(57)【要約】【課題】簡便で且つ非破壊で表面近傍又は界面近傍における光吸収スペクトルの二次元情報を得ることができる。而も短時間で得られる。【解決手段】光源２から発射された光を入射側レンズ系３で集光し、測定用の台形プリズム５に一定の幅の波長範囲で入射する。測定用の台形プリズム５で一回全反射を行う。全反射を行うことでエバネッセント波が発生し、測定用の台形プリズム５の界面近傍の光吸収分光特性を得ることができる。測定用の台形プリズム５、又は入射側及び出射側レンズ系３、６をＸ、Ｙ軸に沿って走査する。全反射して測定用のプリズム５から出射した光をＣＣＤ分光器７で分光し、光吸収データをコンピュータ９で編集することによって二次元の情報にする。そしてこれをその画面に表示する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源から発射された光を集光する入射側レンズ系と、前記入射側レンズ系で集光された光を１回反射させ、全反射によるエバネッセント波による二次元の光吸収分光測定を可能にする底面を持つ測定用の台形又は三角プリズムと、前記測定用のプリズムから出射した光を集光する出射側レンズ系と、前記出射側レンズ系により集光した光を分光測定する分光器と、光吸収の分光特性を編集し、マッピング表示するコンピュータとからなり、前記測定用のプリズム、又は入射側、出射側レンズ系をＸ、Ｙの軸方向へ走査して、平面として、又は平面上の任意の場所の光吸収スペクトルの情報を得、光吸収の分光特性をコンピュータにて編集し、マッピング表示することを特徴とするエバネッセント波を利用した光吸収分光顕微鏡。
【請求項２】
光源が白色光等の一定の波長幅を持つ光又は特定の波長の光である請求項１記載のエバネッセント波を利用した光吸収分光顕微鏡。
【請求項３】
光源と入射側レンズ系との間及び出射側レンズ系と分光器との間を夫々光ファイバーをもって接続してなる請求項１又は２記載のエバネッセント波を利用した光吸収分光顕微鏡。
【請求項４】
入射側レンズ系と測定用のプリズムとの間にロール回転可能な偏光子を配置してなる請求項１、２又は３記載のエバネッセント波を利用した光吸収分光顕微鏡。
【請求項５】
入射側レンズ系と測定用のプリズムとの間及び測定用のプリズムと出射側レンズ系との間に夫々ロール回転可能な偏光子を配置してなる請求項１、２又は３記載のエバネッセント波を利用した光吸収分光顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエバネッセント波を利用した光吸収分光顕微鏡に関し、更に詳細には測定用のプリズム内での１回の全反射により生じるエバネッセント波を利用して、表面近傍又は界面近傍における光吸収スペクトルの二次元情報を得ることができるようになしたエバネッセント波を利用した光吸収分光顕微鏡に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高分子薄膜の高機能化や液晶の支持体等の用途により、界面近傍の物質の配向情報や構造の欠損、汚損等の情報を得るべく研究が進められている。しかし、これまで簡便で且つ非破壊で表面近傍、界面近傍における光吸収スペクトルを二次元測定できる方法がなかった。
【０００３】
従来、平面を光吸収測定するための測定装置として、例えば反射型分光測定装置がある。それは、正反射では光沢度を測定し、散乱測定では吸収スペクトルを測定するものである。尚、吸収スペクトル測定を行う場合には積分球などを用いる場合もある。
【０００４】
また、エバネッセント波を利用した測定法の中に光導波路分光測定法といわれるものがある。それは、光導波路と呼ばれる厚さが０．５ｍｍ以下の全反射プリズムを用い、繰り返し反射を利用して表面の分光特性を高感度に測定しようとする方法である。
【０００５】
ところで、表面の分光特性を測定しようとしたとき、バルクの最表面だけではなく、表面近傍の数百ナノメータの領域が問題になる場合がある。
【０００６】
ここにおいて、エバネッセント波は、全反射の際に発生し、その全反射角に応じてその染み込み深さを数十ナノメータから数百ナノメータまで変えることのできる光である。即ち、エバネッセント波は全反射した界面の反対側に染みだした光であって、その到達距離は凡そ波長オーダーで、その強度は界面から離れるに従って指数関数的に減少する。しかしながら波長の性質、波面の方向は保存されるため、界面近傍の物質の光吸収のスペクトル情報を得ることができるものである。このようなことから、エバネッセント波は超薄膜の内部状態から、積層された薄膜の界面情報、構造の欠陥、吸着物、機能等を光吸収の分光特性として表すことが可能となるのである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の光導波路分光測定法においては、エバネッセント波を利用して測定を行うものの、繰り返し反射を利用して高感度化を達成しているために、反射方向によるラインを測定してしまい、特定の部位だけの光吸収による分光特性を取り出すことができない。そしてこの結果、二次元の情報にすることができない。また、上記従来の反射型分光測定装置にあっては、エバネッセント波を用いないため、表面の屈折率測定又は表面の散乱光スペクトル測定となっている。
【０００８】
また、上記の他にもホトＳＴＭという測定法があるが、観察できる領域が余りに微小であるため、測定に時間がかかり過ぎ且つまたデリケートである。更にまた、赤外（分子振動による測定）で行われているＦＴＩＲにおけるＡＴＲのマッピングも行われているが、斯かる赤外では単分子レベルでの界面近傍の測定は困難であり、その波長の長さからバルクの情報を得るに過ぎない。即ち、エバネッセント波の染み込み深さは波長と正比例の関係にあり、例えば２００ｎｍに対し４００ｎｍの波長の光は倍染み込むことになる。そしてまた一方、赤外で測定される２ミクロン以上の波長の光はミクロンオーダーの染み込み深さを持つものである。これらのことから赤外では単分子レベルでの界面近傍の測定が困難である。このため、赤外の波長より浅い領域を、分子の電子状態（遠紫外から近赤外領域）で測定することができる測定法が望まれる。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであって、簡便で且つ非破壊で表面近傍又は界面近傍における光吸収スペクトルの二次元情報を得ることができ、而も短時間で得られるようになしたエバネッセント波を利用した光吸収分光顕微鏡を提供せんとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
而して、本発明の要旨とするところは、光源と、前記光源から発射された光を集光する入射側レンズ系と、前記入射側レンズ系で集光された光を１回反射させ、全反射によるエバネッセント波による二次元の光吸収分光測定を可能にする底面を持つ測定用の台形又は三角プリズムと、前記測定用のプリズムから出射した光を集光する出射側レンズ系と、前記出射側レンズ系により集光した光を分光測定する分光器と、光吸収の分光特性を編集し、マッピング表示するコンピュータとからなり、前記測定用のプリズム、又は入射側、出射側レンズ系をＸ、Ｙの軸方向へ走査して、平面として、又は平面上の任意の場所の光吸収スペクトルの情報を得、光吸収の分光特性をコンピュータにて編集し、マッピング表示することを特徴とするエバネッセント波を利用した光吸収分光顕微鏡にある。
【００１１】
また、上記構成において、光源としては白色光等の一定の波長幅を持つ光又は特定の波長の光を用いることが望ましい。
【００１２】
また、上記構成において、光源と入射側レンズ系との間及び出射側レンズ系と分光器との間を夫々光ファイバーをもって接続するようになしてもよい。
【００１３】
このようになした場合には、光学系の配置の自由度を確保することが可能になり、入射及び出射角度を自由に変えたり、ステージを動かしたり、光源、測定用のプリズム、分光器等の配置を自由に変えたりすることが可能になる。加えて、光ファイバーによる開口数の効果により、バックグランド光の影響を最小限にし、シグナル光を選択的に測定することが可能になる。
【００１４】
また、上記構成において、入射側レンズ系と測定用のプリズムとの間にロール回転可能な偏光子を配置するようになしてもよい。
【００１５】
このようになした場合には、Ｓ偏光、Ｐ偏光を入射すると得られる吸収データより表面近傍又は界面近傍での分子の配向に応じた光吸収分光特性をマッピング表示することができる。
【００１６】
また、上記構成において、入射側レンズ系と測定用のプリズムとの間及び測定用のプリズムと出射側レンズ系との間に夫々ロール回転可能な偏光子を配置するようになしてもよい。
【００１７】
このようになした場合には、偏光子をロール回転させながら光吸収測定を行うことにより、表面近傍又は界面近傍での旋光情報を分光特性としてマッピング表示することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の第１実施形態の説明図である。
【００１９】
図中、１は光吸収分光顕微鏡である。２は光源である。また該光源２は、遠紫外から近赤外までのうち任意の波長範囲を持つ光を発射するもの、或いは特定の波長の光を発射するものが選ばれる。また、本実施形態では白色光を用いている。尚、斯かる白色光は一定の波長幅を持つ光である。また、光源２からの光を他の光と明確に区別するために、光源から出る光を一定周期で断続光にすることが望ましく、これによりバックグランド光の影響を受けずに分光測定することが可能になる。
【００２０】
３は前記光源２から発射された光を集光する入射側レンズ系であり、角度調整可能である。更にまた、該入射側レンズ系３は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に走査可能である。そして、該入射側レンズ系３は、本実施形態にあっては光ファイバー４をもって前記光源２に接続している。
【００２１】
５は測定用の台形プリズムであり、図示はしないが三角形のものを用いてもよい。そしてまた、該測定用の台形プリズム５は、前記入射側レンズ系３で集光された光を１回反射させるものであり、全反射によるエバネッセント波による二次元の光吸収分光測定を可能にする底面を持っている。また該測定用の台形プリズム５は、前記入射側レンズ系３及び後記出射側レンズ系をＸ軸方向及びＹ軸方向に走査可能とした場合には必要ないが、そうでない場合にはＸ軸方向及びＹ軸方向に走査可能とする。
【００２２】
また、該測定用の台形プリズム５は、分光測定をするため目的とする波長範囲で吸収がないことが望まれる。このため透明でなければならない。しかしながら特定波長の吸収測定を行う場合においては、その波長の光のみを透過することが可能である。また、プリズム内で全反射を起こさせるために、該プリズムはサンプルより屈折率が高いことが望ましい。また、材料としては、石英ガラス、サファイヤ、ダイヤモンド等が有用であり、ガラスでは高屈折率である重フリントガラス等も用いられる。サンプルの屈折率が下回ればその他のガラスもプリズムになり得る。また、他にも樹脂ではＰＭＭＡ等のアクリル系の樹脂等が利用可能である。
【００２３】
６は前記測定用の台形プリズム５から出射した光を集光する出射側レンズ系である。更にまた、該出射側レンズ系６は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に走査可能である。
【００２４】
７は前記出射側レンズ系６により集光した光を分光測定するＣＣＤ分光器である。また、該ＣＣＤ分光器７は、本実施形態にあっては光ファイバー８をもって前記出射側レンズ系６に接続している。
【００２５】
９は前記ＣＣＤ分光器７に接続したコンピュータであり、光吸収の分光特性を編集し、モニターに二次元情報を画像として、即ちマッピング画像として表示するものである。
【００２６】
本実施形態は、上記構成要素からなり、そして測定用の台形プリズム５、又は入射側、出射側レンズ系３、６をＸ、Ｙの軸方向へ走査して、平面として、又は平面上の任意の場所の光吸収スペクトルの情報を得、光吸収の分光特性をコンピュータ９にて編集し、マッピング表示するものである。
【００２７】
次に、図２に示した本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態と前記第１実施形態との相違点は、本実施形態において入射側レンズ系と測定用の台形プリズムとの間にロール回転可能な偏光子１０を配置してなる点にある。尚、その他の構成は前記第１実施形態と同様であるから、同一の部材には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２８】
本実施形態によれば、Ｓ偏光、Ｐ偏光を入射すると得られる吸収データより、表面近傍又は界面近傍での分子の配向に応じた光吸収分光特性をマッピング表示することができるものである。
【００２９】
次に、図３に示した本発明の第３実施形態について説明する。
本実施形態と前記第１実施形態との相違点は、本実施形態において入射側レンズ系と測定用の台形プリズムとの間及び測定用の台形プリズムと出射側レンズ系との間に夫々ロール回転可能な偏光子１１、１２を配置してなる点にある。尚、その他の構成は前記第１実施形態と同様であるから、同一の部材には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３０】
本実施形態によれば、偏光子１１、１２をロール回転させながら光吸収測定を行うことにより、表面近傍又は界面近傍での旋光情報を分光特性としてマッピング表示することができるものである。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、簡便で且つ非破壊で表面近傍又は界面近傍における光吸収スペクトルの二次元情報を得ることができ、而も短時間で得られるものである。
【００３２】
また、光源と入射側レンズ系との間及び出射側レンズ系と分光器との間を夫々光ファイバーをもって接続するようになした場合には、光学系の配置の自由度を確保することが可能となり、入射及び出射角度を自由に変えたり、ステージを動かしたり、光源、測定用のプリズム、分光器等の配置を自由に変えたりすることが可能となるものである。加えて、光ファイバーによる開口数の効果により、バックグランド光の影響を最小限にし、シグナル光を選択的に測定することが可能となるものである。また被測定対象に光を当てながら測定したり、電気を流しながら測定するなどの状態分析も可能となるものである。
【００３３】
また、入射側レンズ系と測定用のプリズムとの間にロール回転可能な偏光子を配置するようになした場合には、Ｓ偏光、Ｐ偏光を入射すると得られる吸収データより、表面近傍又は界面近傍での分子の配向に応じた光吸収分光特性をマッピング表示することができるものである。
【００３４】
また、入射側レンズ系と測定用のプリズムとの間及び測定用のプリズムと出射側レンズ系との間に夫々ロール回転可能な偏光子を配置するようになした場合には、偏光子をロール回転させながら光吸収測定を行うことにより、表面近傍又は界面近傍での旋光情報を分光特性としてマッピング表示することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の説明図である。
【図２】本発明の第２実施形態の説明図である。
【図３】本発明の第３実施形態の説明図である。
【符号の説明】
１  光吸収分光顕微鏡
２  光源
３  入射側レンズ系
４  光ファイバー
５  測定用の台形プリズム
６  出射側レンズ系
７  ＣＣＤ分光器
８  光ファイバー
９  コンピュータ
１０  偏光子
１１  偏光子
１２  偏光子
【図１】
2004157031.tif 000003
【図２】
2004157031.tif 000004
【図３】
2004157031.tif 000005