JPS62140051A - 薄膜の光物性測定装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、固体、液体及び気体の物性を光学的に測定す
る装置に関し、特に液面上に展開された薄膜の特性を光
学的に測定する装置に関するもので、更に詳しくは、薄
膜の種々の特性分析の基礎となる光吸収特性の測定１例
えば単分子累積膜の形成に際して累積すべく液面上に展
開された単分子膜の特性分析等に利用されるものである
。

［従来の技術］ 従来、被測定物の光吸収特性を測定する装置としては、
透過率又は反射率から光吸収特性を求める装置がある。

しかし、被測定物に光が照射された場合、透過光、反射
光の他に散乱光があり、更に高精度を期すためには光の
吸収成分を直接測定することが光吸収特性評価上重要と
なる。

光の吸収成分を直接測定する装置としては、断続的に光
を照射すると、被測定物に吸収された光エネルギーが無
輻射緩和過程により、断続的に熱に変換されることを利
用した測定装置である光ｆｆ　９分光装置（Ｐｈｏｔｏ
ａｃｏｕｓｔｉｃ　５ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＰＡＳ
　）や光熱輻射分光装置（ＰｈｏｔｏｔｈｅｒｍａｌＲ
ａｄｉｏｍｅｔｒｙ：　　ＰＴＲ）がある。

また、やはり光の吸収成分を直接測定する装置として、
光熱偏向分光装置（Ｐｈａ　ｔｏ　ｔｅ　ｒｍａ　］Ｄ
ｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　５ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：　　
Ｐ［ｌＳ　）と言われる装置がある。このＰＤＳ装置は
、被測定物の光吸収による発熱と共に被測定物内及びそ
の近傍に温度分布が生じて屈折率が変化し、これによっ
てそこに入射する光が偏向することを利用したものであ
る。即ち、被測定物の測定部位に、光吸収されたときに
発熱による温度分布を生じさせて屈折率を変化させる励
起光と、これによる偏向量を測定するためのプローブ光
とを照射し、励起光の波長とプローブ光の偏向量とから
被測定物の光吸収特性を測定するものである。この装置
は、被測定物と検出系が独立に設定でき、現場での計測
や遠隔計測に適しており、本発明の基本原理もこのＰＯ
Ｓ装ごと同様である。

上記ＰＤＳ装置は、励起光とプローブ光の配置によって
、横方向（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ）型と縦方向（ｃｏｌ
ｌｉｎａａｒ　）型の二通りがあり、いずれも上述のよ
うに被測定物の励起光吸収量に応じたプローブ光の偏向
量を測定するもので、検出器としては位置敏感検出器（
ＰＳＤ）を用いることが多い。

第１３図（ａ）は縦方向型の例で、励起光源６より出た
励起光５は、光強度変調器７で断続化又は強弱を付けら
れ、レンズ１３ｂで集束されて被測定物１に照射される
。プローブ光源９より出たプローブ光８は、レンズ１３
ａ及びミラー等の光路調整器２５で励起光５が照射され
ている被測定物１の測定部位を透過して検出器１０へと
至り１点線で示されるように偏向したときの偏向量が測
定される。第１３図（ｂ）は横方向型の例で、プローブ
光８が被測定物１の表面に平行に照射される点が縦方向
型と相違するだけで他は同様である。

このＰＤＳ装置における理論的取扱いは、被測定物内の
熱伝導方程式を解けばよく、偏向角φとして測定される
偏向量は、励起光強度、屈折率の温度係数（ｖｎ／δＴ
）、プローブ光の通過する領域での温度勾配（ａＴ／ａ
ｘ）等に比例することになる。

被測定物の光吸収係数に比例する項は（δＴ／δＫ）に
含まれる。また（δｎ／δＴ）は、被測定物によっては
正負いずれかの値をとり得、このことは偏向角も正負両
方の場合があることを示している。

第１４図は、１次元ＰＳＤの構造例を示す縦断面図であ
る。第１４図において、１次元ＰＳＤは、平板状シリコ
ン３の表面にＰ層の均一な抵抗層４を構成し１両辺にそ
れぞれ電極Ｘ１およびＸｌが配設され、裏面のＮ層５に
は共通電極６が配設されている。

第１５図は、その動作原理を示す模式図である。

光Ｑの入射位置に対応させた光生成電荷は、そのエネル
ギーに相当する光電流として前記抵抗層４に達し、その
位置Ｑと両端の取出し電極ＸＩ　　。

Ｘｌまでの距離に逆比例して分割され、各電極から出力
される。入射光による光電流をＩ［とすると、電極ｘｉ
、ｘ２から出力される電流ＩＸＩ。

ＴＸ２は、 ＩＸＩ：　Ｉｔ　　°ＲＸ２／　（ＲＸＩ＋ＲＸ２）Ｉ
ｘｚ＝　Ｉｔ　　′ＲＸＩ／（ＲＸｌ＋ＲＸ２）となり
、ざらにＸｌ−Ｘ２間の抵抗は均一の分布を保っている
ので、Ｘｌ−Ｘ２間の抵抗と長さＬとの間に次の各式が
成立する。

ＲＸＩ＋ＲＸ２＝Ｌ ＲＸＩ”Ｘ Ｒχ２＝Ｌ−ｘ このため、各電極から取り出される信号はＬとＸで表わ
され、 Ｉｘ＋＝Ｉｔ　　・　（Ｌ−ｘ）／Ｌ ■×２＝ＩＬ　°Ｘ／Ｌ のようになる。即ち、光の入射位置と光強度の情報がｘ
ｌ、ｘ２の電極に得られることになる。

さらにＩＸＩとＩＸ２の和と差の比をとり、これを位置
信号Ｐとすれば、 が得られ、Ｘ＝ＯからＬに対応して、 ｘ＝Ｏ，Ｐ層１ Ｘ：局、Ｐ層Ｏ ｘ＝Ｌ、Ｐ層−１ のように、光強度変化に無関係な位置信号が連続で得ら
れることになる。

以上は１次元の場合であるが、２次元の位置検出器につ
いても同様に考えられ、第１６図に示される動作回路の
ブロック図により、位置信号が求められる。

ここで、ＰＳＤの動作原理から、２点以上の光入射があ
る場合は、各々の光強度に比例して重み付けされた位置
信号が得られる。また、光束が広がっている場合も、光
強度の重心的な位置信号が得られる。

一方、従来１発明者にちなんでラングミュア・プロジェ
ット法（以下ＬＢ法という）と呼ばれる単分子膜累積法
によって、単分子膜を１枚ずつ重ねて基板へ移し取る単
分子累積膜形成装置が知られている（新実験化学講座１
８巻４９８頁〜５０７頁、丸首）。

上記装置は、液体を収容した液槽と、液面を二分するよ
うにして液槽内に浮かべられて、液槽内で二次元ピスト
ン運動可能な成膜枠と、この成膜枠を移動させる駆動装
置と、液面上に展開された単分子膜の表面圧を測定する
表面圧測定器と、保持した基板を液面に対して上下させ
る基板ホルダーとから概略構成されている。この装置に
よる単分子膜の形成からその基板への移し取りは、次の
ようにして行われている。

まず、成膜枠を液槽の一方に片寄せた状態で、例エバ没
５　Ｘ　１Ｏ−３ｓｏβ／Ｉ！の濃度でベンゼンやクロ
ロホルム等の揮発性溶媒に溶かした膜構成物質の溶液を
、スポイト等で数滴液面上にたらす。この溶液が液面上
に広がり、溶媒が揮発すると、単分子膜が液面上に残さ
れることになる。

上記単分子膜は、液面上で二次元系の挙動を示す。分子
の面密度が低いときには二次元気体の気体膜と呼ばれ、
一分子当りの占有面積と表面圧との間に二次元理想気体
の状態方程式が成立する。

次いで、この気体膜の状態から、徐々に成膜枠を移動さ
せて、単分子膜が展開している液面の領域を縮めて分子
面密度を増やしてやると、分子間相互作用が強まり、二
次元液体の液体膜を経て二次元固体の固体膜へと変わる
。この固体膜となると、分子の配列配向はきれいに揃い
、高度の秩序性及び均一な超薄膜性を持つに至る。そし
て、このときに基板ホルダーを動かして基板を上下させ
ると、基板の表面に当該固体膜となった単分子膜を付着
させて移し取ることができる。また、同一の基板に複数
回単分子膜を移し取ることによって、単分子累積膜を得
ることができる。尚、基板としては、例えばガラス、合
成樹脂、セラミック、金属等が使用される。

上記基板へ移し取るのに好適な単分子膜の状態下におい
て当該移し取り操作を行うべく、単分子膜の表面圧を計
測することが行われる。一般に、移し取るのに好適な単
分子膜の表面圧は１５〜３０ｄｙｎ／ｃｍとされている
。この範囲外では、分子の配列配向が乱れたり膜の剥が
れを生じやすくなる。もっとも、特別の場合、例えば、
膜構成物質の化学構造、温度条件等によっては、好適な
表面圧の値が上記範囲からはみ出ることもあるので、上
記範囲は一応の目安である。

上記単分子膜の表面圧は、表面圧測定器によって自動的
かつ継続的に計測されるものである。表面圧の測定器と
しては、単分子膜に覆われていない液面と、単分子膜に
覆われた液面との表面張力の差から求める方法を応用し
たものや、単分子膜に覆われていない液面と、単分子膜
に覆われた液面とを区切って浮ぶことになる成膜枠に加
わる二次元的圧力を直接測定するもの等があり、各々特
色がある。また、通常１表面圧と共に単分子膜の一分子
当りの占有面積及びその変化量も計測される。占有面積
及びその変化量は、成膜枠の左右の動きから求められる
。

前述した成膜枠の動きは、上記測定器によって計測され
る単分子膜の表面圧に基づいて制御されるものである。

即ち、移し取り操作に好適な範囲内で選ばれた一定の表
面圧を単分子膜が常に維持するよう、成膜枠を移動させ
る駆動装置が表面圧測定器により計測された単分子膜の
表面圧に基づいて制御される。この成膜枠の移動制御は
、膜構成物質の溶液滴下後、単分子膜の移し取り操作開
始迄だけでなく、移し取り操作中も継続して成されるも
のである。例えば、移し取り操作において、単分子膜が
基板に移し取られて行くに従って、液面上の単分子膜分
子の面密度は低下し、表面圧も低下することになる。従
って、成膜枠を移動させて単分子膜の展開面積を縮小し
、その表面圧低下分を補正して一定表面圧を維持してい
る。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、液面上に展開された単分子膜等の薄膜と
いう、特異な環境下にあるごく薄い被測定物の測定に、
ＰＡＳ装置、ＰＴＲ装置又はＰＤＳ装置をそのまま用い
ようとすると、被測定物が液面上にあることや、ごく薄
いものであることから、測定そのものが困難となったり
精度や感度が低下しやすい問題がある。

ＰＡＳ装置は、検出器の種類により、マイクロホン方式
と圧電素子方式とに分けられるが、マイクロホン方式で
は試料を密閉した試料室にいれる必要があり、圧電素子
方式では検出器と試料の配置が制限されるので、いずれ
も液面上に展開されたｖｊＩｌ！２をそのままの状態で
測定するには不向きである。

縦方向型ＰＤＳ装置の場合、励起光が照射されて最も大
きな屈折率変化を生ずる薄膜の測定部位をプローブ光が
通過するので、検出器上で、比較的大きなプローブ光の
位置変化が得やすい利点がある。しかし、この縦方向型
ＰＤＳ装置では、プローブ光が被測定物たる薄膜を透過
してしまうので、薄膜の励起光吸収に基づいて屈折率が
変動する液相と気相の両者の影響を同時に受けてしまう
ことになる。従って、この液相と気相間圧折率の変動を
考慮しなければ正確な測定ができず、高精度の測定が極
めて難しくなる問題がある。

また、被測定物が、本発明が対象としているような薄膜
の場合、励起光の吸収によって生じる周囲の屈折率変化
が小さい。従って、ＰＤＳ装置の横方向型の場合、でき
るだけ大きな屈折率変化を生じる領域を通過させること
ができるよう、プローブ光を液面上の薄膜に接近させる
必要がある。特に、ＰＤＳ装置の検出器は、受光強度の
重心的な位置を検出する性質を有するので、光強度の強
いプローブ光束中心部が薄膜に接近していることが好ま
しい。しかじ、プローブ光束の半径以上にその中心部を
薄膜に接近させることができず、光強度の強いプローブ
光束中心部が、屈折率変化の微弱な、薄膜から離れた領
域を通過しがちとなって、高精度及び高感度の測定が困
難となる問題がある。

更に、単分子膜のような液面上に展開された被測定物の
測定については、液面の揺れによるノイズが測定精度の
低下をもたらす。

一方、前述のように、単分子膜８！膜を得るには種々の
微妙な調整が要求されるものである。しかし、これまで
どのような条件が最適条件となるかは種々の実験によら
なければ分らず、また液面上の単分子膜が累積に適した
状態となっているか否かは、表面圧等で間接的に確認す
ることしかできず、正確さに欠けているのである。これ
は、ＰＡＳ　。

ＰＴＲ又はＰＤＳ装置等によって液面上の単分子膜の物
性を直接把握できるようにすればかなり改善されるが、
前述のような問題点があって、栗望があっても応じられ
ないのが現状である。

本発明は、液面に展開された薄膜という極めて薄く特異
な環境下にある被測定物について、その光吸収特性を精
度及び感度よく測定できるようにすることを目的とする
ものである。

［問題点を解決するだめの手段］ 本発明において上記問題点を解決するために講じられた
手段は、液体の液面上に展開した薄膜の光物性を測定す
る光物性測定装置であって、その液体を収容する液槽と
、液面上の薄膜の測定部位へ照射される励起光を出射す
る励起光源と、その励起光を前記測定部位到達前に強度
変調する光強度変調器と、液面下から前記測定部位へ当
該液面で全反射される入射角で照射されるプローブ光を
２本もしくは２本以上出射するプローブ光源と、前記測
定部位を通過したプローブ光の偏向量を検出器と、プロ
ーブ光の光路上に介設され、その偏向量を薄膜の変動に
抗して安定させる安定化光学系とを備えたことを特徴と
する薄膜の光物性測定装置とするものである。

安定化光学系としては、各プローブ光を空間的に分離し
たのち検出器の受光面上で再び統合する構成や、各プロ
ーブ光を複数種の偏光状態にし、それらの偏光状態毎に
分割したのち検出器の受光面」二で再び統合する構成が
考えられる。

また、プローブ光源をそれぞれ独自の周波数で駆動し、
検出器で受光した光強度をフィードバックすることによ
り、統合された光強度を安定させる構成も同一原理に基
づくものである。

［作　用］ 励起光が試料たる薄膜に吸収されると、励起光の照射時
とＪｌｉ照ＤＪ時とではＪＩＩＪ定部位及びその近傍の
屈折率が変化するので、これをプローブ光の偏向量とし
て掻出することによって光゛吸収特性を測定することが
できる。このＰＯ３法の原理の特徴として、ＰＤＳ出力
は最終的に光強度分布の重心的位置の信号を得るという
ことがある。

第２図は本発明による補償方法の基本原理を説明する座
標図である。第２図（ａ）は、試料面から反射される光
ビームの平均出射方向に垂直な平面」二に、互いに直交
するＸ−Ｙ座標軸を設定したもので、反射光の偏向量が
矢印１１２で示されている。仮に、所要の光学系により
、上記の座標系を反転させたとすると、その投影図は第
２図（ｂ）のようにＸ’−Ｙ’となり、反射光の偏向量
も矢印１１３で示される如くになる。これらの互いに反
転した光ビームが目標照射面に、照射されると、その座
標は第２図（Ｃ）に示されるように原点０に対して点対
称（１１２ａ、　１１３ａ）となり、両方の光ビーム強
度が等しいとすれば、光ビーム・、圧ネルギーの重心位
置は原点０と常に一致する。従って、上記の条件を満足
する光学系を使用すれば、外的要因による試料ｉｎｉ変
動が生じても、照射ビームの強度中心は影響されずに補
償されることになる。

第３図は、上記の原理に基づく効果を一次元的に検証す
る基本的装置の概略構成°図で、２つのレーザー光［９
ａ、９ｂからの光ビームを試料面ｌ上の互いにごく近い
領域に照射し１分離された２対の光ビームを安定化光学
系としてのミラー２８゜２７、２８などによりそれぞれ
光位置検出器１０へ照射させ、試料面ｌの変動を記録す
るものである。第４図は、上記構成による光ビームの位
置ずれ最の測定結果を示すグラフであり、縦軸は光ビー
ムの検出位置Ｐを示し、横軸は時間ｔを示す。第３図に
おいて、−木の光ビームを直接光位置検出器１０へ照射
した場合は第４図（ａ）に示す如く試料面１の変動が記
録され、本発明により補償された場合は第４図（ｂ）の
如く試料面の変動が除去されているのがわかる。

このように、木兄ＩＪＪは、複数のプローブ光源を更に
異種分離し、検出面で再統合する各種の安定化光学系も
しくはそれに同原理の手段を備えることにより、試料の
変動に支配されない測定結果を得るものである。

［実施例］ 以下１本発明の実施例を、図面を参照して詳細に説明す
る。

第１図は、本発明を実施した単分子累積膜形成装置の一
例を示す構成図である。

第１図において、４は液体３を収容した液槽で、その液
面２上には被測定物たる薄膜ｌが展開されている。図示
される薄膜１は、単分子膜を模式的に表わしたものであ
る。

液槽４の側方のやや下方にはプローブ光源９ａ及び９ｂ
が設けられている。このプローブ光源９ａ及び９ｂから
は、痘Ｊｔ２１が展開されている液面２で全反射される
角度で、プローブ光８ａ及び８ｂが、液体３側から薄膜
ｌの測定部位へ向けて照射される。また、プローブ光源
８ａ及び８ｂと液槽４を挟んで相対向する位置には、送
られて来るプローブ光８の位置を検出する検出器ｌＯが
設けられている。プローブ光８ａ及び８ｂは安定化光学
系としてのミラ゛−２８゜２７、２８により互いに液面
２の外部要因による変動を、前記検出器１０の受光面上
で前記原理に基づき、補償し合うように配置されている
。この検出器ｌＯの信号は、ドライバー１１を介してロ
ックインアンプ１２へ送られるようになっている。

液槽４の上方には励起光源６が設けられている。励起光
源６は、励起光５を薄膜ｌの測定部位に向けて照射する
ものである。励起光５の光路に沿った位装置に、励起光
５を断続光としたり光強度に強弱を付けて照射するだめ
の、例えばチョッパーや可変フィルター等の光強度変調
器７が設けられている。また、励起光５は、更にレンズ
１３によって集束されて、薄膜１の測定部位に照射され
るものである。

光強度変調器７はロックインアンプ１２に接続されてい
て、光強度変調器７から送られる励起光５の断続又は強
弱状態を示す信号を参照信号として、検出器１０からの
信号を同期検出できるようになっている。プローブ光源
８ａ及び９ｂ、励起光源６、光強度変調器７及びロック
インアンプ１２は、各々測定制御器１４に接続されてい
る。測定制御器１４は、プローブ光８ａ及び８ｂ及び励
起光５の光路及び波長並びに光強度変調器７による励起
光５の断続又は強弱間隔を制御すると共に、ロックイン
アンプ１２からの信号によって光吸収特性を算出するも
のである。

液槽４は、少なくともプローブ光８ａ及び８ｂ及び励起
光５の光路となる部分に透明な窓を設けておけば、こと
さら全体を透明とする必要はない。また、液体３は、励
起光５について吸収の小さいものであればプローブ光８
へ多少直接影響を与えるものであっても測定にさほど悪
影響はないが、透明であることが好ましい。

まず、励起光源６より出射された励起光５は、光強度変
調器７により、断続した又は強弱の付いた光に変調され
、液槽４の液面２上に展開されている薄膜１の測定部位
を照射する。励起光５が照射される測定部位上の領域で
は、液面２上の薄膜１が光を吸収し、無放射輻射過程に
より、断続的又は強弱をもって熱を発生し、そのため、
近傍の屈折率変化が断続的に生じることになる。

一方、プローブ光源９ａ及び８ｂから出射されるプロー
ブ光８ａ及び８ｂは、入射角が液体３の臨界角より大き
くなるよう入射されて、液面２の励起光５照射部位で全
反射され、液体３内を通過して液槽４外へと出る。従っ
て、プローブ光８ａ及び８ｂは、上記励起光５の照射に
よって断続的に屈折率が変化する測定部位を通過するこ
とになる。この屈折率の断続的変化を生じる領域を、プ
ローブ光源９ａ及び９ｂから出射されたプローブ光８ａ
及び８ｂが通過すると、変化した屈折率分布に応じて、
光路が偏向することになる。プローブ光８ａ及び８ｂを
ごく近接した、かつそれぞれ異なる屈折率分布の領域を
通過させることとすれば、安定化光学系としてのミラー
２８．２７．２８により、液面の変動による偏光量は互
いに補償し合い、励起光照射による屈折率分布のみに応
じた偏向量となる。

検出器ｌＯは、継続してプローブ光８ａ及び８ｂを受け
、プローブ光８ａ及び８ｂの受光位置をドライバー１１
を介してロックインアンプ１２へ送る。ロックインアン
プ１２は、この検出器１０からの信号を受けると同時に
光強度変調器７からの信号を受けており、両信号を同期
させることによって、励起光５照射時又は高強度時のプ
ローブ光８ａ及び８ｂの受光位置信号と、励起光５非照
射時又は低強度時のプローブ光８ａ及び８ｂの受光位置
信号との差をＳ／Ｎ比良く測定制御器１４へ送る。測定
制御器１４は、この送られて来た信号に基づき、その時
の励起光５の波長についてのプローブ光８ａ及び８ｂの
偏向量を求め、これに基づいて光吸収特性を算出する。

また、励起光５の波長を順次変えながら同様の測定を行
えば、薄膜１の分光吸収特性を得ることができ、る。

この測定に際して、測定部位は、測定制御器１４で励起
光５の光路を調節することで自由に選択でき、また液面
２の位置に応じてやはり測定制御器１４でプローブ光８
ａ及び８ｂの光路を調節して正確を期すことができる。

また、プローブ光源８ａ及び９ｂ、励起光源６及び光強
度変調器７に必要な調節を全て測定制御器１４で自動的
に行うようにし、操作を簡略化することも可能である。

励起光５の測定部位における光量分布、液体３の熱によ
る屈折率変化の特性、プローブ光８ａ及び８ｂの入射ビ
ーム位置及びその時の偏向量から薄膜１によって吸収さ
れた光エネルギーが求まる。

従って、励起光５の薄膜ｌへの照射エネルギーをフォト
センサー等でモニターしておけば１両者から薄膜ｌの絶
対的な光吸収特性が得られる。そして、励起光５の波長
を変化させることにより、絶対的分光吸収特性が得られ
る。また、励起光５の各波長における相対強度を予め求
め、波長に対応したプローブ光８ａ及び８ｂの偏向量を
求めるだけでも、相対的な分光吸収特性を得ることがで
きる。

光吸収特性の相対値、絶対値は、ΔＩＩＩ定の目的に応
じ適宜選択すればよい。

ところで、液槽４回りは、従来のＬＢ法による単分子累
積膜形成装置と同様で、これを第１１図及び第１２図で
説明する。

液槽４は、広くて浅い角形を成し、その内側に、例えば
ポリプロピレン製等の内枠１６が水平に釣ってあり、液
面２を仕切っている。液体３としては、通常純水が用い
られる。内枠１Ｂの内側には、例えばやはリボリブロビ
レン製等の成膜枠１７が浮かべられている。成膜枠１７
は、幅が内枠１Ｂの内幅より僅かに短かい直方体で、図
中左右方向に二次元ピストン運動可能なものとなってい
る。成膜枠１７には、成膜枠１７を図中右方に引張るた
めの重錘１８が滑車１８を介して結び付けられている。

また、成膜枠１７上に固定された磁石２０と、成膜枠１
７の上方で図中左右に移動可能で磁石２０に接近すると
互に反撥し合う対磁石２１とが設けられていて、これに
よって成膜枠１７は図中左右への移動並びに停止が可能
なものとなっている。このような重錘１８や一組の磁石
２０．２１の代りに、回転モーターやプーリーを用いて
直接成膜枠１７を移動させるものもある。

内枠１６内の両側には、吸引バイブ２２を介して吸引ポ
ンプ（図示されていない）に接続された吸引ノズル２３
が並べられている。この吸引ノズル２３は、単分子膜や
単分子累積膜内に不純物が混入してしまうのを防止する
ために、液面２上の不要になった前工程の単分子膜等を
迅速に除去するのに用いられるものである。尚、１５は
基板ホルダ２４に取付けられて垂直に上下される基板で
ある。

上述の単分子累積膜形成装置による単分子膜の形成並び
にその累積膜の取得原理は、基本的には従来のものと同
様である。

まず、成膜枠１７を移動させて、液面ｚ上の不要となっ
た単分子膜等を掃き寄せながら吸引ノズル２３からすす
り出し、液面２を浄化する。次いで成膜枠１７を液槽４
の一端に寄せて、液面２に膜構成物質をたらした後、成
膜枠１７を移動させてその展開領域を狭め、固体膜とし
てから基板１５を上下させて、形成された単分子膜を移
し取ればよい。

ところで、本実施例に係る装置では、第４図で説明した
ように、液面２上に展開された単分子膜である薄膜ｌの
物性を、光学的にその場で直接測定することができる。

従って、単分子膜の形成からその移し取り完了までを通
じて、この測定に基づいて対磁石２１の移動、即ち成膜
枠１７の移動を測定制御器１４で制御すれば、所望の物
性の単分子膜を確実に基板１５上に累積させることがで
きる。

第５図は、本発明の別な実施例を示す概略構成図で、安
定化光学系として偏光素子と偏光ビームスプリッタとを
備え、２木のプローブ光８Ｃ及び８ｄをそれぞれ直交す
る２方向へ偏光（例えば紙面に垂直なＳ偏光と紙面に沿
うＰ偏光）するように、プローブ光源８Ｃ及び９ｄの前
方に偏光素子３３ｃ及び３３ｄを配設し、偏光ビームス
プリッタ３１で、両者をほぼ重ねた状態にして測定面１
上へ照射し、その反射光を再び偏光ビームスプリッタ３
２で分離し、ミラー２Ｅｌ、　２７により、検出器１０
の受光面で液面の外部要因による変動を互いに補償する
ように重ねる。この構成によると、２木の光ビームを簡
単に近接させることができる。

尚、第６図のように２つの偏光ビームスプリッタ３５及
び３６と２つのミラー３７及び３日を組み合わせた安定
化光学系を使用すれば、１つのプローブ光源９でも、前
記Ｓ偏光及びｐ偏光の２木のプローブ光８ｃ及び８ｄを
つくることができる。すなわち、直接偏光を発するプロ
ーブ光源９の前方に、入／４波長の偏光板３４を配設し
、円偏光として、偏光ビームスプリッタ３５によりＳ偏
光とＰ偏光とに分離し、ミラー３７もしくは３日で反射
させたのち、再び偏光ビームスプリッタ３６でほぼ同じ
光路に重ねることにより、近接したＳ偏光８ｃ及びＰ偏
光８ｄを得ることができる。

第７図から第１０図までの各図は、検出器の受光面で２
木のプローブ光の光量を等しくする制御手段を備えた本
発明の実施例を示す概略構成図で、第７図及び第８図は
安定化光学系として可変ＮＤフィルターを使用した例で
、第７図では可変ＮＯフィルター３９ａ及び３９ｂがプ
ローブ光源９Ｃ及び９ｄのすぐ前方に配設され、第８図
では可変ＮＤフィルター４０ａ及び４０ｂが検出器１０
のすぐ手前に配設されている。第９図はプローブ光源９
として半導体レーザー９Ｌａ及び９Ｌｂを使用した例で
、レーザーの駆動電流をドライバー４１ａ及び４１ｂで
コントロールすることにより、安定化光学系と同様に、
プローブ光の光強度をコントロールする。

第１Ｏ図は、同様にプローブ光源として半導体レーザー
９Ｌａ及び９Ｌｂを使用し、２本のプローブ光の光強度
変動を補償することにより、安定した測定を行う実施例
で、プローブ光源９Ｌａ及び９Ｌｂを励起光と異なる周
波数ｆａ及びｆｂで変調し、検出器ｌＯに入射するプロ
ーブ光の光強度信号を、ドライバー１１により、対応す
る周波数ｆａ及びｒｂで同期検出し、各プローブ光の光
強度変動を補償するように、制御ドライバー４２ａ及び
４２ｂによるフィードバックをかけるものである。

［発明の効果］ 本発明によれば、液面上に展開されている薄１１ｑの物
性を、高精度かつ高感度の光吸収特性の測定によって正
確に知ることができ、単分子累積膜形成装置に用いれば
、特性精度の極めて高い単分子累積膜が得られるもので
、安定化光学系等を備えることにより、液面の揺れ等に
よる薄膜面の変動を補償し、安定した測定結果を得られ
る薄膜の光物性測定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成図、第２図は本発明の原
理図、第３図はその原理に基づく基本装置の構成図、第
４図は測定結果のグラフ、第５図〜第１Ｏ図は本発明の
他の実施例の構成図、第１１図および第１２図は単分子
累積膜形成装置の説明図、第１３図は従来例の構成図、
第１４図〜第１８図はＰＳＤ素子の説明図である。 １：被測定物、２：液面、３：液体、 ４：液槽、５：励起光、６二励起光源、７：光強度変調
器、８ニブローブ光。 ９ニブローブ光源、ｌＯ：検出器、 １１ニドライバー、１２：ロックインアンプ、１３：レ
ンズ、１４：測定制御器、１５：基板、１７：成膜枠、
２４：基板ホルダ、 ２５：光路調整器、 ２Ｂ、　　　２７．　　２８．　　２９．　　３０．　
　３７．　　３８：　　　ミ　　ラ　−　、３１、３２
．３５．３ｅ：偏光ビームスプリフタ、３３．３４：偏
光素子、 ３９．４０：可変ＨｒＪｙイル’ｉ’−１４１：レーザ
ードライバー、 ４２：制御ドライバー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）液体の液面上に展開した薄膜の光物性を測定する
   光物性測定装置であって、その液体を収容する液槽と、
   液面上の薄膜の測定部位へ照射される励起光を出射する
   励起光源と、その励起光を前記測定部位到達前に強度変
   調する光強度変調器と、液面下から前記測定部位へ当該
   液面で全反射される入射角で照射されるプローブ光を２
   本もしくは２本以上出射するプローブ光源と、前記測定
   部位を通過したプローブ光の偏向量を検出器と、プロー
   ブ光の光路上に介設され、その偏向量を薄膜の変動に抗
   して安定させる安定化光学系とを備えたことを特徴とす
   る薄膜の光物性測定装置。