JPH04294251A - 光学式分析装置及び光学式分析方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般に光学系及び光学式
分析法に関し、特にＡＴＲ装置を用いる光学系及び光学
式分析方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術の説明】試料の光学定数を決定し、その物理
的及び化学的組成を確定することにより試料を分析する
光学系においては、全内部反射又は減衰全反射（ＡＴＲ
）原理を用いた結晶が周知である。種々の光学系におけ
るＡＴＲ結晶の例は例えば米国特許第　　　　　　　　
明細書に示されている。これらのＡＴＲ結晶光学系は多
くの光学素子を用いた複雑な光路を用いており、これに
よりこれら光学系の融通性を制限するとともに分析しう
る試料の種類及び大きさをも制限する。

【０００３】このようなＡＴＲ結晶光学系の一例は１９
８８年６月に発行された雑誌“スペクトロスコーピィー
”中の論文に開示されている。この論文中には、ハリッ
ク・サイエンティフィック社（Ｈａｒｒｉｃｋ　Ｓｃｉ
ｅｎｔｉｆｉｃ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）　製と思わ
れるナノサンプラが図示され説明されている。図示され
ているように、内部反射結晶は試料表面の一部に対向し
て配置した繊維状の試料を有する。又、試料平面には或
いはその近くにマスクが選択的に配置され、試料から反
射され選択されたエネルギーを結晶からそらせて光学系
の外部を通して検出器に至らしめる。試料表面の上方に
は、試料、試料表面及び試料平面を観察する可視光ビュ
ーイングシステムが配置され、試料及びマスクを試料平
面に位置決めする手助けをする。ＡＴＲ結晶はこれに沿
うエネルギーを、その一端で角度を成して位置する試料
表面に向ける光パイプのように作用するようにこの光学
中に配置されている。このハリック・サイエンティフィ
ック社の光学系は複雑であり、ＡＴＲ結晶を通るいかな
る可視光をも試料に伝えるものではない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、位置
決めを正確に行ないうる簡単な構成の光学系を提供せん
とするにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、顕微鏡の対物
レンズ系にＡＴＲ結晶を用いる光学系、装置及び方法を
提供する。ＡＴＲ結晶の平坦な或いはほぼ平坦な表面を
光学系の試料平面に配置する。試料又は基準材料を平坦
な結晶表面に圧接させてこれらを密接させることができ
る。光学系は３つの異なる動作モード、すなわち探索モ
ード、観察モード及び分析モードを有する。これら３つ
のモードのすべてにおいて、可視又は放射エネルギーが
ＡＴＲ結晶を通って試料に到達する。

【０００６】探索モードでは、屈折レンズのような光学
素子が光学系の光路中に配置され、これを通る可視光を
屈折させる。可視光はこのように屈折されると、ＡＴＲ
結晶及び試料平面を通過して、試料平面から離間された
焦平面にある探索焦点に到達する。試料は通常の顕微鏡
試料台上に装着され且つ焦平面内でＸ及びＹ（又はＲ及
びＯ）方向に移動できるようになっており、分析者は全
試料視野を容易に探索しうるようになっている。この探
索モードでは分析上必要な表面領域を迅速に確認でき、
Ｘ及びＹ方向で焦平面にある探索焦点に又はそのすぐ近
くに固定しうる。次に試料台及び試料をＺ方向のみで動
かして、試料上の必要な表面領域を試料平面におけるＡ
ＴＲ結晶の平坦な表面と接触させることができる。観察
又は分析モードのいずれかで、必要な試料表面を光学系
の“分析”又は動作焦点にある平坦な結晶表面に剛固に
対接して保持する圧力を加えるのに通常の顕微鏡の試料
台を用いることができる。

【０００７】観察モードでは、屈折レンズ又はその他の
検査光学素子を光路から除外し、その代りに光学的な入
射及び出射マスクを入れる。次に分析者は入射マスク及
びＡＴＲ結晶を通る光路に沿って、光学系の動作焦点に
あるＡＴＲ結晶の平坦な表面を観察することができる。

【０００８】ＡＴＲ結晶及び試料に対する入射角及び出
射又は反射角は、フーリェ平面又はその共役平面に又は
その近くに配置した入射及び出射マスクの孔により選択
的に変えることもできる。入射及び出射マスクの孔は、
行なう分析研究に応じて寸法・形状・個数及び相対的空
間位置において選択的に変えることができる。観察モー
ドでは、分析者はマスクの孔及びＡＴＲ結晶を通る光路
に沿って観察を行なって試料平面上の焦点にある試料上
の必要な表面領域を見ることができる。マスクは行なう
分析を変えるために試料を動かすことなく交換すること
ができる。

【０００９】分析モードでは、放射エネルギーが第１マ
スクすなわち入射マスクと反射式顕微鏡対物レンズの入
射側半分と、ＡＴＲ結晶とを通る光路に沿って通過して
試料の表面領域に至る。この場合、放射エネルギーの幾
らかが結晶を通って試料から反射すなわち出射され、そ
の後反射式顕微鏡対物レンズの出射側半分と第２マスク
すなわち出射マスクとを経て検出器に至る。この光学系
によればＡＴＲ技術を用いて小さな試料を分析しうる。 更に、入射及び反射すなわち出射角を可変としうること
により、試料における放射エネルギーの浸入深さを変え
、種々の研究を行なうことができる。

【００１０】

【実施例】以下本発明を実施例につき詳細に説明するに
、先ず図１には本発明による光学系及び装置を１にて総
称して示してある。この光学系は可視光源２及び放射エ
ネルギー源３を具えている。なお、ここに言う放射エネ
ルギーとは、当面の実施例にて用いる中間レンジの赤外
エネルギーを有する任意の波長帯域のエネルギーを意味
するものである。

【００１１】可視光源２は可視光ビーム４を放ち、この
ビームはミラー５によって光源２及びエネルギー源３か
らの可視光ビーム及び放射エネルギービームをそれぞれ
切換えるための回動切換えミラー６に反射される。ミラ
ー６は図示の実線位置では可視光ビームを光学系の光路
に沿って９０゜の角度で下方に反射する。

【００１２】放射エネルギー源３は放射エネルギービー
ムを選択的に放出する。この放射エネルギービーム８は
ミラー９によって切換えミラー６の方へと反射される。 ミラー６が破線にて示す位置に回動すると、このミラー
６は放射エネルギーを光学系の光路に沿って９０゜の角
度で下方に反射する。

【００１３】光学系の光路は光学中心線１１に沿って２
つに分ける。このために、ミラー１２をアパーチュア像
面の個所、又はその近くに配置することができる。ミラ
ー１２は図１に見られるように、光学中心線１１の左側
に入ってくる全ての可視光エネルギービーム４又は放射
エネルギービームを有効に阻止して排除する。斯様にし
て到来エネルギーを分割することにより、ＡＴＲ対物レ
ンズの方にまっすぐ進む可視又は放射エネルギーは図１
に見られるように光学中心線１１の左側に沿って矢印１
４の方向にハーフビームとして進む。

【００１４】本発明による光学系１は光路に沿って進む
入射可視エネルギーを選択的に見られるようにする。こ
のために光学軸に沿って回動ビームスプリッタ１５も配
置する。ビームスプリッタ１５が光路を横切る位置にあ
る場合に、このビームスプリッタ１５は可視エネルギー
源２からの可視光ビーム４の一部分（約半分）を通すよ
うにする。このような位置におけるビームスプリッタ１
５は、分析者がビューイング（観察）ポート１３を調べ
、且つビームスプリッタ１５の反射性部分を利用して到
来エネルギー通路１４に沿うビームを見られるようにも
する。放射エネルギー分析モードではビームスプリッタ
１５を回転させて、１５Ａにて示すように光路から離れ
た所に位置させる。

【００１５】入射してくる可視又は放射エネルギーは１
６にて総称するＡＴＲ対物レンズアセンブリを通過する
。 このＡＴＲ対物レンズアセンブリ１６は、その入力側に
光路変更素子１７又は入口マスク１８のいずれかと、二
次光学部品２０と、一次光学部品２１とＡＴＲ結晶体２
２とを具えている。ＡＴＲ対物レンズアセンブリは、そ
の出力側にＡＴＲ結晶体２２、一次光学部品２１、二次
光学部品２０及び光路変更素子か、第２出口マスク２３
のいずれかを具えている。一次光学部品２１と二次光学
部品２０は共働して反射対物レンズを形成するミラーと
し、図１で見てその左半部が入口光学部品となり、右半
部が出口光学部品となるようにするのが好適できる。

【００１６】ＡＴＲ対物レンズアセンブリ１６から出る
エネルギーは、光学系の中心線１１の右側からフィール
ドストップ３４での結像後に左側へと矢印２４の方向に
進む。ＡＴＲ対物レンズアセンブリから出るこのエネル
ギーは分割ミラー１２により検出器２５へと反射される
。検出器２５はＡＴＲ対物レンズアセンブリ１６内のＡ
ＴＲ結晶体２２の表面に対して選択的に位置付ける試料
物質２６又は基準物質２７を光学的に分析するのに用い
られる。

【００１７】ＡＴＲ対物レンズアセンブリ１６を図２に
詳細に示してある。このＡＴＲ対物レンズアセンブリは
参考文献として掲げる本願人の出願に係る同時係属出願
の米国特許第４８７，５５０　号に記載されている対物
レンズアセンブリと同じ多数の構成素子で形成すること
ができる。しかし、本発明には多数の異なる特徴及び追
加の特徴も含まれるため、完全を期するために対物レン
ズアセンブリ全体につき説明する。

【００１８】ＡＴＲ対物レンズアセンブリ１６は顕微鏡
連結管２９を具えている。この管の上端部における外径
にはねじ山３０を設ける。これらのねじは回転可能な顕
微鏡の対物レンズ取付台の１つに設けたねじ山につがわ
せる。 連結管２９は顕微鏡の対物レンズ取付台にジャムナット
３１及びロックナット３２により適切に位置付けられ、
且つ所定位置に保持されるまで螺合させる。光学系の可
視及び放射エネルギーは連結管２９の穴を通過する。ジ
ャム及びロックナットは顕微鏡の光路内にＡＴＲ対物レ
ンズアセンブリ１６を適切に位置させて、光学系の３４
にて総称するフィールドストップと試料平面３５との間
の距離を所定の適切な距離とする。

【００１９】連結管２９のまわりにガイドホルダ３７を
配置し、これを連結管２９により支持する。ガイドホル
ダの本体３７にあけてある穴に連結管２９を入れる。ガ
イドホルダ３７は半径方向に貫通しているねじ穴３９を
有している。第１の光学部品心立てねじ４０をねじ穴３
９にねじ込み、このねじ４０の内側の丸味を付けた端部
を連結管２９の外径と接触させる。第１心立てねじ４０
を回わすことにより、このねじを連結管２９に対して半
径方向に進めたり、引っ込めたりして、ガイドホルダ３
７を光学系の中心線１１に対して半径方向に或る程度調
整することができる。

【００２０】ガイドホルダ３７の底端部は底部さら穴４
２を有している。このさら穴はこれに固着するスライド
ガイド４３を受入れる。スライドガイド４３は直径方向
に延在する縦スライドスロット４５を有している。スラ
イドガイド本体を通過する中心の穴４６は光学系の中心
線１１と同心的とし、この穴を可視又は放射エネルギー
が通過するようにする。

【００２１】二次光学部品２０はスライドガイド４３の
底部に取付けて、この底部から懸垂する。このために、
スライドガイド４３の中心の穴４６を直径方向に横切る
取付けスパイダ４８を設け、これを二次光学部品２０の
取付けピン４９に接続して、二次光学部品を光路内にて
支持する。取付けスパイダ４８を直径的に適切に位置付
けることにより、ＡＴＲ対物レンズアセンブリ１６への
、又はこれからの可視又は放射エネルギーの有効入力及
び出力を左程妨害することなく二次光学部品を光路内に
て支持する。なお、取付けスパイダ４８は入射及び出射
する可視及び放射エネルギーのハーフビーム形状と調和
してスパイダの両側に半円形の開口を規定する。

【００２２】ガイドホルダ３７の底部３７は半径方向に
外方へと延在する環状フランジ５０を有している。この
フランジ５０の底壁５１はスロット４５の底面と水平方
向にて整列させて、スロットに半径方向からアクセスで
きるようにする。フランジ５０は回転自在の外側リング
又はカラー５２に対する支持体としても作用する。

【００２３】外リング５２は下方に延在する環状のスカ
ート５３を有し、このスカートの内面にはねじ溝を切っ
てある。この外リング５２のスカート５３の内部に第１
の光学系２１を収納する。結晶体装着用リング６１の外
周面には、スカート５３の内面に形成したねじ溝と螺合
するねじ溝を形成する。したがって、結晶装着用リング
６１を回転させることにより、その回転方向に応じて、
リング６１に取り付けてある第１光学系２１は上下に変
位することになる。このように第１光学系２１を上下に
移動させることによって第１光学系と第２光学系との空
間的位置関係を適切なものとして正しい光学的整合を得
ることができる。

【００２４】ＡＲＴ　対物系を中心光軸１１に対してさ
らに調整するために、外リング５２の上端を半径方向に
貫通するようにねじ孔５４を形成し、このねじ孔には第
１光学系をセンタリングするための第２のねじ５５を螺
合する。この第２のセンタリングねじ５５を半径方向に
前進または後退させることによってガイドホルダ３７に
対する外リング５２の半径方向の位置を調整することが
できる。このように外リング５２を半径方向に移動させ
ることによって第２の光学系２０に対する第１の光学系
２１の位置を調整することができ、その結果として顕微
鏡の中心光軸１１を中心とする適切なセンタリングを行
うことができる。

【００２５】外リング５２の環状スカート５３の下端の
内面には座ぐり孔５７を形成し、その側壁にはねじ溝５
８を形成し、このねじ溝には結晶体装着用リング６１に
形成したねじ溝５９を螺合する。この結晶体装着用リン
グ６１は、その内方に突出するフランジ６２が第１光学
系２１に設けた外方に突出するフランジ６３と当接する
までねじ込む。また、ＡＴＲ　装着用リング６１の半径
方向の外方に突出するカラー６５の内周面にはねじ溝６
６を形成する。

【００２６】前記カラー６５に形成したねじ溝６６には
、結晶体装着用の環状のブロック６９の上端の外周面に
形成したねじ溝６８を螺合し、結晶体装着用ブロック６
９の結晶体装着用リング６１に対する垂直方向の位置を
調整できるように構成する。結晶体装着用ブロック６９
には半径方向の内方に突出する肩部７１を形成し、この
肩部によって、全体を符号７３で示す結晶体装着用パン
の半径方向の外方に延在する環状のフランジ７２を支持
する。

【００２７】図４に最も明瞭に示されているように、Ａ
ＴＲ　結晶体２２は、ほぼ半球状の上面７７、ほぼ円筒
状の側面７８および平坦な底面７９を有するのが好適で
ある。このＡＴＲ　結晶体２２を結晶体装着用パン７２
の中心孔７６に、その平坦な底面７９がパン７２の底壁
７５の下面と同一面となるように固着する。さらに、こ
の結晶体装着用パン７３は必要に応じて垂直方向にも変
位可能としてＡＴＲ　結晶体２２の底面７９が試料平面
３５内に位置するようにする。すなわち、結晶体体装着
用ブロック６９を一方向または反対方向に回転させるこ
とによって、このブロックおよびこれによって支持され
た結晶体体装着用パン７３を、結晶体体装着用リング６
１に対して上昇または下降させることができる。この場
合、装着用パン７３は、ＡＴＲ　結晶体２２の底面７９
が光学系の試料平面３５と一致するまで上昇または下降
させる。

【００２８】結晶体装着用パン７３もまた半径方向に調
整してそれに支持されているＡＴＲ　結晶体２２を半径
方向に調整できるように構成する。すなわち、装着用ブ
ロック６９には半径方向に貫通するねじ孔８１を形成し
、このねじ孔に第３のセンタリング用ねじ８２を螺合す
る。この第３のセンタリング用ねじ８２の内方先端には
丸みを付け、これを結晶体装着用パン７３の外側面８３
と当接させる。したがって、第３のセンタリング用ねじ
８２を前進または後退させることによって装着用パン７
３およびＡＴＲ　結晶体２２を光学系の中心光軸１１に
対して半径方向に調整することができる。このようにＡ
ＴＲ　結晶体を選択的に半径方向に調整することによっ
て光学系の中心光軸１１を結晶体２２の中心を通るよう
にすることができる。このようにして、ＡＴＲ　結晶体
２２を光学系内においてその動作モードに応じて正確に
位置決めすることができる。

【００２９】探索モードにおいては、光学素子を光路中
に進入させ、その方向を偏向または変化させて、試料平
面から離間した焦平面上に焦点を形成するようにする。 図２に示すように、このような光学素子としては光路中
に選択的に挿入される屈折レンズ１７とすることができ
る。このために、スライドガイド４３に形成したスロッ
ト４５にスライド８４を半径方向に挿脱自在に設ける。 このスライド８４は、図３に最も明瞭に示すように平面
図で見て長方形の形状を有しており、その巾はスロット
４５の巾にほぼ等しくしてこれらの間で比較的緊密なス
ライド運動が行われるようにする。さらに、スライドガ
イド４３に形成したねじ孔８６内にボールプランジャ８
５を螺着してスライド８４の緊締力を幾分調整できるよ
うにする。このボールプランジャ８５の丸みを付けた内
方端をスライド８４の側面に当接させる。したがって、
ボールプランジャ８５を一方向または反対方向に回転し
てボールプランジャをスライド８４に対して接近させる
かまたは遠去けることによってスライドに与える圧力を
調整することができる。

【００３０】前記のスライド８４には符号８７Ａ　およ
び８７Ｂで示すように２つ（または３つ以上）の円形の
受けを形成する。図２に最も明瞭に示すように、これら
の受けのおのおのはスライド８４を貫通する孔８８と、
座ぐり孔８８Ａ　とを以て構成する。これらの孔８８お
よび座ぐり孔８８Ａ　は協同してこれらの間に半径方向
の内方に突出する肩部８９を構成し、これによって受け
８７Ａ　または８７Ｂ　に選択的に装填される光学素子
および／　または入射マスクおよび出射マスクを支持す
る。探索モードにおいては、受け８７Ａ　に装填した屈
折レンズ１７が光路内に進入するようにスライド８４を
位置決めする。レンズ１７をこのように位置させると、
このレンズを透過した可視光は第２光学系２０および第
１光学系２１で反射された後、図４において鎖線９１で
示すようにＡＴＲ　結晶体２２を透過する。この可視光
は焦平面９３上の「探索」焦点９２に収束される。図面
に示すように、焦平面９３は、試料平面３５の下側に離
間している。

【００３１】探索モードにおいては、試料２６の一つの
表面９５が焦平面９３と一致している。試料２６は通常
の顕微鏡ステージ９６によってそのような位置に支持さ
れており、さらに焦平面９３内をＸおよびＹ方向に移動
させて試料表面９５の全体を探索し、所望の分析位置を
割り出すことができるようにする。このような探索モー
ドの機能を果たすために、分析者は、焦平面９３内にあ
る試料表面９５を、レンズ１７、反射形対物およびＡＴ
Ｒ　結晶体体２２を介して光軸に沿って観察し、所望の
観察部位が見つかったら、この試料の部位のＸおよびＹ
方向の位置を固定し、ステージ９６をＺ方向にのみ移動
させて、試料表面９５を図７に示すように結晶体２２の
平坦な底面７９とを接触させる。この場合、ステージ９
６を利用して試料２６を結晶体２２に圧接させ、試料表
面９５と平坦な結晶体底面７９とが連続して面接触する
ようにする。このように表面を緊密に接触させることに
よって、観察モードおよびサンプリングモードにおける
正確さおよび感度を向上することができる。

【００３２】これらのモードにおいては、スライド８４
を図３において矢印９７で示す方向に移動させて受け８
７Ｂ　が光路内に進入するようにする。このスライド８
４の新たな位置を図６に示す。この受け８７Ｂ　には入
射マスク１８および出射マスク２３を選択的に装填する
が、これらのマスクは一つのディスクに一体的に形成す
るか（　図３および図６に示すように）　または図１に
おいて線図的に示すように別体とすることができる。

【００３３】図３に示すように、入射マスク１８は半円
形状の入射開口９８を有し、出射マスク２３は半円形状
の出射開口９９を有している。入射開口９８および出射
開口９９は同じ形状を有しており、また光学系の中心光
軸１１に対する半径も等しくなっている。したがって、
このようなマスク装置を用いることによって試料のスペ
クトル反射特性の分析を行うことができる。さらに、図
面に示すように、入射開口９８および出射開口９９は、
それぞれ入射マスク１８および出射マスク２３の外周縁
に隣接して形成されているので、試料２６に対する入射
角および出射角を大きな角度とすることができる。

【００３４】入射開口および出射開口の形状、寸法およ
び半径方向の位置は行おうとする個々の分析に対する要
求に応じて種々に組み合わせたり、整合したりすること
ができる。種々の分析に対する異なる開口の組み合わせ
および整合については上述したアメリカ特許願第４８７
，５５０　号を参照することができる。

【００３５】図６に示すように、入射マスク１８および
出射マスク２３を光路中に挿入した状態で、光学系は観
察モードおよび分析モードお行うことができる状態とな
る。 この場合、これらのマスクは光学系のフーリエ平面内に
位置することになる。本明細書においては、このフーリ
エ平面とは、この平面と交差する光線の半径方向の位置
が、この光線が対物系から出射した後または対物系に入
射した後、試料表面における入射角または反射角または
放射角と直接的に相関する、通常比例するような平面を
意味するものである。

【００３６】観察モードにおいて、分析者は観察ポート
１３を通して入射アパーチャ９８、カセグレイン対物及
び結晶２２を経る光路に沿って試料平面に位置する試料
２６の表面９５を観察することができる。従って、分析
者は分析研究の開始前に興味ある目標区域をＡＴＲ　結
晶２２を通して、選択した入射角度で試料平面３５上の
有効焦点で観察することができる。この観察によれば分
析者は、試料を動かさずに、入射角及び反射又は放射角
を変化させるのに用いる入射及び射出アパーチャを変え
るだけで選択的に観察及び実験を実行することができる
。

【００３７】分析モードでは、光源３からの狭帯域放射
エネルギーを入射マスク１８のアパーチャ９８、反射対
物及び結晶２２を順次通して試料９６に入射する。図示
の好適なＡＴＲ結晶によれば、放射エネルギーは試料２
６で１回だけ反射する。放射エネルギーの若干量が試料
を構成する材料に応じて試料により吸収される。残りの
エネルギーは図７に線　１０１で示すように試料２６か
ら反射又は放出されＡＴＲ　結晶を経て反射対物へ向か
う。

【００３８】ＡＴＲ結晶２２から反射又は放出こされた
このエネルギーは一次光学素子２１及び二次光学素子２
０で反射して第２マスク２３の射出アパーチャ９９を経
て検出器２５に到達する。従って、射出アパーチャ９９
は分析のために所定の選択帯域の反射又は放出放射エネ
ルギーを収集し、残りの全ての反射又は放出放射エネル
ギーを　ＡＴＲ対物アセンブリ１６の射出側で阻止する
。

【００３９】検出器２５に到達する射出放射エネルギー
は選択した入射及び反射角での試料２６によるエネルギ
ー吸収のためにサンプル２６の情報で符号化されたもの
となる。従って、試料材料２６を　ＡＴＲ原理を用いて
放射エネルギーを　ＡＴＲ結晶を通して照射することに
より、小試料について、又は特定の試料の興味ある小区
域について分析することができる。

【００４０】本発明の光学系及び装置の動作は以上の説
明から明らかであるものと信じるが、完全のために図１
〜７に示す光学系の簡単な説明を以下に記載する。最初
に、探索モードのセットアップのために、スイッチング
ミラー６を図１に示す実線位置に回動させ、ビームスプ
リッタ１５を光路を横切るように位置させ、屈折レンズ
１７を光路内に位置させ、且つ試料２６又は基準材料２
７の上面９５を焦点面９３に位置させる。次いで、可視
光源２をターンオンさせ、分析者が観察ポート１３を通
して観察する。

【００４１】探索モードでは、分析者は屈折レンズ１７
、反射対物及び　ＡＴＲ結晶を通して焦点面９３にある
試料２６の表面９５を観察する。分析者はマイクロスコ
ープステージ制御部を操作してステージ９６及び従って
試料２６をＸ及びＹ方向に動かすことができる。焦点面
におけるこの２方向の移動により全試料表面９５を調べ
て興味のある分析すべき区域を容易に識別することがで
きる。次いで、試料上をＸ及びＹ方向に固定し、ステー
ジ９６をＺ方向に動かして図５及び７に示すように試料
表面９５を結晶２２の底面７９と密圧接させる。

【００４２】次に、スライド８４を矢印９７の方向にイ
ンデックス移動させてレセプタクル８７Ｂ　を光路内に
位置させることにより光学系を観察モードに変換する。 レセプタクル８７Ｂ　内に収納された入射マスク１８及
び射出マスク２３は選択した分析研究のための入射及び
射出アパーチャを有している。このようにスライドをイ
ンデックス移動させることにより入射マスク１８と射出
マスク２３を光路内に位置させる。

【００４３】こうして分析者は試料の興味ある選択区域
を選択した入射角で観察することができる。もっと詳し
く言うと、可視光源２を点灯したまま、分析者がアパー
チャ９８、反射対物及び　ＡＴＲ結晶２２を通して試料
平面３５上の焦点　１００に位置する試料２６の表面９
５上の興味ある区域を観察する。観察モードの終了時に
、光学系を放射エネルギー分析モードに変換する。

【００４４】この目的のために、スイッチングミラー６
を図１の破線位置に回動させ、ビームスプリッタ１５を
光路外の位置　１５Ａへ回動させ、入射及び射出マスク
を光路内のそれぞれの位置に維持する。次いで放射エネ
ルギー源３をターンオンして放射エネルギービーム８を
放射させ、光学系の光路に沿って進行させる。

【００４５】もっと詳しく説明すると、放射エネルギー
は矢印１４の方向に進行し、次いで入射アパーチャ９８
、反射対物及び　ＡＴＲ結晶２２を経て焦点　１００に
位置する試料２６上の興味ある表面区域に入射する。分
析する試料に応じて試料２６は若干の放射エネルギーを
吸収し、残りの放射エネルギーは試料表面から反射又は
放出され、次いで図７に線　１０１で示すように　ＡＴ
Ｒ結晶を通過する。　ＡＴＲ結晶２２を出た放射エネル
ギーは一次光学素子２１及び二次光学素子２０の第２半
部又は第２側で反射される。射出マスク２３の射出アパ
ーチャ９９を通過した放射エネルギーのみが収集され、
他の放射エネルギーは阻止される。射出アパーチャ９９
を通過した収集エネルギーはミラー１２で反射させて上
述した試料材料の分析のために検出器２５に入射させる
。

【００４６】本発明は、例えば図８〜１１に示すように
他の実施例も可能である。この第２の実施例は第１の実
施例と多くの共通の素子を含み、これらの共通素子は同
一の符号で示してある。

【００４７】第２の実施例では二次光学素子２０を支持
するステム　４９Ａに通孔　１０５を設ける。この通孔
　１０５をその下端で二次光学素子２０の通孔　１０６
と連通させる。屈折レンズ１７Ａを図８に最も良く示す
ように通孔　１０６内に位置させる。

【００４８】屈折レンズ　１７Ａを用いる探索モードで
は、レンズマスク１０８をスライド８４のレセプタクル
　８７Ａ内に位置させる。探索マスク　１０８はステム
　４９Ａ内の通孔　１０５及び二次光学素子２０の通孔
　１０６の直径に等しいかこれより僅かに小さい直径の
中心孔１０９を有する。探索モードでは、孔　１０９を
光学的中心線１１上に位置させ、孔　１０５及び　１０
６と垂直方向に整列させる。

【００４９】スライド８４をその第１位置に位置させる
と、図８及び９に示すように探索レンズマスク　１０８
が探索モードのために光路内に位置される。このとき可
視光源２からの可視光が孔　１０９、通孔　１０５、通
孔　１０６、屈折レンズ　１７Ａ及び結晶２２を順に通
って焦点面９３の試料２６の表面９５に到達する。分析
者は上述した探索モード中、図８及び図１０に　９１Ａ
で示すこの可視光路を用いる。観察モード又は分析モー
ドでは、スライド８６をその第２位置に動かし、上述し
たように入射マスク１８及び射出マスク２３を光路内に
位置させる。この第２実施例の観察及び分析モードは上
述した第１の実施例と同一であり、図１１に示してあり
、入射及び射出マスクが所定の位置にある。

【００５０】以上の説明から、本発明は特許請求の範囲
に記載された発明の範囲から逸脱することなく種々の変
形や変更が可能であること明らかである。例えば、光路
変更素子１７は、光路の任意の位置に挿入され可視光を
試料平面から離れた焦点面に集束する任意のタイプの光
学素子とすることができる。更に、異なる形状、異なる
動作及び光学特性、例えばマルチ反射特性を有する異な
る　ＡＴＲ結晶を用いることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】試料を試料平面にて　ＡＴＲ結晶体の表面と接
触させて観察モードに設定した本発明による光学系を概
略的に示す線図である。

【図２】屈折レンズを光路内に挿入して探索モードとし
た本発明による　ＡＴＲ結晶体対物レンズアセンブリの
一例を示す垂直断面図である。

【図３】スライドを選択的に位置させて、探索モードの
ために光路内に屈折レンズを位置させた状態を示してい
る図２の平面３−３での平面図である。

【図４】　　探索焦平面に探索モードで試料平面から離
して配置した試料の片側表面を示している図２の点線円
で囲んだ部分の　ＡＴＲ結晶体、試料及び試料段を拡大
して示した図である。

【図５】図２と同様な　ＡＴＲ対物レンズアセンブリで
あるが、試料を　ＡＴＲ結晶体に当てて保持し、且つフ
ーリエ平面に入口及び出口マスクを位置させた　ＡＴＲ
対物レンズアセンブリの観察又は分析モードを示してい
る　ＡＴＲ対物レンズアセンブリの垂直断面図である。

【図６】スライドを選択的に位置させて、光路内に入口
及び出口マスクを位置させるようにした図５の平面６−
６での平面図である。

【図７】図５の点線円で囲んだ部分のＡＴＲ　結晶体試
料及び試料段を拡大して示した図である。

【図８】カッセグレイン対物レンズの二次光学部品にお
ける中心の孔内に屈折性の探索レンズを位置させて探索
モードとした本発明による　ＡＴＲ対物レンズアセンブ
リの第２例を示す垂直断面図である。

【図９】図８の平面９−９における　ＡＴＲ対物レンズ
アセンブリの平面図である。

【図１０】図８の点線で囲んだ部分のＡＴＲ　結晶体、
試料及び試料段を拡大して示した図である。

【図１１】図８に示した本発明　ＡＴＲ対物レンズアセ
ンブリの第２例にて、試料を　ＡＴＲ結晶体の底面と接
触させ、且つ有孔入口及び出口マスクを観察又は分析モ
ードのいずれかに対して光路内に位置させるようにした
場合のＡＴＲ対物レンズアセンブリの垂直断面図である
。

【符号の説明】

１　　光学系 ２　　可視光源 ３　　放射エネルギー源 ４　　可視光ビーム ５　　ミラー ６　　回動切換えミラー ８　　放射エネルギービーム ９　　ミラー １１　　光学中心線 １２　　分割ミラー １５　　回動ビームスプリッタ １６　　ＡＴＲ　対物レンズアセンブリ１７　　光路変
更素子 １８　　入口マスク ２０　　二次光学部品 ２１　　一時光学部品 ２２　　ＡＴＲ　結晶体 ２３　　出口マスク ２５　　検出器 ２６　　試料物質 ２７　　基準物質 ３４　　フィールドストップ ２９　　顕微鏡連結管 ３０　　ねじ山 ３１　　ジャムナット ３２　　ロックナット ３５　　試料平面 ３７　　ガイドホルダ ３８　　孔 ３９　　ねじ孔 ４０　　第１心立てねじ ４２　　さら孔 ４３　　スライドガイド ４５　　スライドスロット ４８　　取付けスパイダ ５０　　環状フランジ

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　光路に沿って放射エネルギーを選択的
   に放出する放射エネルギー源と、前記光路に沿って可視
   光を選択的に放出する可視エネルギー源と、ＡＴＲ　結
   晶体が装着されている試料平面と、試料又は基準材料を
   、前記　ＡＴＲ結晶の一方の表面と接する試料平面に選
   択的に位置決めする手段と、前記光路中に配置され、可
   視光又は放射エネルギーのいずれかを　ＡＴＲ結晶体を
   経て試料平面に入射及び集束させる光学手段と、観察モ
   ードにおいて、可視光を用いて　ＡＴＲ結晶体を経て試
   料平面に位置決めされている試料又は基準材料に到る光
   路に沿って選択的に観察する手段と、前記　ＡＴＲ結晶
   体を通過し、この結晶体と隣接する試料又は基準材料に
   より符号化された放射エネルギーを集束及び検出し、分
   析モードにおいて符号化された放射エネルギーを用いて
   試料又は基準材料を分析する手段とを具えることを特徴
   とする光学式分析装置。
2. 【請求項２】　　請求項１に記載の光学式分析装置にお
   いて、前記　ＡＴＲ結晶体がほぼ半球状の入射面及び試
   料又は基準材料と隣接する平坦面を有し、　ＡＴＲ結晶
   体を通過し、この　ＡＴＲ結晶体と接する試料又は基準
   材料で１回だけ反射した可視光及び放射エネルギーを用
   いる光学式分析装置。
3. 【請求項３】　　請求項１に記載の光学式分析装置にお
   いて、前記光学手段が、前記試料面又はこれを共役な面
   に対するフーリエ面又はこれと共役な面に取りはずし可
   能に位置決めされ、ある可視エネルギー又は放射エネル
   ギーだけを前記ＡＴＲ結晶体及び試料面に予め選択した
   可変入射角で選択的に入射させる第１マスク手段を含む
   光学式分析装置。
4. 【請求項４】　　請求項３に記載の光学式分析装置にお
   いて、前記光学手段が、前記試料面又はこれと共役な面
   に対するフーリエ面又はこれと共役な面に取りはずし可
   能に位置決めされ、試料で反射し又は試料から放出した
   ある放射エネルギーだけを予め定めた可変角度で選択的
   に通過させる第２のマスク手段を含む光学式分析装置。
5. 【請求項５】　　請求項４に記載の光学式分析装置にお
   いて、前記第１及び第２のマスクがそれぞれ開口を含み
   、これら開口が、所望の型式の分析を実行できるように
   結合及び適合されている光学式分析装置。
6. 【請求項６】　　請求項５に記載の光学式分析装置にお
   いて、前記光学手段が、前記第１マスクと試料平面との
   間に位置決めしたミラー対物レンズ系の一方の半部及び
   前記試料平面と第２マスクとの間に位置決めした前記ミ
   ラー対物レンズ系の他方の半部を含む光学式分析装置。
7. 【請求項７】　　請求項６に記載の光学式分析装置にお
   いて、前記光路中に配置され、前記可視光を　ＡＴＲ結
   晶体を経て前記試料平面から離間した焦平面に集束させ
   、探索モードにおいて試料又は基準材料を可視的に探索
   して観察すべき領域を選択できる光路変更手段をさらに
   含み、前記位置決め手段を移動させて前記観察すべき領
   域を　ＡＴＲ結晶体に接触させて放射エネルギー分析又
   は可視エネルギー分析を実行できるように構成した光学
   式分析装置。
8. 【請求項８】　　請求項７に記載の光学式分析装置にお
   いて、前記光路変更手段が、通過する可視光を偏向させ
   て前記焦平面に焦点を形成する光学素子を含む光学式分
   析装置。
9. 【請求項９】　　請求項７に記載の光学式分析装置にお
   いて、前記光路偏向手段が、前記カセグレニアン対物レ
   ンズ系の第２の光学素子に形成した貫通孔中に位置決め
   したレンズを含み、さらに、前記光路中に選択的に位置
   決めされ、可視光を前記貫通孔及びこの貫通孔中に配置
   されたレンズを経て前記焦平面に再集束させる第３のマ
   スクを含む光学式分析装置。
10. 【請求項１０】　　請求項８に記載の光学式分析装置に
    おいて、前記第１及び第２のマスクがスライド上の第１
    の位置に取りはずし可能に装着され、屈折性レンズが前
    記スライド上の前記第１の位置から離間した第２の位置
    に光学素子として取りはずし可能に装着され、前記スラ
    イドが前記光路に対して移動して、探索モードの場合前
    記屈折性レンズが光路中に位置し観察モード又は分析モ
    ードの場合第１及び第２のマスクを光路中に位置できる
    ように構成した光学式分析装置。
11. 【請求項１１】　　請求項１に記載の光学式分析装置に
    おいて、さらに、前記光路中に配置され、　ＡＴＲ結晶
    体を通過する可視光を試料平面から離れた焦平面に集束
    させる光路変更手段を含み、探索モードの場合試料又は
    基準材料を可視的に探索し、分析すべき領域を　ＡＴＲ
    結晶体に接触させて放射エネルギー分析し得るように構
    成した光学式分析装置。
12. 【請求項１２】　　請求項１に記載の光学式分析装置に
    おいて、前記光学手段が、ある符号化された放射エネル
    ギー又は可視エネルギーだけを検出器に向けて選択的に
    通過させるマスク手段を含む光学式分析装置。
13. 【請求項１３】　　試料又は基準材料を分析するに際し
    、（ａ）　開口を有するマスク手段を用いて、試料平面
    又はこれと共役な面に対するフーリエ面又はこれと共役
    な面において光路をマスクし、（１）　可視エネルギー
    又は放射エネルギーを　ＡＴＲ結晶体を経て試料平面に
    おいて　ＡＴＲ結晶体と選択的に接触する試料又は基準
    材料に予め定められた可変の入射角で選択的に入射させ
    、（２）　前記　ＡＴＲ結晶体及び試料又は基準材料か
    ら放出されたエネルギーを、予め定めた可変の反射角又
    は放出角で選択的に集め、（ｂ）　観察モードにおいて
    、前記マスク手段及び　ＡＴＲ結晶体を経て試料又は基
    準材料に入射する可視光を用いて試料又は基準材料を観
    察し、（ｃ）　分析モードにおいて、試料又は基準材料
    で反射し又は放出されると共に　ＡＴＲ結晶体及びマス
    ク手段を通過した符号化された放射エネルギーを検出す
    ることにより試料又は基準材料を分析する試料分析方法
    。
14. 【請求項１４】　　請求項１３に記載の試料分析方法に
    おいて、さらに、前記光路の方向を選択的に変化させ、
    可視光を　ＡＴＲ結晶体及び試料平面を経て試料平面よ
    り下側に位置する焦平面に入射させる工程を含む試料分
    析方法。
15. 【請求項１５】　　請求項１４に記載の試料分析方法に
    おいて、さらに、探索モードにおいて前記焦平面に一時
    的に位置決めした試料又は基準材料を観察し、試料又は
    基準材料の観察すべき領域を特定すると共にこの領域を
    前記焦平面上の焦点に位置決めし、その後前記観察すべ
    き領域を試料平面に位置する　　ＡＴＲ結晶体の表面に
    接触させる工程を含む試料分析方法。
16. 【請求項１６】　　光学系中に配置した試料又は基準材
    料を分析するに際し、（ａ）　はじめに、ＡＴＲ　結晶
    体を通過して、このＡＴＲ　結晶体から離間した焦平面
    に配置された試料に入射する可視光を用いて観察し、（
    ｂ）　前記試料を焦平面内で初期移動させて、この試料
    の表面上の観察すべき領域を特定し、（ｃ）　前記試料
    の観察すべき領域を、試料平面上の焦点またはその近傍
    で　ＡＴＲ結晶体に接触させ、（ｄ）　ＡＴＲ　結晶体
    を経て前記試料平面に位置する試料に入射する可視光を
    用いて前記観察すべき領域を選択した入射角で観察し、
    （ｅ）　（１）　放射エネルギーを、前記　ＡＴＲ結晶
    体を経て試料に入射させ、（２）　試料で反射し又は試
    料から放出された放射エネルギーを検出器に集めて試料
    を分析する試料分析方法。
17. 【請求項１７】　　請求項１６に記載の試料分析方法に
    おいて、さらに、実行すべき分析に応じて種々の大きさ
    、数、形状及び位置を選択的に有する開口を用いてマス
    クすることにより、試料への入射角及び試料での反射角
    又は放出角を変化させる工程を含む試料分析方法。