WO2016110935A1 - Ａｔｒ測定用対物光学系 - Google Patents

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WO2016110935A1
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mirror
measurement
optical system
prism
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上田　篤
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株式会社島津製作所
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Definitions

  • the present invention relates to an objective optical system used in analyzing a sample by a total reflection absorption method using an infrared microscope.
  • ATR measurement One of the surface analysis methods performed with an infrared microscope is the total reflection absorption (ATR) method (hereinafter referred to as “ATR measurement”).
  • ATR measurement as shown in FIG. 13A, the sample S is pressure-bonded to a prism (ATR prism) 438 having a higher refractive index than that of the sample S, and the infrared light is directed toward the surface of the sample S so that the total reflection criticality is achieved. Irradiate at an incident angle greater than the angle. Then, the infrared light is incident on the ATR prism 438 and then totally reflected at the boundary surface B between the ATR prism 438 and the sample S.
  • the infrared light enters the sample S side slightly beyond the boundary surface B (a fraction of the wavelength of the measured infrared light) as shown in FIG. Part receives inherent absorption.
  • the sample surface can be analyzed by analyzing the absorption spectrum of infrared light reflected from the sample after being slightly immersed in the sample surface.
  • FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a general objective optical system used in an infrared microscope in recent years.
  • the objective optical system shown in the figure includes a Cassegrain mirror (also called a Schwarzschild-type reflective objective mirror), a substantially hemispherical ATR prism 538, and a prism holder 537 for holding the ATR prism 538.
  • the Cassegrain mirror includes a concave primary mirror 511 having an opening 513 in the center, and a convex secondary mirror 512 arranged immediately below the opening 513.
  • the primary mirror 511 faces the concave surface downward, and the secondary mirror 512 is fixed with the convex surface facing upward.
  • the diameter of the ATR prism 538 is about several mm.
  • the bottom surface of the ATR prism 538 is a complete flat surface or a spherical surface slightly bulging downward, and the region where the ATR prism 538 and the sample S are in contact is a small region having a diameter of about several tens to several hundreds of ⁇ m. It becomes. Hereinafter, this small area is referred to as “contact P” between the prism and the sample.
  • contact P this small area is referred to as “contact P” between the prism and the sample.
  • an infrared light source, a visible light source, a detection optical system for detecting infrared light, a visual optical system for visually observing a sample using visible light, and a sample S are mounted.
  • a sample stage 580 or the like is included as a component of the infrared microscope.
  • the light (measurement light) from the infrared light source enters the secondary mirror 512 from above the objective optical system via the opening 513, is reflected by the convex surface of the secondary mirror 512, and enters the primary mirror 511.
  • the measurement light reflected and collected by the concave surface of the main mirror 511 is incident on the ATR prism 538 disposed at the focal point of the main mirror 511 and irradiated on the contact P. Then, the reflected infrared light from the sample S enters the detection optical system of the infrared microscope through the primary mirror 511 and the secondary mirror 512 and is detected.
  • the ATR method measures the absorption spectrum of the sample surface layer by measuring the total reflection light absorbed and attenuated in the process in which the measurement light slightly immersed in the sample surface passes through the sample surface layer. It is an analysis method to obtain The penetration depth of the measurement light at this time depends on the refractive index n of the ATR prism and the incident angle ⁇ of the light to the sample. Among these, in order to change the refractive index n, it is necessary to prepare a plurality of ATR prisms made of different materials. However, since the ATR prism is relatively expensive, there is a problem in that the cost for ATR measurement is increased. There is.
  • the solid angle of the aperture of the reflecting objective mirror is reduced by reducing the minimum incident angle.
  • the minimum incident angle approaches the critical angle, and due to the effect of anomalous dispersion of the refractive index n, the shape change of the absorption peak (differential shaping, low wavenumber peak intensity becomes relatively large, low wavenumber Shift to the side, etc.).
  • the shape change of the absorption peak (differential shaping, low wavenumber peak intensity becomes relatively large, low wavenumber Shift to the side, etc.).
  • Patent Document 1 discloses that an absorption spectrum having different penetration depths can be obtained using one ATR prism by changing the incident angle range of light to the sample.
  • An objective optical system is described.
  • a light-shielding mask M having an arc-shaped opening is disposed above the secondary mirror 612, so that the measurement light incident on the secondary mirror 612 from the infrared light source can be obtained. Part of it can be shielded.
  • a plurality of masks having different shapes and sizes of the openings are prepared as the light shielding mask M.
  • the light-shielding mask M and the slide mechanism are provided at predetermined positions of the objective optical system, specifically, an attachment portion 616 for attaching the objective optical system to the revolver of the infrared microscope. It is arranged at any position below the area where the Cassegrain mirror composed of the primary mirror 611 and the secondary mirror 612 is accommodated.
  • the distance from this mounting portion (716 in FIG. 15 (b)) to the Cassegrain mirror (711 and 712 in FIG. 15 (b)). Is shorter than before. This is due to the difference in imaging magnification between the conventional objective optical system and the recent objective optical system.
  • the imaging magnification increases, and conversely, when the distance is long, the imaging magnification decreases.
  • the sample surface is observed with the naked eye using a visual optical system including an objective lens L made of glass or the like when positioning the sample S.
  • a relatively high magnification (about 30 times) was required.
  • the imaging magnification is increased, there is a problem that an observable region (field of view) is narrowed and it is difficult to search for a measurement target region on the sample surface.
  • an objective optical system having a relatively low imaging magnification of about 15 times and a visual optical system including a digital camera such as a CCD camera or a CMOS camera have been used in combination.
  • a visual optical system including a digital camera such as a CCD camera or a CMOS camera
  • an image of the sample surface photographed by the digital camera of the visual optical system can be displayed on a monitor of a personal computer or the like, and can be observed while being magnified by a digital zoom or the like as necessary.
  • the distance from the boundary surface B to the Cassegrain mirrors 711 and 712 is designed to be longer in order to lower the imaging magnification compared to the conventional art.
  • the distance from the Cassegrain mirrors 711 and 712 to the mounting portion 716 is shortened.
  • a baffle 715 for reducing stray light is provided on the inner periphery of the opening provided in the main mirror 711.
  • the light beam of the measurement light above the secondary mirror is relatively thin, in order to achieve the target incident angle ⁇ , it is necessary to process the opening provided on the light shielding mask M with high accuracy, and to shield the light.
  • the mask M must be configured so that it can be positioned precisely on the optical path of the measurement light, resulting in an increase in manufacturing cost.
  • the present invention has been made in view of the above points, and the object of the present invention is measurement that places importance on optical throughput in one objective optical system, and measurement that places emphasis on mitigating the effects of abnormal refractive index dispersion. And an objective optical system for ATR measurement that can easily adjust the penetration depth of measurement light into a sample and can be manufactured at a relatively low cost.
  • the objective optical system according to the present invention made to solve the above problems is an objective optical system that is attached to an infrared microscope and used for analyzing a sample surface by a total reflection absorption method.
  • the incident angle range of the measurement light to the sample can be adjusted. Therefore, even in an objective optical system designed to obtain a large optical throughput by increasing the solid angle of the aperture of the Cassegrain mirror, incident light near the critical angle can be obtained by changing the minimum incident angle using the light shielding means. Can alleviate the effect of anomalous dispersion. Further, by using the light shielding means, it is possible to easily adjust the penetration depth of the measurement light into the sample.
  • the objective optical system according to the present invention has an advantage that it can be manufactured at a relatively low cost because high accuracy is not required for manufacturing and positioning of the light shielding means.
  • the objective optical system according to the present invention further includes: e) a housing containing the primary mirror and the secondary mirror; f) a prism holder that holds the prism and can be attached to and detached from a lower portion of the housing; Have It is desirable that the light shielding means is a light shielding mask mounted on the prism holder above the prism.
  • the amount of light blocked by the light shielding means can be easily achieved by attaching the light shielding mask to the prism holder or removing the light shielding mask from the prism holder. Can be changed.
  • the incident angle range of the measurement light to the sample can be easily adjusted, and a single objective optical system can easily switch between measurement that emphasizes optical throughput and measurement that emphasizes relaxation of the abnormal dispersion. Can be done. It is also possible to easily obtain a plurality of absorption spectra measured at different penetration depths by adjusting the incident angle range.
  • a prism holder with a light shielding mask and a prism holder without a light shielding mask are prepared in advance, and the light shielding amount can be changed by appropriately replacing the prism holder attached to the housing. Also good.
  • a plurality of light shielding masks having different shapes and sizes are prepared in advance, and the light shielding masks attached to the prism holder are appropriately replaced, or the plurality of light shielding masks are fixed to different prism holders, The light shielding amount can be changed by appropriately replacing the prism holder attached to the housing.
  • the objective optical system according to the present invention is
  • the primary mirror has an opening for introducing measurement light and is arranged with the concave surface facing down,
  • the secondary mirror is disposed below the primary mirror with the convex surface facing upward;
  • the measurement light beam incident from above the primary mirror through the opening is reflected by the convex surface of the secondary mirror, and the reflected light is re-reflected by the concave surface of the primary mirror and collected at a point below the secondary mirror.
  • the light-shielding means may be a light-shielding mask that is mounted below the secondary mirror so as to be movable horizontally and vertically.
  • the light shielding amount of the measurement light by the light shielding mask can be easily changed, and the incident angle range of the measurement light to the sample can be adjusted. Therefore, in the same way as described above, with one objective optical system, measurement that emphasizes optical throughput and measurement that emphasizes relaxation of anomalous dispersion can be easily switched, or measured at different penetration depths. It is possible to easily acquire a plurality of absorption spectra.
  • the primary mirror has an opening for introducing measurement light and is arranged with the concave surface facing down
  • the secondary mirror is disposed below the primary mirror with the convex surface facing upward;
  • the measurement light beam incident from above the primary mirror through the opening is reflected by the convex surface of the secondary mirror, and the reflected light is re-reflected by the concave surface of the primary mirror and collected at a point below the secondary mirror.
  • the light-shielding means is a light-shielding mask attached below the secondary mirror;
  • the light shielding mask may be configured to be rotatable around an axis extending parallel to the light shielding mask and in the horizontal direction.
  • the light shielding amount of the measurement light by the light shielding mask is easily changed, and the incident angle range of the measurement light to the sample is adjusted. be able to. Therefore, in the same way as described above, with one objective optical system, measurement that emphasizes optical throughput and measurement that emphasizes relaxation of anomalous dispersion can be easily switched, or measured at different penetration depths. It is possible to easily acquire a plurality of absorption spectra.
  • a single objective optical system can be easily switched between measurement focusing on optical throughput and measurement focusing on relaxation of the anomalous dispersion, or with different penetration depths. It is possible to provide an ATR measurement objective optical system that can easily acquire a plurality of absorption spectra measured in step 1 and that can be manufactured at a relatively low cost.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an objective optical system according to a first embodiment of the present invention.
  • the schematic diagram which shows the optical path of the measurement light when not mounting
  • the schematic diagram which shows the optical path of the measurement light at the time of mounting
  • the graph which shows an example of the absorption spectrum obtained in the state which does not mount
  • FIG. 2A is a plan view of a light shielding mask in the embodiment
  • FIG. 3A shows a light shielding mask provided with a light shielding portion with a small diameter
  • FIG. 2B shows a light shielding mask provided with a light shielding portion with a large diameter.
  • the front view, (e) is a plan view showing a state where a light shielding mask is placed on the support, and (f) is the front view.
  • the schematic diagram which shows the state which retracted the light-shielding mask from the optical path of measurement light in the objective optical system which concerns on 2nd Embodiment of this invention.
  • the schematic diagram which shows the state which inserted the light shielding mask on the optical path of measurement light in the embodiment.
  • the schematic diagram which shows the state which retracted the light-shielding mask from the optical path of measurement light in 3rd Embodiment of this invention.
  • the schematic diagram which shows the state which inserted the light shielding mask on the optical path of measurement light in the embodiment.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an objective optical system according to the first embodiment of the present invention.
  • This objective optical system is used by being attached to a revolver of an infrared microscope, and includes a Cassegrain mirror housing portion 110 housing a Cassegrain mirror and a prism housing portion 120 housing a substantially hemispherical ATR prism 138. ing.
  • the Cassegrain mirror housing part 110 has an attachment part 116 for attaching to a revolver of an infrared microscope at the upper end, and a concave main mirror 111 and a convex secondary mirror 112 constituting the Cassegrain mirror are housed inside.
  • a concave main mirror 111 and a convex secondary mirror 112 constituting the Cassegrain mirror are housed inside.
  • both the concave surface of the primary mirror 111 and the convex surface of the secondary mirror 112 have a circular outer shape when viewed from above.
  • the primary mirror 111 has an opening for introducing light at the center, and is held in the Cassegrain mirror housing 110 with the concave surface facing downward.
  • the secondary mirror 112 is disposed below the primary mirror 111 with the convex surface facing upward.
  • an upper opening 113 and a lower opening 114 for allowing light to pass therethrough are respectively provided in the upper and lower portions of the Cassegrain mirror housing 110, and a light shielding member for reducing stray light is provided on the inner periphery of the upper opening 113.
  • a baffle 115 is arranged.
  • the prism accommodating portion 120 is a cylindrical member that is used by being attached to the lower portion of the Cassegrain mirror accommodating portion 110, and includes a plate accommodating portion 121 for accommodating the slide plate 130 holding the ATR prism 138.
  • FIG. 2 shows the configuration of the slide plate 130.
  • the slide plate 130 has a main body 131 that is a rectangular plate-like member, and a grip 132 that is attached to the short side of the main body 131.
  • Protrusions 133 are formed on the side surfaces of the main body 131 along the longitudinal direction. By fitting these convex parts 133 with groove-shaped recesses 122 provided on the inner side surface of the plate accommodating part 121, The slide plate 130 can be slidably held in the prism accommodating portion 120.
  • a mask accommodating portion 134 formed of a circular recess is formed on the upper surface of the main body 131 of the slide plate 130.
  • a circular through hole having a smaller diameter than the mask accommodating portion 134 is formed at the center of the mask accommodating portion 134.
  • a certain prism opening 135 is provided.
  • a viewing opening 136 that is a through hole having substantially the same diameter as the prism opening 135 is provided next to the mask housing portion 134 and the prism opening 135.
  • the prism opening 135 houses a prism holder 137 having a mortar shape.
  • the prism holder 137 has an ATR prism 138 fitted in an opening provided at the center thereof.
  • the light shielding mask 140 which is a characteristic element of the present invention is accommodated in the mask accommodating portion 134.
  • the light shielding mask 140 is made of a thin circular plate having light shielding properties, and includes an annular frame portion 141, a circular light shielding portion 142 disposed at the center of the frame portion 141, and the frame portion 141 and the light shielding portion 142. And a connecting portion 143 for connecting.
  • the outer diameter of the light shielding part 142 is smaller than the inner diameter of the frame part 141, whereby an arc-shaped slit 144 is formed between the outer periphery of the light shielding part 142 and the inner periphery of the frame part 141.
  • the light shielding mask 140 may be fixed to the mask accommodating portion 134 of the slide plate 130 with an adhesive or the like, or only placed on the mask accommodating portion 134.
  • the light shielding mask 140 is not fixed to the slide plate 130, there is an advantage that the user can easily attach and remove the light shielding mask 140 to and from the slide plate 130 as necessary.
  • the light shielding mask 140 is fixed to the slide plate 130, there is an advantage that the light shielding mask 140, which is a small component, can be prevented from being lost. In this case, apart from the slide plate 130 to which the light-shielding mask 140 is fixed, a slide plate that does not have the light-shielding mask 140 is prepared, and these slide plates are used properly as necessary. desirable.
  • the user places a sample on the sample stage of the infrared microscope with the objective optical system attached to the infrared microscope. S is arranged. Then, the slide plate 130 is slid in the horizontal direction so that the visual opening 136 is positioned directly below the lower opening 114 of the Cassegrain mirror housing 110. In this state, when light (visible light) from a visible light source provided in the infrared microscope is irradiated to the Cassegrain mirror from the upper opening 113, the visible light is reflected by the secondary mirror 112 and the primary mirror 111 and irradiated to the sample S.
  • the light reflected from the surface of the sample S enters the infrared microscope from the upper opening 113 of the Cassegrain mirror housing 110 again through the primary mirror 111 and the secondary mirror 112.
  • An image obtained by this incident light is taken by a CCD camera or the like provided in the visual optical system of the infrared microscope and displayed on a PC monitor or the like.
  • the user adjusts the position of the sample S by moving the sample stage while visually observing the image displayed on the monitor or the like, and positions the region (measurement point) to be measured on the surface of the sample S at the focal point of the main mirror 111.
  • the user again slides the slide plate 130 in the horizontal direction, and this time the prism opening 135 is positioned directly below the lower opening 114 of the Cassegrain mirror housing 110.
  • the ATR prism 138 is placed above the measurement point of the sample S, so that the sample stage is further raised and the sample S is pressure-bonded to the bottom surface of the ATR prism 138.
  • the infrared light is sub-mirror 112 and primary mirror 111.
  • the light enters the prism opening 135.
  • the light shielding mask 140 is not attached to the mask accommodating portion 134 provided at the upper end of the prism opening 135, most of the measurement light reflected and condensed by the primary mirror 111 is an ATR prism.
  • the contact P between 138 and the sample S is irradiated.
  • the light shielding mask 140 is attached to the mask housing portion 134, only the light that has passed through the slit 144 on the light shielding mask 140 out of the measurement light is irradiated to the contact P. . *
  • the incident angle of the measurement light with respect to the boundary surface B between the sample S and the ATR prism 138 is, for example, 22 ° to 45 °.
  • the light-shielding mask 140 is attached to the slide plate 130, light having an incident angle in the range of 22 ° to 30 ° out of the light flux of the measurement light is shielded by the light-shielding mask 140 as shown in FIG. It is blocked by the portion 142 and is no longer incident on the contact point P. That is, the incident angle of the measurement light with respect to the boundary surface B is limited to 30 ° to 45 °.
  • the measurement light incident on the contact P is reflected after being slightly immersed in the surface of the sample S.
  • the reflected infrared light enters the infrared microscope through the primary mirror 111 and the secondary mirror 112 and is detected by a detection optical system provided in the infrared microscope.
  • An example of the measurement result obtained at this time is shown in FIGS.
  • NBR nitrile rubber
  • FIGS. 5 show the measurement result when the light shielding mask 140 is not attached to the slide plate 130 (that is, the incident angle is 22 ° to 45 °), and FIG.
  • the configuration in which the incident angle range of the measurement light can be switched between two types depending on the presence or absence of the light shielding mask 140 has been described as an example.
  • the present invention is not limited to this. It is good also as a structure.
  • two types of light shielding masks 140 and 150 having different sizes of the light shielding portions 142 and 152 are prepared. Depending on which one is used or which one of the light-shielding masks 140 and 150 is not used, it is possible to achieve a configuration capable of measurement in three types of incident angle ranges.
  • the light shielding mask may not be fixed to the slide plate, and only the light shielding mask may be replaced according to a required incident angle.
  • the mask may be fixed to the slide plate, and the entire slide plate may be exchanged according to the required incident angle.
  • a mask 160 of the slide plate 130 is used as a support body 160 including an annular frame portion 161, a circular center portion 162, and a connecting portion 163 that connects the two. It is fixed to the upper surface of the support 160 with an adhesive or the like, which is smaller than the inner diameter of the frame portion 161 and larger than the outer diameter of the center portion 162 as shown in FIGS.
  • a light shielding mask 170 made of a circular light shielding plate having a diameter may be placed.
  • FIGS. 8E and 8F show a state where the light shielding mask 170 is placed on the support 160.
  • the incident angle of the measurement light on the boundary surface B can be changed between the state where the light shielding mask 170 is placed on the support 160 and the state where it is not placed. Further, the incident angle may be changed in multiple stages by preparing a plurality of light shielding masks 170 having different diameters and replacing the light shielding masks 170 placed on the support 160 as necessary.
  • FIGS. 1 to 4 are longitudinal sectional views of an objective optical system according to the second embodiment of the present invention. Components that are the same as or correspond to those shown in FIGS. 1 to 4 described above are given the same reference numerals in the last two digits, and description thereof will be omitted as appropriate.
  • the components other than the primary mirror 211, the secondary mirror 212, the light shielding mask 240, and the actuator 217 (described later) are not shown.
  • the omitted constituent elements conventionally known constituent elements of the objective optical system for ATR measurement can be adopted.
  • a light shielding mask 240 is arranged below the secondary mirror 212, and the light shielding mask 240 is moved up and down to change the incident angle of the measurement light to the boundary surface B.
  • an actuator 217 for driving the light shielding mask 240 is attached so as to pass through the center of the secondary mirror 212, and a circular light shielding plate is provided at the lower end of a drive shaft 217a provided at the lower portion of the actuator 217.
  • a shading mask 240 is attached. Note that a region surrounded by a square frame at the lower left of FIG. 9 shows a state where the light shielding mask 240 is viewed from below.
  • the actuator 217 is controlled by a control unit (not shown), and when the user inputs a desired minimum incident angle to the control unit, the drive shaft 217a is driven up and down to a position corresponding to the minimum incident angle.
  • a light shielding mask 240 is disposed.
  • the incident angle of the measurement light becomes 22 ° to 45 ° by moving the light shielding mask 240 upward and retracting from the optical path of the measurement light.
  • the incident angle of the measurement light is limited to 30 ° to 45 ° by being moved downward and inserted into the optical path of the measurement light.
  • the minimum incident angle of the measurement light can be arbitrarily adjusted within a predetermined range by continuously changing the vertical position of the light shielding mask 240.
  • FIGS. 1 to 4 are longitudinal sectional views of an objective optical system according to the third embodiment of the present invention.
  • Components that are the same as or correspond to those shown in FIGS. 1 to 4 described above are given the same reference numerals in the last two digits, and description thereof will be omitted as appropriate.
  • the components other than the primary mirror 311, the secondary mirror 312, the light shielding mask 340, and the actuator 317 are not shown, and the omitted components are the objective optical for ATR measurement.
  • Conventionally known components can be adopted as each component of the system.
  • a light shielding mask 340 is disposed below the secondary mirror 312, and the light shielding mask 340 is rotated around an axis parallel to the light shielding mask 340 and extending in the horizontal direction, thereby measuring light on the boundary surface B.
  • the incident angle can be changed.
  • a light shielding mask 340 made of a circular light shielding plate is disposed immediately below the secondary mirror 312, and an actuator 317 for driving the light shielding mask 340 has its rotating shaft 317a directed forward in the paper direction of FIG. In this state, it is arranged behind the light shielding mask 340.
  • the rotating shaft 317a is fixed to the light shielding mask 340 in a state of passing through the diameter direction of the light shielding mask 340.
  • a region surrounded by a square frame at the lower left of FIG. 11 shows a state where the light shielding mask 340 and the actuator 317 are viewed from the side.
  • the actuator 317 is controlled by a control unit (not shown).
  • the control unit When the user inputs a desired minimum incident angle to the control unit, the rotary shaft 317a is rotationally driven, and light is shielded at an angle corresponding to the minimum incident angle.
  • the mask 340 stops.
  • the light shielding mask 340 is retracted from the optical path of the measurement light by setting the light shielding mask 340 perpendicular to the boundary surface B, whereby the incident angle of the measurement light is 22 ° to 45 °. It has become.
  • the light shielding mask 340 is inserted in the optical path of the measurement light by setting the light shielding mask 340 in a state parallel to the boundary surface B, whereby the incident angle of the measurement light is 30 ° to 45 °. Is limited to. In this configuration, the minimum incident angle of the measurement light can be arbitrarily adjusted within a predetermined range by continuously changing the angle of the light shielding mask 340.

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Abstract

　赤外顕微鏡から照射された測定光を反射する凸面状の副鏡（１１２）と、副鏡で反射された測定光を反射する凹面状の主鏡（１１１）と、主鏡で反射された測定光が照射されるプリズム（１３８）とを有し、赤外顕微鏡に取り付けて全反射吸収法による試料表面の分析に用いられる対物光学系において、主鏡とプリズムとの間の測定光の光路上において測定光の光束の一部を遮断する遮光手段１４０を設ける。このような構成によれば、副鏡の手前側に十分なスペースがない場合にも、プリズム及び試料に入射する測定光の入射角を調整し、一台の対物光学系で、光学スループットを重視した測定と前記異常分散の緩和を重視した測定とを容易に切り替えて実行したり、異なる浸み込み深さで測定された複数の吸収スペクトルを容易に取得したりすることが可能となる。

Description

ＡＴＲ測定用対物光学系
　本発明は、赤外顕微鏡を用いた全反射吸収法による試料の分析の際に用いられる対物光学系に関する。
　赤外顕微鏡で行なわれる表面分析方法の一つに、全反射吸収（Attenuated Total Reflectance＝ＡＴＲ）法がある（以下、ＡＴＲ法による測定を「ＡＴＲ測定」とよぶ）。ＡＴＲ測定では、図１３（ａ）に示すように、試料Ｓよりも高い屈折率を有するプリズム（ＡＴＲプリズム）４３８に試料Ｓを圧着し、赤外光を試料Ｓの表面に向けて全反射臨界角以上の入射角で照射する。すると、赤外光はＡＴＲプリズム４３８に入射した後、ＡＴＲプリズム４３８と試料Ｓとの境界面Ｂで全反射される。全反射の際、赤外光は図１３（ｂ）に示すように境界面Ｂを僅かに（測定赤外光の波長の数分の１）越えて試料Ｓ側へ侵入し、試料Ｓの表面部分により固有の吸収を受ける。このように、ＡＴＲ測定では、試料表面に僅かに浸み込んだ上で該試料から反射された赤外光の吸収スペクトルを解析することにより、試料表面の分析を行なうことができる。
　図１４は、近年、赤外顕微鏡で用いられている一般的な対物光学系の構成を示す図である。図の対物光学系は、カセグレン鏡（シュワルツシルド型反射対物鏡ともよばれる）と、略半球状のＡＴＲプリズム５３８と、該ＡＴＲプリズム５３８を保持するためのプリズムホルダ５３７とを含む。カセグレン鏡は中央に開口５１３を備えた凹面状の主鏡５１１と、前記開口５１３の直下に配置された凸面状の副鏡５１２を備えており、主鏡５１１は凹面を下に向け、副鏡５１２は凸面を上に向けた状態で固定されている。上記ＡＴＲプリズム５３８の直径は数ｍｍ程度である。ここで、ＡＴＲプリズム５３８の底面は完全な平面または、僅かに下方に膨らんだ球面状となっており、ＡＴＲプリズム５３８と試料Ｓとが接触する領域は直径数十～数百μｍ程度の小さな領域となる。この小領域を以下ではプリズムと試料との「接点Ｐ」とよぶことにする。なお、以上の他にも、赤外光源、可視光源、赤外光を検出するための検出光学系、可視光を用いて試料を目視観察するための目視光学系、及び試料Ｓを載置するための試料ステージ５８０等が赤外顕微鏡の構成要素として含まれている。
　前記赤外光源からの光（測定光）は対物光学系の上方から開口５１３を介して副鏡５１２に入射し、該副鏡５１２の凸面で反射されて主鏡５１１に入射する。主鏡５１１の凹面で反射及び集光された測定光は、該主鏡５１１の焦点に配置されたＡＴＲプリズム５３８に入射して前記接点Ｐに照射される。そして、試料Ｓからの反射赤外光が、主鏡５１１及び副鏡５１２を経て赤外顕微鏡の検出光学系に入射して検出される。
　上記のように、ＡＴＲ法は、試料表面に僅かに浸み込んだ測定光が試料表面層を通過する過程で吸収減光された全反射光を測定することにより、該試料表面層の吸収スペクトルを得る分析手法である。このときの測定光の浸み込み深さは、ＡＴＲプリズムの屈折率ｎと前記試料への光の入射角θに依存する。このうち、屈折率ｎを変更するためには、材質の異なる複数のＡＴＲプリズムを用意する必要があるが、ＡＴＲプリズムは比較的高価であるため、ＡＴＲ測定に掛かるコストの増大を招来するという問題がある。
　また、ＡＴＲ測定で高い光学スループットを得るためには、カセグレン鏡から試料に入射する光の入射角範囲を広くする必要があるが、最小入射角を小さくして反射対物鏡の開口の立体角を大きくした場合、該最小入射角が臨界角に近づくことになり、屈折率ｎの異常分散の影響により、吸収ピークの形状変化（微分形状化、低波数ピーク強度が相対的に大きくなる、低波数側へシフトするなど）が起きやすくなるという問題がある。また、逆に屈折率ｎの異常分散の影響を抑えるためには、カセグレン鏡から試料に入射する光の最小入射角を大きくする必要がある。しかし、その場合、カセグレン鏡の開口の立体角が小さくなり光学スループットが低下するという問題がある。このように、光学スループットの向上と異常分散の低減とはトレードオフの関係にあり、従来の対物光学系は測定目的や設計意図に応じて入射光の角度範囲が固定されている。そのため、光学スループットを重視する測定と、屈折率ｎの異常分散の緩和を重視する測定をそれぞれ行う場合には、複数の対物光学系を使い分ける必要があった。
　これらの問題を解決するため、特許文献１には、前記試料への光の入射角範囲を変更することにより、一つのＡＴＲプリズムを用いて浸み込み深さの異なる吸収スペクトルを得ることのできる対物光学系が記載されている。この対物光学系は図１５（ａ）に示すように、円弧状の開口を備えた遮光マスクＭを副鏡６１２の上方に配置することにより、赤外光源から副鏡６１２に入射する測定光の一部を遮蔽できるようにしたものである。遮光マスクＭとしては、前記開口の形状や大きさが異なるものが複数用意され、所定のスライド機構によって前記測定光の光路上に配置する遮光マスクを切り替えることにより、副鏡６１２、主鏡６１１、及びＡＴＲプリズム６３８を経て試料Ｓに入射する光の入射角範囲を変更することができる。
特開平11-044636号公報
　上記の特許文献１に記載の対物光学系において、遮光マスクＭ及びスライド機構は対物光学系の所定の位置、具体的には、該対物光学系を赤外顕微鏡のレボルバに取り付けるための取付部６１６よりも下方で、且つ主鏡６１１及び副鏡６１２から成るカセグレン鏡が収容された領域よりも上方のいずれかの位置に配置される。しかしながら、近年の対物光学系では、図１５（ｂ）に示すように、この取付部（図１５（ｂ）中の７１６）からカセグレン鏡（図１５（ｂ）中の７１１及び７１２）までの距離が従来よりも短くなっている。これは、従来の対物光学系と近年の対物光学系における結像倍率の違いによるものである。
　試料ＳとＡＴＲプリズムとの境界面Ｂからカセグレン鏡までの距離が短いと結像倍率が高くなり、逆に該距離が長いと結像倍率が低くなる。図１５（ａ）のような従来の対物光学系では、試料Ｓを位置決めする際などに、ガラス等から成る対物レンズＬ等を含む目視光学系を用いて肉眼で試料表面を観察していたため、比較的高い倍率（３０倍程度）が必要とされていた。しかし、結像倍率を高くすると、観察できる領域（視野）が狭くなり、試料表面の測定対象領域を探索するのが難しくなるという問題がある。そのため、近年では、１５倍程度の比較的低い結像倍率の対物光学系と、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ等のデジタルカメラを備えた目視光学系を組み合わせて用いるのが主流となっている。この場合、該目視光学系のデジタルカメラで撮影された試料表面の像をパソコンのモニタ等に表示し、必要に応じてデジタルズーム等で拡大しながら観察することができる。
　つまり、近年のＡＴＲ測定用対物光学系（図１５（ｂ））では、従来よりも結像倍率を低くするために、前記境界面Ｂからカセグレン鏡７１１、７１２までの距離が長く設計されており、その反面、カセグレン鏡７１１、７１２から前記取付部７１６までの距離が短くなっている。更に、近年の対物光学系では、主鏡７１１に設けられた開口の内周に迷光低減用のバッフル７１５が設けられている。これらのことから、近年の対物光学系には、カセグレン鏡の上方に十分なスペースがなく、特許文献１に記載の対物光学系（図１５（ａ））のように、副鏡６１２の上方に遮光マスクＭやスライド機構を配置するのは困難である。なお、主鏡に穴を開けるなどすれば副鏡の上方に遮光マスク等を配置することも可能であるが、このような場合にはカセグレン鏡内への外乱光の侵入が問題となる。
　また、副鏡の上方における測定光の光束は比較的細いため、目的の入射角θを達成できるようにするためには遮光マスクＭ上に設ける開口を高精度に加工する必要があると共に、遮光マスクＭを測定光の光路上に厳密に位置決め可能な構成としなくてはならず、結果的に製造コストが増大するという問題もあった。
　本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、一つの対物光学系において光学スループットを重視する測定と、屈折率の異常分散による影響の緩和を重視する測定とを両立することができると共に、試料への測定光の浸み込み深さを容易に調整することができ、且つ比較的安価に製造可能なＡＴＲ測定用対物光学系を提供することにある。
　上記課題を解決するために成された本発明に係る対物光学系は、赤外顕微鏡に取り付けて全反射吸収法による試料表面の分析に用いられる対物光学系であって、
　a)前記赤外顕微鏡から照射された測定光を反射する凸面状の副鏡と、
　b)前記副鏡で反射された前記測定光を反射する凹面状の主鏡と、
　c)前記主鏡で反射された前記測定光が照射されるプリズムと、
　d)前記主鏡と前記プリズムとの間の前記測定光の光路上において該測定光の光束の一部を遮断する遮光手段と、
　を有することを特徴としている。
　このような構成によれば、前記主鏡と前記プリズムの間で測定光の光束の一部を遮断する構成としたことにより、上述した近年の対物光学系のように副鏡の手前側（上方）に十分なスペースがない場合にも、試料への測定光の入射角度範囲を調整することができる。そのため、カセグレン鏡の開口の立体角を大きくして大きな光学スループットが得られるよう設計された対物光学系においても、前記遮光手段を用いて最小入射角を変更することにより、臨界角付近の入射光による異常分散の影響を緩和することができる。また、該遮光手段を用いることにより、測定光の試料への浸み込み深さを容易に調整することも可能となる。
　また、前記主鏡とプリズムとの間の光路上では（副鏡の手前側に比べて）測定光の光束が比較的太く、前記近年の対物光学系のように遮光マスクの形状、寸法、及び位置の僅かな差によって前記入射角が大きく変動してしまうことがない。その結果、本発明に係る対物光学系は、遮光手段の製造や位置決めに際して高い精度が要求されないため、比較的安価に製造できるという利点も有している。
　前記本発明に係る対物光学系は、更に、
　e)前記主鏡及び前記副鏡を収容した筐体と、
　f)前記プリズムを保持し、前記筐体の下部に着脱可能なプリズムホルダと、
　を有し、
　前記遮光手段が、前記プリズムホルダ上で前記プリズムの上方に取り付けられた遮光マスクであるものとすることが望ましい。
　このような構成によれば、前記遮光マスクを前記プリズムホルダに取り付けたり、該遮光マスクを該プリズムホルダから取り外したりすることによって、前記遮光手段によって遮断される光束の量（遮光量）を容易に変更することができる。その結果、試料への測定光の入射角度範囲が容易に調整可能となり、一台の対物光学系で、光学スループットを重視した測定と前記異常分散の緩和を重視した測定の両方を容易に切り替えて行うことが可能となる。また、前記入射角度範囲の調整により異なる浸み込み深さで測定された複数の吸収スペクトルを容易に得ることも可能となる。
　また、遮光マスクが取り付けられたプリズムホルダと、遮光マスクが取り付けられていないプリズムホルダとを予め用意しておき、前記筐体に取り付けるプリズムホルダを適宜交換することにより前記遮光量を変更できる構成としてもよい。
　あるいは、形状や大きさの異なる複数の遮光マスクを予め用意しておき、前記プリズムホルダに取り付ける遮光マスクを適宜交換したり、前記複数の遮光マスクをそれぞれ別のプリズムホルダに固定しておき、前記筐体に取り付けるプリズムホルダを適宜交換したりすることによって、前記遮光量を変更できる構成とすることもできる。
　また、前記本発明に係る対物光学系は、
　前記主鏡が測定光導入用の開口を有すると共に前記凹面を下に向けて配置され、
　前記副鏡が前記凸面を上に向けた状態で前記主鏡の下方に配置されており、
　前記開口を通じて前記主鏡の上方から入射した前記測定光の光束を前記副鏡の凸面で反射させ、この反射光を前記主鏡の凹面で再反射させて、前記副鏡の下方の一点に集光させるように構成されたものであって、
　前記遮光手段が、前記副鏡の下方に水平且つ上下動可能に取り付けられた遮光マスクであることを特徴とするものとしてもよい。
　このような構成によれば、前記遮光マスクを上下動させることにより、該遮光マスクによる前記測定光の遮光量を容易に変更し、試料への測定光の入射角度範囲を調整することができる。そのため、上記同様に、一台の対物光学系で、光学スループットを重視した測定と前記異常分散の緩和を重視した測定とを容易に切り替えて実行したり、異なる浸み込み深さで測定された複数の吸収スペクトルを容易に取得したりすることが可能となる。
　あるいは、前記本発明に係る対物光学系は、
　前記主鏡が測定光導入用の開口を有すると共に前記凹面を下に向けて配置され、
　前記副鏡が前記凸面を上に向けた状態で前記主鏡の下方に配置されており、
　前記開口を通じて前記主鏡の上方から入射した前記測定光の光束を前記副鏡の凸面で反射させ、この反射光を前記主鏡の凹面で再反射させて、前記副鏡の下方の一点に集光させるように構成されたものであって、
　前記遮光手段が、前記副鏡の下方に取り付けられた遮光マスクであって、
　該遮光マスクが、該遮光マスクと平行且つ水平方向に延伸する軸の周りに回転可能に構成されていることを特徴とするものとしてもよい。
　このような構成によれば、前記遮光マスクを前記軸の周りに回転させることにより、該遮光マスクによる前記測定光の遮光量を容易に変更し、試料への測定光の入射角度範囲を調整することができる。そのため、上記同様に、一台の対物光学系で、光学スループットを重視した測定と前記異常分散の緩和を重視した測定とを容易に切り替えて実行したり、異なる浸み込み深さで測定された複数の吸収スペクトルを容易に取得したりすることが可能となる。
　以上の通り、本発明によれば、一台の対物光学系で、光学スループットを重視した測定と前記異常分散の緩和を重視した測定とを容易に切り替えて実行したり、異なる浸み込み深さで測定された複数の吸収スペクトルを容易に取得したりすることができ、且つ比較的安価に製造可能なＡＴＲ測定用対物光学系を提供することが可能となる。
本発明の第１実施形態に係る対物光学系の縦断面図。 同実施形態におけるスライドプレート及び遮光マスクの斜視図。 前記対物光学系に遮光マスクを装着しない場合の測定光の光路を示す模式図。 前記対物光学系に遮光マスクを装着した場合の測定光の光路を示す模式図。 前記対物光学系に遮光マスクを装着しない状態で得られた吸収スペクトルの一例を示すグラフ。 前記対物光学系に遮光マスクを装着した状態で得られた吸収スペクトルの一例を示すグラフ。 同実施形態における遮光マスクの平面図であって（ａ）は径の小さな遮光部を備えた遮光マスクを示し、（ｂ）は径の大きな遮光部を備えた遮光マスクを示す。 同実施形態における遮光手段の別の構成例を示す図であって、（ａ）は支持体の平面図、（ｂ）は同正面図、（ｃ）は遮光マスクの平面図、（ｄ）は同正面図、（ｅ）は支持体に遮光マスクを載置した状態を示す平面図、（ｆ）は同正面図である。 本発明の第２実施形態に係る対物光学系において測定光の光路上から遮光マスクを待避させた状態を示す模式図。 同実施形態において測定光の光路上に遮光マスクを挿入した状態を示す模式図。 本発明の第３実施形態において測定光の光路上から遮光マスクを待避させた状態を示す模式図。 同実施形態において測定光の光路上に遮光マスクを挿入した状態を示す模式図。 ＡＴＲ法の原理を説明するための模式図であって、（ａ）は赤外光を試料とＡＴＲプリズムとの境界面で全反射させた状態を示し、（ｂ）は（ａ）中の丸で囲んだ領域を拡大したものを示している。 従来の赤外顕微鏡システムの概略構成図。 特許文献１に記載の対物光学系と近年の対物光学系を比較するための図であって、（ａ）は前者の模式図、（ｂ）は後者の模式図である。
　以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。
［実施形態１］
　図１は、本発明の第１実施形態に係る対物光学系の縦断面図である。この対物光学系は、赤外顕微鏡のレボルバに取り付けて使用されるものであり、カセグレン鏡を収容したカセグレン鏡収容部１１０と、略半球状のＡＴＲプリズム１３８を収容したプリズム収容部１２０とを備えている。
　カセグレン鏡収容部１１０は、赤外顕微鏡のレボルバに取り付けるための取付部１１６を上端に有しており、内部にはカセグレン鏡を構成する凹面状の主鏡１１１と凸面状の副鏡１１２が収容されている。なお、主鏡１１１の凹面及び副鏡１１２の凸面は、いずれも上方から見ると円形の外形を有している。主鏡１１１は中央に光を導入するための開口を有し、凹面を下に向けた状態でカセグレン鏡収容部１１０に保持されている。副鏡１１２は、凸面を上に向けた状態で主鏡１１１の下方に配置されている。また、カセグレン鏡収容部１１０の上部及び下部には、それぞれ光を通過させるための上部開口１１３及び下部開口１１４が設けられており、上部開口１１３の内周には迷光を低減するための遮光部材であるバッフル１１５が配置されている。
　プリズム収容部１２０は、カセグレン鏡収容部１１０の下部に取り付けて使用される円柱状の部材であり、ＡＴＲプリズム１３８を保持したスライドプレート１３０を収容するためのプレート収容部１２１を備えている。
　図２に、スライドプレート１３０の構成を示す。スライドプレート１３０は、長方形の板状部材である本体部１３１と、該本体部１３１の短辺に取り付けられた把持部１３２を有している。本体部１３１の側面には、長手方向に沿って凸部１３３が形成されており、これらの凸部１３３をプレート収容部１２１の内側面に設けられた溝状の凹部１２２と嵌合させることにより、スライドプレート１３０をプリズム収容部１２０に摺動可能に保持することができる。
　スライドプレート１３０の本体部１３１の上面には、円形の凹部から成るマスク収容部１３４が形成され、該マスク収容部１３４の中央には、該マスク収容部１３４よりも径の小さい円形の貫通孔であるプリズム用開口１３５が設けられている。また、該マスク収容部１３４及びプリズム用開口１３５の隣には、プリズム用開口１３５と略同一径の貫通孔である目視用開口１３６が設けられている。プリズム用開口１３５にはすり鉢状の形状を有するプリズムホルダ１３７が収容される。このプリズムホルダ１３７は、その中心に設けられた開口にＡＴＲプリズム１３８が嵌め込まれている。
　前記マスク収容部１３４には、本発明の特徴的要素である遮光マスク１４０が収容される。遮光マスク１４０は、遮光性を有する薄い円形の板から成り、円環状の枠部１４１と該枠部１４１の中央に配置された円形の遮光部１４２と、該枠部１４１と遮光部１４２を互いに連結するための連結部１４３とを備えている。遮光部１４２の外径は枠部１４１の内径よりも小さくなっており、これにより遮光部１４２の外周と枠部１４１の内周との間に円弧状のスリット１４４が形成される。
　なお、遮光マスク１４０は、接着剤等でスライドプレート１３０のマスク収容部１３４に固定してもよく、マスク収容部１３４内に載置するだけであってもよい。遮光マスク１４０をスライドプレート１３０に固定しない場合には、必要に応じてユーザが容易に遮光マスク１４０をスライドプレート１３０に取り付け及び取り外しできるという利点がある。一方、遮光マスク１４０をスライドプレート１３０に固定する場合には、小型部品である遮光マスク１４０の紛失を防止できるという利点がある。なお、この場合には、遮光マスク１４０が固定されたスライドプレート１３０とは別に、遮光マスク１４０を有しないスライドプレートを用意しておき、これらのスライドプレートを必要に応じて使い分けるようにすることが望ましい。
　以上のような構成の対物光学系を用いてＡＴＲ法による分析を行う際には、まず、該対物光学系を赤外顕微鏡に取り付けた状態で、ユーザが該赤外顕微鏡の試料ステージ上に試料Ｓを配置する。そして、スライドプレート１３０を水平方向にスライドさせて、目視用開口１３６をカセグレン鏡収容部１１０の下部開口１１４の直下に位置させる。この状態で赤外顕微鏡に設けられた可視光源からの光（可視光）を上部開口１１３からカセグレン鏡に照射すると、該可視光は副鏡１１２及び主鏡１１１で反射されて試料Ｓに照射され、該試料Ｓの表面で反射された光が再び主鏡１１１及び副鏡１１２を経てカセグレン鏡収容部１１０の上部開口１１３から赤外顕微鏡に入射する。この入射光によって得られる像は、赤外顕微鏡の目視光学系に設けられたＣＣＤカメラ等で撮影され、ＰＣのモニタ等に表示される。ユーザは、該モニタ等に表示された像を目視観察しながら試料ステージを動かすことにより試料Ｓの位置を調節し、試料Ｓ表面の測定したい領域（測定点）を主鏡１１１の焦点に位置させる。
　このようにして試料Ｓの位置が決定されると、ユーザは再びスライドプレート１３０を水平方向にスライドさせ、今度はプリズム用開口１３５をカセグレン鏡収容部１１０の下部開口１１４の直下に位置させる。これにより、ＡＴＲプリズム１３８が試料Ｓの測定点の上方に配置された状態となるため、更に試料ステージを上昇させてＡＴＲプリズム１３８の底面に試料Ｓを圧着させる。この状態で、赤外顕微鏡に設けられた赤外光源からの光（赤外光）を上部開口１１３からカセグレン鏡に照射すると、該赤外光（測定光）は、副鏡１１２及び主鏡１１１で反射された後、プリズム用開口１３５に入射する。このとき、該プリズム用開口１３５の上端に設けられたマスク収容部１３４に遮光マスク１４０が取り付けられていない場合には、前記主鏡１１１で反射及び集光された測定光はその殆どがＡＴＲプリズム１３８と試料Ｓの接点Ｐに照射される。一方、該マスク収容部１３４に遮光マスク１４０が取り付けられている場合には、前記測定光のうち、該遮光マスク１４０上のスリット１４４を通過した光のみが前記接点Ｐに照射されることとなる。　
　このときの測定光の光路の違いについて図３及び図４に一例を挙げて説明する。スライドプレート１３０に遮光マスク１４０が取り付けられていない場合には、図３に示すように、主鏡１１１で反射及び集光された測定光の光束は、その殆どが前記接点Ｐに入射する。その結果、試料ＳとＡＴＲプリズム１３８との境界面Ｂに対する測定光の入射角度は例えば２２°～４５°となる。一方、スライドプレート１３０に遮光マスク１４０が取り付けられている場合には、図４に示すように、前記測定光の光束のうち、入射角度２２°～３０°の範囲の光は遮光マスク１４０の遮光部１４２で遮られて前記接点Ｐに入射しなくなる。つまり、境界面Ｂに対する測定光の入射角度は３０°～４５°に制限される。
　前記接点Ｐに入射した測定光は、試料Ｓの表面に僅かに浸み込んだ後に反射される。この反射赤外光は、主鏡１１１及び副鏡１１２を経て赤外顕微鏡に入射し、該赤外顕微鏡に設けられた検出光学系により検出される。このとき得られる測定結果の一例を図５及び図６に示す。これらは、いずれもカーボンブラックの含有率が比較的高いニトリルゴム（ＮＢＲ）で、カーボンブラックの含有率が異なる３種類（４０，４５，５０ｗｔ％）のニトリルゴムを試料としてＡＴＲ法による測定を行った結果である。図５はスライドプレート１３０に遮光マスク１４０が取り付けられていない状態（すなわち前記入射角が２２°～４５°の状態）で測定した結果を示し、図６はスライドプレート１３０に遮光マスクを取り付けた状態（入射角３０°～４５°の状態）で測定した結果を示している。これらの図から、同試料のＡＴＲ測定では、遮光マスク１４０を取り付けた状態の方が、カーボンブラックの含有率が高い場合でもピークが微分形状に歪まず、低端数側へのシフトが解消された正しいピーク波数（９９６ｃｍ－１）を示すことが顕著である。すなわち、小さい入射角の光を遮ることで、臨界角付近の入射光による異常分散の影響が緩和されたことが分かる。
　上記では、遮光マスク１４０の有無により測定光の入射角度範囲を２種類に切り替え可能とした構成を例に挙げたが、これに限らず、例えば、形状や大きさが異なる複数の遮光マスクを使い分ける構成としてもよい。具体的には、例えば、図７（ａ）、（ｂ）に示すような遮光部１４２、１５２の大きさの異なる２種類の遮光マスク１４０、１５０を用意し、これらの遮光マスク１４０、１５０のいずれを使用するか、あるいはいずれの遮光マスク１４０、１５０も使用しないかによって、３種類の入射角度範囲による測定が可能な構成を達成することができる。なお、このように複数の遮光マスクを用いる場合も、上述のように、遮光マスクをスライドプレートに固定せず、必要な入射角度に応じて遮光マスクのみを交換する構成としてもよく、あるいは、遮光マスクをスライドプレートに固定し、必要な入射角度に応じてスライドプレートごと交換する構成としてもよい。
　あるいは、図８（ａ）、（ｂ）に示すような、円環状の枠部１６１と円形の中心部１６２及び両者を連結する連結部１６３から成る支持体１６０をスライドプレート１３０のマスク収容部１３４に接着剤等で固定しておき、該支持体１６０の上面に図８（ｃ）、（ｄ）に示すような、前記枠部１６１の内径よりも小さく且つ中心部１６２の外径よりも大きい直径を有する円形の遮光板から成る遮光マスク１７０を載置する構成としてもよい。前記支持体１６０に遮光マスク１７０を載置した状態を図８（ｅ）、（ｆ）に示す。このような構成によれば、支持体１６０に遮光マスク１７０を載置した状態と、載置しない状態とで境界面Ｂへの測定光の入射角を変更することができる。また、直径の異なる遮光マスク１７０を複数用意し、支持体１６０に載置する遮光マスク１７０を必要に応じて交換することにより前記入射角を多段階に変更できるようにしてもよい。なお、支持体１６０の中心には上方へ突出した突起部１６５を設けると共に、遮光マスク１７０の中心には前記突起部１６５と係合する貫通孔１７１を設けることが望ましい。これにより、支持体１６０の中心に遮光マスク１７０を容易に位置決めすることができる。
　［実施形態２］
　図９及び図１０は、本発明の第２実施形態に係る対物光学系の縦断面図である。なお、上述の図１～４で示したものと同一又は対応する構成要素については下二桁が共通する符号を付し、適宜説明を省略する。また、これらの図では、主鏡２１１、副鏡２１２、遮光マスク２４０、及びアクチュエータ２１７（後述する）以外の構成要素については図示を省略している。省略された構成要素については、ＡＴＲ測定用の対物光学系の各構成要素として従来既知のものを採用することができる。
　この対物光学系は、副鏡２１２の下方に遮光マスク２４０を配置し、該遮光マスク２４０を上下動させることにより境界面Ｂへの測定光の入射角度を変更可能としたものである。具体的には、前記遮光マスク２４０を駆動するためのアクチュエータ２１７が、副鏡２１２の中央を貫通するように取り付けられ、該アクチュエータ２１７の下部に設けられた駆動軸２１７ａの下端に円形の遮光板から成る遮光マスク２４０が取り付けられている。なお、図９左下の四角い枠で囲まれた領域は、遮光マスク２４０を下方から見た状態を示している。アクチュエータ２１７は、図示しない制御部によって制御されており、ユーザが所望の最小入射角度をこの制御部に入力することにより、前記駆動軸２１７ａが上下に駆動され、該最小入射角度に対応した位置に遮光マスク２４０が配置される。
　例えば、図９の例では、遮光マスク２４０を上方に移動させて測定光の光路から待避させることにより、測定光の入射角が２２°～４５°となり、図１０の例では、遮光マスク２４０を下方に移動させて測定光の光路中に挿入することにより、測定光の入射角が３０°～４５°に制限されている。なお、この構成では、遮光マスク２４０の上下位置を連続的に変化させることにより、測定光の最小入射角度を所定の範囲で任意に調整することが可能である。　
　［実施形態３］
　図１１及び図１２は、本発明の第３実施形態に係る対物光学系の縦断面図である。なお、上述の図１～４で示したものと同一又は対応する構成要素については下二桁が共通する符号を付し、適宜説明を省略する。また、これらの図においても、主鏡３１１、副鏡３１２、遮光マスク３４０、及びアクチュエータ３１７以外の構成要素については図示を省略しており、省略された構成要素については、ＡＴＲ測定用の対物光学系の各構成要素として従来既知のものを採用することができる。
　この対物光学系は、副鏡３１２の下方に遮光マスク３４０を配置し、該遮光マスク３４０を該遮光マスク３４０と平行且つ水平方向に延びる軸の周りに回転させることにより境界面Ｂへの測定光の入射角度を変更可能としたものである。具体的には、円形の遮光板から成る遮光マスク３４０が副鏡３１２の直下に配置され、該遮光マスク３４０を駆動するためのアクチュエータ３１７が、その回転軸３１７ａを図１１の紙面方向前方に向けた状態で、遮光マスク３４０の後方に配置されている。回転軸３１７ａは遮光マスク３４０の直径方向を貫通した状態で該遮光マスク３４０に固定されている。なお、図１１左下の四角い枠で囲まれた領域は、遮光マスク３４０及びアクチュエータ３１７を側方から見た状態を示している。アクチュエータ３１７は、図示しない制御部によって制御されており、ユーザが所望の最小入射角度をこの制御部に入力することにより、前記回転軸３１７ａが回転駆動され、該最小入射角度に対応した角度で遮光マスク３４０が停止する。
　例えば、図１１の例では、遮光マスク３４０を境界面Ｂに対して垂直な状態とすることで遮光マスク３４０が測定光の光路から待避され、これにより測定光の入射角が２２°～４５°となっている。また、図１２の例では、遮光マスク３４０を境界面Ｂと平行な状態とすることで遮光マスク３４０が測定光の光路上に挿入され、これにより、測定光の入射角が３０°～４５°に制限されている。なお、この構成では、遮光マスク３４０の角度を連続的に変化させることにより、測定光の最小入射角度を所定の範囲で任意に調整することが可能である。
１１０…カセグレン鏡収容部
１１１、２１１、３１１、５１１、６１１、７１１…主鏡
１１２、２１２、３１２、５１２、６１２、７１２…副鏡
１１３、５１３、６１３、７１３…上部開口
１１４…下部開口
１１５、７１５…バッフル
１１６、６１６、７１６…取付部
１２０…プリズム収容部
１２１…プレート収容部
１３０…スライドプレート
１３１…本体部
１３４…マスク収容部
１３５…プリズム用開口
１３６…目視用開口
１３７、５３７…プリズムホルダ
１３８、４３８、５３８、６３８、７３８…ＡＴＲプリズム
１４０、１５０、１７０、２４０、３４０…遮光マスク
１４１…枠部
１４２、１５２…遮光部
１４３…連結部
１４４…スリット
２１７、３１７…アクチュエータ
５８０…試料ステージ
Ｂ…境界面
Ｐ…接点
Ｓ…試料

Claims (4)

  1. 　赤外顕微鏡に取り付けて全反射吸収法による試料表面の分析に用いられる対物光学系であって、
    　a)前記赤外顕微鏡から照射された測定光を反射する凸面状の副鏡と、
    　b)前記副鏡で反射された前記測定光を反射する凹面状の主鏡と、
    　c)前記主鏡で反射された前記測定光が照射されるプリズムと、
    　d)前記主鏡と前記プリズムとの間の前記測定光の光路上において該測定光の光束の一部を遮断する遮光手段と、
    　を有することを特徴とする対物光学系。
  2. 　e)前記主鏡及び前記副鏡を収容した筐体と、
    　f)前記プリズムを保持し、前記筐体の下部に着脱可能なプリズムホルダと、
    　を更に有し、
    　前記遮光手段が、前記プリズムホルダ上で前記プリズムの上方に取り付けられた遮光マスクであることを特徴とする請求項１に記載の対物光学系。
  3. 　前記主鏡が測定光導入用の開口を有すると共に前記凹面を下に向けて配置され、
    　前記副鏡が前記凸面を上に向けた状態で前記主鏡の下方に配置されており、
    　前記開口を通じて前記主鏡の上方から入射した前記測定光の光束を前記副鏡の凸面で反射させ、この反射光を前記主鏡の凹面で再反射させて、前記副鏡の下方の一点に集光させるように構成されたものであって、
    　前記遮光手段が、前記副鏡の下方に水平且つ上下動可能に取り付けられた遮光マスクであることを特徴とする請求項１に記載の対物光学系。
  4. 　前記主鏡が測定光導入用の開口を有すると共に前記凹面を下に向けて配置され、
    　前記副鏡が前記凸面を上に向けた状態で前記主鏡の下方に配置されており、
    　前記開口を通じて前記主鏡の上方から入射した前記測定光の光束を前記副鏡の凸面で反射させ、この反射光を前記主鏡の凹面で再反射させて、前記副鏡の下方の一点に集光させるように構成されたものであって、
    　前記遮光手段が、前記副鏡の下方に取り付けられた遮光マスクであって、
    　該遮光マスクが、該遮光マスクと平行且つ水平方向に延伸する軸の周りに回転可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の対物光学系。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170082538A1 (en) * 2015-09-23 2017-03-23 Agilent Technologies, Inc. Infrared Spectrometer and Scanner Utilizing Attenuated Total Reflection
CN110346321A (zh) * 2019-07-30 2019-10-18 北京大学 一种用于红外光谱仪的衰减全反射及变角测试附件及方法
EP3644054A4 (en) * 2017-06-19 2020-12-09 Yokogawa Electric Corporation OPTICAL LENS SYSTEM AND DEVICE FOR PHOTOACOUSTIC IMAGING

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6906790B2 (ja) * 2017-05-18 2021-07-21 日本分光株式会社 全反射測定装置
US11313999B2 (en) * 2019-05-22 2022-04-26 Raytheon Company Optical system having integrated primary mirror baffle and shutter mechanism
US11867895B2 (en) 2019-05-22 2024-01-09 Raytheon Company Space optical system with integrated sensor mounts

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH063262A (ja) * 1992-06-18 1994-01-11 Shimadzu Corp 顕微全反射吸収スペクトル測定装置
JPH0712717A (ja) * 1992-01-23 1995-01-17 Jasco Corp 全反射測定装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3184487B2 (ja) 1990-07-26 2001-07-09 日本分光株式会社 全反射測定装置
JPH1144636A (ja) 1997-07-29 1999-02-16 Shimadzu Corp 全反射吸収スペクトル装置
JP4515570B2 (ja) * 1999-11-19 2010-08-04 日本分光株式会社 プリズム破損防止機構を備える全反射吸収スペクトル測定装置
US7255835B2 (en) * 2001-09-04 2007-08-14 North Carolina State University Single pass attenuated total reflection fourier transform infrared microscopy apparatus and method for identifying protein secondary structure, surface charge and binding affinity
US9081193B2 (en) * 2006-06-13 2015-07-14 The Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona Interferometric systems and methods

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0712717A (ja) * 1992-01-23 1995-01-17 Jasco Corp 全反射測定装置
JPH063262A (ja) * 1992-06-18 1994-01-11 Shimadzu Corp 顕微全反射吸収スペクトル測定装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170082538A1 (en) * 2015-09-23 2017-03-23 Agilent Technologies, Inc. Infrared Spectrometer and Scanner Utilizing Attenuated Total Reflection
US9863877B2 (en) * 2015-09-23 2018-01-09 Agilent Technologies, Inc. Infrared spectrometer and scanner utilizing attenuated total reflection
EP3644054A4 (en) * 2017-06-19 2020-12-09 Yokogawa Electric Corporation OPTICAL LENS SYSTEM AND DEVICE FOR PHOTOACOUSTIC IMAGING
US11435322B2 (en) 2017-06-19 2022-09-06 Yokogawa Electric Corporation Objective optical system and photoacoustic imaging device
CN110346321A (zh) * 2019-07-30 2019-10-18 北京大学 一种用于红外光谱仪的衰减全反射及变角测试附件及方法

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