２．、、） のとき反射光強度は最小となる。上記２式から、互いに
隣接する２つのλｍａＸの値を測定すれば、λＷａＸ。

λｆｆ１ａＸ。

が成立する。これより、下記の関係式が得られる。

２　λｗａｘ、−λｗａｘ。

かくて演算ＪＡ置３４により波長及び分光光度の測定値
から分光光度特性を求めかつ上記極大値λ１１１０Ｘ及
び極小値λ耐ｎをｉｔ’ｌｌ定することにより薄膜３５
のＡｌｌ折率ｎ及び膜Ｊ！Ａｄを得ることができる。１
ξ）られたＡｌ１１斤準ｎ及び膜１！Ａｄは表示装置３
６により表示される２分光光度測定装［！３３の凹面回
折格子（図示せず）は、第１図に示すロータリエンコー
ダ１１に支持され、その駆動部１３により駆動制御装置
！２０を介して回転されると共に、その回転角はこのロ
ータリエンコーダ１１の検出部２７によりパルスとして
検出される。このパルスは。

計数装置１６により角度値に変換され、主演算装置１７
は、この角度値からそのときのａｌｌ定光の波長を演算
し、更に光度測定装置１９により測定された被測定光の
光度値と前記波長とから分光光度特性を求めることがで
きる。

上記実施例では、凹面回折格子Ｇの回転角がロータリエ
ンコーダ１１の検出部１４により直接読み取られ、その
回転角が検出部１４のパルス数に比例するので、瞬時に
回転角の読み取りが行われる。また検出部１４の最高検
出速度限界までロータリエンコーダ１１の回転速度を増
加することが可能となる。このように測定精度を低下す
ることなく、極めて短時間、例えば、約２秒以下で膜厚
の測定を行うことができろ、上記′Ａ施例では１分光器
として凹面回折格子が使用されるが、平面回折格子、プ
リズム等の他の分光素子も使用できることは、明らかで
ある。上記実施例では、分光器をロータリエンコーダの
回転部材１２に固定する例を示したが、ロータリエンコ
ーダに取付けられる分光器は、ロータリエンコーダに対
し直接又は歯車等の動力伝達手段を通じて間接的に取付
けることもできる。

〔発明の効果〕

上述の通り５本発明では、分光器をロータリエンコーダ
に取り付け、このロータリエンコーダの回転角度を表す
信号及び受光部からの光度を表す信号を演算装置に与え
、この演算装置により前記波長と光度とを表示するよう
に構成したので、被測定光の波長を瞬時に測定すること
ができる。また分光器の回転角をロータリエンコーダの
検出部で検出するパルスから直接読み取られると共に、
分光器の回転駆動系と回転角読み取り系を独立して設け
られるので、ロータリエンコーダの読み取り速度を要求
されるレベル、例えば最高限界まで分光器の回転速度を
増加し短時間で被測定光の波長を測定することもできる
。また従来のように、ステラピン・グモータに接続され
たネジ及びアーム等の中間機？１７をに；ｔりすに、直
接【１−タリエンコーダで分光器の角度を検出するので
、分光器の回転角度の分解能を高め波長測定精度を大幅
に向上することができる。更に、本発明の分光式試料測
定装置では、波長走査領域を数人、例えば、２人の微細
間隔で波Ｊｄを制定できるので、波長の極大値λｔｅａ
ス及び極小にλ１．Ｘを正確な値で求めることができる
０本発明を自動膜厚計又は自動屈折率！！１′に応用す
れば従来に比ｌ−大幅に測定時Ｈ６を短縮しか″：Ｊ犯
定鎮定積度Ｅすることができる。。

【図面の簡単な説明】

第１ｔＬ１ｔは１本発明の分光入試ｌ’を測定装置ｔの
略示図、第２図は１本発明の分光式試料測定装置を実施
した自動謹厚針の略示図、第３図は、第２図の自ＷＪ＋
　ｆｉｊｌ厚計で得られた波長−光度の分光光度特性を
表すグラフ、第４図は、測定する薄膜の光学図。 ｇｔＳ５図は、従来の分光光度計の基本原島をボｊ−概
略図で、第６図は、第５図に示される凹面回折格子の回
転制御装置の従来例を示す部分図である。 １００９分光式試料測定装置、　　１１０．ロータリエ
ンコーダ、　　　１２．、回転部材、　　　１３．。 駆動部、　１４．１４ａ、、検出部、　　１５．。 演算装置、　　１６６．計数装置、　　１７．３４．。 主演算装置、　　１８０１表示装置、　１９．３３゜、
光学ルｔ１１定装置−２０，、回転駆動装置、２９゜、
光度測定装置　３５．、薄膜、　Ｇ１．凹面回折格子

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）分光器を介して試料からの被測定光を光度測定装
   置の受光部に導き、前記分光器を回転することにより前
   記被測定光の異なる波長の光を前記受光部に与える分光
   式試料測定装置において、前記分光器をロータリエンコ
   ーダに取り付け、該ロータリエンコーダの回転角度を表
   す信号及び前記受光部からの光度を表す信号を演算装置
   に与え、該演算装置により前記波長と光度とを表示する
   ことを特徴とする分光式試料測定装置。
2. （２）上記分光器は、凹面回折格子である特許請求の範
   囲第（１）項記載の分光式試料測定装置。
3. （３）上記分光式試料測定装置が上記試料の厚さを測定
   する自動厚み測定装置である特許請求の範囲第（１）項
   記載の分光式試料測定装置。
4. （４）上記分光式試料測定装置が上記試料の屈折率を測
   定する屈折率測定装置である特許請求の範囲第（１）項
   記載の分光式試料測定装置。
5. （５）上記ロータリエンコーダの回転角度は、該ロータ
   リエンコーダを駆動する駆動部とは別に設けられかつ上
   記演算装置の計数装置に接続された検出部により検出さ
   れる特許請求の範囲第（１）項記載の分光式試料測定装
   置。
6. （６）上記検出部は、光パルスを感知する光センサ又は
   磁気パルスを感知する磁気センサである特許請求の範囲
   第（１）項記載の分光式試料測定装置。
7. （７）上記試料と分光器との間及び分光器と受光部との
   間にはそれぞれ入射スリット及び射出スリットが設けら
   れる特許請求の範囲第（１）項記載の分光式試料測定装
   置。
8. （８）上記ロータリエンコーダに取付けられた上記分光
   器は、ロータリエンコーダに対し直接又は動力伝達手段
   を通じて間接的に取付けられた特許請求の範囲第（１）
   項記載の分光式試料測定装置。