(57)【要約】  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。
2016110935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。【０００４】
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。【０００５】
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。【０００６】
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。【０００７】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平11-044636号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。【００１０】
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。【００１１】
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。【００１２】
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。【００１３】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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。【００１５】
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。【００１６】
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。【００１７】
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。【００１８】
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。【００１９】
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。【００２０】
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。【００２１】
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。
【発明の効果】
【００２２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る対物光学系の縦断面図。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】従来の赤外顕微鏡システムの概略構成図。
【図１５】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。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
［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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。  
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
［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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。  
【００４１】
［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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【符号の説明】
【００４４】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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