JPH0217427A - 拡散反射分光システム - Google Patents

拡散反射分光システム

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JPH0217427A
JPH0217427A JP1106087A JP10608789A JPH0217427A JP H0217427 A JPH0217427 A JP H0217427A JP 1106087 A JP1106087 A JP 1106087A JP 10608789 A JP10608789 A JP 10608789A JP H0217427 A JPH0217427 A JP H0217427A
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JP1106087A
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Robert G Messerschmidt
ロバート・ジー・メッサーシュミット
Donald W Sting
ドナルド・ダブリュー・スティング
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Spectra Tech Inc
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は分光器の分野に関するもので、特に拡散反射赤
外線フーリエ変換（ＤＰＩＦＴ　）分光器の分野に関す
るものである。
〔従来の技術〕
マトリックス状の粉にひいた物質または粉状の粒状物質
の反射スペクトラムは、標準的に、サンプルの面から正
反射（鏡面反射）されるエネルギーならびにサンプル内
から拡散反射されるエネルギーに対応する２つの異なる
分光成分よりなる。
正反射エネルギーは、サンプルの面から抽出される分光
特性を含み、これらの特性は表面の任意の変化に応じて
しばしば変化する。また、正反射スペクトルはこれを簡
単に正反射基準スペクトラムと比較してサンプル物質を
識別することは難しい。
これに対して拡散反射エネルギーは反射する前にサンプ
ルもしくはサンプル　マトリックスに入り、透過スペク
トラムの特性のような拡散反射スペクトラムの分光特性
は特定の物質に対して独得である。物質の基準スペクト
ラムは拡散反射に対して設定でき、既知の拡散反射スペ
クトラムと比較して、その成分およびそれら成分の濃度
百分比を含むサンプルの組成を識別することができる。
したがって、サンプル識別もしくはサンプル成分ｅ度は
正反射エネルギーのスペクトラムから分離した拡散反射
エネルギーのスペクトラムを得ることを必要とする。
反射スペクトラムの正反射（鏡面反則）成分から拡散成
分を分離するためこれまで種々の分光システムが考案さ
れている。これらの分光システムのいくつかはフラー（
Ｆｕｌｌｅｒ）およびグリフイス（Ｇｒｉｆｆｉｔｈｓ
　）により最初に提唱された開口除外原理（ａｐｅｒｔ
ｕｒｅ　ｅｘｃｌｕｓｉｏｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　；
アパーチャ　エクスクル−ジョン原理）で作動する。開
口除外原理はサンプルの面がミラーのような動作をする
傾向があるものと仮定している。良好に限定された入射
エネルギーのビームはスネルの法則（Ｓｎｅｌｌ’ｓ　
ｌａｗ　）にしたがってサンプルから正反射（または鏡
面反射）し、ある程度良好に限定された正反射エネルギ
ーのビームを形成する。したがって、正反射エネルギー
は集光ミラーの既知の開口部の領域に大幅に局限され、
他のすべての領域におけるエネルギーは拡散反射される
ものと考える。正反射エネルギーを有する開口部の領域
はさえぎられるので、拡散反射エネルギーの一部または
全部が検出器に指向される。
開口除外原理は、サンプルがミラーのように作動してい
る場合のみ適用されるが、多くの物質は粒状表面を有す
る。入射放射エネルギーは、入射エネルギーの波長に対
するサイズおよびその特定のオリエンテーションにした
がって各校から正反射される。照明領域（ｉｌｌｕｍｉ
ｎａｔｉｏｎ　ａｒｅａ　）におけるすべての粒からの
正反射の累積効果は鏡面散乱（ｓｐｅｃｕｌａｒ　５ｃ
ａｔｔｅｒ）と呼ばれる現象である。
鏡面散乱は、あらゆる反射角にわたって鏡面反射エネル
ギーを分散させることができる。物質によっては、多量
の鏡面散乱を呈し、そのため鏡面反射エネルギーがすべ
ての反射角にわたっである程度均等に分布し、かくして
集光ミラーの開口部において散乱成分から反射スペクト
ラムの鏡面反射成分を分離できないものもある。
他の開口除外手法は、例えば、米国特許第４　、６６１
７０６号に示されているように、サンプルの面上または
面に近接してブロック装置を配置し、鏡面反射エネルギ
ーをブロックアウトすることである。
コノ場合、入射エネルギーのビームはブロッカの一方の
州土でサンプルに入射し、拡散反射エネルギーはブロッ
カの他の側から集光される。入射エネルギーはブロッカ
に打ち勝ち、検出器に到達するようサンプル内に浸透す
るようにしなければならず、かくすれば検出器は拡散反
射エネルギーのみを受信する。実験の結果は、プロシカ
装置が木質的にすべての鏡面反射エネルギーを反射スペ
クトラ１、から取除くことを示している。
しかし、ブロッカ装置にはある制限がある。ブロッカの
入射サイドは、それがより多いトータルエネルギーを有
するので、より多くのエネルギーを拡散反射させる必要
がある。したがって、ブロッカは大部分の拡散反射エネ
ルギーが検出器に到達することを防止することになる。
さらに、一般の透過スペクトラムよりむしろ反射スペク
トラムをとることの共通の理由はサンプルがソースエネ
ルギーに対し不透明であるということである。かくして
、拡散反射は通常表面に近いサンプルの領域からのみ生
ずる。したがって、ブロッカ装置は、サンプル　エリア
をブロッカに隣接する領域に限定するという意図しない
効果を有する。ブロッカ装置を使用して得られる限定さ
れたサンプル　サイズおよび比較的低い生産効率は、微
視的な非均質性を考えず、巨視的サンプルをサンプリン
グすることを含む品質管理のようなある種の利用分野に
おける不所望の属性を呈する。
かくして、高い生産効率を有するのみならず、鏡面散乱
を呈するサンプルからの良好な鏡面反射エネルギーの除
去を可能にする拡散反射光学システムに対する必要性が
生じてきた。
〔発明が解決しようとする課題］ 本発明は新しい集束面微分（ｆｏｃａｌ　ｐｌａｎｅｄ
ｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ）の原理を用いて、反射
スペクトラムの拡散反射成分を抽出するよう形成した拡
散反射システムを提案しようとするものである。
〔課題を解決するための手段〕
大量の鏡面散乱をあられす多くのサンプルは多数の小粒
状の鏡面反射物質をもった良好に限定された面を有する
。したがって、本発明においては、鏡面反射および鏡面
散乱はサンプルの表面のような良好に限定された面に生
ずるものとし、また、拡散反射はサンプルもしくはサン
プル／マトリックス組合せ内から生ずるものと仮定する
。比較的小さい粒を有するサンプル面に対しては、反射
スペクトルの鏡面反射および鏡面散乱成分はサンプルイ
メージ面に対応する遠隔フィールド　ストンプ面で濾波
するようにする。フィルタのイメージにより除去されな
い領域から発出すると考えられるサンプル反射、スペク
トラム内の拡散エネルギーは一般のＦＴ−ＪＲ分光光度
計のような検出器に指向させる。鏡面散乱を除去するこ
とに関するイメージ面フィルタの効用は、鏡面散乱がサ
ンプル面における良好に限定された光面に制限される程
度、エネルギーがサンプルまたは→ノ゛ンプル　マトリ
ックスに浸透する程度、観測システムの数値的アパーチ
ャ（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ａｐａｒｔｕｒｅ）および観
測システムの結像品質に従属する。
本発明の一実施例によるときは、サンプルを光学系の集
束面に配置している。光学系は遠隔フィールド　ストッ
プ　フィルタまたはスプリッタに関する光情報を含むサ
ンプル面上の像（イメージ）を形成し、ついで、サンプ
ルの面を遠隔フィールド　ストップ上に結像させる。こ
の場合、サンプル面から正反射（鏡面反射）されたエネ
ルギーは集束状態にあり、したがって、フィルタの像に
関するイメージ情・）口を保持する。これに対して、サ
ンプル内から拡散反射されたエネルギーは非集束状態で
、フィールド　ストップを横切って広く拡散する。ここ
で、サンプル面からのエネルギーは正反射され、サンプ
ル内からのエネルギーは拡散反射されるものとすれば、
反射スペクトラムの鏡面反射成分は、例えば、反射され
てエネルギーに戻ることにより、それが除去されたある
選定バンドまたは領域に空間的に局限される。
一方、それらの選定領域に限定されない拡散反射エネル
ギーの一部はフィールド　ストップ　フィルタを介して
検出器に指向される。
フィールド　ストップ　フィルタは、例えば、反射平板
状ワイヤまたは反射面のグリッドを含む反射“アイラン
ド”による反射面のアレイを存する反射領域ビーム　ス
プリッタにより形成するを可とする。エネルギー源から
の入射エネルギーを受信する反射面は光学系の光軸に関
して特に対称とするを要しない。光学系はフィルタの入
射反射領域をサンプル上に結像し、サンプルから反射さ
れるエネルギーをフィルタ上に結像させる。この場合、
サンプル面から鏡面反射される放射エネルギーは集束状
態となり、フィルタの入射反射領域上に戻って光学系か
ら除去される。また、サンプル面から拡散反射される放
射エネルギーのいくらかは非集束状態となり、したがう
て、この非集束拡散反射エネルギーのいくらかがフィル
タの入射反射領域間の領域を充たすことになる。フィー
ルド　ストップ　フィルタにおける反射スペクトラムの
成分に空間的間隔を与えることは非集束の拡散反射エネ
ルギーを検出器に指向させることを可能にする。
また、光学系は第１フイールド　ストップ　グリッド　
フィルタ、屈折スプリッタおよび第２グリツド　フィル
タを具えるを可とする。第１グリンド　フィルタは第２
グリツド　フィルタのネガとして機能させる。これは、
第１フィルタを通過し、光学系の残り、の部分を介して
集束状態を保持するエネルギーが第２フィルタによりブ
ロックされることを意味する。光学系は第１グリツド　
フィルタに関する光情報を含むサンプル面上に像を形成
し、次いで、第２グリツド　フィルタ上にサンプル面の
像を形成させる。かくして、サンプルから正反射された
エネルギーは集束状態にあり、したがって第２フィルタ
によりブロックされるが、サンプルから拡散反射される
エネルギーは第２グリツド　フィルタを介して検出器に
至る。
入射反射領域または入射グリッド透過領域はより良好に
平坦サンプル　イメージ面を限定するため相互に近接し
て配置することが好ましいが、重要な回折作用を回避す
るため、入射反射領域またはグリッド領域間の間隔は Ｎ八 より大きくする必要がある。上式において、ＬＲ５は最
小分解可能間隔（ｌｅａｓｔ　ｒｅｓｏｌｖａｂｌｅｓ
ｅｐａｒａｔｉｏｎ）　、λはエネルギーの波長、また
Ｎ八は光学系の数値アパーチ＋　（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ
　ａｐｅｒｔｕｒｅ）である。反射領域の相対的寸法お
よび離間距離はサンプルの粒の大きさとともに増加させ
ることが好ましい。この場合には、より大きい入射反射
領域から逆反射させることにより光学系から大部分の鏡
面散乱を除去することが可能なことから粒状サンプルの
より粗い面を部分的に補償することができる。
本発明によるときは、反射スペクトラム内の鏡面反射エ
ネルギーから拡散反射エネルギーを分離するのに１また
はそれ以上の遠隔フィールド　ストップ　フィルタを使
用することにより、サンプルあるいはサンプル　マトリ
ックスの顕微鏡的地理学（ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ　ｇ
ｅｏｇｒａｐｈｙ　）または形態学（ｍｏｒｐｈａｌｏ
ｇｙ　）の影舌を排除するようにしている。
また、本発明によるときは、分光器による解析を行うの
に、任意の方法により、サンプルを加熱し、混合し、攪
拌し、もしくは処理するを要しない。
さらに、本発明によるときは、局所的非均質性の影響を
低減させ、かつ、結果として得られるスペクトラムの信
号対雑音比を改善するため大規模領域サンプリングを行
うようにしている。スケーリングはサンプル面上の集束
領域を増大させることによりきわめて簡単に行うことが
できる。１　ｍｍないし２５胴の間の集束領域直径は、
品質管理環境における物質の赤外線測定用として特に効
用を有するものと考えられる。しかし、本発明はこの集
束領域直径に限定されるものでなく、ＩＲ顕微鏡付属物
に関連して使用されたものである。
〔実施例〕
以下図面により本発明を説明する。
第１ａ図はフィールド　ストップにおいてフィルタまた
はマスクを使用したその全体を符号数字１で示す拡散反
射分光系の実施例を示す。図示システムｌはそこから系
内にエネルギー　ビーム３を指向させるエネルギー源２
を含む。ここでいうエネルギーまたはエネルギー　ビー
ムなる語は、可視光から赤外線エネルギーを可とする放
射線エネルギー　スペクトルに至る種々の波長のエネル
ギーを包含するものである。
エネルギー　ビーム３は凹面転移ミラー４からフィール
ド　ストップ面５の焦点に反射される。
前記フィールド　ストップ面５には符号数字６で示すフ
ィルタを配置する。後述するように、フィルタ６はフィ
ールド　ストップ面から直角方向に間隔バンド状に入射
エネルギーを反射させる入力面を有する刻面付きビーム
　スプリンタ（ｆａｃｅｔｅｄｂｅａｍ　５ｐｌｉｔｔ
ｅｒ　）により形成するを可とする。集光レンズ　ミラ
ー系８は遠隔イメージ面マスク９において空間的に帯状
のエネルギーを集束させる。
遠隔イメージ面マスク９から発出するエネルギーは全体
を符号数字１０で示すカセグレン（Ｃａｓｓｅｇｒａｎ
ｉａｎ）レンズに入る。カセグレインレンズ１０はサン
プル面１５上のサンプル領域１４に入射エネルギーを集
束させるよう機能する一次ミラー１３および二次ミラー
１２を含む。
サンプル１４はマトリックス状の粉にひいた物質（ａ　
ｇｒｏｕｎｄ　ｍａｔｅｒｉａｌ　）または粒状の粉材
料により形成する。サンプルは単一の物質でもよく、あ
るいは複数の構成材料または成分材料により形成しても
よい。サンプルは特別に処理したり混ぜ合わせたりする
必要はなく、分析のため非処理状態でサンプル面上に置
くこともできる。
サンプル領域から正反射（鏡面反射）されたエネルギー
は元の通路を戻って遠隔イメージ面マスク９およびフィ
ルタ６で像を形成する。後述するように、フィルタ６は
集束正反射エネルギーをミラー４に反射させるほか、非
集束−次拡散反射エネルギーを凹面転移ミラー１７を介
して検出器１６に指向させる。検出器１６は、拡散反射
エネルギーを受信して、それをサンプル領域に関する分
光データに変換し、データ端末１８において調査員が分
析のためそのデータを使用しうるようにする。調査員は
、この拡散反射データから、それらの構成成分の濃度百
分比を含むサンプルおよびその成分の組成を識別するこ
とができる。
使用に際しては、フィールド　ストップ面５における刻
面付きスプリッタまたはフィルタ６の入射反射面の像は
サンプル面１５においてサンプル１４上に像を結ぶ前に
遠隔イメージ面マスク９に結像するか空間的に限定され
る。エネルギーは奇数のイメージ面を形成するので、サ
ンプル１４から正反射されるエネルギーはそれが最初に
反射された刻面付きスプリッタの入射面に戻る。かくし
て、サンプル領域から戻った集束エネルギーは刻面付ス
プリッタ６によりもとのエネルギー像２に反射される。
また、この場合刻面付きビーム　スプリッタの入射また
は入力面間のバンド内にはサンプル１４から戻ってきた
若干の非集束エネルギーが含まれるので、これがスプリ
ッタ６の他の出力面に当たり、出力検出器１６に反射さ
れる。
第１ｂ図は刻面付きスプリ・ンタ６の構造および作動を
理解するための拡大図を示す。図において、刻面付きス
プリッタ６は複数の並列入力面２１および複数の並列出
力面２２を形成するのこぎり状縁部または断面を有する
ボディ部（胴部）２０を含む。
前記入力面２１はフィールド　ストップ面５への垂線に
対して角θ１だけ傾斜させ、出力面２２は面５への垂線
に対して角θ２だけ反対側に傾斜させる。
到来入射エネルギーはフィールド　ストップ面５に対し
て角φを形成するものとする。エネルギー源２よりの入
射エネルギー　ビームはビームの通路内の各個別入力面
２１上の反射面に衝突する。
入射エネルギーφおよび入力面角θ、は、放射エネルギ
ーがシステムの光学的通路に沿う方向に反射するようこ
れらを選定する。入射エネルギーは複数の間隔を置いた
並列入力面２１に衝突するため、正規（直角）に反射さ
れたエネルギーは、図にかげ付きバンド領域２３で示す
ような通常並列エネルギー　バンドのパターンで刻面付
きスプリッタを離れる。エネルギー　バンド２３はエネ
ルギー源からのエネルギーのないバンド２４によって隔
離される。前記バンド２４は、それらの方位のせいでソ
ースからのエネルギーを反射することのない出力面２２
に対応して並んだ配置を有する。
刻面付きスプリンタ６の像は帯状入射エネルギー２３に
よりサンプル面１５のサンプル１４に投影される。スプ
リッタ像は、刻面付きスプリッタの各入射入力面２１の
入射反射面に対応するエネルギーバンドの連続を含む。
第１ｃ図は放射エネルギーと鏡面散乱（ｓｐｅｃｕｌａ
ｒｓｃａｔｔｅｒ）を示す拡散反射サンプルのサンプル
面領域との相互作用を説明するための拡大図である。
図において、符号数字１５は標準的に拡散反射材料を形
成するような形状の不規則面輪郭２５を有する粒状サン
プル面を示す。
入射エネルギー　バンド２３ａ〜２３ｄはサンプル集束
面において、あたかもミラーからのように正反射され、
ビーム２３８′〜２３ｄ′を形成するが、サンプルの粒
状特性により誘起される表面が不連続性または不規則性
の存在が認められる。かくして、入射エネルギー　ビー
ムは、集束面の近傍の各校の輪郭面からの不規則な反射
のため、ビーム２３ａ″〜２３ｄ″で例示するように部
分的に散乱される。しかしながら、粒状物質は常態的に
かなり小さいため、各校からの鏡面散乱反射２３ａ＃〜
２３ｄ“は通常サンプル集束面にかなり近接して発生す
る。このことならびに入力面２１の相対的寸法および間
隔のため、正反射エネルギー２３ａ＃〜２３ｄ“の大部
分は依然として光学系と焦点の合った状態にある。この
ように集束状態にあることにより、鏡面散乱エネルギー
２３ａ“〜２３ｄ“および正反射エネルギー２３ａ′〜
２３ｄ′はスプリッタの像に関する情報をサンプル領域
に保持することになり、したがってバンド２３ａ〜２３
ｄにおいてスプリッタに戻り、スプリッタの同じ入力面
２１に衝突する。サンプル１４の面から戻ってきた正反
射は入力面２１により反射されてエネルギー源２に戻り
、実際上システムから濾波または除去される。
入射エネルギー２３ａ〜２３ｄのうちいくらかは、図に
２３ａ″″〜２３ｄ″″で示すようにサンプルから拡散
反射される前に、サンプル１４の面に浸透し、サンプル
を侵害する。拡散反射エネルギー２３ａ″″〜２３ｄ″
″は、濾波のため、それが光学系を通して刻面付きビー
ム　スプリッタに戻る際、全光学通路にわたって拡散さ
れる。したがって、サンプル領域から拡散反射されるエ
ネルギーのいくらかは集束エネルギー　バンド２３０間
のバンド２４において刻面付きスプリッタ６に戻る。バ
ンド２４内のこの非集束拡散反射エネルギーは、サンプ
ルにおけるフィルタの像により排除されることなく表面
領域から発出するように見える。この非集束エネルギー
または濾波エネルギーは刻面付きスプリンタ上の出力面
２２に突当たり、検出器１６に指向される。
このように、刻面付きスプリンタ６はそれから発出する
エネルギーをサンプル面１５における刻面付きスプリッ
タの集束像に関して分離または濾波するので、焦点のは
ずれた拡散反射放射エネルギーのみが検出器１６に反射
される。
サンプルからの反射スペクトラムの正反射成分と拡散反
射成分との分難における本発明の相対的効率は、サンプ
ル面１５におけるスプリッタの集束像と比較したサンプ
ル領域におけるエネルギーの浸透の深さに対する刻面付
きスプリッタ６上の面２１および２２の間隔による。浅
い深さのエネルギー浸透を有するサンプル領域は、刻面
付きスプリンタ６上の面２１および２２を相互に近接し
て配置し、サンプル領域の面がほとんど均一に付勢され
るようにする必要がある。これに対して、深いエネルギ
ー浸透を有するサンプル領域はさらに大きい間隔をもっ
たより大きい面２１および２２を有する必要がある。
刻面付きスプリッタ６の面の間隔の上限は設計およびサ
ンプリング上の考慮により決定される。
例えば、スプリッタ６の面２１および２２の寸法および
間隔は入射エネルギーの波長に相関させる必要がある。
さらに、面２１および２２は刻面付きスプリッタ６が重
要な回折効果を生じないよう充分な間隔をもたせるよう
にする必要がある。
サンプルの位置は、サンプル面を良質の光学的焦点に位
置させなければならないという点で特に臨界的である。
サンプルを良好な焦点に位置決めする１つの方法は、可
視光をサンプリング　エネルギーと同じ光学通路の部分
に沿って指向させ、第１ａ図に示す視覚観測システムを
用いて前記可視光をサンプル面１５に集束させることで
ある。
これに関して、ランプ２８からの可視光ビーム２７の一
部は屈折ビーム　スプリッタ２９で反射され、枢回可能
ミラー３０に至る。枢着ミラー３０を点線３０ａで示す
ようにエネルギーの光学通路内でアーチ状に動かした場
合は、エネルギー＃ｉ２よりのエネルギーはブロックさ
れ、ランプ２８からの可視光がミラー２９で反射される
。この反射可視光は遠隔イメージ面マスク９において集
束するので、二次ミラー１２および一部ミラー１３は放
射エネルギーがサンプリング　モードで集束される同一
サンプル面上に可視光を集束させる。また、反射光の一
部は屈折ビーム　スプリッタ２９を通ってミラー３１に
至り、そこで接眼レンズ３２により観測されうるように
する。可視光観察モードにおいては、使用者はマスク９
を調整して遠隔イメージ面における開口部の大きさを変
え、サンプリングしている面領域の寸法を制御すること
ができるほか、サンプル面を垂直方向に調整し、爾後の
放射エネルギーサンプル　テスティングのため光学系を
適正な集束状態に配置することも可能である。
第１ａ図に示す光学系は低倍率サンプリング　システム
あるいは高倍率顕微鏡のいずれかにより形成することが
できる。
第２図は、特に品質管理目的用のサンプル面領域のマク
ロサンプリングに好適な第１図示システムの簡易版を示
すもので、第１図示実施例の構成素子と共通な構成素子
に関しては同一符号数字を用いて表示しである。共通の
符号数字を比較することから明らかなように、また後述
するように、第２図示拡散反射分光系１＾は、遠隔イメ
ージ面マスクおよび関連のレンズを取除き、可視観測シ
ステムを簡易化したこと以外は第１図示実施例ときわめ
て類似している。
第２図の場合、凹面転移ミラー４はエネルギー源２より
のエネルギーを刻面付きスプリッタ６の入力面上に集束
させ、二次ミラー１２は刻面付きスプリッタ６から反射
されたエネルギーを一部ミラー１３に指向させる。ミラ
ー１３はサンプル面１５におけるサンプル１４上に刻面
付きスプリッタ６の像を形成する。
一部ミラー１３はサンプル１４から反則されるエネルギ
ーを集光し、二次ミラー１２を介してそれを刻面付きス
プリッタ６に戻す。刻面付きスプリッタ６は、前述した
ように、サンプル１４よりの正反射エネルギーをサンプ
ル領域内から拡散反射されるエネルギーから分離する。
刻面付きスプリッタの入力面２１はサンプルから正反射
された集束エネルギーをエネルギー源に戻し、これに対
し刻面付きスプリッタの出力面２２はサンプルから拡散
反射された非集束エネルギーを凹面転移ミラー１７を介
して検出器１６に指向させる。
また、第２図示マクロサンプリング　システムは一部ミ
ラー１３の焦点に複数のサンプル１４を自動的に位置決
めする手段を含むことができる。例えば、複数のサンプ
ルホールダを含むエンドレストラックまたはコンベヤ上
の位置に順次サンプル１４を移動させることもできる。
第２図に示すマクロサンプリング装置の光学系は可視光
観測モードで収束させることができる。
可視光観測システムは可視光ビーム２７を生成するラン
プ２８を含み前記ビーム２７は屈折ビーム　スプリッタ
２９により放射エネルギーの光通路に沿って反射される
。接眼レンズ３２はその軸が上記光通路と一線になるよ
う位置決めする。サンプル面１５は刻面付きスプリンタ
６を接眼レンズ３２の光通路から外れるようスライドま
たは枢回させることにより可視的に観測することができ
る。可視光ビーム２７は屈折ビームスプリッタ２９によ
り反射されてサンプル面１５に至り、屈折ビーム　スプ
リッタ２９を介して接眼レンズ３２に戻る。また、可視
光源を一次ミラーとサンプルとの間に配置し、接眼レン
ズ３２がサンプル　イメージ面１５の“暗色フィールド
（ｄａｒｋ−ｆｉｅｌｄ）”ビューを観察しうるように
することもできる。上述配置の接眼レンズ３２は一次ミ
ラー１３の焦点におけるサンプル面１５およびサンプル
１４の配列およ′び集束を可能にする。
第３図はフィールド　ストップ面において異なる形式の
フィルタまたはマスクを使用した第２図示拡散反射分光
装置の他の実施例を示す。転移ミラー３５および３６は
エネルギー源２よりの放射エネルギー３を“アイランド
“″スプリッタまたはワイヤ　グリッドのようなフィル
タ３７における焦点に指向する。フィルタ３７は透過面
領域（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅｓｕｒｆａｃｅ　ａｒ
ｅａ　）または開口領域と結合させた種々のパターンの
反射面領域もしくは種々のパターンの反射面を有する多
くの形状をとることができる。例えば、第３ａ図に示す
ように、フィルタ３７は開口透過領域（ｏｐｅｎ　ｔｒ
ａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ　ａｒｅａ）　３９のパターンを
限定する反射ワイヤ３８の交差グリッドを有することが
できる。この場合、反射ワイヤ３８はスプリッタ６の入
力面２１に類似し、開口透過領域３９は出力面２２に対
応する。
フィルタ３７からパターン　バンド状に反射される入射
エネルギーは二次ミラーＩ２およびカセグレイン　レイ
ズ１０の一次ミラー１３に入り、サンプル面１５にバン
ド状放射エネルギーの発散ビームを集束させる。フィル
タ３７の集束像はサンプル１４に突き当たるエネルギー
によりサンプル面１５に形成される。
サンプル面１５においてサンプル１４から正反射された
入射放射エネルギーは、フィルタ３７の反射領域に結像
し、エネルギー源２の方向に反射して光学系から失われ
る。前述のように、サンプルから拡散反射された入射放
射エネルギーのいくらかは非集束状態でフィルタ３７の
反射領域の間を通り、ミラー４０に至りミラー４０から
の拡散反射放射エネルギーは転移ミラー４１および４２
を介して検出器１６に指向される。かくして、反射領域
スプリッタまたはフィルタ３７は、拡散反射放射エネル
ギーが反射面を有する出力面から反射するのでなく、反
射領域の間を通過すること以外は同じように機能する。
また、第３図示実施例は、ランプ２８、屈折ビーム　ス
プリッタ２９および光通路と軸方向に一列となるよう配
置した接眼レンズ３２を含み、第２図に関し前述したよ
うな可視光観測および集束システムを有する。ミラー４
０およびスプリッタ３７を通路から外れるようスライド
または枢回させた場合は、可視光をカセグレイン　レン
ズ１０によりサンプル１４上に集束させることができ、
かくして接眼レンズ３２で、サンプル像を観察しながら
サンプル面１５を調整し光学系を集束状態にすることが
できる。
第４図は２つの個別フィールド　ストップ面における２
つのフィルタと屈折ビーム　スプリッタを使用した第１
図ないし第３図に示す拡散反射分光装置の他の実施例を
示す。図において、転移ミラー４４および４５はエネル
ギー源２からの放射エネルギー３を第１遠隔フイールド
　ストップ面４７に指向させる。システムの光通路内の
フィールドストップ面には第１フィルタ４８を配置する
。第１フィルタ４日は第３ａ図に示すように、それらの
間に開口透過領域３９を限定する交差反射ワイヤ３８を
有するグリッドを含む。
反射ワイヤ　グリッドに射突する放射エネルギーはシス
テムから除去される。第１グリツド　フィルタイ８内の
開口領域または透過領域３９を通過するエネルギーは別
個のエネルギー　バンドで屈折ビーム　スプリッタ５０
に指向される。屈折ビームスプリッタ５０から反射され
る入射エネルギーバンドはカセグレイン　レンズ１０の
二次ミラー１２および一次ミラー１３に入り、サンプル
面１５上のサンプル１４にバンド状放射エネルギーを集
束させる。
また、第１グリツド　フィルタ４８の集束像はサンプル
１４に突当るエネルギーによりサンプル面１５に形成さ
れる。
一次ミラー１３はサンプル１４から反射されるエネルギ
ーを集光するので、それは二次ミラー１２により屈折ビ
ーム　スプリッタ５０に戻る。サンプル１４から反射さ
れるエネルギーのいくらかは屈折ビーム　スプリッタ４
９を介して第２遠隔フィールドストップ面５１に配置し
た第２ワイヤ　グリッドフィルタ５０に指向する。前記
第２ワイヤ　グリッド　フィルタ５０は屈折ビーム　ス
プリンタ４９から第１グリツド　フィルタ４８までの距
離と同じ距離の所に位置決めする。第２グリツド　フィ
ルタ５０は第１グリツド　フィルタ４８のネガまたは４
Ｈ補フィルタとする。これは、第１フィルタを通過し、
光学系の残りの部分を介して集束状態を保持するエネル
ギーは第２グリツド　フィルタ５０の反射ワイヤにより
ブロックされることを意味する。
前述のように、サンプル１４からの鏡面散乱エネルギー
および正反射エネルギーは集束状態を保持し、第２フィ
ルタ５０のワイヤグリッド３８から反射されることによ
り、システムから取除かれる。サンプル１４からの拡散
反射エネルギーはすべての反射スペクトラムにわたって
広がり、集束エネルギーのバンドの間に位置する拡散反
射エネルギーは第２フィルタ５０の開口領域または透過
領域３９を介して枢着ミラー５２に至る。前記ミラー５
２からの拡散反射放射エネルギーは転移ミラー５４およ
び５５を介して検出器１６に指向される。
また、第４図示実施例は第２図および第３図に関し前述
したような可視光観測および集束システムを有する。こ
の可視光システムはランプ２８、屈折ビーム−スプリッ
タ２９および光通路と軸方向に一列に配置した接眼レン
ズ３２を含む。いま、ミラー５２を光通路からずらすよ
うに枢回させた場合は、可視光をカセグレイン　レンズ
１０によりサンプル１４上に集束させることができるの
で、接眼レンズ３２でサンプル像を観察しながらサンプ
ル面１５を垂直方向に調整し、光学系を集束状態にもっ
て行くことができる。
以上、本発明の原理、実施例および作動態様につき記述
してきたが、本発明は本明細書に記載の実施例に限定さ
れるものでなく、他の変形をも包含するものである。例
えば、入射エネルギーが上からでなく、下方からサンプ
ルに突き当たるよう光学系のすべてを反転させることも
できる。このような場合には、サンプルをエネルギー透
過ウィンドウにより下方から支持するを可とする。この
オリエンテーションは分析を行うために使用するサンプ
ル量を少なくすることができるというような利点を与え
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１ａ図はフィールド　ストップ面において刻面付きス
プリッタを用いた拡散反射光学系の概要を示す図、 第１ｂ図は第１ｄ図示刻面付きスプリッタの詳細を示す
拡大図、 第１ｃ図は第１８図示光学系のサンプル面において不規
則な粒状表面を有するサンプル領域の詳細を示す拡大断
面図、 第２図はマクロサンプリング目的の簡易化光学系により
形成した第１図示システムの他の実施例を示す図、 第３図は刻面付きスプリッタの代わりに反射領域ビーム
　スプリッタを使用した第２図示拡散反射光学系の他の
実施例を示す図、 第３ａ図は第３図示実施例のフィールド　ストップ面に
おいてフィルタとして使用するワイヤ　グリッドの断面
図、 第４図は第１、第２遠隔フイールド　ストップフィルタ
および屈折ビーム　スプリッタを含む第１図示光学系の
他の実施例を示す図である。 １．１Ａ−・・拡散反射分光系 ２・・・エネルギー源 ３・・・エネルギー　ビーム ４、１７．３１．３５．３６．４１．４２．４４．４５
．５４．５５・・・転移ミラー ５、４７．５１・・・フィールド　ストップ面６・・・
刻面付きスプリンタまたはフィルタ８・・・集光レンズ
　ミラー系 ９・・・遠隔イメージ面マスク １０・・・カセグレイン　レンズ １２・・・二次ミラー １３・・・−次ミラー １４・・・サンプル領域 １５・・・サンプル面 １６・・・検出器 １８・・・データ端末 ２０・・・ボディ部 ２１・・・入力面 ２２・・・出力面 ２３、２／ｉ・・・ハンド ２３ａ　−ｄ・・・入力エネルギー　バンド２３ａ’　
〜２３ｄ　’　、　２３ａ″〜２３ｄ“、２３ａ・・・
反射エネルギー ２５・・・不規則面輪郭 ２７・・・可視光ビーム ２８・・・ランプ ２９、４９・・・屈折ビーム　スプリンタ３０・・・枢
着ミラー ３２・・・接眼レンズ ３７・・・フィルタ ３８・・・反射ワイヤ ３９・・・開口透過領域 ４８、５０・・・グリッド　フィルタ 〜２３ｄ″″

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、エネルギー源と、 サンプル面におけるサンプルと、 エネルギー源よりのエネルギーをフィールドストップ面
    における焦点に指向させる手段と、 エネルギー源よりのエネルギーを空間的に離隔したエネ
    ルギーバンド状でサンプルに向かって反射させるよう形
    成したフィールドストリップ面のフィルタと、 サンプル面におけるサンプル上に集束させるよう該エネ
    ルギーバンドを指向させてサンプル面にフィルタの像を
    形成し、サンプルから反射されるエネルギーをフィルタ
    に戻すための手段と、 サンプルから正反射された集束エネルギーをシステム外
    に指向させ、サンプルから拡散反射された非集束エネル
    ギーを検出器に指向させるよう形成したフィルタとを含
    むことを特徴とする拡散反射分光システム。 ２、該フィルタを１つの方向に傾斜した複数の並列反射
    入力面と他の方向に傾斜した複数の並列反射出力面とを
    形成するのこぎり状断面を有するビームスプリッタによ
    り形成し、前記入力面はエネルギー源からのエネルギー
    を反射させてエネルギーバンドを形成させるほか、サン
    プルから正反射される集束エネルギーをシステム外に反
    射させ、前記出力面はサンプルから拡散反射される非集
    束エネルギーを検出器に反射させるようにしたことを特
    徴とする請求項１記載の拡散反射分光システム。 ３、該フィルタは反射領域および非反射領域のパターン
    を有し、ビームスプリッタの反射領域はエネルギー源か
    らのエネルギーを反射させてエネルギーバンドを形成さ
    せるほか、サンプルから正反射される集束エネルギーを
    システム外に反射させ、また非反射領域はサンプルから
    拡散反射される非集束エネルギーを検出器に反射させる
    ようにしたことを特徴とする請求項１記載の拡散反射分
    光システム。 ４、該エネルギー源は放射エネルギーを供給し、エネル
    ギーバンドを指向させ、反射エネルギーをフィルタに戻
    すための該手段はサンプル面に隣接配置したカセグレイ
    ンレンズを含むことを特徴とする請求項１記載の拡散反
    射分光システム。 ５、該フィルタと該カセグレインレンズの間の遠隔イメ
    ージ面に放射エネルギーバンドを集束させるための集光
    レンズを具えたことを特徴とする請求項４記載の拡散反
    射分光システム。 ６、可視光源と、放射エネルギーの通路に対応するサン
    プルへの光通路に沿って可視光を指向させる手段と、集
    束または位置決め目的のため光通路に沿って可視光でサ
    ンプル像を観察するための観測手段とを含む可視光観測
    システムを具えたことを特徴とする請求項４記載の拡散
    反射分光システム。 ７、可視光源と、放射エネルギーの通路に対応するサン
    プルへの光通路に沿って可視光を指向させる手段と、集
    束または位置決め目的のため光通路に沿って可視光でサ
    ンプル像を観察するための観測手段とを含む可視光観測
    システムを具えたことを特徴とする請求項５記載の拡散
    反射分光システム。 ８、遠隔イメージ面にマスクを具え、可視光観測モード
    で該マスクを調整して、放射エネルギーサンプリングの
    ためサンプルの表面領域にターゲットをおくようにした
    ことを特徴とする請求項７記載の拡散反射分光システム
    。 ９、エネルギー源と、 サンプル面におけるサンプルと、 エネルギー源よりのエネルギーを第１フィールドストッ
    プ面における焦点に指向させる手段と、 エネルギー源よりのエネルギーを空間的に離隔したバン
    ド状でサンプルに向かって反射させるよう形成した第１
    フィールドストップ面の第１フィルタと、 サンプル面上に集束させるよう該エネルギーバンドを指
    向させて、サンプル面に第１フィルタの像を形成し、サ
    ンプルから反射されるエネルギーを第２フィールドスト
    ップ面の第２フィルタに戻すための手段と、 サンプルから正反射された集束エネルギーをシステム外
    に指向させ、サンプルから拡散反射された非集束エネル
    ギーを検出器に指向させるよう形成した第２フィルタと
    を含むことを特徴とする拡散反射分光システム。 １０、該第１フィルタおよび第２フィルタを反対の反射
    パターンおよび透過パターンを有するワイヤグリッドに
    より形成し、第２フィルタを第１フィルタの相補フィル
    タとして機能させるようにしたことを特徴とする請求項
    ９記載の拡散反射分光システム。 １１、エネルギーバンドを指向させ、反射エネルギーを
    フィルタに戻すための該手段は屈折ビームスプリッタお
    よびカセグレインレンズを含むことを特徴とする請求項
    １０記載の拡散反射分光システム。 １２、システム内に放射エネルギーを誘導するステップ
    と、 放射エネルギーをフィールドストップに集束させるステ
    ップと、 このフィールドストップにフィルタを位置決めするステ
    ップと、 エネルギー源からの入射放射エネルギーをフィルタによ
    り反射させ、個別放射エネルギーバンドを形成させるス
    テップと、 放射エネルギーバンドを、サンプルを含むサンプル面の
    焦点に指向させ、サンプル面にフィルタの像を形成させ
    るステップと、 サンプルから正反射および拡散反射される放射エネルギ
    ーを集光し、これらをフィルタに戻すステップと、 フィルタにおいて拡散反射サンプルエネルギーから正反
    射サンプルエネルギーを分離させるステップと、 拡散反射エネルギーのみをフィルタから検出器に指向さ
    せるステップと を含むことを特徴とする光学システムにおいて拡散反射
    スペクトラムを得る方法。 １３、遠隔イメージ面にエネルギーバンドを集束させる
    ステップと、 放射エネルギーにより接触されているサンプルの表面領
    域を限定するため該遠隔イメージ面をマスクするステッ
    プと を含むこと特徴とする請求項１２記載の方法。 １４、放射エネルギーの通路に対応する光通路に沿って
    可視光を指向させるステップと、可視光でサンプルの像
    を観察しながら光学系の集束、あるいはサンプルの位置
    決めを行うステップとを含むことを特徴とする請求項１
    ３記載の方法。 １５、システム内に放射エネルギーを誘導するステップ
    と、 放射エネルギーを第１フィールドストップに集束させる
    ステップと、 前記第１フィールドストップに第１フィルタを位置決め
    し、個別エネルギーバンドを形成させるステップと、 個別放射エネルギーバンドを、サンプルを含むサンプル
    面の焦点に指向させるステップと、 サンプル面に第１フィルタの像を形成させるステップと
    、 サンプルから正反射および拡散反射される放射エネルギ
    ーを集光し、これらを第２フィールドストップ面の第２
    フィルタに戻すステップと、 第２フィルタにおいて、拡散反射サンプルエネルギーか
    ら正反射サンプルエネルギーを分離させるステップと、 拡散反射エネルギーのみを第２フィルタから検出器に指
    向させるステップと を含むことを特徴とする光学システムにおいて拡散反射
    スペクトラムを得る方法。
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