1.開頭

近年來，在平板顯示器、包裝用薄膜、光學薄膜等領域出現了各種各樣的產品，特別是在這些產品中，光學特性成為最重要的特性之一。

我們提供用于產品質量控制的分光測量系統，本文介紹這些系統。

2.什么是分光

(1) 光特性

光具有粒子和波的特性。當光以波表示時，波的波峰到波峰或波谷到波谷的距離稱為波長（圖1）。我們通常看到的陽光和熒光燈包含各種波長的光。

（圖1）

光根據波長分類如下（圖1）。波長在380 nm和780 nm之間的光稱為可見光。顧名思義，就是人眼可以識別的光，從最短的波長來看是紫、靛、藍、綠、黃、橙、紅。我們看到的物體的顏色是由可見光各個波長的強度平衡決定的。波長小于380 nm的光稱為紫外光，波長大于780 nm的光稱為紅外光，人眼無法察覺。

(2) 分光的定義和分光的例子

分光是將包含各種波長的光分離成波長分量。分光的一個例子是棱鏡（圖2）。棱鏡使用由于棱鏡內的波長而產生的折射率差異來分離光。隨著波長變短，折射率增加，并且光彎曲的角度（折射角）增加。由于這個折射角的不同，光被分散了。

(3)光譜儀

我司的光譜儀以不同于棱鏡的方式分散光（圖3）。首先，待測光由光纖接收并引導至檢測器。進入檢測器的光照射到光柵（衍射光柵）上并分離成各個波長分量。由單行光電探測器檢測每個波長分量的光譜色散光。

（圖3）

光柵是在其表面刻有多個凹槽的光學元件，如果波長為λ的光以角度i入射到光柵上，它會在角度θ的方向上發生衍射。

mλ＝d(sin i±sinθ) (m：次數、d：凹槽間距)

成立(圖3)。如果入射光和衍射光相對于衍射光柵表面的法線在同一側，則符號為正，如果它們在不同側，則符號為負。光柵的分光利用光的波長引起的衍射角的差異。

(4) 從分光計測可以獲取的信息

以下是通過分光測量可以獲取信息的說明。

1.分光透過率通過測量物體被光照射時通過物體的光量，可以知道物體的透射波長特性。

2.分光反射率通過測量物體受光照射時物體表面反射的光，可以知道材料的反射波長特性。

3.膜厚當用光照射涂有薄膜的基板時，薄膜表面的反射光（R1）和薄膜/基板界面的反射光（R2）（圖4）。此時，當R1和R2的波峰重疊時，光線相互加強。
 另一方面，當 R1 和 R2 的波峰和波谷重疊時，光被抵消了。結果，光譜反射率隨波長變化并形成波。這樣的波形稱為干涉波形。這種干涉波形的形狀取決于材料的折射率和薄膜的膜厚，呈現出獨特的波形。因此，如果材料的折射率已知，則可以測量薄膜的膜厚。

（圖4） 

4. 偏光（極化、延遲）

自然光，如陽光或燈光，會在不同的方向上振蕩。偏光子是一種光學元件，它可以從沿各個方向振蕩的光中僅提取沿特定方向振蕩的光。

通過使用偏光子，可以測量相位差膜的相位差（圖5）。

（圖5）

相位差膜是在x軸方向和y軸方向具有不同折射率的膜，導致膜中在x軸和y軸上振動的波的速度不同。結果，使在進入膠片之前對齊的光產生異相。這種異相偏差稱為相位差（δ）。

δ＝2πΔnd/λ (Δn：折射率差、d：薄膜的厚度)

成立。折射率差(Δn)與膜厚(d)的乘積(Δnd)稱為相位差，因為Δn有波長分布，所以相位差也有波長分布。

通過將入射光和透射光的偏振器布置成它們的透射軸垂直，并在它們之間放置相位膜來進行相位差（延遲）測量。透射光偏光子在透射軸方向上的強度根據薄膜的相位延遲而變化。由于相位差（延遲）的大小由光的波長、折射率的差異和薄膜的厚度決定，因此可以從光譜透射率的測量結果中測量相位延遲。

5.物體色 (透過色、反射色)

根據分光透射率或分光反射率光譜數據，通過使用基于JIS標準的計算方法以數值方式表示顏色，可以知道物體的透射或反射顏色。一個例子是 Y,x,y 顏色系統（圖 6）。Y值表示亮度，x和y值表示顏色。

（圖6）

3.分光計測光學系

有幾種類型的光學系統用于分光計測。此處介紹這些光學系統（圖7）。

（圖7）

(1) 透過率計測

用于透射率測量的光學系統，是將樣品放在發光光纖和光接收光纖之間進行測量的系統。另一個系統，使用積分球來測量透過樣品的所有光。積分球是內表面涂有高反射和漫射材料（如硫酸鋇）的球體。

(2) 反射率（膜厚）計測

用于反射率測量的光學系統，使用集成了投光光纖和光接收光纖的Y型光纖，將光垂直入射樣品表面并測量垂直反射的光。其中，有將樣品放置在樣品臺上，待測面朝下，從下方照射光線的類型，還有一種將樣品放置在待測面朝上，光線照射的類型。從上方照射。另外，還有改變角度進行測量的系統。通過改變照射角度和測量角度進行測量，可以知道樣品反射率的角度依賴性。

4.inline在線分光計測系統

我們提供使用光譜儀的在線分光測量系統。以下是單體型、走查型和光纖開關型的介紹。

(1) 單體型（圖8）

（圖8）

單體型是不使用光纖開關或走查裝置的測量系統，例如透過單點測量系統和使用兩個光源并使用快門機構在測量點之間切換的反射測量系統。根據組合，各種測量系統都是可能的。

(2) 走查型（圖9）

（圖9）

在走查型中，將兩個導軌裝置上下配置進行透射率測量，并安裝投光光纖和接收光纖。積分球可以安裝在光接收側。另一方面，對于反射率測量，一根Y型光纖放置在一個導軌裝置上。沿樣品寬度移動并在任意點進行測量。

走查型可任意設定測量位置和測量點數，可自由進行測量。此外，光強強，測量時間短。

(3) 光纖開關型 (圖10)

（圖10） 

在光纖開關型中，來自光源的光由多分支光纖分束。在透射率測量的情況下，樣品被來自投光光纖的光照射，透射光被面對它的接收光纖接收。積分球也可以安裝在光接收側。透射光進入光纖開關，被檢測器檢測到。另一方面，在反射率測量中，Y 型光纖用于照射樣品并接收來自樣品的反射光。接收到的光進入光纖開關，并被檢測器檢測到。在任何一種情況下，都可以通過使用光纖開關更改要測量的點來測量多個點。

光纖開關型無可動部位，因此可用于真空腔內測量。它還具有節省空間的優點，可以安裝在各種不同的位置。

5.計測例

通過組合系統（單機、走查、光纖開關）、測量方法（透射、反射）和測量項目（透射率、反射率、膜厚、相位延遲、顏色等），可以組成各種測量系統進行在線分光測量。以下是一些測量系統示例介紹。

(1) 單體型：1點反射型

該系統由探測器、光源、PC、不間斷電源等組成，這些設備被安置在一個收納柜里。測量項目包括指定點的反射率（光譜、數字值、趨勢）和膜厚（數字值、趨勢）等。

(2) 單體型：相位延遲3點計測型（圖11）

（圖11）

相位延遲3點測量型由檢測器、帶快門的光源、PC、偏光光學系統等組成，PC以外的所有部件都存放在收納柜里。有3個測量點，通過用快門控制三個光源對每個點進行測量。此外，由于偏光棱鏡是可拆卸的，因此通常的透射率測量也是可能的。測量項目包括透射率（光譜、最大值和最小值及其波長數字值和趨勢）、相位延遲數字值。

除了本次介紹的系統外，還有采用光子晶體偏振器陣列CCD模塊的在線延遲測量系統RE-100（圖12）。該系統可以同時高速測量小延遲樣品的延遲和主軸取向。相位差片（相位差、主軸方位角）、偏光片（透射軸角）等是測量對象。

（圖12）

(3) 走查型：透過型

走查型系統由檢測器、光源、PC、導軌系統等構成。導軌系統以外的設備被收納在收納柜里。測量點可任意設置，測量項目包括透射率（光譜、數字值、趨勢）、透射顏色（數字值、趨勢）等。

(4) 光纖開關型：3點反射型 (圖13)

（圖13） 

光纖開關型系統由檢測器、光纖開關、光源、PC等組成，設備收納在收納柜中。這是一個3點測量的示例。光纖從光源直接進入切換器，用于檢查光源的光強變化。測量項目包括反射率（光譜、數字值、趨勢）、膜厚（數字值、趨勢）、反射顏色（數字值、趨勢）等。

迄今為止介紹的系統測量的樣品包括AR（減反射）膜、LR（低反射）膜、偏光膜、延遲膜、封裝膜、玻璃基板上的涂膜等。

(5) 計測軟件

作為測量軟件的示例，我們介紹了使用切換器類型的AR膜的3點膜厚度測量屏幕（圖14）。測量畫面由反射光譜、膜厚/指定波長的反射數值、趨勢圖等組成。每個屏幕的布局和大小都可以自由更改。

我們為每款測量系統定制了軟件，可以與系統一起提供滿足客戶要求的計測軟件。

（圖14）

6.結語

分光測量對于控制薄膜和玻璃的光學特性是必不可少的，本文介紹的測量系統是有效的。通過提供在線分光測量系統，我們希望為質量控制和產量提高做出貢獻，并滿足新的需求。

如您需要進一步了解，歡迎致電與我們取得聯絡。