JPH07306135A

JPH07306135A - 分光装置

Info

Publication number: JPH07306135A
Application number: JP12331894A
Authority: JP
Inventors: Kanji Fujiwara; 幹治藤原
Original assignee: Jasco Corp
Current assignee: Jasco Corp
Priority date: 1994-05-13
Filing date: 1994-05-13
Publication date: 1995-11-21

Abstract

(57)【要約】【目的】集光させたレーザー光のほぼ焦点上に試料を
配置することができ、測定精度の向上を図ることのでき
る分光装置を提供すること。【構成】ラマン分析を行うためのレーザー光と、焦点
合わせを行うための参照光とを共通化している。光源１
から出射される光は、所定の光学系３，４及び対物レン
ズ５を通って試料６に集光され照射される。試料から発
生したラマン散乱光の一部は第２のハーフミラー９，集
光レンズ２０を介してそのレンズの焦点位置に配置され
たピンホール板２１に至る。そしてピンホール板の上方
には光センサ２２を配置する。すると、焦点があった時
は、ピンホール板の位置に収束しすべての光が通過する
ので、光センサでの受光強度は最大となる。よって、Ｃ
ＰＵ２６で係る受光強度が最大になるように各駆動装置
５ａ，８ａを作動し、対物レンズ，Ｚステージを上下動
させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、分光装置に関するもの
で、より具体的にはラマン分光装置や赤外分光装置等の
分光装置における測定用の光を試料上の所定位置に焦点
をあわせて照射するためのオートフォーカス機構の改良
に関する。

【０００２】

【従来の技術】分光装置（ラマン分光装置）は、レーザ
ー光を試料に照射し、その試料から発生するラマン散乱
光を分光器で分析することにより、試料の表面状態（例
えばウエハーやＩＣ上での微小部分での歪み等の欠損状
態）の検出や、物質の同定等が行うことができるように
なっている。そして、上記レーザー光を試料に照射する
際には、係るレーザー光をレンズ（集光光学系）にて集
光した後、照射するようにしている。従って、理想的に
はレンズの焦点位置上に試料を位置させることで、係る
位置関係を保つことにより綺麗に結象され、正確な測定
が行えるようになる。

【０００３】また、実際の測定にあたっては、試料のあ
る１点のみに対して行うのでは無く、所定の平面エリア
内に対して順次レーザー光を照射していきながら、発生
するラマン散乱光を逐次測定していくようになってい
る。そして、その平面移動は、例えば試料をＸＹステー
ジ上に載置し、そのＸＹステージを所定方向に移動する
ことにより行える。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記したごとく、試
料、より具体的にはレーザー光の照射位置をレンズの焦
点位置に配置するのが望ましいが、実際には、試料自身
の傾きや、ステージの傾きから、レーザー光が試料上で
焦点を結ばなくなることがある。係る場合には結象され
ずにぼやけてしまう。従って、試料からのラマン光は分
光器スリット上に結象出来なくなりラマン光はみかけ上
弱くなる。よって、同一試料で平坦（歪み等がない）な
表面上であっても、レーザー光を照射した位置により照
射エネルギーに強弱が生じ、発生するラマン光にも強弱
が生じて正確な測定がでなくなり、さらには、発生する
ラマン光の強度が弱くなり過ぎ、検知不能となるおそれ
もある。また、表面が平坦でない場合には、その表面の
凹凸に応じて焦点を合わせる必要があり、上記問題がよ
り顕著になる。

【０００５】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、集光させた光のほぼ
焦点上に試料を配置することができ、焦点を合わせる
（オートフォーカスする）ために照射する光の位置と、
実際に測定する位置を同一箇所にすることにより、正確
な位置（焦点）合わせをすることができ、また、測定に
用いる光の一部を位置（焦点）合わせのための光に利用
し、焦点合わせと測定をリアルタイムで行うことがで
き、さらに、試料の表面からある一定の深さだけ奥（内
部）の位置の測定を行うことができ、また、焦点が合っ
ていない場合には、そのずれ量や方向が容易に検出する
ことができ、短時間で焦点合わせを行うことができ、測
定精度の向上を図ることができ、しかも単純な構成・測
定原理で行うことができ、各種の判定を原則として光強
度の大小及びまたは等しいというような比較処理で行う
ことができ、簡易な構成で処理することができ、装置の
簡略化並びにさらなる高速化を図ることのできる分光装
置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係る分光装置では、所定の光を集光光
学系を介して集光させて試料に照射させ、その照射に基
づいてその試料から発生する戻り光を分光器に入射する
ことにより分析処理を行う分光装置において、前記集光
光学系と前記試料との距離を変更する駆動手段と、前記
集光光学系を介して前記試料に参照光を照射する手段
と、前記参照光の前記試料からの戻り光の一部を取り出
す光分離手段と、前記光分離手段により取り出された光
を集光する集光手段と、その集光手段の焦点位置に配置
されたピンホール板と、前記ピンホール板を通過した光
の強度を検出する光センサと、その光センサの出力を受
け、前記検出された光強度が最大になるように前記駆動
手段の駆動を制御する制御手段とから構成した。

【０００７】別の解決手段としては、前記構成の分光装
置を前提とし、光分離手段を集光手段の焦点位置に配置
されたピンホール板の後方に設置し、係るピンホール板
を通過した光を分離させ、一方を分光器に入射し、他方
を光センサ（受光した光の強度を検出するセンサ）に入
射させるようにしてもよい。

【０００８】そして好ましくは、前記制御手段が、現在
取得した光強度と、前回またはそれ以前に取得した光強
度とを比較し、焦点が合う方向に移動しているか否かを
判断し、次に移動する方向を決定する機能を備えるよう
構成することである。

【０００９】さらに別の解決手段としては、所定の光を
集光光学系を介して集光させて試料に照射させ、その照
射に基づいてその試料から発生する戻り光を分光器に入
射することにより分析処理を行う分光装置において、前
記集光光学系と前記試料との距離を変更する駆動手段
と、前記集光光学系を介して前記試料に参照光を照射す
る手段と、前記参照光の前記試料からの戻り光の一部を
取り出す光分離手段と、前記光分離手段により取り出さ
れた光を集光する集光手段と、その集光手段の焦点位置
を挟んで光路上の前後に等距離だけ置いて移動可能に配
置された第１，第２のピンホール板と、前記第１，第２
のピンホール板を前記光路上に交互に挿入配置する切替
手段と、前記第１のピンホール板または前記第２のピン
ホール板を通過した光の強度を検出する光センサと、そ
の光センサの出力を受け、前記第１のピンホール板を通
過した光の光強度と、前記第２のピンホール板を通過し
た光の光強度とが等しくなるように前記駆動手段の駆動
を制御する制御手段とから構成することである。

【００１０】そして好ましくは、前記制御手段が、前記
第１のピンホール板を通過した光の光強度と、前記第２
のピンホール板を通過した光の光強度とを比較し、その
大小関係からいずれの方向に焦点がずれているかを判断
し、次の移動方向を決定する機能を備えるよう構成する
ことである。

【００１１】さらに前記参照光が、分光処理を行うため
の測定用の光を用いる。すなわち、分光測定用の光を出
射するための光源をそのまま用いるようにすると、なお
良い。

【００１２】

【作用】集光光学系を介して測定対象の試料に参照光を
照射すると、試料からの戻り光（ラマン散乱光等）が発
生するが、係る戻り光は光分離手段を介してその一部が
取り出され集光手段に送られる。そして、その集光手段
にて集光され、ピンホール板に至る。この時、試料の位
置が集光光学系の焦点と一致している場合には、戻り光
は集光手段で集光されてピンホール板のピンホールをす
べて通過する。一方、試料の設置位置が焦点位置からず
れると、集光手段で集光され１点に収束される位置がピ
ンホール板の設置位置からずれるので、ピンホール板を
通過できない光が生じる。すなわち、焦点があった時が
最もピンホール板を通過する光の強度が高くなる。そこ
で、光センサでピンホール板を通過する光の光強度を検
出し、それが最大になるように駆動装置を適宜駆動して
試料と集光光学系の相対位置を修正する。そして、光強
度が最大になったとき合焦点と判断し、焦点合わせ処理
を終了する。次いで、実際に分析処理を行うべく所定の
光を出射させると、集光光学系を通った光は試料表面で
集光され（焦点があっており）、高精度な測定・分析が
行われる。

【００１３】また、集光手段の焦点位置から前後に等距
離を置いて第１，第２のピンホール板を配置した場合に
は、各ピンホール板を交互に一方ずつ光路上の所定位置
に配置する。すると、焦点があっている場合には、第
１，第２のピンホール板を通過する光量は等しい。一
方、焦点があっていない場合には、片方のピンホール板
の方を通過する光量が大きく、そのように光量が大きく
なるのは、ずれ方向に対応する。よって、第１のピンホ
ール板を通過した光の光強度Ｐ１と、第２のピンホール
板を通過した光の光強度Ｐ２とを比較し、どちらが大き
いかを判断する。そして、Ｐ１が大きい場合には、例え
ば試料を集光光学系に近付けるするように移動命令を出
力する。逆に、Ｐ２が大きい場合には、遠ざかるように
移動命令を出力する。そして、Ｐ１＝Ｐ２になったとき
に焦点が一致する。

【００１４】

【実施例】以下本発明に係る分光装置について添付図面
を参照にして詳述する。図１は、本発明に係るラマン分
光装置の第１実施例を示している。同図に示すように、
まず光源１から出射されたレーザー光の光路上に、集光
レンズ２ａ，集光レンズ２ａの焦点位置に配置されたピ
ンホール板２ｂ及びピンホール板２ｂから所定距離だけ
離れて置かれたコリメータレンズ２ｃとから構成される
ビームエキスパンダ２が配置され、光源１から出射され
たレーザー光を所定径の平行光束に変換するようにして
いる。

【００１５】また、このビームエキスパンダ２を通過し
たレーザー光の光路上には、４５度傾斜状態に第１のハ
ーフミラー４が配置されている。この第１のハーフミラ
ー４は、例えば１：１程度のものを用い、上記レーザー
光の５０％程度を反射させ、その進路を９０度変換して
下方に向けるようになっている。そして、その第１のハ
ーフミラー４の下方所定位置には、集光光学系たる対物
レンズ５が配置され、この対物レンズ５により、レーザ
ー光２が集光され、所定位置で焦点を結ぶようになって
いる。そしてこれらビームエキスパンダ２，第一のハー
フミラー４及び対物レンズ５で集光光学系を構成してい
る。そして、この対物レンズ５は駆動手段たるＯ．Ｌ．
作動ドライバ５ａにより上下移動され、その下方に位置
される試料６上で焦点を結ぶようになっている。さらに
この試料６は、ＸＹステージ７上に載置され、このＸＹ
ステージ７を図示省略の駆動装置により所定方向に移動
することにより試料６を水平平面内の所定方向に移動で
きるようになっている。

【００１６】さらに、そのＸＹステージ７の下方には、
駆動手段たるＺステージドライバ８ａにより上下移動さ
れるＺステージ８が配置され、このＺステージ８を上下
移動することにより、ＸＹステージ７ひいては試料６を
上下移動できるようになっている。そして、これらＺス
テージ８並びに対物レンズ５を適宜移動させることによ
り、焦点を合わせることができるようになっている。な
お、この例では対物レンズ５，Ｚステージ８の両方が上
下移動する例について示したが、少なくともいずれか一
方が移動するようになっていればよい。

【００１７】一方、第１のハーフミラー４の上方所定位
置には、光分離手段たる第２のハーフミラー９が、第１
のハーフミラー４と平行に配置されている。そして、こ
の第２のハーフミラー９は、例えば１：９９程度のもの
を用い、レーザー光を照射することにより試料６にて発
生するラマン散乱光１０の大部分を反射させてその光路
を４５度変換し、水平方向に向けるようになっている。
そしてその水平方向を進むラマン散乱光１０の前方に
は、所定のビームエキスパンダ１１を介して分光器１３
が配置され、その分光器１３の出力側には検出器１４が
接続され、この検出器１４が図外の処理装置へ送られ、
そこにおいて所定の分光測定を行うようになっている。

【００１８】ここで本発明では、上記第２のハーフミラ
ー９のさらに上方に集光手段たる集光レンズ２０を設
け、その集光レンズ２０の焦点位置にピンホール板２１
を設けている。そして、そのピンホール板２１のさらに
上方に光センサ２２を設けている。この光センサ２２
は、受光した光強度に応じた出力が得られるもので、た
とえばフォトダイオード等を用いることができる。これ
により、試料６から発生したラマン散乱光の一部（第２
のハーフミラー９を透過した光）が光センサ２２に受光
されるようになる。

【００１９】そして、その出力値を検出部２３で検出す
ると共に、増幅器２４に送り所定倍に増幅後、Ａ／Ｄ変
換器２５デジタル値ちに変換し、制御手段たるＣＰＵ２
６に与える。

【００２０】ＣＰＵ２６では、与えられたデータに基づ
いて焦点があっているか否かを判定し、あっていない場
合には焦点を合わすべくＯ．Ｌ．作動ドライバ５ａ及び
またはＺステージドライバ８ａに対して移動命令を出力
するようにしている。すなわち、光源１から出射された
レーザー光が、試料６の表面で焦点を結んでいるとする
と、ラマン散乱光は対物レンズ５を通過することにより
平行光束になるので、集光レンズ２０で集光された光
は、ピンホール板２１上で結像するため、第２のハーフ
ミラー９を透過した光のすべてが光センサ２２に受光す
る。しかし、対物レンズ５の焦点位置に試料６の表面が
存在しない場合には、ピンホール板２１を通過する光量
が少なくなる。したがって、ＣＰＵ２６は、Ｚステージ
８或いは対物レンズ５を適宜上下移動させ、光センサ２
２の受光量が最大になった時に焦点が一致したとと判定
し、各ドライバ５ａ，８ａを停止する。

【００２１】さらに本例では、焦点に近付くほど光強度
が増加することに着目し、図２に示すような処理を行う
ようにしている。まず１回目に取得した光強度Ｐ０と、
所定方向に移動（上昇／下降）させた後取得した光強度
Ｐ１を比較する（ＳＴ１〜ＳＴ４）。そして、今回取得
した光強度Ｐ１の方が大きい場合には、焦点距離に近付
く方向であるので同一方向に移動させ（ＳＴ５）、Ｐ１
が小さい場合には、焦点距離から離れる方向であるので
反対方向に移動させる（ＳＴ６）。

【００２２】その後、ステップ５またはステップ６で決
定した方向に基準距離だけ移動する都度、光強度Ｐｎを
取得し、その値を前回取得した光強度Ｐ(n-1) と比較し
（取得した光強度は１回分だけ記憶し（バッファに上書
きして行く）、次の取得したデータとの比較に備え
る）、今回の光強度Ｐｎ方が小さく（または等しく）な
るまで上記処理を繰り返す（ＳＴ７〜ＳＴ１０）。

【００２３】そして、Ｐｎ≦Ｐ(n-1) になったならば前
回の光強度Ｐ(n-1) が最大になるので、前回の位置関係
（対物レンズ５と試料６との距離（相対位置関係））に
戻すべく、所定のドライバに対して逆方向に基準距離だ
け移動するように命令を発する（ＳＴ１１）。

【００２４】そして上記のように本例では、上記試料測
定用に出射されたレーザー光が焦点合わせ用の参照光を
兼ねている。

【００２５】なお、ＣＰＵ２６における制御（オートフ
ォーカス）処理は、上記のものに限らず、例えば、対物
レンズ５またはＺステージ８をある初期位置から一定方
向に移動させていき、所定のサンプリングタイムで受光
量を取得し、その時の位置データと共に保持する。そし
て、受光量の最大値を検出し、その時の位置データにな
るように所定のドライバ５ａ，８ａへ移動命令を出力す
るようにしてもよく、要は、受光量が最大になる位置を
検出し、その位置に各部材を設定するようになっていれ
ばよい。

【００２６】なお、ラマン測定等を行いながら、試料６
の表面の状態を観察できるようにするため、本例では、
上記集光レンズ２０とピンホール板２７との間にハーフ
ミラー２７を配置し、その光の一部をＣＣＤ２８に入射
できるようにしている。そして、図示省略するがＣＣＤ
２８の出力を所定の画像処理装置等へ送るようになって
いる。

【００２７】次に、上記した実施例の作用について説明
する。まず、分光器１３によるラマン分析に先立ち、焦
点合わせを行う。すなわち、光源１から参照光としての
レーザー光を出射させると、上述したごとく第１のハー
フミラー４並びに対物レンズ５を介して、出射されたレ
ーザー光の大部分が絞り込まれた状態で試料６の所定位
置に照射される。

【００２８】そして、その照射にともないラマン散乱光
１０が発生し、そのラマン散乱光１０は、対物レンズ５
を通過することにより平行光束になり、第２のハーフミ
ラー９に至る。すると、そのラマン散乱光の一部が透過
し、そのまま上昇することになる。そして、その上方に
進むラマン散乱光１０は、集光レンズ２０にて集光さ
れ、ピンホール板２１を介して光センサ２２に受光され
る。

【００２９】この時、光センサ２２は、集光レンズ２０
の焦点位置に配置されたピンホール板２１のすぐ後ろに
配置されていることから、受光された光は、試料６から
発生した時のラマン散乱光の状態、すなわち、試料６へ
のレーザー光の照射状態と等価であり、光センサ２２へ
入射された光の強度の大小は、そのまま対物レンズ５の
焦点位置上に試料６が位置しているか否かに対応し、そ
の光強度が大きいほど焦点があっているといえる。

【００３０】そこで、受光した光強度データをＣＰＵ２
６に送り、光強度の増減状態や、その大きさなどに基づ
いて、焦点が合う方向にあるか、ずれていく方向にある
かを判断し、その判断結果に基づいて所定のドライバ５
ａ，８ａを介して上記対物レンズ５及びまたはＺステー
ジ８を所定量上下移動させる。

【００３１】そして、上記光強度が最大になる位置でそ
の移動を停止する。そして、この停止した時が焦点が最
もあった位置関係にある。これによりオートフォーカス
処理が完了する。

【００３２】次いで、この状態のまま分光器１３に入射
するラマン散乱光１０に対し、コンピュータ１４を用い
てラマン分析処理を行い、試料の同定や表面状態の検知
などの通常の所定の処理を行う。すなわち、上記処理完
了信号発生後のレーザー光は、通常の分析処理における
光となる。

【００３３】また、本例では、上記のように試料６の各
場所に対して正確に焦点位置を合わせることができるの
で、例えば試料６が所定の膜厚からなる複数層から構成
されているような場合には、試料６の表面から所定の内
部の層の表面（上下の層の界面）までの位置（深さ）が
分かっているので、係る焦点合わせを行った後、対物レ
ンズ５を所定距離だけ下降したり、Ｚステージ８を上昇
させることにより、所望の界面の状態を測定することが
できる。

【００３４】以上のように、本例では、焦点合わせを行
うための参照光の光源１とラマン分析を行うための光源
１とを共通化するとともに、実際に分析を行う箇所に同
一条件のレーザー光を照射して焦点合わせを行い、その
焦点合わせを行った後も機械的な切替処理等がないた
め、極めて正確に焦点合わせを行うことができ、その後
の分析処理の精度が向上し、リアルタイムでの迅速処理
が行える。

【００３５】図３は、本発明の第２実施例を示してい
る。本実施例では、上記した第１実施例を基準とし、光
センサ２２の設置位置を異ならせている。すなわち、第
２のハーフミラー９で反射され分光器１３へ入射する光
路上のビームエキスパンダ１１の後方、すなわち、ビー
ムエキスパンダ１１と分光器１３の間に、光分離手段た
る第３のハーフミラー３０を光路に対して４５度傾斜状
に配置し、その光の一部を反射させ、その進路を９０度
変換して上方に向けるようになっている。そして、その
第３のハーフミラー３０の上方所定位置に、上記集光レ
ンズ２０を配置し、さらにその集光レンズ２０の焦点位
置に光センサ２２を配置している。

【００３６】但し、第１実施例のように、光センサ２２
の前にピンホール板２１を設けてはいない。すなわち、
ビームエキスパンダ１１を構成する集光レンズ１１ａの
焦点位置にピンホール板１１ｂを設け、さらにこのピン
ホール板１１ｂは後段のコリメータレンズ１１ｃの焦点
位置でもある。

【００３７】そして、対物レンズ５の焦点位置に試料６
の表面が位置する場合には、そこから発せられるラマン
散乱光は、上記のごとく対物レンズ５を逆行することに
より平行光束にされ、第１のハーフミラー４を通過し、
第２のハーフミラー９で反射された集光レンズ１１ａに
至り、そこにおいて集光されるが、その焦点位置にピン
ホール板１１ｂが存在するので、集光レンズ１１ａを通
過した光のすべてがピンホール板１１ｂを通過し、コリ
メータレンズ１１ｃに到達する。

【００３８】一方、対物レンズ５の焦点位置から試料６
がずれると、集光レンズ１１ａで集光された光のすべて
はピンホール板１１ｂを通過することができない。すな
わち、焦点位置があっている時にピンホール板１１ｂを
通過する光強度が最大となる。

【００３９】よって、ピンホール板１１ｂは、上記した
第１実施例におけるピンホール板２１と同一の機能を発
揮するので、そのピンホール板１１ｂを通過した光の一
部を第３のハーフミラー３０で取り出し、その光強度を
光センサ２２で検出することにより上記第１実施例と同
様の作用効果を発揮する。つまり、本実施例では、ピン
ホール板１１ｂが、ビームエキスパンダ１１としての機
能と、焦点合わせのための機能の２つを兼用している。
これにより、部品点数の削減はもちろん、各ピンホール
板は、対応する集光レンズの焦点距離上に正確に位置さ
せる必要があるため、その調整作業が非常に煩雑となる
が、その作業が１回分だけ不要になり、組立作業も容易
となる。しかも、実際に分光器１３に入射される光の一
部を用いて焦点合わせを行うことができるので、より正
確な焦点合わせを行うことができる。

【００４０】なお、本実施例では、第２のハーフミラー
９の上方に光センサを設けないため、ＣＣＤ２８を設置
する場合には、図示するように第２のハーフミラー９の
上方に集光レンズ２７をおいて配置することができる。
なお、ＣＣＤ２８での検出と分光器１３での検出を同時
に行わない時には、ハーフミラー９に替えて切替ミラー
を設けてもよい。また、ＣＣＤ２８（集光レンズ２７）
を設けない場合にはハーフミラーに替えてミラーを設置
してももちろんよい。なお、その他の構成並びに各部の
作用・効果は上記した第１実施例と同様であるので、同
一符合を付しその説明を省略する。

【００４１】図４は本発明の第３実施例を示している。
本実施例では、上記両実施例と相違して、焦点合わせの
ためのピンホール板を２個用い、各ピンホール板を交互
に光路上に挿入させ、その時の光強度から焦点があって
いるか否か、あっていない場合には、どちらの方向に移
動すればよいかを判定するようにしたものである。

【００４２】すなわち、第２のハーフミラー９を透過し
たラマン散乱光の光路上であって、その上方に配置した
集光レンズ２０の焦点位置Ｏの前後に等距離だけ離して
第１のピンホール板３２と第２のピンホール板３３とを
配置している。そして、この両ピンホール板３２，３３
はピンホール切替駆動装置３４により、移動可能となっ
ており、交互に光路上に挿入されるようになっている。

【００４３】なお、この移動は直線移動でも回転移動で
もよい。そして、本例ではある基準位置を中心に交互に
正逆回転させるようになっており、しかも、第１のピン
ホール板３２（第２のピンホール板３３）のピンホール
が光路にかかり始めた時には第２のピンホール板３３
（第１のピンホール板３２）は光路から完全に離れてい
るようにしている。

【００４４】さらに、両ピンホール板３２，３３の後方
に光センサ２２を配置する。これにより、光センサ２２
で検出される光強度は、発生する散乱光の強度が一定で
あるとすると、ピンホール板のピンホールが徐々に光路
上に入り込んで行くにしたがって、ピンホールを通過す
る光量が増加して行くので光強度も増加する。そし
て、完全に光路上に一致した時に最大となり、逆に離れ
て行くと、ピンホール板のピンホールが徐々に光路上か
ら外れていくにしたがって、ピンホールを通過する光量
が減少するので光強度も減少する。

【００４５】よって、例えば図５（Ａ）に示すように、
光センサの出力はアナログ的に変化する波形となる。そ
して、上記ピンホール切替駆動装置３４は、ＣＰＵ２
６′からの制御信号に基づいて一定のタイミングで切替
駆動・制御するようになっている。

【００４６】また、上記した如くセンサ出力が波形状と
なっており、各ピンホール板３２，３３が光路上に完全
に位置した時に対応する出力（現在の試料６と対物レン
ズ５との相対位置関係により得られる本来の出力）が上
記波形のピーク値となるので、増幅器２４の出力をピー
クホールド回路３６に与え、波高値（ピーク値）を検出
し、その値をＡ／Ｄ変換器２５を介してＣＰＵ２６′に
送るようになっている。

【００４７】また、光センサ２２（ピークホールド回路
３６）で検出された光強度が、第１，第２のピンホール
板３２，３３のうちどちらが光路上に配置されている時
の出力なのかを検知するため、近接スイッチ等のセンサ
３５を配置し、そのセンサ３５は、光路上に挿入配置さ
れているピンホール板を検知し、その情報をＣＰＵ２
６′に送るようにしている。

【００４８】さらに、センサ３５の出力は遅延回路３７
に与えられ、検出信号を受けてから一定時間経過後、ピ
ークホールド回路３６に対してリセット信号を与えるよ
うにしている。ピークホールド回路３６では、このリセ
ット信号に基づいてホールド値を繰り返し、新たなピー
ク値の検出を行うようになる。これにより、第１のピン
ホール板３２に基づくピーク値（光強度）と、第２のピ
ンホール板３３に基づくピーク値（光強度）とを交互に
検出し、Ａ／Ｄ変換器２５を介してＣＰＵ２６に与える
ことができるようになっている。

【００４９】次に、ＣＰＵ２６′における焦点合わせ機
能の処理について説明する。まず、図５（Ａ）に示すよ
うに、焦点位置Ｏよりも第２のピンホール板３３側で焦
点を結んでいるような場合には、図から明らかなよう
に、第１のピンホール板３２の方が光を遮る量が多い。
よって、第１のピンホール板３２を光路上に置いた時の
光強度Ｐ１よりも、第２のピンホール板３３を光路上に
置いた時の光強度Ｐ２の方が大きい。

【００５０】また、逆に同図（Ｂ）に示すように、焦点
位置Ｏよりも第１のピンホール板３２側で焦点を結んで
いるような場合には、図から明らかなように、第２のピ
ンホール板３３の方が光を遮る量が多い。よって、第１
のピンホール板３２を光路上に置いた時の光強度Ｐ１よ
りも、第２のピンホール板３３を光路上に置いた時の光
強度Ｐ２の方が小さい。

【００５１】さらに、同図（Ｃ）に示すように、焦点が
あっている場合には、第１，第２のピンホール板３２，
３３を通過する光量は等しい。よって、第１のピンホー
ル板３２を光路上に置いた時の光強度Ｐ１と、第２のピ
ンホール板３３を光路上に置いた時の光強度Ｐ２は等し
い。

【００５２】従って、ＣＰＵ２６′は、センサ３５から
同期信号（ピンホール板の検出信号）から、光センサ２
２で検出した光強度に基づくデータが第１，第２のピン
ホール板３２，３３のどちらを通過した光に基づくもの
かを検知すると共に、第１のピンホール板３２を通過し
た光の光強度Ｐ１と、第２のピンホール板３３を通過し
た光の光強度Ｐ２とを比較し、どちらが大きいかを判断
する。

【００５３】そして、Ｐ１が大きい場合には、例えばＺ
ステージ作動ドライバ８ａに対してＺステージ８が所定
距離だけ上昇（Ｏ．Ｌ．作動ドライバ５ａに対して対物
レンズ５が下降）するように移動命令を出力する。逆
に、Ｐ２が大きい場合には、例えばＺステージ作動ドラ
イバ８ａに対してＺステージ８が所定距離だけ下降
（Ｏ．Ｌ．作動ドライバ５ａに対して対物レンズ５が上
昇）するように移動命令を出力する。そして、両ピーク
値が等しい場合には、焦点が一致したと判断し、各ドラ
イバ５ａ，８ａに対して移動停止命令を発する。

【００５４】すなわち、本例では、光強度の大小を測定
することにより、焦点があっているか否か，及び焦点が
合っていない場合にはどちらの方にずれいているかを判
断することができる。つまり、上記した第１実施例，第
２実施例のように、移動方向（焦点が合う方向）を決定
するに際し、対物レンズ５と試料６とを一度相対移動さ
せる必要がなく、また、両方の光強度が等しくなったと
きに移動を停止すれば良いので、上記した各実施例のよ
うに逆方向に戻す必要がなくなり、高速に焦点合わせを
行うことができる。なお、その他の構成並びに作用効果
は、上記した各実施例と同様であるので、同一符号を付
し、その詳細な説明は省略する。

【００５５】なお、上記した各実施例では、試料６に照
射する光としてレーザー光を用いたが、本発明はこれに
限ることなく、白色光，その他の適宜の光を用いること
ができる。この場合は照射光側のピンホール２ｂが必
要。また、上記した各実施例では、いずれもラマン分光
装置に適用した例について説明したが、本発明はこれに
限ることなく、例えば赤外分光器その他の種々のタイプ
の分光装置に適用することができる。

【００５６】

【発明の効果】以上のように、本発明に係る分光装置で
は、測定対象の試料に対して参照光を照射させ、その戻
り光を光センサで受けるとともにその光強度の大小を判
定することにより、焦点が一致しているか否かの判断を
行なえる。すなわち、請求項１〜３の発明では、光セン
サの出力が最大になるときが焦点が合わせられたときで
あり、請求項４，５の発明では、第１のピンホール板を
通過する光の光強度（光センサ出力）と、第２のピンホ
ール板を通過する光の光強度（光センサ出力）とが等し
いときが焦点が合わせられたときだからである。

【００５７】そして、一致していない時には、一致する
ように試料と光を集光する光学系とを相対移動させて両
者の距離を自動調整することができる。これにより、分
析処理時における集光させた光のほぼ焦点上に試料を配
置することができ、測定精度の向上を図ることができ
る。そして、焦点を合わせる（オートフォーカスする）
ために試料上に照射する光の位置と、実際に測定する位
置を同一箇所にすることにより、正確な位置（焦点）合
わせをすることができ、測定精度もより向上する。

【００５８】このように、焦点の一致の有無などの判定
処理が、光センサで受光した光強度の大小関係を知ると
いう単純な構成・測定原理で行うことができ、比較処理
で判定処理を行うことができるので、簡易な構成で処理
することができ、装置の簡略化並びにさらなる高速化を
図ることができる。

【００５９】また、このように正確に試料の表面に対す
る焦点合わせ（検出）が行えるので、その表面からある
一定の深さだけ奥（内部）の位置の測定を行うことも正
確に行える。

【００６０】焦点があっていない場合には、請求項１〜
３の発明では今回取得した光強度データと前回またはそ
れ以前に取得した光強度データを比較し、今回のほうが
高ければ焦点に近付いているので、同一方向に移動を継
続すれば良く、逆の場合には逆方向に移動させれば良
い。また、請求項４，５の発明の場合には、光強度の大
きいピンホール板を検出することにより、焦点からずれ
ている方向を知ることができる。このように、光センサ
の出力の大小関係を見るだけで、簡単にそのずれ方向を
容易に検出することができる（差が大きいほどずれ量も
大きい）。よって、焦点を合わせるために移動すべき方
向を間違うことがなく、短時間で焦点合わせを行うこと
ができる。

【００６１】そして、分光測定用のレーザーを焦点合わ
せ用の参照光として利用した（測定に用いる光の一部を
位置（焦点）合わせのための光に利用した）場合には
（請求項６）、そのまま分光測定に移ることができ、測
定精度がより向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る分光装置の第１実施例を示す図で
ある。

【図２】ＣＰＵの機能を説明するフローチャート図であ
る。

【図３】本発明に係る分光装置の第２実施例を示す図で
ある。

【図４】本発明に係る分光装置の第３実施例を示す図で
ある。

【図５】その作用を説明する図である。

【符号の説明】

１光源５対物レンズ（集光光学系）５ａＯ．Ｌ．作動ドライバ（駆動手段）６試料８Ｚステージ８ａＺステージ用ドライバ（駆動手段）９第２のハーフミラー（光分離手段）１１ｂピンホール板１３分光器２０集光レンズ（集光手段）２１ピンホール板２２光センサ２６，２６′ ＣＰＵ（制御手段）３０第３のハーフミラー（光分離手段）３２第１のピンホール板３３第２のピンホール板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の光を集光光学系を介して集光させ
て試料に照射させ、その照射に基づいてその試料から発
生する戻り光を分光器に入射することにより分析処理を
行う分光装置において、前記集光光学系と前記試料との距離を変更する駆動手段
と、前記集光光学系を介して前記試料に参照光を照射する手
段と、前記参照光の前記試料からの戻り光の一部を取り出す光
分離手段と、前記光分離手段により取り出された光を集光する集光手
段と、その集光手段の焦点位置に配置されたピンホール板と、前記ピンホール板を通過した光の強度を検出する光セン
サと、その光センサの出力を受け、前記検出された光強度が最
大になるように前記駆動手段の駆動を制御する制御手段
とを備えた分光装置。
【請求項２】所定の光を集光光学系を介して集光させ
て試料に照射させ、その照射に基づいてその試料から発
生する戻り光を分光器に入射することにより分析処理を
行う分光装置において、前記集光光学系と前記試料との距離を変更する駆動手段
と、前記集光光学系を介して前記試料に参照光を照射する手
段と、前記参照光の前記試料からの戻り光を集光する集光手段
と、その集光手段の焦点位置に配置されたピンホール板と、前記ピンホール板を通過した光を分離し、一方を前記分
光器に入射し、他方を光の強度を検出する光センサに入
射させる手段と、前記光センサの出力を受け、前記検出された光強度が最
大になるように前記駆動手段の駆動を制御する制御手段
とを備えた分光装置。
【請求項３】前記制御手段が、現在取得した光強度
と、前回またはそれ以前に取得した光強度とを比較し、
焦点が合う方向に移動しているか否かを判断し、次に移
動する方向を決定する機能を備えた請求項１または２に
記載の分光装置。
【請求項４】所定の光を集光光学系を介して集光させ
て試料に照射させ、その照射に基づいてその試料から発
生する戻り光を分光器に入射することにより分析処理を
行う分光装置において、前記集光光学系と前記試料との距離を変更する駆動手段
と、前記集光光学系を介して前記試料に参照光を照射する手
段と、前記参照光の前記試料からの戻り光の一部を取り出す光
分離手段と、前記光分離手段により取り出された光を集光する集光手
段と、その集光手段の焦点位置を挟んで光路上の前後に等距離
だけ置いて移動可能に配置された第１，第２のピンホー
ル板と、前記第１，第２のピンホール板を前記光路上に交互に挿
入配置する切替手段と、前記第１のピンホール板または前記第２のピンホール板
を通過した光の強度を検出する光センサと、その光センサの出力を受け、前記第１のピンホール板を
通過した光の光強度と、前記第２のピンホール板を通過
した光の光強度とが等しくなるように前記駆動手段の駆
動を制御する制御手段とを備えた分光装置。
【請求項５】前記制御手段が、前記第１のピンホール
板を通過した光の光強度と、前記第２のピンホール板を
通過した光の光強度とを比較し、その大小関係からいず
れの方向に焦点がずれているかを判断し、次の移動方向
を決定する機能を備えた請求項４に記載の分光装置。
【請求項６】前記参照光が、分光処理を行うための前
記所定の光を用いてなる請求項１〜５のいずれか１項に
記載の分光装置。