JP2010281690A - 顕微全反射測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の解決すべき課題は、被測定物の特定微小部位を目視観察しつつ、全反射測定による光学的デ−タを効率よく得ることのできる全反射測定装置を提供することにある。
【解決手段】カセグレン鏡１２は、カセグレン主鏡１６及びカセグレン副鏡１８を有し、前記副鏡１８、主鏡１６の順に反射された入射光２０を被測定物２０上に集光し、反射光３２を主鏡１６、副鏡１８の順に反射させて得る。
また、全反射プリズム１４は、前記カセグレン副鏡１８の下部に配置されている。
そして、前記入射光には目視観察用可視光と、分析情報取得用測定光が含まれ、
少なくとも全反射プリズム１４への入射光ないし反射光を全反射領域Ｂと、通常反射領域Ａとに分離し、前記入射光ないし反射光より、全反射領域Ｂの可視光を除去する可視光フィルターを備えることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は顕微全反射測定装置、特に可視光による被測定物面観察機構の改良に関する。

いわゆる顕微鏡を用い、各種被測定物の物性等を測定することが広く行なわれており、例えば顕微鏡を用いて被測定物の赤外スペクトルを測定し、該赤外スペクトル特性より被測定物の特定微小部位の成分などを分析することが可能となっている。

ところで、このように被測定物の光学的データを得るためには、該被測定物からの反射光、あるいは該被測定物の透過光を採取する必要がある。
しかしながら、被測定物の反射光あるいは透過光を採取する手法を、高分子膜や半導体などの表面分析、あるいは著しく光の吸収の強い物質、例えば赤外域でのスペクトル測定が困難であった水溶液中の溶質の分析などに適用することは、極めて困難である。

そこで、前述したような一般的手法による反射光測定あるいは透過光測定が困難な被測定物に対し、全反射測定法が適用される。
この全反射測定法は、被測定物上に、該被測定物の屈折率ｎ₂よりも大きい屈折率ｎ₁を有するＡＴＲ半球状プリズム又はＡＴＲ三角柱プリズムを搭載し、外部からプリズムに波長λの光束を入射させる。

そして、プリズムから被測定物に対する入射角θを臨界角θ_Cより大きくすると、入射光は被測定物とプリズムの臨界面で全反射されるが、この反射点では被測定物内に光束がわずかに進入する。この進入深さｄ_pを光強度が１／ｅになる深さで定義すると、波長λの場合、進入深さｄ_pは次の数１で示される。
［数１］
ｄ_p＝λ／〔２πｎ₁｛（ｓｉｎ²θ−（ｎ₂／ｎ₁）²｝^1/2〕

したがって、被測定物が光を吸収すると、臨界面上で全反射される光はその分減少する。このような被測定物とプリズムの臨界面における全反射光の特性を解析することにより、高分子膜や半導体などの表面分析、あるいは被測定物が著しく強い光の吸収を示す場合であっても、該被測定物から光学的情報を得ることが可能となる。

しかしながら、従来の全反射測定装置を一般的な顕微測定装置に適用する場合、全反射光を目視観察しても被測定物表面の状態を把握することはできないため、プリズムを 光路から退避させた状態で被測定物上の測定箇所を可視光で目視観察した後、プリズムを光路上に戻し光学的に情報を得なければならない。したがって、操作が煩雑であり、又測定精度の向上にも限界があった。

特開平７−１２７１７

本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その解決すべき課題は被測定物の特定微小部位を目視観察しつつ、全反射測定による光学的デ−タを効率よく得ることのできる全反射測定装置を提供することにある。

前記目的を達成するために本発明にかかる全反射測定装置は、カセグレン鏡と、プリズムと、を備える。
そして、カセグレン鏡は、カセグレン主鏡及びカセグレン副鏡を有し、前記副鏡、主鏡の順に反射された入射光を被測定物上に集光し、反射光を主鏡、副鏡の順に反射させて得る。
また、全反射プリズムは、前記カセグレン副鏡の下部に配置されている。
そして、前記入射光には目視観察用可視光と、分析情報取得用測定光が含まれ、
少なくとも全反射プリズムへの入射光ないし反射光を全反射領域と、通常反射領域とに分離し、前記入射光ないし反射光より、全反射領域の可視光を除去するフィルターを備えることを特徴とする。
また、前記装置において、フィルターは全反射プリズムに貼着されていることが好適である。
また、前記装置において、全反射プリズムは半球状であり、フィルターは該全反射プリズムに同心円状に形成されていることが好適である。
また、前記装置において、分析情報取得用測定光は赤外干渉光であることが好適である。
このように本発明にかかる顕微全反射測定装置は、可視光と測定光を混合して入射光とし、一のカセグレン鏡により該入射光をプリズムに照射する。そして、反射光中、通常反射領域の観察光を選別し、目視観察に用い、また全反射領域の測定光を成分分析等の測定に用いる。

本発明にかかる全反射測定装置によれば、前述したように全反射プリズムから出射する反射光のうち、通常反射領域の可視光を目視観察に用い、全反射領域の光を分析等の測定に用いるので、測定部位の目視観察を行いつつ、全反射光による分析等を行うことができる。

本発明の一実施形態にかかる顕微全反射測定装置の概略構成図である。 本発明において特徴的なフィルター貼着全反射プリズムの説明図である。 図２に示す全反射プリズムによる通常反射領域と全反射領域の形成状態の説明図である。

以下、図面に基づき本発明の好適な実施形態を説明する。
図１には本発明の一実施形態にかかる顕微全反射測定装置の概略構成が示されている。
同図に示す顕微全反射測定装置１０は、カセグレン鏡１２と半球状のプリズム１４を備えている。

前記カセグレン鏡１２は、中心部に孔１６ａが形成された凹面鏡よりなるカセグレン主鏡１６と、前記カセグレン主鏡１６よりも径の小さい凸面鏡よりなるカセグレン副鏡１８とを、中心軸Ｃを一致させて対向配置している。
前記プリズム１４は略半球形であって、その凸面を前記カセグレン主鏡１６に対向させ、その中心軸をカセグレン鏡１２の中心軸Ｃに一致させ、その中心点をカセグレン鏡１２による光収束位置に一致させて配置可能とされている。

そして、被測定物２０上の測定点を観察する場合には、赤外光源２１、マイケルソン干渉計２２から得られる赤外干渉光（測定光）と、可視光源２４から得られる可視光（観察光）とを半透鏡２６にて混合し、固定鏡２８で反射させて入射光３０を形成し、カセグレン鏡１２を介してプリズム１４に入射させる。本実施形態において、該被測定物２０からの反射光はカセグレン主鏡１６、カセグレン副鏡１８に反射されて出射光３２となる。該出射光３２は固定鏡３４で反射され、さらに分離半透鏡３８で可視光と赤外光を分離して得た可視光を接眼レンズ４０に導く。

これに対し、全反射スペクトルを測定する場合には、出射光３２は、固定鏡３４で反射されて分離半透鏡３８で赤外光を選択する。そして、ＭＣＴ検出器４２でその光強度が検出され、その検出信号が信号処理装置４４に供給される。この際、レーザー４６から出射されたレーザー光をマイケルソン干渉計２２に導光し、レーザー干渉光を生成してその光強度をホトダイオード４８で検出し、その検出信号をサンプリング信号として信号処理装置４４へ供給する。信号処理装置４４は、このサンプリング信号に同期して、ＭＣＴ検出器４２からの光強度信号を読み取り、フーリエ変換等、公知の信号処理をおこなって赤外吸収スペクトルを求め、これをレコーダ５０に記憶させる。

本発明において特徴的なことは、全反射スペクトルと被測定物の目視観察を同時に行うことを可能にしたことであり、このために本実施形態においては、図２に示す部分断面図のように、半球状全反射プリズム１４に可視光フィルター５２と、赤外光フィルター５４を設けている。
すなわち、可視光フィルター５２は半球状全反射プリズム１４の全反射領域、すなわち入射光がプリズム底面１４ａで臨界角θｃ以上となる領域に対応し可視光を除去するものであり、半球面に帯状に貼着されている。
また、赤外光フィルター５４はプリズム１４の通常反射領域、すなわち、入射光がプリズム底面１４ａで臨界角以下となる領域に対応し赤外光を除去するものであり、半球面に帯状に貼着されている。

このため、図３に示すように、可視光、赤外干渉光の混合入射光３０は、プリズム１４に入射する際、全反射領域に対しては赤外干渉光３２ａのみが、また通常反射領域に対しては可視光３２ｂのみが通過し、赤外干渉光はプリズム底面１４ａ（被測定物との境界面）に臨界角θｃ以上で照射され、該境界面で全反射する。
これに対し、通常反射領域を通過した可視光３２ｂは、プリズム底面１４ａに臨界角θｃ以下で照射され、プリズム底面１４ａと被測定物との境界面の観察情報を保持した状態で通常反射される。
そして、前述したようにカセグレン主鏡１６、カセグレン副鏡１８を介して分離半透鏡３８に送られ、該分離半透鏡３８で可視光と赤外干渉光が分離され、可視光は接眼レンズ４０に導光され、目視観察に利用され、赤外干渉光はＭＣＴ４２に導光され、成分分析等に利用される。

このように本発明においては、実際に全反射が行われている領域の画像を直接目視観察することができ、特にプリズム１４で被測定物２０を押圧している際などにも、被測定物状態の目視観察とスペクトル採取を同時に行うことが可能となる。
しかも、目視観察は通常反射光のみで行うことができ、全反射された可視光が観察の障害となることはない。そして可視光光路の立体角が大きく、空間分解能が高い。また、本実施形態では赤外光フィルター５４を用いているため、スペクトル採取に当たっては全反射された赤外干渉光のみが対象となり、可視光ないし通常反射された赤外干渉光がスペクトル採取時のＳ／Ｎ比に影響を与えることもない。

なお、本実施形態においては、フィルターをプリズム面に設けた例について説明したが、入射光ないし反射光の光路上に同心円状のフィルターを配置し、通常反射領域について可視光を透過させ、全反射領域について赤外干渉光を通過させるようにしてもよい。
また、本実施形態において、プリズムは可視光および赤外光に対し透明性の高い材料を用いることが好ましく、たとえばダイヤモンド、ＺｎＳ（硫化亜鉛）、ＺｎＳｅ（セレン化亜鉛）、ＫＲＳ−５（臭沃化タリウム）などがある。
また、本実施形態において、プリズム面に貼着された可視光フィルターとしては、石英やＢＫ７等の可視光用光学材があり、また赤外光フィルターとしては、Ｇｅ、Ｓｉ膜などがある。
また、反射光中で通常反射光と全反射光は空間的に分離されており、赤外光は目視観察に大きな影響を与えないため、通常反射領域の反射光のみを接眼レンズ４０へ導光する反射鏡を、前記可視光フィルター兼分離半透鏡として用いてもよい。

以上のように本発明にかかる顕微全反射測定装置によれば、被測定物とプリズムが接触した状態で目視観察が行えるため、被測定物の変形に左右されることなく、スペクトル測定位置を確実に設定することができる。
また、従来装置のように、観察画像とスペクトル取得とで光路を切り替える必要がなく、機構も簡易化され、さらに全反射プリズムと接触すると変形または破壊する被測定物に対しても、画像として被測定物の状態を確認しながらスペクトル測定を行うことができ、測定の再現性が向上する利点がある。

１０ 顕微全反射測定装置
１２ カセグレン鏡
１４ プリズム
２０ 被測定物
５２，５４ フィルター

Claims (4)

1. カセグレン主鏡及びカセグレン副鏡を有し、前記副鏡、主鏡の順に反射された入射光を被測定物上に集光し、反射光を主鏡、副鏡の順に反射させて得るカセグレン鏡と、
   前記カセグレン副鏡の下部に配置された全反射プリズムと、を備え、
   前記入射光には目視観察用可視光と、分析情報取得用測定光が含まれ、
   少なくとも全反射プリズムへの入射光ないし反射光を全反射領域と、通常反射領域とに分離し、前記入射光ないし反射光より、全反射領域の可視光を除去する可視光フィルターを備えることを特徴とする顕微全反射測定装置。
2. 請求項１記載の装置において、フィルターは全反射プリズムに貼着されていることを特徴とする顕微全反射測定装置。
3. 請求項２記載の装置において、全反射プリズムは半球状であり、フィルターは該全反射プリズムに同心円状に形成されていることを特徴とする顕微全反射測定装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の装置において、分析情報取得用測定光は赤外干渉光であることを特徴とする顕微全反射測定装置。
   

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