JPH0634526A - 顕微全反射減衰測定光学系 - Google Patents

顕微全反射減衰測定光学系

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JPH0634526A
JPH0634526A JP18644892A JP18644892A JPH0634526A JP H0634526 A JPH0634526 A JP H0634526A JP 18644892 A JP18644892 A JP 18644892A JP 18644892 A JP18644892 A JP 18644892A JP H0634526 A JPH0634526 A JP H0634526A
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Koji Masutani
増谷浩二
Takashi Ishihama
傑 石浜
Sadatsugu Ooki
大木貞嗣
Hiromasa Hattori
服部裕允
Hiroshi Terajima
博 寺嶋
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 微小試料の顕微ATR測定において、簡単な
光学系により試料の測定位置を視差なく明瞭に観察して
位置決め可能な光学系。 【構成】 ATR測定は、半球プリズム1の平面を試料
S表面に密着して、その平面での全反射光の減衰により
試料Sの全反射減衰特性を測定するもので、この光学系
においては、半球プリズム1の球面を通してその平面に
密着した試料S表面を拡大投影する対物レンズ2が配置
され、測定用照明光8が半球プリズム1の平面により全
反射されて対物レンズ2の光軸aの左側の光路を経て対
物レンズ2に入射し、観察用照明光7が半球プリズム1
の平面に全反射角より小さい角度で入射し、その正反射
光が光軸aの右側の光路を経て対物レンズ2に入射する
ように配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、顕微全反射減衰測定光
学系に関し、特に、微小な試料の測定位置を視差なく明
瞭に観察して位置決めできる顕微全反射減衰測定光学系
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、試料に屈折率の大きい半球プリズ
ム、三角プリズム、多重反射平行平面板等の全反射面を
密着させ、全反射光が試料の界面付近の不均一性により
敏感に減衰を受けることを利用して、透過法では測定が
困難な高分子膜、塗膜、紙等の表面の分光測定等を行う
全反射減衰測定法(以下、ATR測定と言う。)が知ら
れている。
【0003】微小な試料のATR測定を行う場合、試料
の実際に測定を行う位置を試料観察によって正確に決定
をしないればならない。そのためには、従来、例えば米
国特許第5093580号に記載されているように、レ
ンズ状のATR結晶を試料から離して、補助レンズと対
物レンズを通して試料を観察し、ATR結晶に対する試
料位置を決め、次に、ATR結晶を試料に密着し、その
後、ATR測定の入射角と反射角位置で可視照明光を入
射させ、測定試料面を観察する。
【0004】また、試料に密着して全反射を行わせるA
TR結晶として、図4に示すような特殊形状のプリズム
Pを用い、試料Sに密着する面AにスケールBを配置
し、プリズムPの測定照明光入射面Cとは別の面Dを通
してスケールBが重畳した試料Sを観察しながら、スケ
ールBの目盛りによって測定位置を確認するものが知ら
れている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、米国特
許第5093580号のもののように、ATR結晶の全
反射条件を満たす測定角度で測定試料面を観察すると、
反射率が高すぎて試料表面の様子が実際には観察できな
いと言う問題がある。また、図4のようなATR結晶を
用いる場合、そのプリズム形状が複雑である上、スケー
ルを配置しなければならない問題がある。
【0006】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、微小試料の顕微ATR測定に
おいて、簡単な光学系により試料の測定位置を視差なく
明瞭に観察して位置決め可能な光学系を提供することで
ある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の顕微全反射減衰測定光学系は、半球プリズムの平面
を試料表面に密着して、その平面での全反射光の減衰に
より試料の全反射減衰特性を測定する全反射減衰測定用
の光学系において、半球プリズムの球面を通してその平
面に密着した試料表面を拡大投影する対物レンズが配置
され、測定用照明光が半球プリズムの平面により全反射
されて対物レンズの光軸の一方の側の光路を経て前記対
物レンズに入射し、観察用照明光が半球プリズムの平面
に全反射角より小さい角度で入射し、その正反射光が対
物レンズの光軸の他方の側の光路を経て前記対物レンズ
に入射するように、測定用照明光及び観察用照明光の対
物レンズ光軸に対する向き、及び、半球プリズムの平面
の対物レンズ光軸に対する傾きが設定されていることを
特徴とするものである。
【0008】この場合、半球プリズムと対物レンズの間
に、対物レンズの光軸の一方の側の光路と他方の側の光
路の何れかを選択して開口し、他方の光路を遮断する遮
光手段を配置すると、観察及び測定においてバックグラ
ウンド光が遮断され、観察しやすくなり、また、測定精
度の低下が起きない。
【0009】
【作用】本発明においては、半球プリズムの球面を通し
てその平面に密着した試料表面を拡大投影する対物レン
ズが配置され、測定用照明光が半球プリズムの平面によ
り全反射されて対物レンズの光軸の一方の側の光路を経
て対物レンズに入射し、観察用照明光が半球プリズムの
平面に全反射角より小さい角度で入射し、その正反射光
が対物レンズの光軸の他方の側の光路を経て対物レンズ
に入射するように、測定用照明光及び観察用照明光の対
物レンズ光軸に対する向き、及び、半球プリズムの平面
の対物レンズ光軸に対する傾きが設定されているので、
対物レンズを通して観察される試料の位置と、測定系の
光検知器で測定される試料の位置との同一性が保証さ
れ、視差がない。しかも、測定光のたどる光路は、全反
射減衰測定の全反射条件を満足し、一方、観察光のたど
る光路は、臨界角より小さい角度で正反射条件を満たす
角度で観察されるので、試料表面が明瞭に観察できるこ
とになる。
【0010】
【実施例】以下、本発明のATR測定光学系の実施例に
ついて説明する。ATR結晶を介してそれに密着された
微小試料の測定位置を観察するには、上記したように、
ATR結晶の全反射条件を満たす測定角度で観察する
と、反射率が高すぎて試料表面の様子が明瞭には観察で
きない。そこで、全反射しない角度から散乱光により試
料表面を観察することが考えられる。しかしながら、こ
の場合、試料の段差のある部分等からの散乱が強すぎて
試料表面が見難い問題がある。
【0011】そこで、試料面に対してATR結晶の臨界
角より小さい角度で、かつ、照明角と観察角が同じ正反
射条件を満たす角度で観察照明光を入射させて微小試料
の測定位置を観察したところ、試料表面が明瞭に観察で
きることを見出した。本発明においては、このような観
察条件を満足し、しかも、測定光の出射位置と常に同じ
位置を視差なく観察できるように測定光学系を構成し
た。
【0012】図1は、本発明に基づくATR測定光学系
の1実施例の光路図であり、ATR結晶として半球プリ
ズム1を用い、これを試料Sに密着した状態で固定し
て、同じ対物レンズ2で拡大して観察と測定を行うもの
である。すなわち、顕微鏡光学系の光軸aに対して試料
Sを斜めに配置し、この試料Sの面に高屈折率の半球プ
リズム1を押しつける。そして、半球プリズム1を経て
出てくる試料Sからの光は、この場合、カセグレン対物
レンズ2を経てマスク3位置に結像し、マスク3で測定
位置が限定され、ハーフミラー又は切り換えミラー4に
より2つの光路に分けられ、観察光は接眼鏡6で拡大さ
れ、試料Sの測定位置が観察される。また、測定光は光
検知器5により光電変換され、フーリエ分光のときはフ
ーリエ変換されて、分光分析が行われる。
【0013】さて、本発明において、ATR測定の原理
から、対物レンズ2に入射する測定光として、半球プリ
ズム1の臨界角θc (半球プリズム1の屈折率をn1
試料Sの屈折率をn2 とするとき、sinθc =n2
1 となる。)より大きい角度β(図2参照。図2のN
は試料S面の法線を表す。)で試料S表面から出る光を
用いるようにし、また、対物レンズ2に入射する観測光
として、上記の発見から、臨界角θc より小さい角度α
(図2)で試料S表面から出る光を用いるようにする。
そのためには、図1に示すように、測定光(二重矢符)
は顕微鏡光学系の光軸aの一方の側(図の場合、左側)
のみをたどって対物レンズ2に入射し、観察光(一重矢
符)は光軸aの反対側(図の場合、右側)の光路のみを
たどって対物レンズ2に入射するようする。そして、こ
のような角度関係を満たし、かつ、正反射条件を満たす
ように、測定用照明光8及び観察用照明光7の試料Sに
対する入射方向を設定すると共に、試料Sの光軸aに対
する傾きを設定する。
【0014】このようにATR測定光学系を配置したの
で、対物レンズ2及びマスク3を通して、接眼鏡6から
観察される試料Sの位置と、光検知器5で測定される試
料Sの位置との同一性は保証される(視差がない。)。
しかも、測定光のたどる光路は、ATR測定の全反射条
件を満足し、一方、観察光のたどる光路は、臨界角より
小さい角度で正反射条件を満たす角度で観察されるの
で、試料表面が明瞭に観察できることになる。
【0015】ところで、観察及び測定の際、他方の光路
が開いていると、その光路を経て入ってくる光がバック
グラウンドとなり、観察し難くなったり、測定精度が低
下する。そこで、図3(a)に示すように、観察の際に
は、開口10を有する遮光板11を対物レンズ2の前に
挿入し、開口10を通って観察光のみが対物レンズ2に
入射するようにし、また、測定の際は、図3(b)に示
すように、遮光板11の開口10が測定光の光路に位置
するように移動して、測定光のみが対物レンズ2に入射
するようにするとよい。
【0016】以上においては、半球プリズム1は屈折率
の高いものとしたが、具体的には、セレン化亜鉛、硫化
亜鉛、チタニウム・ブロマイド・アイオダイド(KRS
−5)等が用いられる。また、対物レンズ2としはカセ
グレン対物レンズを用いているが、これに限定されず、
種々の公知の反射対物レンズ、屈折対物レンズを用いる
ことができる。さらに、測定用照明光は通常赤外光を用
いるが、これに限定されず、可視光あるいは紫外光であ
ってもよい。
【0017】以上、本発明のATR測定光学系を実施例
に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限
定されず種々の変形が可能である。
【0018】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のATR測定光学系によると、半球プリズムの球面を通
してその平面に密着した試料表面を拡大投影する対物レ
ンズが配置され、測定用照明光が半球プリズムの平面に
より全反射されて対物レンズの光軸の一方の側の光路を
経て対物レンズに入射し、観察用照明光が半球プリズム
の平面に全反射角より小さい角度で入射し、その正反射
光が対物レンズの光軸の他方の側の光路を経て対物レン
ズに入射するように、測定用照明光及び観察用照明光の
対物レンズ光軸に対する向き、及び、半球プリズムの平
面の対物レンズ光軸に対する傾きが設定されているの
で、対物レンズを通して観察される試料の位置と、測定
系の光検知器で測定される試料の位置との同一性が保証
され、視差がない。しかも、測定光のたどる光路は、A
TR測定の全反射条件を満足し、一方、観察光のたどる
光路は、臨界角より小さい角度で正反射条件を満たす角
度で観察されるので、試料表面が明瞭に観察できること
になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づくATR測定光学系の1実施例の
光路図である。
【図2】図1の試料近傍の拡大図である。
【図3】他の実施例の要部を示す光路図である。
【図4】従来例を説明するための図である。
【符号の説明】
S…試料 1…半球プリズム 2…対物レンズ 3…マスク 4…ハーフミラー又は切り換えミラー 5…光検知器 6…接眼鏡 7…観察用照明光 8…測定用照明光 10…開口 11…遮光板 a…光軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 服部裕允 東京都昭島市武蔵野3丁目1番2号日本電 子株式会社内 (72)発明者 寺嶋 博 東京都昭島市武蔵野3丁目1番2号日本電 子株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半球プリズムの平面を試料表面に密着し
    て、その平面での全反射光の減衰により試料の全反射減
    衰特性を測定する全反射減衰測定用の光学系において、
    半球プリズムの球面を通してその平面に密着した試料表
    面を拡大投影する対物レンズが配置され、測定用照明光
    が半球プリズムの平面により全反射されて対物レンズの
    光軸の一方の側の光路を経て前記対物レンズに入射し、
    観察用照明光が半球プリズムの平面に全反射角より小さ
    い角度で入射し、その正反射光が対物レンズの光軸の他
    方の側の光路を経て前記対物レンズに入射するように、
    測定用照明光及び観察用照明光の対物レンズ光軸に対す
    る向き、及び、半球プリズムの平面の対物レンズ光軸に
    対する傾きが設定されていることを特徴とする顕微全反
    射減衰測定光学系。
  2. 【請求項2】 前記半球プリズムと対物レンズの間に、
    対物レンズの光軸の一方の側の光路と他方の側の光路の
    何れかを選択して開口し、他方の光路を遮断する遮光手
    段を配置してなることを特徴とする請求項1記載の顕微
    全反射減衰測定光学系。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3438647A4 (en) * 2016-03-28 2019-11-06 Jasco Corporation OPTICAL INSTRUMENT FOR MEASURING TOTAL REFLECTION ABSORPTION SPECTRUM AND MEASURING DEVICE

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP3438647A4 (en) * 2016-03-28 2019-11-06 Jasco Corporation OPTICAL INSTRUMENT FOR MEASURING TOTAL REFLECTION ABSORPTION SPECTRUM AND MEASURING DEVICE

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