试样载台的制作方法

1.本发明涉及分光光度计等光学测量装置的试样载台。


背景技术：

2.使用分光光度计的透射率测量或反射率测量是用于调查光学元件(例如，反射镜或光学滤波器等)的光学特性的有效方式。在利用分光光度计进行光学元件的测量中，为了调查光相对于光学元件的入射角或出射角与透射率或反射率的关系(将其称为角度特性)，需要使试样(即光学元件)在分光光度计的内部转动来进行测量。
3.为了实现这样的测量，以往使用具备测角仪(goniometer)型的试样载台的分光光度计(例如，参照非专利文献1)。测角仪是使试样与光检测器同轴地转动的机构，能够使试样保持架和光检测器分别转动，以使从光源向试样入射的测量光与试样表面所成的角度θ1和试样表面与朝向光检测器的透射光或反射光所成的角度θ2保持始终相等的关系。
4.现有技术文献
5.非专利文献
6.非专利文献1：“application news no.a556:电介质多层膜的透射/反射光谱评价～可变角测量装置的利用～”，[在线]，2017年10月，株式会社岛津制作所，[令和4年1月21日检索]，网址《url:https://www.an.shimadzu.co.jp/aplnotes/uv/an_a556.pdf》


技术实现要素：

[0007]
发明所要解决的技术问题
[0008]
在这样的测角仪型的试样载台中，虽然能够从各种角度测量试样上一点的透射率或反射率，但在测量试样上的多个位置的透射率或反射率的情况下，用户需要通过手动重新设置试样。
[0009]
在试样载台上除了搭载上述那样的使试样及光检测器转动的机构以外，只要搭载使试样在正交的三轴方向上移动的机构，便可以从各种角度测量试样上的各种位置，但在该情况下，存在制造成本大幅增加的问题。
[0010]
本发明是鉴于上述技术问题而完成的，其目的在于提供一种能够将制造成本的增加抑制在最小限度，同时使试样及光检测器转动至各种角度或使试样在各种方向上移动的试样载台。
[0011]
用于解决上述技术问题的方案
[0012]
为了解决上述技术问题而完成的本发明的试样载台，在具有光源和光检测器的光学测量装置中，用于将固体试样配置在从所述光源到所述光检测器的测量光的光轴上，具有：
[0013]
试样保持部，保持所述固体试样；
[0014]
上下移动机构，支承所述试样保持部，使该试样保持部上下移动；
[0015]
水平移动机构，支承所述上下移动机构，使该上下移动机构在水平面内移动；
[0016]
偏航角变更机构，支承所述水平移动机构，使该水平移动机构绕竖直轴转动；
[0017]
检测器转动机构，使所述光检测器绕所述竖直轴转动。
[0018]
发明效果
[0019]
根据上述本发明，可以提供一种试样载台，其能够将试样载台的制造成本的增加抑制在最小限度，同时使试样及光检测器转动至各种角度或使试样在各种方向上移动。
附图说明
[0020]
图1是示出具备本发明的一实施方式的试样载台的分光光度计的概略构成的俯视图。
[0021]
图2是所述试样载台的立体图。
具体实施方式
[0022]
以下，参照附图对本发明的具体实施方式进行说明。图1是示出具备本实施方式的试样载台100的分光光度计(相当于本发明中的光学测量装置)的概略构成的俯视图，图2是示出试样载台100的构成的立体图。
[0023]
本实施方式中的分光光度计具备分光光度计主体200、试样室300和控制部400。在分光光度计主体200中收纳有分光器210(相当于本发明中的光源)，在试样室300中收纳有本实施方式的试样载台100。另外，在分光器210中设置有灯、衍射光栅及用于使该衍射光栅转动的驱动机构(均省略图示)。
[0024]
控制部400具备分光器控制部410和试样载台控制部420作为功能模块。控制部400的实际状态是具备cpu、存储器及hdd或ssd等存储装置等的计算机，通过执行预先安装在该计算机的规定的程序，从而实现所述各功能模块的功能。另外，在构成控制部400的计算机连接有由鼠标或键盘等构成的输入部430。
[0025]
在分光器210内，从灯射出的光通过衍射光栅被波长分散，具有规定的波长的光从分光器210射出并被引导至试样室300。被引导至试样室300的光(以下，称为测量光)向被保持于试样载台100上的光学元件的固体试样(以下，称为试样s)的表面入射，透过试样s的光或由试样s反射的光入射至安装于试样载台100的光检测部125而被检测。以下，将与所述测量光的光轴501平行的方向称为前后方向，将与前后方向及上下方向正交的方向称为左右方向。
[0026]
试样载台100具备：基座110，设置于试样室300的地面；检测器转动机构120，设置于基座110上；偏航角变更机构130，由检测器转动机构120支承；y载台140，由偏航角变更机构130支承；x载台150，由y载台140支承；z载台160，由x载台150支承；俯仰角变更机构170，由z载台160支承；试样保持架180，由俯仰角变更机构170支承。在此，x载台150与y载台140的组合相当于本发明中的水平移动机构，其中的y载台140相当于本发明中的第二直动机构，x载台150相当于本发明中的第一直动机构。此外，z载台160相当于本发明中的上下移动机构，俯仰角变更机构170与试样保持架180的组合相当于本发明中的试样保持部。
[0027]
检测器转动机构120具备：固定部121，固定于基座110的上表面；圆盘状的转动部122，安装于固定部121上表面；水平臂123，从转动部122的周面水平延伸；竖直臂124，从水平臂123的前端向上方延伸；光检测部125(相当于本发明中的光检测器)，安装于竖直臂124
的前端。转动部122可以绕通过转动部122的中心的竖直轴即第一转动轴502转动，伴随着该转动部122的转动，光检测部125以第一转动轴502为中心转动。光检测部125配置在与测量光的光轴501相同的高度，具备积分球和光检测元件(例如，光电倍增管、i ngaas检测器或pbs检测器等)。在光检测部125中，从设置于积分球(省略图示)的光出射口进入积分球内的光在积分球内被扩散反射后，从设置于该积分球的光出射口射出并由光检测元件(省略图示)检测。
[0028]
偏航角变更机构130具备固定于检测器转动机构120的转动部122的固定部131和安装于固定部131的上表面的圆盘状的转动部132。转动部132可以与检测器转动机构120的转动部122同轴且独立于检测器转动机构120的转动部122转动。
[0029]
y载台140及x载台150分别具备直线状的导轨和在该导轨上滑动的滑块。以下，将设置于y载台140的导轨及滑块分别称为y导轨141(相当于本发明中的第二导轨)及y滑块142，将设置于x载台150的导轨及滑块分别称为x导轨151(相当于本发明中的第一导轨)及x滑块152。y导轨141安装于偏航角变更机构130的转动部132，x导轨151安装于y滑块142。另外，x导轨151的长度比y导轨141的长度短。y导轨141及x导轨151均沿水平且相互正交的方向延伸，y载台140及x载台150分别发挥使试样s沿左右方向及前后方向移动的作用。
[0030]
z载台160具备由x滑块152支承的沿竖直方向延伸的导轨(以下，称为z导轨161)和沿z导轨161上下滑动的滑块(以下，称为z滑块162)。
[0031]
俯仰角变更机构170具备圆弧状的导轨(以下，称为圆弧状导轨171)和沿着圆弧状导轨171滑动的滑块172。圆弧状导轨171是沿着以沿水平方向延伸的轴即第二转动轴503为中心的假想圆延伸的部件。圆弧状导轨171位于所述假想圆的底部，圆弧状导轨171的两端部位于比该两端夹着的中心部更靠上方。
[0032]
试样保持架180安装于俯仰角变更机构170的滑块172，例如，通过夹持薄板状的试样s，使试样s保持为立起状态。
[0033]
上述的检测器转动机构120、偏航角变更机构130、y载台140、x载台150、z载台160及俯仰角变更机构170通过利用未图示的传递机构(例如，滑轮和皮带或齿条和齿轮等)传递与上述各个机构对应设置的电机601～606的驱动力而被驱动。此外，这些电机601～606基于用户从输入部430输入的指示由控制部400控制。另外，在这些电机601～606中，与z载台160对应的电机605相当于本发明中的上下移动机构驱动部，与x载台150及y载台140分别对应的电机604及电机603相当于本发明中的水平移动机构驱动部，与俯仰角变更机构170对应的电机606相当于本发明中的俯仰角变更机构驱动部。
[0034]
以下，以进行反射率测量的情况为例，对使用本实施方式的分光光度计测量试样s时的步骤进行说明。
[0035]
首先，用户将试样s设置于试样保持架180，并且使用输入部430设定各种测量条件。作为所述测量条件，例如能够设定测量光的波长、试样表面一个以上的测量点的位置、测量光相对于试样表面的入射角及从试样表面向各种方向反射(正反射或扩散反射)的光中的想要检测的光的出射角等。另外，作为所述测定光的入射角，能够设定试样表面的法线与入射光的光轴在通过测量点的水平面内所成的角度(以下，称为水平入射角)、和试样表面的法线与入射光的光轴在通过测量点的竖直面内所成的角度(以下，称为竖直入射角)。
[0036]
之后，若用户经由输入部430向控制部400指示测量的开始，则在分光器控制部410
的控制下，衍射光栅由于设置于分光器210的电机等驱动机构而转动，成为预先指定的波长的光被引导至试样室300的状态。进而，通过试样载台控制部420来控制与x载台150、y载台140及z载台160对应的电机603～605，以使试样表面的预先指定的点(即测量点)位于被引导至试样室300的光(即测量光)的光轴501上。此外，通过试样载台控制部420控制与偏航角变更机构130及俯仰角变更机构170对应的电机602、606，以使测量光以预先指定的水平入射角及竖直入射角向所述测量点入射。此外，还通过试样载台控制部420控制与检测器转动机构120对应的电机601，以使在试样表面反射的光中的以预先设定的出射角从试样表面射出的光向光检测部125入射。
[0037]
另外，在用户预先设定对多个测量点进行测量的情况下，在指定的第一测量点处的测量结束的时间点，以测量光向指定的第二测量点入射的方式驱动x载台150、y载台140或z载台160中的至少一个，并在该状态下再次进行反射光的测量。并且，反复执行这样的x载台150、y载台140或z载台160的驱动和反射光的测量，直至预先指定的多个测量点处的测量结束。
[0038]
此外，在用户预先设定以多个水平入射角进行测量的情况下，在以指定的第一水平入射角的测量结束的时机，以测量光以指定的第二水平入射角向试样表面入射的方式驱动偏航角变更机构130，并在该状态下再次进行反射光的测量。并且，反复执行这样的偏航角变更机构130的驱动和反射光的测量，直至预先指定的多个水平入射角的测量结束。
[0039]
此外，在用户预先设定以多个竖直入射角进行测量的情况下，在以指定的第一竖直入射角的测量结束的时机，以测量光以指定的第二水平入射角向试样表面入射的方式，驱动俯仰角变更机构170。
[0040]
另外，在本实施方式的试样载台100中，由于俯仰角变更机构170配设在比z载台160更靠上方，因此俯仰角变更机构170中的滑块172的转动轴(即第二转动轴503)与测量光的光轴501未必交叉。因此，在如上述那样驱动俯仰角变更机构170而变更试样s的角度(俯仰角)的情况下，试样表面上的测量光的入射位置(即测量点的位置)偏离于俯仰角的变更前的位置。因此，试样载台控制部420计算与这样的俯仰角的变更所伴随有的测量点的偏移量，并对与x载台150对应的电机604或与z载台160对应的电机605、或者其双方进行控制，以补偿该偏移量。
[0041]
之后，反复执行这样的由俯仰角变更机构170驱动进行的竖直入射角的变更、由z载台160驱动的测量点的位置校正、及反射光的测量，直至预先指定的多个竖直入射角的测量结束。
[0042]
本实施方式的试样载台100的特征之一在于，z载台160配置在比x载台150及y载台140更靠上方。反之，在将x载台150及y载台140配置在比z载台160更靠上方的情况下，伴随着x滑块152及y滑块142的移动，施加在z载台160的载荷的重心位置发生变化。由于这样的重心位置的变化使z载台160产生形变，会导致试样的位置精度降低，因此为了防止该情况，需要提高z载台160的刚性。若这样，使z载台160的截面变粗或使用具有强度的昂贵的原材料作为材料会导致制造成本的增加。相对与此，在本实施方式的试样载台100中，通过将z载台160配置在比x载台150及y载台140更靠上方，能够避免这样的问题且抑制制造成本。
[0043]
此外，在本实施方式的试样载台100中，通过将x载台150和y载台140中的导轨较长的一方(即y载台140)配置在下侧，能够将与位于上侧的载台的重心位置的变化所伴随有的
下侧的载台的形变抑制在最小限度。
[0044]
此外，本实施方式的试样载台100的特征还在于，将俯仰角变更机构170配置在比z载台160更靠上方。反之，在将俯仰角变更机构170配置在比z载台160更靠下方的情况下，通过将试样载台100设置在试样室300内的适当的位置，能够使测量光的光轴501与俯仰角变更机构170中的滑块172的转动轴(即第二转动轴503)始终处于交叉的状态。在该情况下，即使通过俯仰角变更机构170变更试样的俯仰角，试样表面上的测量光的入射位置也不会变化。但是，在采用这样的构成的情况下，由于从试样s到圆弧状导轨171的距离变长(即上述的假想圆的半径变大)，因此为了使试样s在规定的俯仰角范围倾斜，需要相对地增加圆弧状导轨171的长度，从而存在试样载台的尺寸及制造成本增加的问题。相对与此，在本实施方式的试样载台100中，通过将俯仰角变更机构170配置在比z载台160更靠上方，能够缩短从试样s到圆弧状导轨171的距离。其结果为，能够相对地减小使试样s在规定的俯仰角范围倾斜所需的圆弧状导轨171的长度，能够抑制试样载台100的尺寸及制造成本的增加。
[0045]
以上，例举了具体例对本发明的具体实施方式进行了说明，但本发明的试样载台并不限定于上述实施方式所示的方案，允许在本发明的主旨的范围内适当地进行变更。
[0046]
例如，在上述实施方式中，使x导轨151比y导轨141短，但不限定于此，也可以使x导轨151比y导轨141长，或使x导轨151与y导轨141为相同的长度。在使x导轨151比y导轨141长的情况下，使x载台150与y载台140的上下关系与上述相反。即，在偏航角变更机构130的转动部132上安装x导轨151，在x滑块152上安装y导轨141，在y滑块142上安装z导轨161。此外，在使x导轨151与y导轨141为相同长度的情况下，x载台150与y载台140都可以配置在上侧。
[0047]
此外，在上述实施方式中，使光检测部125由积分球和光检测器的组合构成，但也可以不必设置积分球。
[0048]
此外，在上述实施方式中，设为在z载台160上设置俯仰角变更机构170，在其上设置试样保持架180，但在不进行多个竖直入射角的测量的情况下，也可以不设置俯仰角变更机构170。在该情况下，试样保持架180安装于z滑块162。
[0049]
此外，在上述实施方式中，基于用户预先输入的测量条件，自动地驱动检测器转动机构120、偏航角变更机构130、x载台150、y载台140、z载台160及俯仰角变更机构170，但不限定于此，也可以构成为用户通过操作设置于所述各部的旋钮等，手动地变更试样表面的测量光的入射位置、测量光的水平入射角及光检测部125的位置等。但是，在设置俯仰角变更机构170的情况下，通过由试样载台控制部420对与俯仰角变更机构170对应的电机606和与z载台160对应的电机605或与x载台150对应的电机604、或者其双方进行控制，从而自动地进行竖直入射角的变更及测量点的位置校正。
[0050]
此外，在上述实施方式中，构成为可以使检测器转动机构120及偏航角变更机构130相互独立地转动，但不限定于此，例如，也可以构成为，使检测器转动机构120与偏航角变更机构130联动，以使向试样s的入射光与试样s的表面所成的角度θ和来自试样s的出射光(反射光)与试样s的表面所成的角度θ保持始终相等的关系(即，构成为检测器转动机构120与偏航角变更机构130以θ：2θ即1：2的比进行旋转驱动)。在该情况下，检测器转动机构120及偏航角变更机构130作为测角仪发挥功能。
[0051]
[方案]
[0052]
本领域技术人员能够理解上述的多个例示性的实施方式是以下的方案的具体例。
[0053]
(第1项)本发明的一方案的试样载台，
[0054]
在具有光源和光检测器的光学测量装置中，用于将固体试样配置在从所述光源到所述光检测器的测量光的光轴上，具有：
[0055]
试样保持部，保持所述固体试样；
[0056]
上下移动机构，支承所述试样保持部，使该试样保持部上下移动；
[0057]
水平移动机构，支承所述上下移动机构，使该上下移动机构在水平面内移动；
[0058]
偏航角变更机构，支承所述水平移动机构，使该水平移动机构绕竖直轴转动；
[0059]
检测器转动机构，使所述光检测器绕所述竖直轴转动。
[0060]
根据第1项所记载的试样载台，能够不通过手动重新设置试样而变更试样的位置及角度。此外，通过利用所述检测器转动机构使光检测器转动，能够检测从所述试样向各种方向反射或扩散的光。此外，上下移动机构为由水平移动机构支承的构成，即使使水平移动机构运转，施加于上下移动机构的载荷的重心位置也不会变化。因此，能够抑制上下移动机构所要求的刚性，能够抑制试样载台的制造成本。
[0061]
(第2项)第1项所记载的试样载台可以为，
[0062]
所述水平移动机构具有：
[0063]
第一直动机构，具有沿水平延伸的第一导轨，支承所述上下移动机构并使其沿所述第一导轨移动；
[0064]
第二直动机构，具有比所述第一导轨长的、沿水平且与所述第一导轨正交的方向延伸的第二导轨，支承所述第一直动机构并使其沿所述第二导轨移动。
[0065]
根据第2项所记载的试样载台，通过将第一直动机构和第二直动机构中的导轨较长的一方配置在下侧，能够将与配置在上侧的载台的重心位置的变化所伴随有的下侧的载台的形变抑制在最小限度。
[0066]
(第3项)第1项或第2项所记载的试样载台可以为，
[0067]
所述试样保持部具有：
[0068]
试样保持架；
[0069]
俯仰角变更机构，支承所述试样保持架，使该试样保持架绕水平轴转动。
[0070]
根据第3项所记载的试样载台，可以使试样保持架也绕水平轴转动，可以应对各种测量条件。
[0071]
(第4项)第3项所记载的试样载台可以还具有：
[0072]
上下移动机构驱动部，驱动所述上下移动机构；
[0073]
水平移动机构驱动部，驱动所述水平移动机构；
[0074]
俯仰角变更机构驱动部，驱动所述俯仰角变更机构；
[0075]
试样载台控制部，以使所述试样保持架绕所述水平轴仅转动预先规定的角度的方式控制所述俯仰角变更机构驱动部，并且计算与该转动所伴随有的所述固体试样的表面上的所述测量光的入射位置的偏移量，控制所述上下移动机构驱动部或所述水平移动机构驱动部、或者其双方，以补偿该偏移量。
[0076]
根据第4项所记载的试样载台，能够自动地校正与俯仰角变更机构的驱动所伴随有的试样表面上的测量光的入射位置，能够将该入射位置维持为恒定同时进行多个竖直入射角的测量。
[0077]
附图标记说明
[0078]
100 试样载台
[0079]
120 检测器转动机构
[0080]
125 光检测部
[0081]
130 偏航角变更机构
[0082]
140 y载台
[0083]
141 y导轨
[0084]
150 x载台
[0085]
151 x导轨
[0086]
160 z载台
[0087]
161 z导轨
[0088]
170 俯仰角变更机构
[0089]
180 试样保持架
[0090]
200 分光光度计主体
[0091]
210 分光器
[0092]
300 试样室
[0093]
400 控制部
[0094]
410 分光器控制部
[0095]
420 试样载台控制部
[0096]
430 输入部
[0097]
501 测量光的光轴
[0098]
502 第一转动轴
[0099]
503 第二转动轴
[0100]
601～606 电机。

技术特征：
1.一种试样载台，在具有光源和光检测器的光学测量装置中，用于将固体试样配置在从所述光源到所述光检测器的测量光的光轴上，其特征在于，具有：试样保持部，保持所述固体试样；上下移动机构，支承所述试样保持部，使该试样保持部上下移动；水平移动机构，支承所述上下移动机构，使该上下移动机构在水平面内移动；偏航角变更机构，支承所述水平移动机构，使该水平移动机构绕竖直轴转动；检测器转动机构，使所述光检测器绕所述竖直轴转动。2.如权利要求1所述的试样载台，其特征在于，所述水平移动机构具有：第一直动机构，具有沿水平延伸的第一导轨，支承所述上下移动机构并使其沿所述第一导轨移动；第二直动机构，具有比所述第一导轨长的、沿水平且与所述第一导轨正交的方向延伸的第二导轨，支承所述第一直动机构并使其沿所述第二导轨移动。3.如权利要求1或2所述的试样载台，其特征在于，所述试样保持部具有：试样保持架；俯仰角变更机构，支承所述试样保持架，使该试样保持架绕水平轴转动。4.如权利要求3所述的试样载台，其特征在于，还具有：上下移动机构驱动部，驱动所述上下移动机构；水平移动机构驱动部，驱动所述水平移动机构；俯仰角变更机构驱动部，驱动所述俯仰角变更机构；试样载台控制部，以使所述试样保持架绕所述水平轴转动预先规定的角度的方式控制所述俯仰角变更机构驱动部，并且计算与该转动所伴随有的所述固体试样的表面上的所述测量光的入射位置的偏移量，控制所述上下移动机构驱动部或所述水平移动机构驱动部、或者其双方，以补偿该偏移量。

技术总结
本发明提供一种试样载台，能够将制造成本的增加抑制在最小限度，并且使试样转动至各种角度或在各种方向上移动。在具有光源和光检测器(125)的光学测量装置中，在用于将固体试样配置在从所述光源到所述光检测器的测量光的光轴(501)上的试样载台(100)中设置有：试样保持部(170、180)，保持所述固体试样；上下移动机构(160)，支承所述试样保持部，使该试样保持部上下移动；水平移动机构(140、150)，支承所述上下移动机构，使该上下移动机构在水平面内移动；偏航角变更机构(130)，支承所述水平移动机构，使该水平移动机构绕竖直轴转动；及检测器转动机构(120)，使所述光检测器绕所述竖直轴转动。转动。转动。


技术研发人员：马路健 孙胜胜
受保护的技术使用者：株式会社岛津制作所
技术研发日：2022.03.02
技术公布日：2023/9/12