JPH05113386A - 光損失測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電子出願以前の出願であるので 要約・選択図及び出願人の識別番号は存在しない。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光学素子の光吸収、散乱等による光損 失を測定する装置に関駿する。

（従来の技術） 吸収による光損失に対しては、試料にレーザー 光のような高強度の高を透過させ、そのときの光 吸収による試料の発熱を温度上昇を測定すること によって検出したり、熱膨張による光路長変化に よって検出する方法が用いられている。また散乱 の測定は試料への垂直入射光に対して０°から９ ０°の範囲を多数に分割して、分割点の各角度毎 に散乱光を測定する方法とか、第５図に示すよう に楕円鏡Ｍを用い、その一方の焦点に試料Ｓを置 き楕円鏡Ｍの小孔ｈから試料面に垂直に光を入射 させ、反射光はその小孔ｈから光入射方向に反射 させて鏡Ｍの外に出し、散乱光を楕円鏡の他の焦 点に集光させて、そこに検出器Ｄを置いて測定す る方法等が用いられている。

上述したように光学素子における光吸収による 損失と散乱による損失を同じ装置で測定できる方 法がなく、吸光による発熱を検出する方法ではレ ーザー光のような強力な光が必要なので、分光的 に吸収損失を測定しようとすると、任意の波長の 強力光源が得られない。散乱測定で各角度毎に散 乱光を測定する方法は一測定に散乱光の一部しか 測定していないので、光強度が低く、測定のＳ／ Ｎ比が低下して測定精度が低く、また測定に長時 間を要する。楕円鏡を用いる散乱測定法は楕円鏡 自体の反射効率が測定値の中に入って来るので、 標準試料に対する相対測定しかできない。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は一つの装置で吸収損失も散乱損失も測 定でき、レーザー光のような格別高強度の光源を 必要とせず分光的測定が容易で、測定に時間を要 せず、絶対測定の可能な光学的損失測定装置を提 供しようとするものである。

（課題を解決するための手段） 積分球と積分球内に方向可変に試料を保持する 手段と、積分球の内面で反射を繰り返した光を取 り出す積分球の測定光出射窓から出射した光を測 定する手段とよりなり、上記積分球には入射光束 が直進して積分球内面に当たる位置に光貫通開口 を設けて入射光束が全部積分球を貫通できるよう すると共に、積分球貫通光測定手段を設け更にこ の開口を積分球内面と同じ反射特性を持つ部材で 閉じるか、積分球に入射した光束が積分球内面の 上記開口とは異なる場所に当たるように積分球に 対する入射光束の方向を変える手段を設けた。

（作用） 上述した構成によると幾つかの測定モードで測 定を行うことが可能となる。

まず試料を積分球内に置かないで、光を積分球 に入射させる。このとき直進した入射光が積分球 を貫通する位置の開口を閉じ或は入射光が積分球 の内面の他の位置に入射するようにしておいて、 積分球出射光強度Ｉ１を測定しておき、次に積分 球に入射した光が積分球を貫通するようにして、 この貫通光つまり積分球入射光強度Ｉｏを測定す ると、積分球の光出射効率をＷとして、Ｉ１＝Ｅ Ｉｏで効率Ｅが求められる。このため試料の透過 率、反射率、吸収、散乱等の絶対測定が可能とな る。

次に積分球内の試料保持手段に試料をその面を 積分球入射光に対して垂直にして保持させ、積分 球内を直進し試料を透過した光が積分球外に出る ように関積分球の光貫通開口を位置させて、測定 光出射窓からの出射光を測定すると、積分球への 入射光のうち試料面からの正反射光は入射光の方 向へ反射されて積分球外に出てしまい、試料透過 光は積分球の開口から外に出てしまうので、測定 されるのは試料による散乱光だけとなり、このと きの測定値をＩ′とすると上述したＩ１との比Ｉ ′／Ｉ１により全方向の光散乱が一度に測定され る。

更に試料面を積分球入射光に対して傾け、積分 球の光貫通開口を閉じ或は試料透過光が積分球内 面の同開口と異なる場所に入射するようにして測 定光出射窓からの出射光の測定を行うと、積分球 に入射した光の試料による反射成分、透過成分お よび散乱成分の全部が測定される。今入射光の強 度をＩｏ積分球の光出射効率をＥ，試料の反射率 をＲ，透過率をＴ，散乱をＳとすると、測定光強 度Ｉは Ｉ≒ＩｏＥＲ＋ＩｏＥＴ＋ＩｏＥＳ…（１） 上式両辺が等号でなく、略々等しいと云う記号で 結んであるのは、積分球内で繰り返し反射されて いる光の一部が試料に吸収されるからである。例 えば試料透過光について考えると、積分球に入射 した光強度Ｉｏの光は試料透過後ＴＩｏとなって いる。この光が積分球内で繰り返し反射されて測 定光出射窓に入射する。このときの積分球の効率 がＥであるが、ＥＴＩｏはＴＩｏの光が試料のな い積分球内で繰り返し反射される場合の式である から、厳密には試料による吸収による補正が必要 となる。そこでこの補正を考える。積分球内で繰 り返し反射され積分球内を満たしている光は積分 球内のどの点でも同じエネルギー密度であるから 、積分球内に光を完全に吸収する小物体があると 考えると、積分球内の光エネルギーの全量はこの 小物体の体積だけ減少することになる。従ってこ の場合、測定値の減少は小物体の体積ｖと積分球 の体積Ｖの比であり、補正係数Ｋは である。以上は完全吸収物体を考えたが、吸収率 がＡである試料では補正係数は となる。従って試料が小さくてｖ《Ｖであるとき はＫは略々１であり、(1)式の両辺は等号で結ん でよい。そこで試料による吸収Ａは Ｒ＋Ｔ＋Ｓ＋Ａ＝１ であるから 上式でＥＩｏはこの作用の頂で最初に述べた測定 モードで測定されたＩ１であるから となる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例の説明図である。１ は積分球で、その中心を通り、図の紙面に垂直な 軸により回転可能であり、積分球の一つの直径の 一方の端に光入射窓１１が、反対側の端に光貫通 開口１２が設けられている。この積分球に対して 光束Ｌは積分球の中心０を外して入射せしめられ る。第１図Ａでは入射光束Ｌは積分球の光入射窓 １１と光貫通開口１２を結ぶ直径と平行であり、 光束Ｌは積分球１を貫通している。各種測定のた めの積分球の光出射窓１３は積分球の底に設けら れている。第１図Ａの状態で積分球１に入射する 光束Ｌの光強度Ｉｏが測定される。次に積分球を 反時計方向に回して第２図Ｂのようにすると積分 球入射光束Ｌより光貫通開口１２が外れて、入射 光束Ｌは積分球１の内面に当たる。この状態で積 分球の光出射窓１３より出射する光を測定してＩ １を得る。積分球の光出射効率をＥとすると Ｅ＝Ｉ１／Ｉｏ 或はＩ１＝ＥＩｏ である。更に第１図Ｂの状態で積分球内に試料Ｓ を保持し第１図Ｃのように試料面を入射光束Ｌに 対して傾けると、このときの光出射窓１３より出 射する光の測光値Ｉは前記(1)式 Ｉ＝ＥＲＩｏ＋ＥＴＩｏ＋ＥＳＩｏ のＩを与える。これより試料の吸収Ａは前記(2) 式により で求められる。最後に積分球１を時計方向に回し て第１図Ａの位置に戻し、第１図Ｄのように試料 Ｓの表面を入射光束Ｌに対して垂直にすると、試 料透過光は積分球の光貫通開口１２より出てしま い、試料表面からの正反射光は入射窓１１より出 てしまって、積分球内面には試料による散乱光の みが入射する。このときの光出射窓１３からの出 射光の測光値をＩ′とすると、試料の散乱Ｓは で求められる。

第２図は上述実施例の積分球の縦断面図で、積 分球１の底の光出射窓１３の外方には筒３が取り 付けてあり、この筒が軸受４に保持されて、積分 球は垂直軸回りに回転可能である。筒３の下方に 受光素子５が置かれて上述した測光値Ｉ１，Ｉ， Ｉ′を測定する。測光回路は一つで、前述したＩ ｏを測定する受光素子２と、この受光素子５を共 通にし、測定モードによって場所を変えるように してもよい。６は試料からの散乱光の一部が直接 光出射窓１３へ入射しないようにするバッフルで ある。積分球１の頂上には試料を挿入する孔１４ が穿たれており、試料保持手段７が挿入される。

積分球１の外側には赤道面より少し下がった高さ の所に歯車８が取り付けてあり、この歯車に噛み 合うピニオン（不図示）をモータで回転させるこ とにより積分球を垂直軸の周りに回動させるよう になっている。

第３図は試料保持手段７の詳細を示す。試料保 持手段は軸部７１の先端に試料を挟持するクリッ プ７２を有し、上部にはフランジ７３が取り付け られており、このフランジは軸部７１に対して回 転可能であり、このフランジ７３が積分球１の頂 上の開口１４に嵌合されるようになっている。軸 部７１の上端にはつまみ７４が固定してある。つ まみ７４の下面にはピン７５がばね７６で下方に 押し出されるように取り付けてあり、フランジ７ ３の上面のクリック用の溝７７と係合するように してある。この溝は第４図に示すように放射状に ２対あり、ピンをその一つ７７ａと係合させたと きは試料Ｓが積分球への入射光束Ｌと垂直になり 、第１図Ｄの測定が行われる。ピンを他の溝７７ ｂと係合させると、試料面は積分球への入射光束 Ｌに対して傾き、第１図Ｃの測定が行われる。フ ランジ７３の下面には位置決め用のピン７８が突 設してあり、積分球１の外側上面の開口１４の傍 の位置決め穴（第２図１５）と係合させるように してある。試料保持手段７は全体に積分球内面と 同じ白色塗料が塗布してある。また試料を積分球 内に設置しないときは、開口１４には積分球内面 と同じ白色の蓋（不図示）を嵌めておく。

上述実施例の他、幾つかの変形実施例を述べる 。まず、積分球１を回す代わりに光貫通開口１２ をふさぐ白色板を用い、第１図Ｂ，Ｃの測定では 開口１２をその白色板でふさぐようにしてもよい 。また試料保持手段７の軸部７１をフランジ７３ に対し軸方向摺動可能としておき、第１図Ａ，Ｂ の測定においても試料は積分球内に挿入したまゝ で、単に軸部７１を引き上げて試料を入射光束Ｌ の上方にずらせて入射光束Ｌが当たらないように しておいてもよい。このようにすると、積分球内 面で反射を繰り返す光の試料による吸収の効果が 存在するので、第１図Ａ，Ｂの測定により積分球 の効率Ｅを求めるとき、この吸収の効果もＥの中 に含められるため、前記(1)式の略々等しいと云 う記号≒は厳密に等号とすることができる。更に 試料の向きを変えるのは軸部７１をフランジに対 して回す代わりにフランジを積分球に対して回す ようにしてもよい。

（発明の効果） 本発明によれば一つの装置で試料の光散乱、吸 収を測定でき、かつ積分球の効率が求められるの で、散乱、吸収等の絶対測定が可能で、測定操作 は簡単であり、第１図Ａ，Ｂ，Ｃ或はＡ，Ｂ，Ｄ の３回の測定でよいから小角度ずつ回して測定を 行うのに比し著しく能率的に測定を行うことがで きる。

【図面の簡単な説明】

第１回は本発明の説明図、第２図は本発明の一 実施例の縦断側面図、第３図は試料保持手段の側 面図、第４図は積分球上面の開口１４部分の平面 図、第５図は従来例の一つの平面図である。 １…積分球、１１…光入射窓、１２…光貫通開口 、１３…測定光出射窓、５…受光素子、７…試料 保持手段、Ｓ…試料、Ｌ…入射光束。

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【手続補正書】

【提出日】平３．４．３０ 明細書の第１２頁第１８行目「第１回は」を、「第１
図は」と訂正します。 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平４．１１．３０ 明細書の第１３頁第１行目図面の簡単な説明の欄
の「、第５図は従来例の一つの平面図」を削除します。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 積分球と、積分球内に方向可変に試料を
   保持す る手段と、積分球の内面で反射を繰り返した光を 取り出す積分球の測定光出射窓から出射した光を 測定する手段とよりなり、上記積分球には積分球 への入射光束が直進して積分球内面に当たる位置 に上記入射光束が全部通過する光貫通開口を設け ると共に、この積分球貫通光を測定する手段を設 け更に、この光貫通開口を積分球内面と同じ反射 特性をもつ部材で閉じるか、積分球に入射する光 束が積分球内面の上記開口とは異なる場所に当た るよう積分球に対する入射光束の方向を換える手 段を設けたことを特徴とする光損失測定装置。