直接式光学膜厚モニタリングシステムにおいて、ハロゲンランプ光源の発散と検出器の受信信号振幅が弱いため、短波長帯域での監視精度が低く、帯域幅<5 nmの狭帯域フィルムの製造監視誤差が大きく、光スペクトルの矩形度が悪化する問題を解決するために、HLX64623ハロゲンランプの光強度分布と光ファイバカップリング原理を分析し、塗膜機の構造パラメータに基づいてコリメート集光結合光路システムの初期構造を設計した。非球面U字型反射鏡構造と自由曲面レンズを用いて発散光源のコリメートと光信号の集光および光ファイバカップリングを実現し、Zemaxソフトウェアを利用して基板および光ファイバ受信端面の照射強度とスポットサイズを最適化目標として反復最適化を行った。独立光源構造と比較して、最適化後の基板照射強度は147％向上し、光ファイバ受信用端面の照射強度は0から1.53％に増加した。コリメート集光結合光路システムを塗膜機に搭載してテストしたところ、独立光源と比較して信号強度は362.3％向上し、信号対雑音比は91.9％向上した。帯域幅10 nm、中心波長365 nmの狭帯域フィルムを製造し、連続3バッチの中心波長偏差は1 nm以内、半値全幅は10 nmであった。実験結果より、本装置は近紫外から可視近赤外帯域にわたる高精度狭帯域フィルムの安定監視を実現できることが示された。

光学薄膜;膜厚モニタリング;光路設計;光ファイバ結合;光学膜厚