Inline分光计测仪器 -为提升品质做出贡献-
1.开头
近年来，在平板显示器、包装用薄膜、光学薄膜等领域出现了各种各样的产品，特别是在这些产品中，光学特性成为最重要的特性之一。
我们提供用于产品质量控制的分光测量系统，本文介绍这些系统。
2.什么是分光？
(1) 光特性
光具有粒子和波的特性。当光以波表示时，波的波峰到波峰或波谷到波谷的距离称为波长（图1）。我们通常看到的阳光和荧光灯包含各种波长的光。
（图1）
光根据波长分类如下（图1）。波长在380 nm和780 nm之间的光称为可见光。顾名思义，就是人眼可以识别的光，从最短的波长来看是紫、靛、蓝、绿、黄、橙、红。我们看到的物体的颜色是由可见光各个波长的强度平衡决定的。波长小于380 nm的光称为紫外光，波长大于780 nm的光称为红外光，人眼无法察觉。
(2) 分光的定义和分光的例子
分光是将包含各种波长的光分离成波长分量。分光的一个例子是棱镜（图2）。棱镜使用由于棱镜内的波长而产生的折射率差异来分离光。随着波长变短，折射率增加，并且光弯曲的角度（折射角）增加。 由于这个折射角的不同，光被分散了。
（图2）
(3)光谱仪
我司的光谱仪以不同于棱镜的方式分散光（图3）。首先，待测光由光纤接收并引导至检测器。进入检测器的光照射到光栅（衍射光栅）上并分离成各个波长分量。由单行光电探测器检测每个波长分量的光谱色散光。
（图3）
光栅是在其表面刻有多个凹槽的光学元件，如果波长为λ的光以角度i入射到光栅上，它会在角度θ的方向上发生衍射。mλ＝d(sin i±sinθ) (m：次数、d：凹槽间距)成立(图3)。
如果入射光和衍射光相对于衍射光栅表面的法线在同一侧，则符号为正，如果它们在不同侧，则符号为负。光栅的分光利用光的波长引起的衍射角的差异。
(4) 从分光计测可以获取的信息
以下是通过分光测量可以获取信息的说明。
1. 分光透过率
通过测量物体被光照射时通过物体的光量，可以知道物体的透射波长特性。
2. 分光反射率
通过测量物体受光照射时物体表面反射的光，可以知道材料的反射波长特性。
3. 膜厚
当用光照射涂有薄膜的基板时，薄膜表面的反射光（R1）和薄膜/基板界面的反射光（R2）（图4）。此时，当R1和R2的波峰重叠时，光线相互加强。
另一方面，当 R1 和 R2 的波峰和波谷重叠时，光被抵消了。结果，光谱反射率随波长变化并形成波。这样的波形称为干涉波形。这种干涉波形的形状取决于材料的折射率和薄膜的膜厚，呈现出独特的波形。因此，如果材料的折射率已知，则可以测量薄膜的膜厚。
（图4）
4. 偏光（极化、延迟）
自然光，如阳光或灯光，会在不同的方向上振荡。 偏光子是一种光学元件，它可以从沿各个方向振荡的光中仅提取沿特定方向振荡的光。
通过使用偏光子，可以测量相位差膜的相位差（图5）。
（図5）
相位差膜是在x轴方向和y轴方向具有不同折射率的膜，导致膜中在x轴和y轴上振动的波的速度不同。结果，使在进入胶片之前对齐的光产生异相。这种异相偏差称为相位差（δ）。δ＝2πΔnd/λ (Δn：折射率差、d：薄膜的厚度)成立。折射率差(Δn)与膜厚(d)的乘积(Δnd)称为相位差，因为Δn有波长分布，所以相位差也有波长分布。
通过将入射光和透射光的偏振器布置成它们的透射轴垂直，并在它们之间放置相位膜来进行相位差（延迟）测量。透射光偏光子在透射轴方向上的强度根据薄膜的相位延迟而变化。由于相位差（延迟）的大小由光的波长、折射率的差异和薄膜的厚度决定，因此可以从光谱透射率的测量结果中测量相位延迟。
5.物体色 (透过色、反射色)
根据分光透射率或分光反射率光谱数据，通过使用基于JIS标准的计算方法以数值方式表示颜色，可以知道物体的透射或反射颜色。 一个例子是 Y,x,y 颜色系统（图 6）。 Y值表示亮度，x和y值表示颜色。
（图6）
3.分光计测光学系
有几种类型的光学系统用于分光计测。此处介绍这些光学系统（图7）
（图7）
(1) 透过率计测
用于透射率测量的光学系统，是将样品放在发光光纤和光接收光纤之间进行测量的系统。 另一个系统，使用积分球来测量透过样品的所有光。 积分球是内表面涂有高反射和漫射材料（如硫酸钡）的球体。
(2) 反射率（膜厚）计测
用于反射率测量的光学系统，使用集成了投光光纤和光接收光纤的Y型光纤，将光垂直入射样品表面并测量垂直反射的光。其中，有将样品放置在样品台上，待测面朝下，从下方照射光线的类型，还有一种将样品放置在待测面朝上，光线照射的类型。从上方照射。另外，还有改变角度进行测量的系统。通过改变照射角度和测量角度进行测量，可以知道样品反射率的角度依赖性。
4.inline在线分光计测系统
我们提供使用光谱仪的在线分光测量系统。以下是单体型、走查型和光纤开关型的介绍。
(1) 单体型（图8）
（图8）
单体型是不使用光纤开关或走查装置的测量系统，例如透过单点测量系统和使用两个光源并使用快门机构在测量点之间切换的反射测量系统。根据组合，各种测量系统都是可能的。
(2) 走查型（图9）
（图9）
在走查型中，将两个导轨装置上下配置进行透射率测量，并安装投光光纤和接收光纤。积分球可以安装在光接收侧。另一方面，对于反射率测量，一根Y型光纤放置在一个导轨装置上。沿样品宽度移动并在任意点进行测量。走查型可任意设定测量位置和测量点数，可自由进行测量。此外，光强强，测量时间短。
(3) 光纤开关型 (图10)
（图10）
在光纤开关型中，来自光源的光由多分支光纤分束。在透射率测量的情况下，样品被来自投光光纤的光照射，透射光被面对它的接收光纤接收。积分球也可以安装在光接收侧。透射光进入光纤开关，被检测器检测到。另一方面，在反射率测量中，Y 型光纤用于照射样品并接收来自样品的反射光。接收到的光进入光纤开关，并被检测器检测到。在任何一种情况下，都可以通过使用光纤开关更改要测量的点来测量多个点。
光纤开关型无可动部位，因此可用于真空腔内测量。它还具有节省空间的优点，可以安装在各种不同的位置。
5.计测例
通过组合系统（单机、走查、光纤开关）、测量方法（透射、反射）和测量项目（透射率、反射率、膜厚、相位延迟、颜色等），可以组成各种测量系统进行在线分光测量。以下是一些测量系统示例介绍。
(1) 单体型：1点反射型
该系统由探测器、光源、PC、不间断电源等组成，这些设备被安置在一个收纳柜里。测量项目包括指定点的反射率（光谱、数字值、趋势）和膜厚（数字值、趋势）等。
(2) 单体型：相位延迟3点计测型（图11）
（图11）
相位延迟3点测量型由检测器、带快门的光源、PC、偏光光学系统等组成，PC以外的所有部件都存放在收纳柜里。有3个测量点，通过用快门控制三个光源对每个点进行测量。此外，由于偏光棱镜是可拆卸的，因此通常的透射率测量也是可能的。测量项目包括透射率（光谱、最大值和最小值及其波长数字值和趋势）、相位延迟数字值。
除了本次介绍的系统外，还有采用光子晶体偏振器阵列CCD模块的在线延迟测量系统RE-100（图12）。该系统可以同时高速测量小延迟样品的延迟和主轴取向。相位差片（相位差、主轴方位角）、偏光片（透射轴角）等是测量对象。
（图12）
(3) 走查型：透过型
走查型系统由检测器、光源、PC、导轨系统等构成。导轨系统以外的设备被收纳在收纳柜里。测量点可任意设置，测量项目包括透射率（光谱、数字值、趋势）、透射颜色（数字值、趋势）等。
(4) 光纤开关型：3点反射型 (图13)
（図13）
光纤开关型系统由检测器、光纤开关、光源、PC等组成，设备收纳在收纳柜中。这是一个3点测量的示例。光纤从光源直接进入切换器，用于检查光源的光强变化。测量项目包括反射率（光谱、数字值、趋势）、膜厚（数字值、趋势）、反射颜色（数字值、趋势）等。迄今为止介绍的系统测量的样品包括AR（减反射）膜、LR（低反射）膜、偏光膜、延迟膜、封装膜、玻璃基板上的涂膜等。
(5) 计测软件
作为测量软件的示例，我们介绍了使用切换器类型的AR膜的3点膜厚度测量屏幕（图14）。测量画面由反射光谱、膜厚/指定波长的反射数值、趋势图等组成。每个屏幕的布局和大小都可以自由更改。
我们为每款测量系统定制了软件，可以与系统一起提供满足客户要求的计测软件。
（図14）
6.结语
分光测量对于控制薄膜和玻璃的光学特性是必不可少的，本文介绍的测量系统是有效的。通过提供在线分光测量系统，我们希望为质量控制和产量提高做出贡献，并满足新的需求。
