JPH07318480A - ゴニオメータ型光学的測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 試料の微小領域の測定に適した集光式のゴニ
オメータ光学装置で試料面の方向の設定を容易にする。 【構成】 上記装置は試料への光入射側に集光光学系
を、試料からの出射光側に試料出射光を受光素子上に集
めるテレメータ光学系を持っており、試料の光照射点と
受光素子とは結像上の共役関係にあるので、試料の傾き
を変えても試料からの出射光は受光素子上に集まり、試
料の傾きが分かり難い。そこでテレメータレンズと受光
素子との間に補助レンズを挿入して、集光点を受光素子
から離した。 【作用】 このようにすると、試料の傾きを変えたと
き、光束はこの集光点を支点として振れ、受光素子への
入射光量が変るので、傾きの設定がやり易くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は試料への光入射側に集光
光学系を備えたゴニオメータ型の光学的測定装置に関す
る。この測定装置は試料面の微小領域の反射率特性の測
定とか偏光特性の測定によって試料表面層の分析等を行
う場合に用いられるものである。

【０００２】

【従来の技術】上述した型の装置は試料面の微小領域の
分析に適するが、試料面の入射光に対する傾き角を設定
するのが困難であった。その理由を図３によって説明す
る。図で１は光入射側の集光レンズで、試料Ｓ上の一点
Ｏに光を集光させている。試料から反射，散乱等される
光はこのＯ点を中心に発散するように放射される。この
試料から放射される光をテレメータレンズ２によって受
光素子３上に集光させる。こゝで試料の傾きを変えて
も、試料から放射する光は点線で示されるようにＯ点を
中心としているので、テレメータレンズ２を通った後は
Ｏ点と共役である受光素子３上に集光し、受光素子の受
光量は殆ど変らなくて試料をどれだけ傾けたかが検知で
きないので、試料の傾きを設定できない。また試料に対
してテレメータおよび受光素子を正反射光を受光する位
置に設定する場合も同様にしてテレメータ等を動かして
も光が常に受光素子に集光することになってテレメータ
の角位置を決定できない。

【０００３】このため従来はゴニオメータの角度目盛を
頼りに試料面の傾きを設定していたが、この方法が適用
できるためには試料台に対して試料面を所定の位置に正
確にセットできることが必要で作業が大へん面倒であっ
た。また光学的な方法として集光レンズ１を除去して試
料に平行光束を入射させ、受光素子３をテレメータレン
ズ２の焦点位置に置いて、試料からの反射光を受光素子
上に集光させるようなことを行っていた。このようにす
ると、試料の傾きを変えると集光点は試料の傾きの変量
の２倍角だけ動くので、受光素子出力の極大位置を探す
ことで試料の傾きを設定することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の光学的
方法は集光レンズを出入できるようにしておく必要があ
り、またテレメータ光学系の側では受光素子をテレメー
タレンズに対して動かせるようにしておく必要があっ
て、装置構造が複雑である上、試料面が曲っていたり、
光散乱性であるときは適用できないものである。本発明
はこのような問題を解消すべく、試料の形状に関係な
く、装置構造も簡単で試料の傾き設定操作も簡単なゴニ
オメータ型測定装置を提供しようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】図１に示すようにゴニオ
メータにおいてテレメータ側にテレメータレンズ２と受
光素子３との間に出入自在にアタッチメント凸レンズ１
１を設けた。或は受光素子を前後に動かせるようにし
た。

【０００６】

【作用】上述したアタッチメントレンズがテレメータレ
ンズと受光素子との間から外されているときは、試料の
光照射点の像が受光素子上（より具体的にはスリット１
０上）に形成されている。この状態では図３から分かる
ように試料の傾きを変えても、受光素子上の集光点は動
かない。こゝでテレメータレンズと受光素子との間にア
タッチメントレンズ１１を挿入すると、図２に示すよう
に受光素子３上の集光点は受光面から離れてアタッチメ
ントレンズ１１に近づくので、試料面の傾きを変えたと
き、その新しい集光点は動かなくても、その集光点に集
まる光の方向がもとと異なるので、受光素子面（スリッ
ト面）の光照射スポットは移動することになり、試料の
傾きの変化を検知することが可能となる。試料の傾きの
検知が可能となれば試料の角度設定が可能となる。

【０００７】

【実施例】図１に本発明の一実施例を示す。図で４は装
置台でこの台上に光源５と集光レンズ６とスリット７と
集光レンズ群１とが取付けられて照射光学系を構成して
いる。集光レンズ１はコリメータレンズ１Ａと収束レン
ズ１Ｂとよりなっており、収束レンズ１Ｂは照射光学系
の光軸ＡＸから退避させ得るようになっている。コリメ
ータレンズ１Ａはスリット７を通過した光束を平行光束
にする。収束レンズ１Ｂはコリメータレンズ１Ａで形成
された平行光束を光軸ＡＸ上の一点Ｏに収束させる。こ
のＯ点を通り装置の基準面に垂直な軸を中心にして回動
可能な腕８があり、この腕の上方（図では紙面に垂直の
方向）には上述したＯ点を通る軸を中心として腕８と独
立に回動可能な試料台９がある。腕８および試料台９は
夫々角度目盛８Ｍおよび９Ｍにより照射光学系の光軸Ａ
Ｘを基準方向として夫々の角位置を読取ることができ
る。腕８上にはテレメータレンズ２とスリット１０と受
光素子３が取付けられて試料放射光に対する受光光学系
を構成している。この受光光学系の光軸ＢＸも上述した
Ｏ点を通り、光軸ＡＸと交わるようにしてある。腕８上
にはテレメータレンズ２があり、これは２枚のレンズ２
Ａと２Ｂとよりなっており、２ＡはＯ点から発散する光
束を平行光束とし、２Ｂは平行光束をスリット１０上に
集光するようになっている。従って両レンズが合わさっ
て、Ｏ点から発散する光束をスリット１０上に集光させ
ている。レンズ２Ａは受光光学系の光軸ＢＸから退避さ
せることができ、照射光学系のレンズ１Ｂおよび上記レ
ンズ２Ａを退避させると試料に平行光束を入射させ、試
料から反射される平行光束をスリット１０上に集めて測
定することができる。即ちこの実施例は試料に平行光束
を入射させる形の測定と試料の微小点の分析を行う集光
式の測定の両方を行うことができる。

【０００８】腕８上にはテレメータレンズ２とスリット
１０との間に光軸ＢＸと直角のガイド溝８１があってこ
のガイド溝に摺動可能にアタッチメントレンズ１１のレ
ンズ枠１２が嵌合させてあり、この枠をガイド端のスト
ッパ８２に当たるようにするとアタッチメントレンズ１
１の中心が光軸ＢＸ上に進出し、ガイドの他方の端のス
トッパ８３に当るようにすると、レンズ１１が光軸ＢＸ
から退避する。テレメータレンズ２Ａが光軸ＢＸ上に進
出している状態ではＯ点の像をスリット１０上に結像す
るようになっているので、この状態でアタッチメントレ
ンズ１１を光軸ＢＸ上に進出させると、Ｏ点の像はスリ
ット１０よりレンズ１１に近い所に形成される。

【０００９】図１は試料面の微小領域の分析において、
試料面の入射光に対する入射角を所定値に設定する場合
を示している。腕８は予め光軸ＡＸを基準とする角度で
所定の入射角の２倍の角位置に設定しておく。予めアタ
ッチメントレンズ１１を退避させておき、試料台９に試
料を載せて、台上で試料を前後させ、受光素子の３の出
力が最大になる位置を探すと、そのとき、試料面上の一
点がＯ点と一致している。そこでアタッチメントレンズ
１１を光軸ＢＸ上に進出させた上で、受光素子３の出力
が最大になるように試料台９を回わすと、受光素子出力
が最大になったとき試料面のＯ点を通る垂線が光軸ＡＸ
とＢＸが挟む角を２等分する方向になっており、試料面
の方向が目的通りに調整されたことになる。

【００１０】本発明は上述した実施形態だけに限定され
ない。上述実施例では受光素子３の前面にスリットが置
かれているが、受光素子の受光面が小さければスリット
１０はなくてもよい。従って特許請求の範囲や課題を解
決する手段の所では単に「受光面上に」と云う表現を用
いた。また上述実施例ではアタッチメントレンズ１１を
出入させているが、その代りにスリット１０或はスリッ
ト１０と受光素子３を一体的に更に或はスリットを用い
ないときは受光素子を光軸ＢＸ上で前後可能とし、試料
の角度設定のときスリット或は受光素子をテレメータレ
ンズ２によるＯ点の像の位置から前方或は後方へ移動さ
せるようにしても全く同様に目的が達成できる。要は試
料の角度調整のときはＯ点のテレメータレンズによる像
と受光素子或はスリットとを光軸ＢＸ上で前後に離せば
よいのであり、Ｏ点の像が受光素子或はスリットの後方
に位置するようにしてもよいのである。従って特許請求
の範囲ではＯ点のテレメータによる像に対して受光面を
相対的に前後させる手段と云う表現を用いている。なお
上述したようにアタッチメントレンズを使う代りにスリ
ット或は受光素子を前後させる構成はアタッチメントレ
ンズを用いる構成より簡単と云う利点がある一方、アタ
ッチメントレンズ１１として凸レンズを用いる構成では
試料面の傾きを変えたときのスリット或は受光素子に入
射する光軸の方向変化が拡大されるので、調整作業がや
り易く、精度も上げ易い利点がある。

【００１１】更に照射光学系のレンズ１の前方（試料に
近い側）に絞り１３が設けられているが、この絞りを口
径可変なものにしておき、試料の傾き調整の際は絞り口
径を小さくすると、試料を照射する光束の集光角が小さ
くなって試料の傾きの変化をより敏感に感知できるよう
になる。この絞り口径を小さくできるようにしておくこ
とは実測定時にも有用である。即ち絞りは試料照射光の
集光角を規定するが、測定はこの集光角内の色々な入射
角の光に対する平均特性の検出と云うことになるので、
指定した入射角に対する特性に近い結果を得るには絞り
は小さい方がよく、他方絞りを大きくすると明るい測定
が可能となる。また上述実施例はレンズ１Ｂ，２Ａが出
入可能で試料に平行光束を照射する測定と試料の微小領
域測定の両方が可能な装置であるが、本発明はもちろん
照射光学系が試料面上の一点に光を集光させる場合専用
の装置にも適用されるものである。上述実施例のような
両用型の場合、試料の微小領域測定における試料の傾き
調整に当ってレンズ１Ａ，２Ａを抜いて、スリット上に
集光させるようにしても試料の傾きの調整はできるが、
試料面が乱反射性であるとか光沢面であっても曲ってい
る場合はこの方法は適用できないから、本発明の適用が
必要となるのである。

【００１２】

【発明の効果】本発明は上述したような構成で集光型の
ゴニオメータでも試料の傾きの変化を敏感に検知できる
ので、試料の傾きの調整が容易正確にできるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例装置の平面図

【図２】本発明の作用説明図

【図３】試料の傾き調整作業の問題点の説明図

【符号の説明】

１ 集光レンズ（群） ２ テレメータレンズ（群） ３ 受光素子 ４ 装置台 ５ 光源 ６ 集光レンズ ７ スリット ８ 腕 ９ 試料台 １０ スリット １１ アタッチメントレンズ １３ 絞り ＡＸ，ＢＸ 光軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料面に光を収束させて試料面を照射
   し、試料からの放射光を受光面に集光させて測定を行う
   型のゴニオメータにおいて、試料からの放射光を受光面
   に集光させるテレメータ光学系の上記照射光収束点の像
   に対して受光面を相対的に前後させる手段を設けたこと
   を特徴とするゴニオメータ型光学的測定装置。