JPH04295782A

JPH04295782A - 表面分析装置、表面分析方法および磁気共鳴現象の測定装置

Info

Publication number: JPH04295782A
Application number: JP3061470A
Authority: JP
Inventors: Katanobu Yokogawa; 賢悦横川; Takeshi Ninomiya; 健二宮; Keizo Suzuki; 敬三鈴木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-03-26
Filing date: 1991-03-26
Publication date: 1992-10-20

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は表面分析装置、表面分析
方法および磁気共鳴現象の測定装置に関し、被測定試料
に励起光を照射した際の被測定試料からの発光の微小な
分布を、被測定試料からの発光を拡大して固体撮像素子
等に結像させることにより観測し、磁気共鳴状態と非磁
気共鳴状態におけるこの発光の強度の変化や分布から被
測定試料のスピン系の分布を観測するための表面分析装
置、表面分析方法および磁気共鳴現象の測定装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の磁気共鳴現象の測定装置、特に電
子スピン共鳴〔以下、ＥＳＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｓｐ
ｉｎ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）という〕現象の測定装置に
ついては、例えば、栗田雄喜生：電子スピン共鳴入門（
昭和５０年３月２日発行）第９頁〜第１９頁（講談社、
東京）に解説されている。このＥＳＲ現象およびその測
定原理は、要約すると以下のとおりである。

【０００３】電子の磁気モ−メント（電子のスピン）の
エネルギは静磁場中で量子化され、分離したエネルギ準
位を生じる。このエネルギ準位間のエネルギに対応する
周波数の交流磁場または電磁波を印加すると、電子は主
として共鳴吸収を起こす。この現象は磁気共鳴と称され
、磁気モ−メントが電子スピンである場合には電子スピ
ン共鳴（ＥＳＲ）、核スピンである場合には核磁気共鳴
（ＮＭＲ）と言われている現象である。

【０００４】ＥＳＲ現象の測定原理を図２および図３を
参照しながら説明する。図２は、従来の電子スピン共鳴
装置の簡単な装置構成を示す図である。また、図３は、
図２の空洞共振器部分の詳細図である。

【０００５】図２および図３に示す構成において、マイ
クロ波発振器１よりサ−キュレ−タ２を介し導波管５を
伝播させて供給するマイクロ波の振動数ν、外部磁場用
電源１０で制御される外部磁場用コイル１１により印加
される外部磁場Ｈおよび空洞共振器６中で試料ホルダ１
３により保持される被測定試料８の表面あるいは内部に
存在する不対電子のｇ値が下記の（１）式の条件をみた
すとき、不対電子が電子スピン共鳴状態となり、被測定
試料８中の不対電子はマイクロ波を吸収あるいは放射す
る。

【０００６】ｈν＝ｇβＨ・・・・・・・・・・（１）
ここでｈおよびβはそれぞれ、プランク定数、ボ−ア磁
子を示し、それぞれの値は下記に示すとおりである。

【０００７】ｈ＝６．６２５５９×１０−２７ｅｒｇ・
ｓβ＝０．９２７３２×１０−２０ｅｒｇ・ｇａｕｓｓ
−１試料により吸収あるいは放射されてその電力値が変
化したマイクロ波は、導波管５を伝わりサ−キュレ−タ
２を介しマイクロ波検出器３で検出されて電気信号に変
換される。磁場変調用電源９で制御される磁場変調用コ
イル７により供給される変調磁場の変調周波数を参照信
号とし、ロックインアンプ４でこの信号を増幅する。こ
の増幅された信号が記録計１２に入る。外部磁場用コイ
ル１１に流す電流を変化させ、試料に働く磁場の大きさ
を変えるのと同期して記録計１２で記録用紙を走らせる
。従って、記録計１２で記録されるスペクトルの横軸は
磁場強度を、縦軸はマイクロ波電力値の微分を表す。

【０００８】以上のように、従来の電子スピン共鳴装置
では、マイクロ波の吸収あるいは放射を空洞共振器６中
のマイクロ波電力値の変化で検出し、このマイクロ波電
力値の磁場による微分を試料に印加した静磁場の強度に
対する関数として表示する。また、本発明に用いるＯＤ
ＭＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ　　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　　ｏｆ
Ｍａｇｎｅｔｉｃ　　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）については
、例えば、丸善株式会社発行の新実験化学講座３、基礎
技術２磁気の３０４頁〜３０７頁に解説されている。そ
の概略を示し、図４を参照しながら、ＯＤＭＲの原理を
簡単に説明する。被測定試料をある波長の光で励起した
場合、磁気共鳴状態と非磁気共鳴状態では、被測定試料
からの発光状態が異なる。すなわち、ある特定の振動数
の発光の強度が変化する。この発光状態の変化から、磁
気共鳴を検出することができる。つまり、ＯＤＭＲとは
磁気共鳴を光によって検出する測定方法である。すなわ
ち、前記発光の強度の変化を観測することにより、磁気
共鳴が起こっていることを知ることができる。

【０００９】図４は物質中の電子準位を模式的に表した
ものであり、φ０は基底状態、φ２は励起状態、φ１は
準安定状態を示している。また、φ１ａおよびφ１ｂは
この物質に外部より磁場を加えた場合に生ずる準安定状
態φ１の副準位である。

【００１０】まず、励起光により電子をφ０からφ２へ
励起する。外部より磁場を加えた場合にこの電子は、外
部磁場により分離した副準位である準安定状態φ１ａお
よびφ１ｂに無輻射緩和する。このφ１ａ、φ１ｂの電
子が基底状態φ０に遷移するとき、それぞれ独立の偏光
を持つ発光（振動数νａの発光２１および振動数νｂの
発光２２）を伴う。発光２１および発光２２のそれぞれ
の強度はそれぞれの準位（φ１ａ、φ１ｂ）をしめる電
子数できまる。よってこの発光を観測すると、非磁気共
鳴状態における被測定試料からの発光状態を知ることが
できる。

【００１１】次に、準安定準位の副準位間のエネルギ（
φ１ａとφ１ｂ間のエネルギ）差に対応する振動数の電
磁波を供給して電子スピン共鳴を起こす。すると、供給
した電磁波のエネルギにより、副準位φ１ｂをしめる電
子の一部が副準位φ１ａへ遷移する。従って、副準位（
φ１ａおよびφ１ｂ）をしめる電子数に変化が起こり振
動数νａの発光２１および振動数νｂの発光２２の強度
が変化する。この変化した発光を観測すると、磁気共鳴
状態における被測定試料からの発光状態を知ることがで
きる。

【００１２】非磁気共鳴状態における発光２１および発
光２２の強度と磁気共鳴状態における発光２１および発
光２２の強度を電気信号に変えて記憶しておき、二つの
状態における発光の強度を比較するため、電気的に処理
して差を求める。すると、振動数νａの発光２１および
振動数νｂの発光２２の二つの状態における発光強度の
変化を観測することができる。発光強度は、前述のよう
に、エネルギ準位φ１ａおよびφ１ｂにある電子数と相
関関係があるため、発光強度の変化量から、磁気共鳴を
起こした電子の量を知ることができる。従って、以上の
方法で発光強度の変化量を観測することは、電子が磁気
共鳴を起こしたときの外部磁場強度およびマイクロ波の
振動数、さらに、磁気共鳴を起こした電子の量を知るこ
とができ、電子スピン共鳴を観測することと同等である
。

【００１３】以上がＯＤＭＲの基本原理である。しかし
、厳密には各準位間の緩和を考慮する必要があるためエ
ネルギ準位および電子の遷移のメカニズムはさらに複雑
となり、測定方法もさらに複雑となる。

【００１４】従来のＥＳＲあるいはＯＤＭＲの測定装置
においては、測定により得られる情報は、マイクロ波の
空洞共振器中に設置された、あるいは励起光により励起
された被測定試料表面を構成する元素の密度の全体とし
ての平均値に関するものである。従って、被測定試料中
の微小な特定領域のＥＳＲあるいはＯＤＭＲの測定を行
うことができないという問題点がある。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】従来の表面分析装置、
表面分析方法および磁気共鳴現象の測定装置においては
、被測定試料中の表面を構成する元素の微小領域の分析
が不可能であるため、局所的に構造あるいは組成が異な
る被測定試料の評価が困難である。

【００１６】本発明の目的は、上記従来技術においては
不可能である微小領域の分析を、顕微鏡の原理と固体撮
像素子とを用いて被測定試料からの発光を観測すること
により可能とする表面分析装置、表面分析方法、磁気共
鳴現象の測定装置および磁気共鳴現象の測定方法を提供
することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するために、従来の磁気共鳴装置の空洞共振器に、極低
温冷却機構、対物レンズおよび接眼レンズ系からなる拡
大レンズ系、その拡大像を電気信号に変換する固体撮像
素子および被測定試料を励起する励起光源を付加する。

【００１８】上記付加機能により、励起光を照射するこ
とにより生ずる被測定試料からの発光を拡大してその像
を固体撮像素子で画像化し、磁気共鳴状態と非共鳴状態
における発光の変化を測定することにより、微小な発光
を伴うスピン系の分布を観測することができる。

【００１９】本発明の要旨は、試料をその内部に配置す
るための試料収容容器と、前記試料収容容器内の前記試
料にマイクロ波を供給するためのマイクロ波発生手段と
、前記試料収容容器内の前記試料に磁場を印加するため
の磁場印加手段と、前記磁場の強度を所定値に設定する
ための磁場強度設定手段と、前記試料に励起光を供給す
るための励起用光源と、前記試料に前記励起光を供給す
ることによる前記試料表面からの発光の発光分布を拡大
するための光学系と、前記光学系により得られた発光分
布像を光電変換するための光電変換手段とを有すること
を特徴とする表面分析装置にある。

【００２０】

【作用】本発明による表面分析装置、表面分析方法およ
び磁気共鳴現象の測定装置では、励起光を照射すること
により生ずる被測定試料からの発光を対物および接眼レ
ンズ系で拡大し、その像を固体撮像素子に結像させるこ
とで発光の微小な分布を観測する。この発光の磁気共鳴
状態と非磁気共鳴状態における変化を測定することによ
り、発光を伴うスピン系の微小な分布、すなわち、表面
を構成する欠陥等の微小な分布を観測することが可能で
ある。

【００２１】

【実施例】以下に本発明の一実施例を挙げ、図を参照し
ながら本発明を詳細に説明する。図１は本発明に係る磁
気共鳴現象の測定装置の空洞共振器部分の基本構成を示
す図である。空洞共振器６に対物レンズ系２９が設置し
てある。空洞共振器６には、導波管５よりマイクロ波が
、また、外部磁場用コイル１１により磁場が印加される
構造となっている。対物レンズ系２９はこの被測定試料
８の平面上任意の位置で結像できるように、被測定試料
８と平行な平面方向にに移動可能な構造となっている。対物レンズ系２９の後段には鏡筒および接眼レンズ系３
０、光学フィルタ３１、固体撮像素子３２が設置されて
いる。被測定試料８は、試料ホルダ１３に固定され、図
１に示す位置に設置されている。試料８には励起用光源
２４より励起光２７が照射可能な構造となっている。

【００２２】被測定試料８に励起光２７を照射すると、
被測定試料８から発光が生じる。外部磁場とマイクロ波
により被測定試料にエネルギ−を供給することにより、
被測定試料８中の不対電子が電子スピン共鳴状態になる
と、この発光の強度または偏光度が電子スピン共鳴に依
存して変化する。本発明では、被測定試料８からの発光
を対物レンズ系２９により拡大し、固体撮像素子３２に
結像させることにより、ＯＤＭＲ像を得ることができ、
微小領域の発光分布が観測可能である。従って、発光に
関与する不対電子の被測定試料面内分布を測定できる。この発光分布を観測する際、図１に示すように、固体撮
像素子の前面に光学フィルタ３１を設置することにより
特定波長領域の発光を選択的に検出することができる。特定波長の光の発光強度の変化を検出するには、非共鳴
状態のときの発光強度と共鳴状態のときの発光強度を比
較する。固体撮像素子３２により電気信号に変換された
ものを計算機等で処理し比較する方法が可能である。本
発明ではまた、従来のマイクロ波電力変化の検出も可能
である。

【００２３】また、固体撮像素子３２は液体窒素あるい
は電子冷却素子により冷却が可能な構造となっている。すなわち、固体撮像素子の感度は固体撮像素子中の暗電
流が小さいほど高くなるので、素子を冷却することによ
り暗電流を小さくして感度を上げることができる。冷却
の温度は、使用する固体撮像素子が素子として動作可能
な温度範囲内で暗電流の値が最小となる温度（一般的に
は０℃〜液体窒素温度近傍）に設定することが好ましい
。

【００２４】本発明においてはこの固体撮像素子の代わ
りに撮像管を用いても原理上は同等の効果を得ることが
できる。しかし、固体撮像素子を用いるほうが、一般的
に、より高い感度を得ることができる。

【００２５】レンズ系は、電磁波に影響を及ぼすことに
より空洞共振器のＱ値を変化させないように、空洞共振
器外に設置されている。また、図１に示すように、対物
レンズ系２９は被測定試料８の平面上任意の位置で結像
できるように移動可能な構造となっているが、対物レン
ズ系を移動させる代わりに被測定試料８を移動させても
同等の効果が得られる。しかし、空洞共振器中で試料を
移動させると空洞共振器のＱ値の変動を起こす原因とな
るので試料を移動させるよりも前記の対物レンズ系を移
動させる方が望ましい。

【００２６】光学フィルタ３１は、特定波長以上あるい
は特定波長以下の光を吸収することで任意の波長の光を
透過させる色ガラスフィルタと、光の干渉を利用し特定
波長域の光を透過あるいは遮断することができる干渉フ
ィルタ等からなる。これらの色ガラスフィルタと干渉フ
ィルタを複数枚組み合わせて用いることにより、特定波
長光を検出する分光器と同等の効果を得られると同時に
、試料からの発光の面内分布を乱さずに固体撮像素子に
結像させることができる。また、ＯＤＭＲ像の偏光の変
化を検出する際には、固体撮像素子前面の光学フィルタ
に光の偏光により透過特性の異なる偏光フィルタを設置
することが必要である。このため、この光学フィルタに
は前記の特定波長域を選別するフィルタのみでなく、偏
光フィルタも同時に設置可能となっている。

【００２７】励起光２７は、励起用光源２４にレ−ザ光
あるいはランプ等を用いて発生させる。ランプを用いる
場合には分光器２５で単色化して被測定試料８に照射す
る。また、ＯＤＭＲ像の偏光の変化を検出する際には、
被測定試料に照射する励起光は円偏光であることが必要
な場合がある。本発明では図１に示すように、励起光を
円偏光化するλ／４波長板２６を付加することが可能な
構造になっているので、円偏光化した励起光を照射する
ことができる。

【００２８】図５及び図６は被測定試料を冷却する冷却
装置の構成を示す図である。ＯＤＭＲ測定を行うには被
測定試料を極低温に冷却する必要がある場合が多い（特
に固体の場合に多い）。なぜならば、試料を極低温に冷
却することにより、発光現象を正確に観測する妨げとな
る他の要因を排除するためである。そこで、図１に示す
装置は図５および図６に示すような被測定試料冷却装置
を組み込むことが可能な構造となっている。

【００２９】図５は、被測定試料８に低温のヘリウムガ
スを吹き付けることで被測定試料を冷却するための冷却
装置の構成を示す図である。石英管３８に液体ヘリウム
４０を流入する。石英管３８の液体ヘリウム４０流入口
近傍にはヒ−タ３７が設けられており、このヒ−タ３７
で液体ヘリウム４０を加熱することにより、流入するヘ
リウムの温度を液体窒素温度から室温付近までの任意の
温度に設定することができる。石英管３８に流入された
ヘリウムガスは、被測定試料８に到達し、被測定試料８
を冷却した後、石英管３８と二重石英管３６の隙間を通
って、冷却装置外に排出される。石英管と外部との熱交
換を遮断し、被測定試料８の冷却効率を高くするため、
石英管の周囲には断熱材３５が設けられている。この冷
却装置の利点は、吹き付けるヘリウムガスをヒ−タ３７
により加熱することで、液体ヘリウム温度付近から室温
付近までの広範囲にわたる温度設定が可能な点である。

【００３０】図６は、液体ヘリウムの中に試料を直接挿
入して冷却するための冷却装置の構成を示す図である。二重石英管３６内に液体ヘリウム４０を流入し、その液
体ヘリウム４０中に、試料ホルダ１３により保持された
被測定試料８を挿入し、冷却する。二重石英管３６の周
囲には液体窒素４１を挿入し、二重石英管３６全体を冷
却することにより被測定試料８の冷却効率を高くする。空洞共振器内の真空を保つため、レンズ系取付け部分と
マイクロ波導波管取付け部分には石英窓４２を設け、被
測定試料からの発光とマイクロ波の伝達は石英窓４２を
介して行う。また、冷却温度を液体ヘリウム温度以下に
設定することが必要な場合には、減圧用パイプ４３によ
り排気する構造になっている。この冷却装置の利点は、
構造が図５の装置に比べ単純である点と、温度の安定性
が高い点である。しかし、図６の装置では前述のような
広範囲にわたる温度設定は困難である。

【００３１】これらの冷却装置は冷却部を真空ポンプに
より排気すること（一般にポンピングと呼ばれる）によ
り、液体ヘリウム温度（４．２Ｋ）以下の温度に冷却温
度を設定することも可能である。

【００３２】また、図５および図６に示した冷却装置の
光取り出し部分３９（試料からの発光を対物レンズ系に
取り出す部分）は曲面でなく平面であることが望ましい
。なぜならば、光取り出し部分が曲面の場合には、被測
定試料からの発光が曲面を通過する際に屈折して発散し
、レンズ系に取り出す効率が悪くなることがあるのに対
し、光取り出し部分が平面の場合には、被測定試料から
の発光を効率よくレンズ系に取り出すことができるため
である。

【００３３】図７は磁気共鳴現象の測定に用いる試料の
一例を示す図である。図７に示した試料はデュレン単結
晶４４の任意の位置にキノキサリンを拡散したものであ
る。図７の黒く示した位置４６がキノキサリンを拡散し
た位置である。ただし、通常の観測（光学顕微鏡等での
観測）の場合には、図７に示すような明暗は観測されな
い。

【００３４】デュレン単結晶中に拡散されたキノキサリ
ン分子はデュレン単結晶格子に入り込み常磁性欠陥を生
じる。この欠陥はキノキサリン−ｄ６の電子スピン共鳴
スペクトルとして観測されることがよく知られている。また、このキノキサリン−ｄ６の電子スピン共鳴スペク
トルと対応のあるＯＤＭＲスペクトルが得られることも
すでに報告されている。

【００３５】図８は上記キノキサリン−ｄ６のＥＳＲと
ＯＤＭＲスペクトル例を示す図である。この図は、ケミ
カル　　フィジックス　　レタ−　　第１巻　　４３４
頁（１９６７年）（Ｊ．Ｓｃｈｍｉｄｔ，ｅｔ．ａｌ．
　ｃｈｅｍ．ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，１，４３４（１９
６７））から引用したものである。図８（ａ）は、磁場
強度の変化に伴うマイクロ波変量の微分を表し、図８（
ｂ）は、磁場強度の変化に伴う発光の強度変化を表して
いる。

【００３６】上記のキノキサリン−ｄ６ＯＤＭＲスペク
トルを参考とし、本発明に係る装置によりこのスペクト
ルの観測を試みた。

【００３７】測定装置の基本構成は図１に示したものと
し、さらに試料を冷却するため図６に示す冷却装置を付
加した。試料温度は４．２Ｋに設定し、空洞共振器には
約９．５ＧＨｚのマイクロ波を供給した。電磁石による
外部磁場は、キノキサリン−ｄ６のＯＤＭＲスペクトル
に対応する大きさ、すなわち図８（ｂ）中に記したピ−
クＡが現れるような磁場の大きさに設定した（高感度な
検出を行う為には、ピ−クＡの頂点が現れる磁場の大き
さに設定する）。対物レンズ系および接眼レンズ系の拡
大率は１００倍に設定し、発光分布の観測を行った。

【００３８】測定の結果、キノキサリン−ｄ６の電子ス
ピン共鳴状態と非共鳴状態とで明らかな発光状態の差が
観測された。この発光状態の差は、図７に示したキノキ
サリンの拡散位置に対応する位置に観測された。すなわ
ち、電子スピン共鳴状態と非共鳴状態とで被測定試料か
らの発光強度に差が見られた部分を黒で示し、差が見ら
れなかった部分を白で示すように設定すると、図７の拡
大図のような像が得られた。

【００３９】

【発明の効果】本発明の表面分析装置、表面分析方法お
よび磁気共鳴現象の測定装置を試料の表面状態の観測に
適用すれば、励起光を照射することにより生ずる試料か
らの発光の変化を微小な領域において観測することが可
能である。従って、発光を伴うスピン系の微小な分布を
高感度に検出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る磁気共鳴現象の測定装置の空洞共
振器部分の基本構成を示す図である。

【図２】従来の電子スピン共鳴装置の簡単な基本構成を
示す図である。

【図３】従来の電子スピン共鳴装置の空洞共振器部分の
基本構成を示す図である。

【図４】ＯＤＭＲの原理説明図であり、物質中の電子準
位を模式的に表す図である。

【図５】本発明による測定を行う際、被測定試料を冷却
する冷却装置の構成を示す図である。

【図６】本発明による測定を行う際、被測定試料を冷却
する冷却装置の構成を示す図である。

【図７】実施例において測定に用いた被測定試料を示す
図である。

【図８】測定の際参照したキノキサリン−ｄ６のＥＳＲ
とＯＤＭＲスペクトル例を示す図である。

【符号の説明】

１…マイクロ波発振器、２…サ−キュレ−タ、３…マイ
クロ波検出器、４…ロックインアンプ、５…導波管、６
…空洞共振器、７…磁場変調用コイル、８…試料、９…
磁場変調用電源、１０…外部磁場用電源、１１…外部磁
場用コイル、１２…記録計、１３…試料ホルダ、１４…
基底状態、１５…準安定状態、１６…励起状態、１７…
準安定状態α副準位、１８…準安定状態α副準位、１９
…φ２からφ１への無輻射緩和、２０…φ２からφ１へ
の無輻射緩和、２１…φ１ａからφ０への発光、２２…
φ１ｂからφ０への発光、２３…φ０からφ２への励起
、２４…励起用光源、２５…分光器、２６…λ／４波長
板、２７…励起光、２８…試料からの発光、２９…対物
レンズ系、３０…鏡筒および接眼レンズ系、３１…光学
フィルタ（色ガラスフィルタ又は干渉フィルタおよびそ
れらと偏光フィルタの組合せ）、３２…固体撮像素子、
３３…ビ−ムエンド、３４…レンズ系移動機構、３５…
断熱材、３６…二重石英管、３７…ヒ−タ、３８…石英
管、３９…光取り出し部分、４０…液体ヘリウム、４１
…液体窒素、４２…石英窓、４３…減圧用パイプ、４４
…デュレン単結晶、５５…拡大図、４６…キノキサリン
拡散位置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料をその内部に配置するための試料収容
容器と、前記試料収容容器内の前記試料にマイクロ波を
供給するためのマイクロ波発生手段と、前記試料収容容
器内の前記試料に磁場を印加するための磁場印加手段と
、前記磁場の強度を所定値に設定するための磁場強度設
定手段と、前記試料に励起光を供給するための励起用光
源と、前記試料に前記励起光を供給することによる前記
試料表面からの発光の発光分布を拡大するための光学系
と、前記光学系により得られた発光分布像を光電変換す
るための光電変換手段とを有することを特徴とする表面
分析装置。
【請求項２】前記試料収容容器中の前記試料を冷却する
ための冷却手段を有することを特徴とする請求項１記載
の表面分析装置。
【請求項３】前記試料収容容器内に前記マイクロ波発生
手段により発生させた前記マイクロ波を伝播させるため
の手段を有することを特徴とする請求項１または２記載
の表面分析装置。
【請求項４】前記試料収容容器は空洞共振器であること
を特徴とする請求項１、２または３記載の表面分析装置
。
【請求項５】前記磁場印加手段は電磁コイルであること
を特徴とする請求項１、２、３または４記載の表面分析
装置。
【請求項６】前記磁場強度設定手段は前記電磁コイルの
電流を制御する電源であることを特徴とする請求項１、
２、３、４または５記載の表面分析装置。
【請求項７】前記励起用光源はレ−ザ光またはランプで
あることを特徴とする請求項１、２、３、４、５または
６記載の表面分析装置。
【請求項８】前記試料表面と前記励起用光源との間には
前記試料に照射する前記励起光を単色化するための分光
手段を有することを特徴とする請求項１、２、３、４、
５、６または７記載の表面分析装置。
【請求項９】前記分光手段は分光器であることを特徴と
する請求項８記載の表面分析装置。
【請求項１０】前記試料表面と前記励起用光源との間に
は前記励起光を偏光化させる偏光手段を有することを特
徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８または
９記載の表面分析装置。
【請求項１１】前記偏光手段は前記励起光を円偏光化す
るλ／４波長板であることを特徴とする請求項１０記載
の表面分析装置。
【請求項１２】前記光学系は対物レンズ系および接眼レ
ンズ系を有することを特徴とする請求項１、２、３、４
、５、６、７、８、９、１０または１１記載の表面分析
装置。
【請求項１３】前記光学系を構成するレンズの少なくと
も一部が前記試料に対して移動可能であることを特徴と
する請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０
、１１または１２記載の表面分析装置。
【請求項１４】前記レンズの移動方向は前記試料表面に
対して垂直または水平方向であることを特徴とする請求
項１３記載の表面分析装置。
【請求項１５】前記試料は前記光学系に対して移動可能
であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６
、７、８、９、１０、１１または１２記載の表面分析装
置。
【請求項１６】前記試料の移動方向は前記光学系の光軸
に対して垂直または水平方向であることを特徴とする請
求項１５記載の表面分析装置。
【請求項１７】前記光電変換手段は固体撮像素子または
撮像管であることを特徴とする請求項１、２、３、４、
５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、
１５または１６記載の表面分析装置。
【請求項１８】前記光電変換手段を冷却するための冷却
手段を前記試料収容容器内に有することを特徴とする請
求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１
、１２、１３、１４、１５、１６または１７記載の表面
分析装置。
【請求項１９】前記冷却手段による前記光電変換手段の
冷却には液体窒素または電子冷却素子を用いることを特
徴とする請求項１８記載の表面分析装置。
【請求項２０】前記試料表面と前記光電変換手段との間
には特定波長領域の光を選択的に通過させる分光手段を
設けたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６
、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、
１６、１７、１８または１９記載の表面分析装置。
【請求項２１】前記特定波長領域は、前記試料からの発
光光が有する波長スペクトル領域のうちの一部を構成す
る波長領域であることを特徴とする請求項２０記載の表
面分析装置。
【請求項２２】前記分光手段は光学フィルタであること
を特徴とする請求項２０または２１記載の表面分析装置
。
【請求項２３】前記光学フィルタは色ガラスフィルタお
よび干渉フィルタを有することを特徴とする請求項２２
記載の表面分析装置。
【請求項２４】前記光学フィルタはさらに偏光フィルタ
を有することを特徴とする請求項２３記載の表面分析装
置。
【請求項２５】前記試料表面と前記光電変換手段との間
には特定の偏光の光を透過させる偏光フィルタを有する
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、
８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、
１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３または２４
記載の表面分析装置。
【請求項２６】前記特定の偏光は前記試料からの発光光
が有する偏光光のうちの一部を構成する偏光であること
を特徴とする請求項２５記載の表面分析装置。
【請求項２７】前記マイクロ波および前記磁場は前記試
料を構成する物質中の不対電子を電子スピン共鳴状態に
するためのものであることを特徴とする請求項１、２、
３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３
、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、
２２、２３、２４、２５または２６記載の表面分析装置
。
【請求項２８】前記磁場の強度を連続的に変化させるこ
とにより特定の磁場強度において前記試料を構成する物
質の不対電子を電子スピン共鳴状態にする手段を有する
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、
８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、
１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２
５、２６または２７記載の表面分析装置。
【請求項２９】試料に励起光を照射し、磁場とマイクロ
波を供給することによる前記試料からの発光を光学系で
拡大して発光分布を観測することを特徴とする表面分析
方法。
【請求項３０】前記試料からの前記発光を光電変換手段
に結像させる手段を有することを特徴とする請求項２９
記載の表面分析方法。
【請求項３１】エネルギを分離させたスピン系に、その
分離幅もしくは分離幅近傍のエネルギに相当する電磁波
を供給する電磁波供給手段を有する磁気共鳴現象の測定
装置において、前記スピン系を有する被測定試料からの
発光を計測する手段を備えた磁気共鳴現象の測定装置。
【請求項３２】前記スピン系のエネルギを分離させる手
段は、磁場印加手段であることを特徴とする請求項３１
記載の磁気共鳴現象の測定装置。
【請求項３３】前記電磁波供給手段は、マイクロ波もし
くはラジオ波領域の電磁波を供給する手段であることを
特徴とする請求項３１または３２記載の磁気共鳴現象の
測定装置。
【請求項３４】前記被測定試料を任意の拡大率で観測で
きる対物レンズ系と接眼レンズ系を有することを特徴と
する請求項３１、３２または３３記載の磁気共鳴現象の
測定装置。
【請求項３５】前記対物レンズ系および前記接眼レンズ
系で拡大した像を結像させる手段は固体撮像素子である
ことを特徴とする請求項３１、３２、３３または３４記
載の磁気共鳴現象の測定装置。
【請求項３６】前記固体撮像素子の前面に特定波長域の
光を透過させるための光学フィルタを有することを特徴
とする請求項３１、３２、３３、３４または３５記載の
磁気共鳴現象の測定装置。
【請求項３７】前記光学フィルタは、特定波長領域の光
を透過させるフィルタ以外に偏光度に依存して透過特性
の異なる偏光フィルタを有することを特徴とする請求項
３６記載の磁気共鳴現象の測定装置。
【請求項３８】前記被測定試料に励起光を照射する手段
はレ−ザ光源であることを特徴とする請求項３１、３２
、３３、３４、３５、３６または３７記載の磁気共鳴現
象の測定装置。
【請求項３９】前記被測定試料に励起光を照射する手段
は連続光源と分光器を組み合わせた光源であることを特
徴とする請求項３１、３２、３３、３４、３５、３６ま
たは３７記載の磁気共鳴現象の測定装置。
【請求項４０】前記被測定試料を冷却する手段は液体ヘ
リウムまたは液体窒素を用いた冷却装置であることを特
徴とする請求項３１、３２、３３、３４、３５、３６、
３７、３８または３９記載の磁気共鳴現象の測定装置。
【請求項４１】前記被測定試料を構成する物質の少なく
とも一部を磁気共鳴状態とするための手段として、空洞
共振器を用いることを特徴とする請求項３１、３２、３
３、３４、３５、３６、３７、３８、３９または４０記
載の磁気共鳴現象の測定装置。
【請求項４２】前記被測定試料に照射する励起光は円偏
光光であることを特徴とする請求項３１、３２、３３、
３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０または４１
記載の磁気共鳴現象の測定装置。
【請求項４３】前記対物レンズ系および前記接眼レンズ
系で構成されるレンズ系は前記被測定試料面内の任意の
位置を観測できる位置に移動可能であることを特徴とす
る請求項３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、
３８、３９、４０、４１または４２項記載の磁気共鳴現
象の測定装置。
【請求項４４】前記レンズ系に対し前記被測定試料を移
動可能であることを特徴とする請求項３１、３２、３３
、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１ま
たは４２記載の磁気共鳴現象の測定装置。
【請求項４５】前記レンズ系は前記電磁波の影響が及ば
ない位置に設置することを特徴とする請求項３１、３２
、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、
４１、４２、４３または４４記載の磁気共鳴現象の測定
装置。
【請求項４６】前記固体撮像素子を冷却する手段は、液
体窒素または電子冷却素子を用いた冷却装置であること
を特徴とする請求項３１、３２、３３、３４、３５、３
６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４
または４５記載の磁気共鳴現象の測定装置。