JPS628120A - 光加熱炉の光学系位置調整方法 - 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〕 本発明は光加熱炉の光学系位置調整方法に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

光加熱炉は光源と光学系とを組み合わせることにより高
密度エネルギーを被加熱物に照射することができて高速
高温加熱が可能であり、しかも装置を小型化することが
できるので、例えば高融点金属或いはその酸化物の粉体
試料を溶融するための加熱炉として有利に利用すること
ができる。従って５のような先細熱炉に種々の測定装置
を付属させることにより、種々の加熱実験を行うことが
でき、被加熱物の物性的な研究、例えば高温材料の基礎
物性の研究開発、アモルファス金属の開発、アモルファ
ス酸化物の物性研究、温度計測による熱特性の解析、温
度計測による品質管理などの研究を有利に行うことが可
能である。

このような先細熱炉の光学系の一例を第１図に示す、こ
の光学系は基本的には、例えばキセノンショートアーク
ランプなどの点状の発光部を有する光源ランプ１と、こ
の光源ランプ１と組み合わせて設けられ、その第１焦点
に当該光源ランプ１を位置させるべき一方の楕円鏡２と
、光源ランプ１及び一方の楕円鏡２よりの光を集光して
高密度化した微小スポット状の光を試料台５の被照射位
置６に保持される被加熱試料に照射するために設けられ
る他方の楕円鏡３と、一方の楕円鏡２から他方の楕円鏡
３に至る光路中において他方の楕円鏡３とこの他方の楕
円鏡３の第２焦点との間に介挿した、光の進行方向を変
えるための平面反射鏡４とを有してなり、一方の楕円鏡
２の第２焦点と他方の楕円鏡３の第２焦点（平面反射鏡
４により反射されてできる第２焦点）とが一致した状態
で一方の楕円鏡２及び他方の楕円鏡３とが位置固定され
ている。７はアパーチャ一部材であり、このアパーチャ
一部材７はその開口が一方の楕円鏡２の第２焦点に位置
するよう保持具８に保持され、これにより光源ランプ１
及び一方の楕円鏡２からの光のうち第２焦点に集光しな
いような光が遮断される。Ｐは光軸である。

このような構成の先細熱炉においては、被加熱試料に照
射される光を高密度化された微小スポット状のものとす
るために、光学系の焦点が厳密に調整されていることが
必要である。特に実用的な観点からは、焦点の位置精度
が約０．１龍程度のオーダーで調整されていることが望
ましく、またそのような高精度で焦点の位置が調整され
ている場合には出力が約１０ＫＷ程度の光源ランプによ
り極めて高温例えば約３０００℃程度にまで高速加熱す
ることが可能である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような構成の先細熱炉においては、通常その製造時
において光学系の焦点の位置調整が既述のオーダーでな
されるが、このように一旦高精度に焦点が調整された場
合にも、先細熱炉の使用時間の経過と共に光学系が汚れ
たりするので、平面反射鏡４の掃除をしたり或いは光源
ランプ１を交換したりする作業が必要とされる場合があ
り、このような場合には光学系の焦点位置が微妙にずれ
ることがある。このように光学系の焦点位置がずれた場
合には高密度化された微小スポット状の光を得ることが
できない、このため、先細熱炉においては、光学系の位
置調整を行うことが必要とされる。

光学系の位置を高精度に調整するためには、当該光層熱
炉の光源ランプｌを点灯して行えばよいが、しかしなが
ら、この場合には相当高度な技術が必要とされ、従って
先細熱炉の利用者が容易に必要とされる高精度で光学系
の位置調整を行うことができない問題点がある。

〔発明の目的〕　　　　　・ 本発明は以上の如き事情に基いてなされたものであって
、その目的は、簡単な方法で光学系の位置を高精度で調
整することができる先細熱炉の光学系位置調整方法を提
供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明光加熱炉の光学系位置調整方法は、各々の第２焦
点が設定位置において一致するよう配設した、光源ラン
プが組み込まれる一方の楕円鏡及びその集光された光が
試料台の被照射位１に照射される他方の楕円鏡とを具え
てなる先細熱炉において、前記設定位置に位置調整用光
源を置き、この位置調整用光源よりの光が前記一方の楕
円鏡により集光される位置に前記光源ランプの光点位置
が一敗するよう、前記一方の楕円鏡、前記光源ランプの
少なくとも一つの位置を調整するかまたは前記一方の楕
円鏡の第１焦点と第２焦点との間に平面反射鏡が介挿さ
れる場合には前記一方の楕円鏡、前記光源ランプ、前記
平面反射鏡の少なくとも一つの位置を調整することを特
徴とし、また各々の第２焦点が設定位置において一致す
るよう配″設した、光源ランプが組み込まれる一方の楕
円鏡及びその集光された光が試料台の被照射位置に照射
される他方の楕円鏡とを具えてなる光加熱炉において、
前記設定位置に位置調整用光源を置き、この位置調整用
光源よりの光が前記他方の楕円鏡により集光される位置
に前記試料台の被照射位置が一致するよう、前記他方の
楕円鏡の位置を調整するかまたは前記他方の楕円鏡の第
１焦点と第２焦点との間に平面反射鏡が介挿される場合
には前記他方の楕円鏡、前記平面反射鏡の少なくとも一
つの位置を調整することを特徴とする。

斯かる方法によれば、位置調整用光源を設定位置に置い
てこの光を一方の楕円鏡により集光させてその集光位置
に光源ランプの光点位置が一致するよう或いは位置調整
用光源を設定位置に置いてこの光を他方の楕円鏡により
集光させてその集光位置に試料台の被照射位置が一致す
るよう、光源ランプ、一方の楕円鏡、他方の楕円鏡、必
要に応じて設けられる平面反射鏡の少なくとも一つの位
置を調整して光学系の位置を調整する方法であるので、
光源ランプを交換した後或いは光学系の掃除をした後に
おいて必要とされる光学系の位置調整においては、光源
ランプを実際に点灯することなく簡単な手段でしかも容
易に光学系の位置調整を高い精度で行うことができる。

そして位置調整用光源としては出力の小さいものを用い
ることができるので、この位置調整用光源の一方の楕円
鏡或いは他方の楕円鏡による光像の結像位置を眩しさを
伴うことな←簡単に検出することができ、このため光源
ランプの位置調整においては例えば目視による位置調整
が可能となりこの点からも光学系の位Ｎｌ！整が容易と
なる。

以下図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。

第１図に示すような構成の光学系を有する光加熱炉にお
いて、例えば平面反射鏡４の掃除をした後においては、
第２ｒｆ！Ｊに示すように、互いに一致する一方の楕円
鏡２及び他方の楕円鏡３の第２焦点位置即ち設定位置Ａ
に位置調整用光源９を置き、この位置調整用光源９を点
灯してその光を平面反射鏡４に反射させた後他方の楕円
鏡３に向かうよう照射する。試料台５の被加熱試料が位
置される被照射位置６！ＩＩち光加熱処理時において被
加熱試料が実際に光を受けるべき位置に、当該位置調整
用光源９よりの光が他方の楕円鏡３により集光されて結
像するよう平面反射鏡４の位置を調整する。

具体的には、被照射位置６に、反射性マークがその表面
に設けられた位置調整用の模擬試料１０を置き、位Ｗｉ
ｌＪ整用光源９を点灯した状態において模擬試料１０の
反射性マークからの反射光を例えば他方の楕円鏡３の底
部に設けた開口１１からデジタル輝度計１２により受光
してその輝度を測定しながら、第３図に示すように、光
軸Ｐに対する平面反射鏡４の傾きαと光軸Ｐに対する平
面反射鏡４の交叉角θとを微調整し、デジタル輝度計１
２による測定輝度が最高値となった状態で平面反射鏡４
を位置固定する。

このようにして平面反射鏡４を高い精度で位置調整され
たものとすることができ、この結果高密度化した微小ス
ポット状の光を被加熱試料に照射することができて高温
高速加熱を行うことが可能となる。

また光源ランプ１を交換したときには、第４図に示すよ
うに、位置調整用光源９を前記設定位置Ａに置き、この
位１ｆｌ！整用光［９を点灯してその光を一方の楕円鏡
２に向けて照射する。この位置調整用光源９よりの光が
一方の楕円鏡２により集光されて結像する位置に光源ラ
ンプ１の光点位置が一致するよう当該光源ランプ１の位
置を調整する。具体的には、位置調整用光源９の一方の
楕円鏡２による光像を目視により追跡しながら当該光像
が光源ランプ１の光点位Ｗ（通常は陰極体の先端近傍）
に一致するよう当該光源ランプ１を一方の楕円鏡２に対
して移動させながら位置調整する。

この場合位置調整用光Ｂ９としては出力の小さいものを
用いることができるので、眩しさを感じることなく目視
により位置調整用光源９の一方の楕円鏡２による光像の
位置を確認することができ、また光源ランプ１を点灯さ
せないので光学系の位置調整に必要な消費電力が少なく
節電を図ることができる。

また光加熱炉において光源ランプ１の交換と平面反射鏡
４の掃除の両方を行った後においては、光源ランプｌの
位置調整と平面反射鏡４の位置調整の両方を行うことが
必要であるが、この場合には光源ランプ１の位置調整と
平面反射鏡４の位置調整とを個別に行うこととな、す、
個別の位置調整においてはそれぞれ高い精度で位置調整
された状態となるものの現実には微小の誤差を含むもの
であり、これらの誤差が加算された状態で光学系全体の
位置が調整されてしまうこともある。このような場合を
考慮すると、個別の位置調整が完了した後さらに光源ラ
ンプ１及び平面反射鏡４の光学系全体における位置が厳
密に調整されたものであることを確認することが好まし
い。即ち第５図に示すように、例えば試料台５の被加熱
試料が位置される被照射位置６に例えば点状の発光部を
有するＬＥＤ光源１３を置き、このＬＥＤ光源１３を点
灯して、このＬＥＤ光源１３の光像が、他方の楕円鏡３
、平面反射鏡４を経由して一方の楕円鏡２により結像さ
れて光源ランプ１の光点位置に一致することを例えば目
視により確認することが好ましい。

ここで仮にＬＥＤ光源１３の光像が光源ランプ１の光点
位置に一致していないときには、平面反射鏡４或いは光
源ランプ１の一方または両方を再度微小調整して光学系
全体における光源ランプ１及び平面反射鏡４の位置の調
整を行う。

以上において、位置調整用光ａＩ９の具体例としては例
えばミラーコンデンサ型ハロゲンランプを挙げることが
でき、この位置調整用光源９の光点の大きさは光源ラン
プｌの輝点の大きさより若干大きいことが好ましく、そ
のように位置調整用光源９を選択することにより光学系
の焦点位置の調整精度を高くすることができる。

そして位置調整用光源９は適当な保持具により光加熱炉
内の所定位置に脱着自在に装着し得るものであることが
実用上便利であり、そのためアバー千ャ一部材７の保持
具８を位置調整用光源９の保持具として兼用することが
できるように構成することが実用上便利である。例えば
第６図に示すように、ストッパー１４と、アパーチャ一
部材７の両側部が嵌入されて当該アパーチャ一部材７を
スライド可能に保持する一対のガイド１５．１５とを基
台（図示せず）に固定して保持具８を構成し、一方第７
図に示すように、保持具８の一対のガイド１５、１５に
嵌入してスライド可能に保持されるようホルダー１６を
成形し、このホルダー１６をその端部がストッパー１４
に当接した状態で保持具８に取り付けたときには位置調
整用光源９の光点の位置が設定位置Ａに一致することと
なるようにホルダー１６に位置調整用光源９を固定する
。焦点調整時にはアパーチャ一部材７を保持具８から取
り外し、位置調整用光源９が固定されたホルダー１６を
保持具８に取り付けて当該位置調整用光源９が設定位置
Ａに位置するようにする。この場合、位置調整用光源９
としてミラーを有してなるものを用いる場合には、位置
調整用光源９よりの光に方向性があるのでこの方向性を
考慮して位置調整用光ａ９をホルダー１６に取り付ける
必要があり、また位置調整用光源９の光を一方の楕円鏡
２に向かって照射する場合と、他方の楕円鏡３に向かっ
て照射する場合とでは、ミラーの反射面の位置をそれぞ
れ反対方向にすることが必要であるので、例えばホルダ
ー１６を保持具８に対して反対方向に取り付は可能に構
成し、そしてミラーの反射面がいずれの方向に向いてい
る場合にも位置調整用光源９の光点位置が常に設定位置
Ａに位置することとなるよう例えば当該位置調整用光源
９をその光点位置がホルダー１６の中心に位置するよう
ホルダー１６に固定して構成することが望ましい。この
ようにアパーチャ一部材７の保持具８を位置調整用光Ｉ
ＩＡ９の保持具として兼用させることにより、位置調整
用光源９を常に設定位置Ａに容易に固定することができ
極めて便利である。

そして位置調整用光源９よりの光による模擬試料１０の
反射性マークからの反射光をデジタル輝度計１２により
測定して光学系の位置調整を行う場合には、位置調整用
光源９はその光放射強度が一定であることが望ましく、
そのために位置調整用光源９を電圧安定化電源１７（第
２図参照）により点灯することが好ましい。

そして一方の楕円鏡２及び他方の楕円鏡３が、その位置
を微小調整し得る構成とされている光加熱炉において光
学°系の位置調整を行う場合には、これら一方の楕円鏡
２及び他方の楕円鏡３を微小調整するようにしてもよい
。

以上の実施例によれば、平面反射鏡４の位置調整におい
ては、互いに一致する一方の楕円鏡２及び他方の楕円鏡
３の第２焦点位置即ち設定位置Ａに位置調整用光源９を
置き、この位置調整用光源９を点灯してその光を平面反
射鏡４に反射させた後他方の楕円鏡３に向かうよう照射
して、試料台５の、被加熱試料が位置される被照射位置
６即ち光加熱処理時において被加熱試料が実際に光を受
けるべき位置に、当該位置調整用光源９よりの光が他方
の楕円鏡３により集光されて結像するよう平面反射鏡４
の位置を調整するので、光源ランプ１の位置に拘束され
ることなく、前記設定位置Ａが厳密に他方の楕円鏡３の
第２焦点となり試料台５の被加熱試料が位置される被照
射位置６が厳密に他方の楕円鏡３の第１焦点となるよう
平面反射鏡４の位置を固定することができるので位置調
整を極めて容易に行うことができる。

また光源ランプｌの位置調整においては、前記設定位置
Ａに位置調整用光源９を置き、この位置調整用光源９を
点灯してその光を一方の楕円鏡２に向けて照射して、こ
の位置調整用光源９よりの光が一方の楕円鏡２により集
光されて結像する位置に光源ランプ１の光点位置が一致
するよう当該光源ランプ１の位置を調整するので、平面
反射鏡４の位置に拘束されることなく、前記設定位ｇＡ
が厳密に一方の楕円鏡２の第２焦点となり光源ランプ１
の光点位置が厳密に一方の楕円鏡２の第１焦点となるよ
う光源ランプ１の位置を固定することができるので位置
調整を極めて容易に行うことができる。

次に光学系の構成が上記の場合と異なるときの例につい
て説明する。

例えば光源ランプｌとして超高圧水銀ランプを用いる場
合においては、当該超高圧水銀ランプはその電極が垂直
方向に伸びる状態で点灯することが必要であるので、こ
の場合には第８図に示すように、さらに平面反射鏡４１
が一方の楕円鏡２の第１焦点と第２焦点との間に介挿さ
れて光学系が構成される。斯かる構成の光学系を有する
光加熱炉の当該光学系の位置調整を行う場合において、
光源ランプ１の交換後においては、一方の楕円鏡２及び
他方の楕円鏡３の第２焦点となるべき設定位置Ａに位置
調整用光１ｌ１９を置き、この位置調整用光′ａ９を点
灯してその光を平面反射鏡４１に反射させた後一方の楕
円鏡２に向かうよう照射し、この位置調整用光源９より
の光が一方の楕円鏡２により集光されて結像する位置に
光源ランプ１の光点位置が一致するよう既述の実施例と
同様にして当該光源ランプ１の位置を調整する。

また平面反射鏡４１を掃除した後においては、一方の楕
円鏡２及び他方の楕円鏡３の第２焦点となるべき設定位
ｍＡに位置調整用光ａＩ９を置き、この位Ｗｉｌ！整用
光源９を点灯してその光を平面反射鏡４１に反射させた
後一方の楕円鏡２に向かうよう照射し、この位置調整用
光源９よりの光が一方の楕円鏡２により集光されて結像
する位置に光源ランプ１の光点位置が一敗するよう既述
の実施例と同様にして当該平面反射鏡４１の位置を調整
する。

また光加熱炉においては、平面反射鏡は必ずしも必要と
されるものとは限らないので、第９図に示すように平面
反射鏡を有しない光学系を有する光加熱炉において光源
ランプ１の交換後において光学系の位置調整を行う場合
には、一方の楕円鏡２及び他方の楕円鏡３の第２焦点と
なるべき設定位置Ａに位置調整用光源９を置き、この位
置調整用光源９を点灯してその光を一方の楕円鏡２に向
かうよう照射し、この位置調整用光源９よりの光が一方
の楕円鏡２により集光されて結像する位置に光源ランプ
１の光点位置が一致するよう既述の実施例と同様にして
当該光源ランプ１の位置を調整する。また必要に応じて
一方の楕円鏡２及び他方の楕円鏡３の位置を微小調整す
るようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、各々の第２焦点が設定
位置において一敗するよう配設した、光源ランプが組み
込まれる一方の楕円鏡及びその集光された光が試料台の
被照射位置に照射される他方の楕円鏡とを具えてなる光
加熱炉において、位置調整用光源を設定位置に置いてこ
れよりの光を一方の楕円鏡または他方の楕円鏡により集
光させてその結像位置を追跡することにより光源ランプ
、一方の楕円鏡、他方の楕円鏡、必要に応じて設けられ
る平面反射鏡の少なくともいずれか一つの位置を調整し
て光学系の位置を調整する方法であるので、光源ランプ
を交換した後或いは光学系の掃除をした後において必要
とされる光学系の位置調整においては、光源ランプを実
際に点灯することなく簡単な手段でしかも容易に光学系
の位ＷｔＰｉ整を高い精度で行うことができる。そして
位置調整用光源としては出力の小さいものを用いること
ができるので、この位置調整用光源の一方の楕円鏡或い
は他方の楕円鏡による光像の結像位置を眩しさを伴うこ
となく簡単に検出することができ、このため光源ランプ
の位置調整においては例えば目視による位置調整が可能
となりこの点からも光学系の位置調整が容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は光加熱炉の光学系の一例を示す説明図、第２図
乃至第７図は本発明の一実施例を示す説明図、第８図及
び第９図は各々光加熱炉の光学系の他の例を示す説明図
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）各々の第２焦点が設定位置において一致するよう配
   設した、光源ランプが組み込まれる一方の楕円鏡及びそ
   の集光された光が試料台の被照射位置に照射される他方
   の楕円鏡とを具えてなる光加熱炉において、前記設定位
   置に位置調整用光源を置き、この位置調整用光源よりの
   光が前記一方の楕円鏡により集光される位置に前記光源
   ランプの光点位置が一致するよう、前記一方の楕円鏡、
   前記光源ランプの少なくとも一つの位置を調整するかま
   たは前記一方の楕円鏡の第１焦点と第２焦点との間に平
   面反射鏡が介挿される場合には前記一方の楕円鏡、前記
   光源ランプ、前記平面反射鏡の少なくとも一つの位置を
   調整することを特徴とする光加熱炉の光学系位置調整方
   法。 ２）各々の第２焦点が設定位置において一致するよう配
   設した、光源ランプが組み込まれる一方の楕円鏡及びそ
   の集光された光が試料台の被照射位置に照射される他方
   の楕円鏡とを具えてなる光加熱炉において、前記設定位
   置に位置調整用光源を置き、この位置調整用光源よりの
   光が前記他方の楕円鏡により集光される位置に前記試料
   台の被照射位置が一致するよう、前記他方の楕円鏡の位
   置を調整するかまたは前記他方の楕円鏡の第１焦点と第
   ２焦点との間に平面反射鏡が介挿される場合には前記他
   方の楕円鏡、前記平面反射鏡の少なくとも一つの位置を
   調整することを特徴とする光加熱炉の光学系位置調整方
   法。