特開 2023-177696 線状光照射装置、およびそれを用いた光学的特性判定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023177696

(43)【公開日】2023-12-14

(54)【発明の名称】線状光照射装置、およびそれを用いた光学的特性判定装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/06 20060101AFI20231207BHJP

   G01B 11/25 20060101ALI20231207BHJP

【ＦＩ】

G01B11/06 H

G01B11/25 H

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022090498

(22)【出願日】2022-06-02

(71)【出願人】

【識別番号】510138741

【氏名又は名称】フェニックス電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147706

【弁理士】

【氏名又は名称】多田 裕司

(72)【発明者】

【氏名】山下 健一

【テーマコード（参考）】

2F065

【Ｆターム（参考）】

2F065AA30

2F065FF04

2F065FF09

2F065GG06

2F065GG07

2F065GG14

2F065HH12

2F065JJ09

2F065LL01

2F065LL08

2F065MM03

2F065PP12

(57)【要約】

【課題】簡便な方法で互いに異なる波長の光を放射する複数のＬＥＤを組み合わせて必要な波長域のみの光を合成し、かつ、効率的に線状光を照射できる線状光照射装置を提供する。
【解決手段】線状光照射装置１００を、複数の光源１２０が並べて配置された光源部材１１０と、各光源１２０が並べられた方向に沿って延びるように配置された、表面が円弧状の一部集光レンズ１３２とで構成する。各光源１２０に、それぞれ複数の光源素子１２４を配置し、各々の光源１２０に配置された各光源素子１２４の内、少なくともひとつの光源素子１２４から放射される光のピーク波長を他の光源素子１２４から放射される光のピーク波長と異なるようにし、一部集光レンズ１３２で各光源１２０が並べられた方向に直交する方向の光を主に集光する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の光源が並べて配置された光源部材と、
前記各光源が並べられた方向に沿って延びるように配置された、表面が円弧状の一部集光レンズとを備えており、
前記各光源には、それぞれ複数の光源素子が配置されており、
各々の前記光源に配置された前記各光源素子の内、少なくともひとつの前記光源素子から放射される光のピーク波長は、他の前記光源素子から放射される光のピーク波長と異なっており、
前記一部集光レンズは、前記各光源が並べられた方向に直交する方向の光を主に集光する
線状光照射装置。

【請求項2】

前記一部集光レンズが延びる方向に直交する平面による断面形状が矩形状であり透光性を有する導光板をさらに備えており、
前記光源素子から放射されて前記一部集光レンズを透過した光は、前記導光板の天面から前記導光板内に入光する
請求項１に記載の線状光照射装置。

【請求項3】

互いに隣り合う前記光源にそれぞれ配置された、同じピーク波長の光を放射する複数の前記光源素子同士は、電気的に互いに直列に接続されている
請求項１に記載の光照射装置。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に係る線状光照射装置と、
測定対象である物品を載置するステージと、
前記線状光照射装置から放射され、前記物品で反射した光を受光する受光装置とを備える
光学的特性判定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、物体の光学的特性を判定する際に当該物体に線状光を照射する線状光照射装置、およびそれを用いた光学的特性判定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

物体の光学的特性を判定するために、当該物体に光を照射し、物体で反射した反射光を分析する手法がある。例えば、反射光の波長と光量との関係を分析することで、物体の光学的特性に関する情報を得る手法が挙げられる。

【0003】

このような分析に使用する光は、反射光から得られる情報が多く、かつ、精度を高められることから、波長域が広い（ブロードな）光であることが望ましい。このため、従来は、当該光の光源としてハロゲン光源が多く用いられてきた（例えば、特許文献１）。

【0004】

一方、ＬＥＤ光源は、ハロゲン光源に比べてエネルギー消費率が小さく、かつ、寿命が長いという利点がある。このため、ハロゲン光源に替えてＬＥＤ光源を上述した手法に用いる試みが続けられている。

【0005】

例えば、互いに異なる波長の光を放射する複数のＬＥＤを組み合わせて、これらＬＥＤからの光を光ファイバーや複数のレンズを用いて合成することにより、波長域が広い光を放射する方法が考えられている。

【0006】

あるいは、ＬＥＤ光源からの光を複数種類の蛍光体に照射することで波長域が広い光を放射する方法も考えられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１９－１４４１１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、互いに異なる波長の光を放射する複数のＬＥＤからの光を合成する場合、光照射装置が複雑で大きくなるという問題があった。

【0009】

また、ＬＥＤ光源からの光を複数種類の蛍光体に照射する場合、光照射装置から放射される光の強度が低下してしまうという問題があった。

【0010】

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡便な方法で互いに異なる波長の光を放射する複数のＬＥＤを組み合わせて必要な波長域のみの光を合成し、かつ、効率的に線状光を照射できる線状光照射装置、およびそれを用いた光学的特性判定装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の一局面によれば、
複数の光源が並べて配置された光源部材と、
前記各光源が並べられた方向に沿って延びるように配置された、表面が円弧状の一部集光レンズとを備えており、
前記各光源には、それぞれ複数の光源素子が配置されており、
各々の前記光源に配置された前記各光源素子の内、少なくともひとつの前記光源素子から放射される光のピーク波長は、他の前記光源素子から放射される光のピーク波長と異なっており、
前記一部集光レンズは、前記各光源が並べられた方向に直交する方向の光を主に集光する
線状光照射装置が提供される。

【0012】

好適には、
前記一部集光レンズが延びる方向に直交する平面による断面形状が矩形状であり透光性を有する導光板をさらに備えており、
前記光源素子から放射されて前記一部集光レンズを透過した光は、前記導光板の天面から前記導光板内に入光する。

【0013】

好適には、
互いに隣り合う前記光源にそれぞれ配置された、同じピーク波長の光を放射する複数の前記光源素子同士は、電気的に互いに直列に接続されている。

【0014】

本発明の別の局面によれば、
上述した線状光照射装置と、
測定対象である物品を載置するステージと、
前記線状光照射装置から放射され、前記物品で反射した光を受光する受光装置とを備える
光学的特性判定装置が提供される。

【発明の効果】

【0015】

本発明に係る線状光照射装置によれば、各光源から放射された光は一部集光レンズ内で混ざり合うので、必要な波長域のみの光を合成することができる。また、各光源から放射された光のうち、一部集光レンズが延びる方向に拡散する光はそれほど集光されず、逆に、一部集光レンズが延びる方向に直交する方向に拡散する光は一部集光レンズ内で集光されるので、一部集光レンズから出た光は線状光となる。

【0016】

これにより、簡便な方法で互いに異なる波長の光を放射する複数の光源素子を組み合わせて必要な波長域のみの光を合成し、かつ、効率的に線状光を照射できる線状光照射装置、およびそれを用いた光学的特性判定装置を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明が適用された実施形態に係る光学的特性判定装置１０を示す図である。

【図2】本発明が適用された実施形態に係る線状光照射装置１００を示す（ａ）正面図、（ｂ）側面図である。

【図3】光源モジュール１０２を示す斜視図である。

【図4】光源１２０を示す正面図である。

【図5】光源１２０における各光源素子１２４同士の接続状態を示す図である。

【図6】レンズユニット１０４を示す斜視図である。

【図7】各光源１２０から放射された光が一部集光レンズ１３２および導光板１３３を透過したときの経路を示す図である。

【図8】変形例２に係る一部集光レンズ１３２を示す図である。

【図9】変形例３に係る光源１２０・一部集光レンズ１３２・拡散レンズ１６０・導光板１３３を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

（光学的特性判定装置１０の構成）
本発明が適用された実施形態に係る光学的特性判定装置１０について以下に説明する。一例として膜厚測定装置として使用される光学的特性判定装置１０は、図１に示すように、大略、線状光照射装置１００と、ステージ１２と、受光装置１４とを備えている。

【0019】

線状光照射装置１００は、物体の光学的特性（本実施形態では「膜厚」）を判定するための線状光を照射するための装置である。図２に示すように、本実施形態では、大略、光源モジュール１０２と、レンズユニット１０４と、支持具１０６とを備えている。

【0020】

光源モジュール１０２は、図３に示すように、光源モジュール本体１０８と、光を放射する光源部材１１０と、給電部材１１２とを有している。

【0021】

光源モジュール本体１０８は、光源部材１１０や給電部材１１２を取り付けるための内部空間１１４を有する略直方体状の部材である。なお、光源モジュール本体１０８の材質としてはアルミニウムや銅が考えられるが、特に限定されるものではない。

【0022】

光源部材１１０は、複数（本実施形態では３つ）の光源１２０で構成されており、各光源１２０は一列に並べて配置されている。

【0023】

各光源１２０は、図４に示すように、基板１２２と、基板１２２の表面に実装配置された複数の光源素子１２４と、各光源素子１２４に給電するための複数の給電端子１２６とを有している。

【0024】

本実施形態では、ひとつの光源１２０に１６個のＬＥＤが光源素子１２４として使用されている。各光源素子１２４は、各光源１２０が一列に並べられた方向と略平行に、同じく一列に並べて配置されている。もちろん、ひとつの光源１２０に配置される光源素子１２４の数はこれに限定されるのではなく、また、各光源素子１２４の配置態様も特に限定されない。

【0025】

また、本実施形態では、ひとつの光源１２０に配置された１６個の光源素子１２４から放射される光のピーク波長がすべて互いに異なるように設定されている。なお、少なくともひとつの光源素子１２４から放射される光のピーク波長が、他の光源素子１２４から放射される光のピーク波長と異なっていればよい。

【0026】

図３に戻り、給電部材１１２は、外部の電源装置（図示せず）からの各光源素子１２４の発光に適した電圧・電流をこれら光源素子１２４に給電するための部材 である。本実施形態では、図５に示すように、互いに隣り合う光源１２０にそれぞれ配置された、同じピーク波長の光を放射する複数の光源素子１２４同士が電気的に互いに直列に接続されている。これにより、給電部材１１２から同じピーク波長の光を放射する複数の光源素子１２４のグループに供給する電力をグループ毎に調整できるので、線状光照射装置１００から放射される光（各光源素子１２４からの合成光）における合成波長のバランスを調整することができる。なお、図５には、１番から４番の光源素子１２４に給電するプラス配線と、マイナス配線のみを描いている。

【0027】

レンズユニット１０４は、図６に示すように、レンズユニット本体１３０と、一部集光レンズ１３２と、導光板１３３とを有している。

【0028】

レンズユニット本体１３０は、一部集光レンズ１３２を収容するための収容溝１３４を有する略直方体状の部材である。また、光源モジュール本体１０８の下面が、レンズユニット本体１３０の上面に組み合わせられるようになっている。なお、レンズユニット本体１３０の材質としてはアルミニウムやポリカーボネート等の樹脂が考えられるが、特に限定されるものではない。

【0029】

一部集光レンズ１３２は、各光源１２０が並べられた方向に沿って延びるように配置された円柱状のレンズであり、例えば、アクリルや石英ガラスで形成されている。本実施形態では、光源１２０の数（３つ）に合わせて３本の一部集光レンズ１３２が使用されているが、長尺の一部集光レンズ１３２を１本使用してもよい。

【0030】

また、一部集光レンズ１３２の焦点位置に各光源素子１２４が位置するように当該一部集光レンズ１３２を配置するのが好適である。具体的には、一部集光レンズ１３２の表面から、当該一部集光レンズ１３２の半径ｄの半分の距離（ｄ／２）となる位置に各光源素子１２４がくるように配置する。

【0031】

導光板１３３は、一部集光レンズ１３２が延びる方向に直交する平面による断面形状が矩形状であり透光性を有する板材であり、例えば、アクリルや石英ガラスで形成されている。光源素子１２４から放射されて一部集光レンズ１３２を透過した光は、導光板１３３の天面１３６から当該導光板１３３内に入光するようになっている。

【0032】

図２に戻り、支持具１０６は、レンズユニット１０４および当該レンズユニット１０４に取り付けた状態の光源モジュール１０２を所定の位置に支持するための部材であり、本実施形態では、一対の支持部材１４０を備えている。

【0033】

支持部材１４０は、支持本体１４２と、支持脚体１４４と、支持ピン１４６と、角度保持ピン１４８とを有している。

【0034】

支持本体１４２は、鉛直方向に延びる板材であり、下部に支持ピン１４６が挿通される支持ピン挿通孔１５０が形成されている。また、支持本体１４２の上部には、角度保持ピン１４８が挿通・摺動される角度保持ピン挿通・摺動孔１５２が形成されている。

【0035】

支持脚体１４４は、支持本体１４２の下端縁から水平外向きに延びる部材である。

【0036】

支持ピン１４６は、支持本体１４２に形成された支持ピン挿通孔１５０に挿通された後、レンズユニット１０４におけるレンズユニット本体１３０の側面に形成された支持ピン嵌合孔（図示せず）に嵌め込まれる部材である。支持ピン１４６により、レンズユニット１０４が支持部材１４０に対して回動可能に支持されている。

【0037】

角度保持ピン１４８は、支持本体１４２に形成された角度保持ピン挿通・摺動孔１５２に挿通された後、導光板１３３の側面に形成された角度保持ピン嵌合孔（図示せず）に嵌め込まれる部材である。角度保持ピン１４８により、レンズユニット１０４が支持部材１４０に対して所定の角度となる位置に固定することができる。

【0038】

次に、図１に戻り、ステージ１２は、測定対象である物品Ｘが載置される装置である。本実施形態では、ステージ１２が所定の方向に移動するようになっている。これにより、ステージ１２に載置した物品Ｘ全体に線状光照射装置１００からの光をスキャン照射できる。

【0039】

受光装置１４は、線状光照射装置１００から放射され、物品Ｘで反射した光を受光するための装置である。

【0040】

（線状光照射装置１００の特徴）
本実施形態に係る線状光照射装置１００によれば、図７に示すように、各光源１２０から放射された光は一部集光レンズ１３２内で混ざり合うので、必要な波長域のみの光を合成することができる。また、各光源１２０から放射された光のうち、一部集光レンズ１３２が延びる方向に拡散する光はそれほど集光されず、逆に、一部集光レンズ１３２が延びる方向に直交する方向に拡散する光は当該一部集光レンズ１３２内で集光されるので、一部集光レンズ１３２から出た光は線状光となる。

【0041】

これにより、簡便な方法で互いに異なる波長の光を放射する複数の光源素子１２４を組み合わせて必要な波長域のみの光を合成し、かつ、効率的に線状光を照射できる線状光照射装置１００、およびそれを用いた光学的特性判定装置１０を提供することができた。

【0042】

また、光源素子１２４から放射されて一部集光レンズ１３２を透過した光は、導光板１３３の天面１３６から当該導光板１３３内に入光するようになっている。これにより、導光板１３３内に入った光は当該導光板１３３内で反射するので、各光源素子１２４から放射されたピーク波長が異なる光がさらによく混ざった状態で主に導光板１３３の底面１３８から出射される。

【0043】

線状光照射装置１００を用いた測定対象である物品Ｘが立体形状である場合、線状光照射装置１００から物品Ｘにおける各部分までの距離が一定でないので、ピーク波長の異なる光が十分に混ざった状態の光を使用しないと、当該光による物品Ｘの光学的特性判定にムラが生じるおそれがあるが、上述のように導光板１３３を用いることでこのおそれを解消できる。

【0044】

さらに、本実施形態に係る線状光照射装置１００では、光源モジュール１０２とレンズユニット１０４とが分離可能となっているので、寿命等の原因によって光源１２０を交換する場合、光源モジュール１０２のみを交換すればよいので経済的である。

【0045】

また、本実施形態に係る線状光照射装置１００では、支持具１０６に対する光源モジュール１０２およびレンズユニット１０４の角度を調整できるので、物品Ｘに照射する光の角度を正しく調整したり、反射した光が受光する受光装置１４に正しく入るように調整したりできる。

【0046】

（変形例１）
上述した実施形態では、光源素子１２４としてＬＥＤが使用されていたが、これに替えて、ＬＤ（レーザーダイオード）等を使用してもよい。

【0047】

（変形例２）
上述した実施形態では、一部集光レンズ１３２として円柱状のレンズが使用されていたが、一部集光レンズ１３２はこれに限定されるものではなく、表面が円弧状であればよい。例えば、断面が半円形のシリンダーレンズ（図８参照）を使用してもよい。

【0048】

（変形例３）
図９に示すように、光源１２０と一部集光レンズ１３２との間に、各光源１２０からの光を当該各光源１２０が並べられた方向に広げる（拡散させる）拡散レンズ１６０を更に設けてもよい。このような拡散レンズ１６０を設けることにより、より幅が細くかつ長さの長い線状光を放射することができる。

【0049】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0050】

１０…光学的特性判定装置、１２…ステージ、１４…受光装置
１００…線状光照射装置、１０２…光源モジュール、１０４…レンズユニット、１０６…支持具、１０８…光源モジュール本体、１１０…光源部材、１１２…給電部材、１１４…内部空間
１２０…光源、１２２…基板、１２４…光源素子、１２６…給電端子
１３０…レンズユニット本体、１３２…一部集光レンズ、１３３…導光板、１３４…収容溝、１３６…（導光板１３３の）天面、１３８…（導光板１３３の）底面
１４０…支持部材、１４２…支持本体、１４４…支持脚体、１４６…支持ピン、１４８…角度保持ピン、１５０…支持ピン挿通孔、１５２…角度保持ピン挿通・摺動孔
１６０…拡散レンズ
Ｘ…物品

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】