(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹面主鏡と凸面副鏡よりなる反射対物光学系と、同光学系の集光点を中心とする半球形ＡＴＲプリズムを備えた全反射吸収スペクトル測定装置において、２種以上の凸面副鏡を有し、これら凸面副鏡の一つを選択的に測定に使用できるように構成したことを特徴とする全反射吸収スペクトル測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高分子材料などの有機物をはじめ、種々の物質の定性分析や同定分析などに広く利用される全反射吸収スペクトル測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
全反射吸収スペクトル測定法（ＡＴＲ）は、試料面に試料より高屈折率の透明体（赤外光を用いる場合は、赤外光に対して透明であればよい）を接触させ、この高屈折透明体側から、試料との境界面で全反射がおきる入射角で測定光を入射させ、全反射された光の試料による吸収減光を検出することにより、試料の吸収特性を測定する方法で、従来から赤外光について測定を行う場合、反射光学系によって構成された赤外反射顕微鏡システムを利用した装置が用いられている。
【０００３】
この方法によれば、試料に吸収のない波長領域の光はそのまま全反射されるが、赤外吸収のある波長領域では全反射光が吸収されるので、透過光スペクトルとほとんど同じスペクトルが得られる。
【０００４】
しかも、この方法では、不溶、不融、粉砕困難な弾性、粘性物質の測定が可能であるとともに、他の測定方法では試料処理が困難であるゴム、プラスチックなどの測定が容易に行えるという特徴を有している。
【０００５】
従来のカセグレン式赤外顕微分光光度計の対物鏡の構造を図３に示す。対物鏡は中央に孔のあいた凹面主鏡８と、この凹面主鏡８と同軸の凸面副鏡９とよりなっており、図外の分光器から出射した単色光が、図３で光軸の右半分を下方に対物鏡光学系に入射せしめられ、その光は凸面副鏡９および凹面主鏡８で反射されて対物鏡光学系の集光点Ｐに集光される。集光点ＰにはＰ点を中心とする半球形のＡＴＲプリズム１０が設置れており、試料ＳをそのＡＴＲプリズム１０の下面に接触させる。こうすると、Ｐ点に集光する光は、ＡＴＲプリズム１０では屈折されず、そのままＰ点に集光し、試料面で全反射されて、対物光学系の光軸の左半分を上行し、検出される。
【０００６】
全反射吸収スペクトル測定法（ＡＴＲ）は、全反射を利用するため、プリズムが焦点位置にあると、すべての光はＡＴＲプリズム底面で反射し、焦点位置にある試料を可視観察することはできない。このため、観察時にはＡＴＲプリズムを焦点位置から別の位置に移動させる必要がある。この方法として、光軸に垂直な面内でプリズムを平行移動させるか、図４および図５に示すように、先端に半球レンズを用いた対物レンズ系において、その先端半球レンズの一番上の対物レンズ１１の周辺部をカセグレン式反射対物光学系の凸面副鏡１２に利用し、ＡＴＲ測定時には、図４に示すように、輪状開口のＡＴＲ測定用のアパーチャー１３を光軸上に配置し、測定光が凸面副鏡１２に照射されるようにし、可視観察時には、図５に示したように、円形開口を有する目視用アパーチャー１４を光軸上に配置し、測定光が対物レンズ１１に照射されるようにして、試料を対物光学系で目視できるようにしている。あるいは、図６に示すように、ＡＴＲプリズム１５を可動式にして、目視測定時には鏡筒を支点にしてレバー１６でＡＴＲプリズム１５を光軸方向に持ち上げて、ＡＴＲプリズム１５を測定光路から外して、測定光がＡＴＲプリズム１５を通過しないようにした例がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示すように、対物光学系と反射光学系を１つのレンズを用いて行う場合、特殊レンズの作成およびアパーチャー切換機構作製が容易ではなく、高価になるという問題点があった。また、図６に示すように、ＡＴＲプリズムを可動式にした場合、ＡＴＲプリズムを光軸方向に動かすので、ＡＴＲ測定の時、ＡＴＲプリズムに試料を圧接すると、ＡＴＲプリズムの位置の再現性が悪いという問題があった。さらに、ＡＴＲ測定においては光の全反射を利用するため、赤外線を透過しかつ赤外線に対して屈折率の大きな材質で作製されたＡＴＲプリズムを用いる必要があり、ＡＴＲプリズムの種類によってはプリズムへの入射角を大きくしないと全反射条件を満足しないので、大きな入射角で光を入射することが必要となる。このため、大きな凹面主鏡と凸面副鏡が必要となるが、この様な光学系を用いた場合、可視観察時には試料への入射角が大きいと、収差などの理由により像がぼけるなどの弊害が発生する。
【０００８】
そこで、本発明は、簡単な機構により可視観察時に試料の分析点の鮮明な像が得られることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、中央に孔のあいた凹面主鏡と、この凹面主鏡と同軸の凸面副鏡とＡＴＲプリズムよりなる全反射吸収カセグレン反射対物鏡において、凹面主鏡は固定しておき、凸面副鏡とＡＴＲプリズム部分のみを同時に切り替え移動させる機構を組み込むことにより、ＡＴＲ測定および可視観察の各使用条件に応じて、最適な凸面副鏡とＡＴＲプリズムの組み合わせを選択できるようにした。
【００１０】
本発明によれば、凹面主鏡は固定されているが、凸面副鏡とＡＴＲプリズムは同時に移動可能になっているので、可視観察時には小さな凸面副鏡に切り替え、焦点位置への光の入射角度を小さく制限でき、可視観察時に鮮明な像を得ることができる。また、ＡＴＲ測定の際には大きな凸面副鏡に切り替え、ＡＴＲプリズムに入射する光の入射角度をプリズムの屈折率に応じて大きくすることができ、入射する光の全反射条件を容易に満足させることが可能となる。また、屈折率の異なるＡＴＲプリズムとこれに適した凸面副鏡に切り替え、ＡＴＲプリズムに対し入射する光の入射角度を変えることにより、測定試料に対する測定光のもぐり込み深さを変化させることができるようになり、これにより試料中の異なった深さ位置におけるＡＴＲスペクトルを測定することが可能になる。
【００１１】
凸面副鏡とＡＴＲプリズムを同時に切り替える機構例としては、反射対物光学系の光軸と平行な軸を中心に回動可能な切り替え用ターンテーブルを設置し、この切り替えターンテーブルを回動させたとき、ターンテーブル上に描かれる上記反射対物光学系の光軸の通過軌跡上に中心をおいて２種以上の凸面副鏡を設け、さらにそれぞれの凸面副鏡の光軸上であり凸面副鏡の下方で凹面主鏡の焦点となる位置にＡＴＲプリズムを固定しておき、凸面副鏡の一方が上記反射対物光学系の光軸に位置し測定に用いられているとき、他方を反射対物光学系外に位置させることにより実現できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の全反射吸収スペクトル測定装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施例であり、全反射吸収スペクトル測定装置の一実施例の概略を示している。図１（ａ）は側面断面図であり、カセグレン反射対物鏡１は中央に孔のあいた凹面主鏡２と凸面副鏡３と半球形のＡＴＲプリズム４とから構成されている。凹面主鏡２、凸面副鏡３およびＡＴＲプリズム４は同一光軸上にあり、ＡＴＲプリズム４はその曲率中心が凹面主鏡２の集光点に位置するように配置されている。凸面副鏡３およびＡＴＲプリズム４は切り替え用ターンテーブル５に設置されている。切り替え用ターンテーブル５は凹面主鏡２の光軸と平行な軸を中心に回動可能となっており、固定されている凹面主鏡２に対して、凸面副鏡３およびＡＴＲプリズム４は切り替え用ターンテーブル５を回動することにより同時に移動させられるようになっている。図１（ｂ）は図１（ａ）を下部から見た図であり、ターンテーブル５には凸面副鏡３およびＡＴＲプリズム４の他に、目視用の凸面副鏡６が、切り替え用ターンテーブル５を回動させたとき、ターンテーブル上に描かれる凸面副鏡２の光軸の通過軌跡上に中心をおいて設置されている。さらに、カセグレン反射対物鏡１には位置決めピボット７が配置されている。
【００１３】
この全反射吸収スペクトル測定装置で測定を行う場合、まず、切り替え用ターンテーブル５を回動させ、目視観察用の凸面副鏡６の光軸が凹面主鏡２の光軸と一致する位置に来るよう位置決めピボット７を用いて凸面副鏡６の位置が固定される。測定干渉光は分光光度計（図示せず）から射出し、凹面主鏡の孔を通過し光軸の右半分を下方に対物光学系に入射され、凸面副鏡６および凹面主鏡２で反射されて集光される。この時、小さな凸面副鏡６を目視観察用に使用することで、焦点位置への光の入射角度を小さく制限することができ、可視観察時に鮮明な像を得ることができる。次に、再び切り替え用ターンテーブル５を回動させ、位置決めピボット７を用いて凸面副鏡３およびＡＴＲプリズム４の光軸が凹面主鏡２の光軸と一致する位置に凸面副鏡３およびＡＴＲプリズム４を固定させ、ＡＴＲ測定を行う。この時、凸面副鏡３に大きな凸面副鏡を使用することにより、ＡＴＲプリズム４に入射する光の入射角度を、ＡＴＲプリズム４の屈折率に応じて大きくとることが可能となり、入射する光の全反射条件を容易に満足させることができる。
【００１４】
図２は図１におけるＡＴＲカセグレン反射対物鏡の側面断面図を示したものである。図２（ａ）は目視観察時に用いられるＡＴＲカセグレン反射対物鏡であり、小さな凸面副鏡６を用いることにより、焦点位置への光の入射角度が小さくなっていることがわかる。これに対して、図２（ｂ）はＡＴＲ測定時に用いられる用いられるＡＴＲカセグレン反射対物鏡であり、大きな凸面副鏡３を使用することにより、ＡＴＲプリズム４に入射する光の入射角度が大きくとれていることがわかる。
【００１５】
切り替え用ターンテーブル５を回動させるという簡単な動作により、ＡＴＲ測定および可視観察の各使用条件に応じて、最適な凸面副鏡とＡＴＲプリズムの組み合わせを容易に選択することができ、ＡＴＲ測定時には入射する光の全反射条件を容易に満足させることが可能となり、可視観察時には収差が非常に小さい歪みの少ない鮮明な像を得ることが可能となる。さらに、切り替え用ターンテーブル５に、屈折率の異なる２種類以上のＡＴＲプリズムとこれに適した凸面副鏡を設置し、ＡＴＲプリズムに対し入射する光の入射角度を変えることを可能にすることにより、測定試料に対する測定光のもぐり込み深さを変化させることができるようになる。これにより試料中の異なった深さ位置におけるＡＴＲスペクトルを測定することが可能になる。
【００１６】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で種々の変更を行うことができる。例えば、上記実施の形態においては２種類の凸面副鏡を使用しているが、測定条件により必要に応じて３種類以上の凸面副鏡を用いることができる。また、切り替え用ターンテーブル５として円盤状のテーブルを用い、これを回転させることにより凸面副鏡およびＡＴＲプリズムを移動させたが、長方形のテーブルを用い、凸面副鏡およびＡＴＲプリズムを直線上に配置し、リニアモーターにより移動させてもよい。さらに、ターンテーブル５の位置決め方法としては、レーザー光の送受光による位置決め方法等、周知の種々の方法を用いることができる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、固定された凹面主鏡に対して、２種以上の凸面副鏡とＡＴＲプリズムを切り替え用ターンテーブルに設置し、切り替え用ターンテーブルを回動することにより、凸面副鏡とＡＴＲプリズム部分を同時に切り替え移動させる機構を組み込むことで、ＡＴＲ測定および可視観察の各使用条件に応じて、最適な凸面副鏡とＡＴＲプリズムの組み合わせを容易に選択することができ、ＡＴＲ測定時には入射する光の全反射条件を容易に満足させることが可能となり、可視観察時には収差が非常に小さい歪みの少ない鮮明な像を得ることが可能となった。この際、凹面主鏡および凸面副鏡は製作の容易な球面のみの組み合わせで作ることが可能である。また、構造的にも簡単であり、製造コストを低減することができる。さらに、切り替え用ターンテーブルに屈折率の異なる２種類以上のＡＴＲプリズムとこれに適した凸面副鏡を設置し、ＡＴＲプリズムに対し入射する光の入射角度を変え、異なった入射角度のＡＴＲ測定を行うことにより、試料中の異なった深さ位置におけるＡＴＲスペクトルを測定することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の全反射吸収スペクトル測定装置の一実施例の構成図である。
（ａ）本発明の全反射吸収スペクトル測定装置の側面断面図である。
（ｂ）本発明の全反射吸収スペクトル測定装置の下部から見た図である。
【図２】上記実施例のＡＴＲカセグレン反射対物鏡の側面断面図である。
（ａ）目視観察時に使用されるＡＴＲカセグレン反射対物鏡の側面断面図である。
（ｂ）ＡＴＲ測定時に使用されるＡＴＲカセグレン反射対物鏡の側面断面図である。
【図３】従来例の全反射吸収スペクトル測定装置の側面断面図である。
【図４】別の従来例の全反射吸収スペクトル測定装置の側面断面図である。
【図５】上記従来例の目視観察時の側面断面図である。
【図６】別の従来例の側面断面図である。
【符号の説明】
１---カセグレン反射対物鏡
２、８---凹面主鏡
３、６、９、１２---凸面副鏡
４、１０、１５---ＡＴＲプリズム
５---切り替えターンテーブル
７---位置決めピボット
１１---対物レンズ
１３、１４---アパーチャー
１６---レバー
Ｐ---集光点
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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