(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外光源からの赤外光を干渉計の後方に設けられる第１凹面鏡を経て試料に照射する反射光路と、前記第１凹面鏡から第２凹面鏡を経て、更にハーフミラー又はエッジミラーそしてカセグレン対物鏡を経て試料面で集光させるとともに試料を透過し試料を保持する部材において反射させるように照射する測定反射光路とが設けられ、前記試料を透過した赤外光または試料を透過し試料を保持する部材において反射した赤外光をそれぞれ前記カセグレン対物鏡から前記ハーフミラー又はエッジミラーを経て光検出器に入射させて分析するようにした顕微式フーリエ変換赤外線分光光度計において、前記第１凹面鏡の反射光路中に、この第１凹面鏡からの反射光を試料方向に反射する平面鏡を設けると共に、この平面鏡と第１凹面鏡との間に、第１凹面鏡と幾何学的焦点を共有し、かつ、第１凹面鏡からの反射光を平行にする凸面鏡を、第１凹面鏡の反射光路に対して出入り自在に設け、この凸面鏡を反射光路から外して、前記干渉計を出て第１凹面鏡を経た赤外光を前記平面鏡を介して試料面で集光し、この試料を透過した赤外光をカセグレン対物鏡からハーフミラー又はエッジミラーを経て光検出器に入射させる測定手法と、前記凸面鏡を反射光路内に位置させて、干渉計を出て第１凹面鏡を経た赤外光を、前記凸面鏡に入射させ、この凸面鏡で平行光にして反射して前記第２凹面鏡からハーフミラー又はエッジミラーそしてカセグレン対物鏡を介して試料面に集光し、この集光した光を試料を透過させ、試料保持部材において反射させた後、試料を再び透過させ、カセグレン対物鏡からハーフミラー又はエッジミラーを経て光検出器に入射させる測定手法とを択一的に行えるようにしたことを特徴とする顕微式フーリエ変換赤外線分光光度計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、顕微式フーリエ変換赤外線分光光度計（以下、顕微ＦＴＩＲという）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
顕微ＦＴＩＲは、フーリエ変換赤外線分光光度計（ＦＴＩＲ）に赤外線顕微鏡を取り付け、微小な試料を測定するのに有用であり、その顕微分光測定手法として透過法と反射法とがある。
【０００３】
すなわち、透過法では、干渉計を出た赤外光は、試料の下部に位置する集光鏡を介して試料面に集光する。試料を透過した赤外光は、対物鏡で拡大像を結像し、この結像面に置かれたマスクを通った赤外光だけが検出器に導かれる。一方、反射法では、干渉計を出た赤外光は顕微鏡上部に導かれ、ハーフミラーまたはエッジミラーにおいて半分だけ反射して、対物鏡を介して試料面に集光する。試料を透過し試料を保持する反射板において反射した赤外光は、試料を再び透過して対物鏡で拡大像を結像し、この結像面に置かれたマスクを通った赤外光だけが光検出器に導かれる。
【０００４】
図２は、上記透過法および反射法の双方によってそれぞれ顕微分光測定を行うことができる従来の顕微ＦＴＩＲの光学系を概略的に示すもので、この図において、１は適宜の素材よりなるハウジングで、内部と外部とを気密に遮断するように構成されており、その内部には、次のような機器が設けられている。すなわち、２は赤外光源、３は干渉計、４は干渉計３からの平行な赤外光ＩＲを９０°曲げて下方に反射する平面鏡、５は平面鏡４からの平行な赤外光ＩＲを９０°曲げて水平方向に反射する放物面鏡（凹面鏡の一種）である。
【０００５】
６は放物面鏡５に対しその焦点位置７よりも遠くに設けられ、放物面鏡５からの赤外光ＩＲを９０°曲げて上方に反射し、試料保持部材８に保持された試料Ｓに集光させる楕円面鏡（集光鏡の一種）、９はカセグレン対物鏡、１０はカセグレン対物鏡９に対しその結像位置よりも近くに設けられるハーフミラー、１１はカセグレン対物鏡９の結像位置に設けられるマスクとしてのアパーチャ、１２はアパーチャ１１を経た赤外光ＩＲを適宜反射する平面鏡、１３は平面鏡１２からの赤外光ＩＲを光検出器１４に集光させる凹面鏡である。
【０００６】
１５は放物面鏡５の楕円面鏡６に対する反射光路１６に対して出入り自在に設けられる放物面鏡で、その焦点は放物面鏡５と共有し、放物面鏡５からの赤外光ＩＲを９０°曲げて上方に平行な赤外光ＩＲとするもので、図中の矢印ＡまたＢ方向に移動し、反射光路１６から外れた状態（仮想線で示す状態）と、反射光路１６内に位置する状態（実線で示す状態）とになるように構成されている。１７は放物面鏡１５とともに反射測定光路１８を構成する凹面鏡で、この凹面鏡１７は放物面鏡１５からの平行な赤外光ＩＲを９０°曲げてハーフミラー１０方向に反射する凹面鏡である。なお、ハーフミラー１０に代えてエッジミラーを用いてもよい。
【０００７】
上記構成の光学系においては、透過法によって顕微分光測定を行うときは、試料保持部材８として赤外光透過性材料よりなるものを用い、これに試料Ｓを保持させる。そして、放物面鏡１５を矢印Ａ方向に移動させて、仮想線で示すように、放物面鏡５の反射光路１６から外れた状態とする。この状態では、干渉計３を出た赤外光ＩＲは平面鏡４および放物面鏡５を経た後、楕円面鏡６に入射する。そして、この楕円面鏡６で反射した赤外光ＩＲは、試料保持部材８を透過した後、試料Ｓ面で集光し、この試料Ｓを透過した赤外光ＩＲはカセグレン対物鏡９によってアパーチャ１１において結像し、さらに、平面鏡１２および凹面鏡１３を経て光検出器１４に入射する。
【０００８】
また、反射法によって顕微分光測定を行うときは、試料保持部材８として赤外光を反射させる例えば研磨した金属板を用い、これに試料Ｓを保持させる。そして、放物面鏡１５を、矢印Ｂ方向に移動させて、実線で示すように、放物面鏡５の反射光路１６内に位置する状態とする。この状態では、干渉計３を出た赤外光ＩＲは平面鏡４および放物面鏡５を経た後、放物面鏡１５に入射する。そして、この放物面鏡１５で反射した赤外光ＩＲは平行光となって凹面鏡１７に下方から入射し、この凹面鏡１７によって９０°曲げられてカセグレン対物鏡９の上方に位置するハーフミラー１０に導かれ、このハーフミラー１０において反射して、カセグレン対物鏡９を介して試料Ｓ面に集光する。この集光した光は試料Ｓを透過し、試料保持部材８において反射した後、試料Ｓを再び透過し、カセグレン対物鏡９によってアパーチャ１１において結像し、さらに、平面鏡１２および凹面鏡１３を経て光検出器１４に入射する。
【０００９】
上述のように、上記従来の顕微ＦＴＩＲにおいては、放物面鏡５と楕円面鏡６との間の光路１６に対して出入り自在に設けられる放物面鏡１５の位置を出状態または入り状態に切り換えることにより、透過法による顕微分光測定および反射法による顕微分光測定の双方を択一的に行うことができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の顕微ＦＴＩＲにおいては、放物面鏡５と放物面鏡１５とによって平行な赤外光ＩＲが得られるようにしているため、放物面鏡１５を、その焦点が楕円面鏡６の焦点と重なるように配置する必要があり、放物面鏡５と放物面鏡１５との間の距離は、両者５，１５の焦点距離の和となるため、大きくならざるを得ず、顕微ＦＴＩＲの光学系を小型でコンパクトな構成とすることができず、ハウジング１も大型になり、設置のためのスペースがそれだけ必要であるといった不都合があった。
【００１１】
また、顕微ＦＴＩＲにおいては、その測定光路長が大きくなればなるほど、空気中の水分や二酸化炭素などの影響を受けやすくなる。これに対応する手法として、ハウジング１内を不活性ガスで置換することが考えられるが、ハウジング１自体が大きいため、それだけ大量の不活性ガスが必要になるといった不都合があり、このような観点からも改良の余地があった。
【００１２】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、コンパクトな光学配置が可能で、全体として小型かつコンパクトな構成を有する顕微ＦＴＩＲを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明では、赤外光源からの赤外光を干渉計の後方に設けられる第１凹面鏡を経て試料に照射する反射光路と、前記第１凹面鏡から第２凹面鏡を経て、更にハーフミラー又はエッジミラーそしてカセグレン対物鏡を経て試料面で集光させるとともに試料を透過し試料を保持する部材において反射させるように照射する測定反射光路とが設けられ、前記試料を透過した赤外光または試料を透過し試料を保持する部材において反射した赤外光をそれぞれ前記カセグレン対物鏡から前記ハーフミラー又はエッジミラーを経て光検出器に入射させて分析するようにした顕微式フーリエ変換赤外線分光光度計において、前記第１凹面鏡の反射光路中に、この第１凹面鏡からの反射光を試料方向に反射する平面鏡を設けると共に、この平面鏡と第１凹面鏡との間に、第１凹面鏡と幾何学的焦点を共有し、かつ、第１凹面鏡からの反射光を平行にする凸面鏡を、第１凹面鏡の反射光路に対して出入り自在に設け、この凸面鏡を反射光路から外して、前記干渉計を出て第１凹面鏡を経た赤外光を前記平面鏡を介して試料面で集光し、この試料を透過した赤外光をカセグレン対物鏡からハーフミラー又はエッジミラーを経て光検出器に入射させる測定手法と、前記凸面鏡を反射光路内に位置させて、干渉計を出て第１凹面鏡を経た赤外光を、前記凸面鏡に入射させ、この凸面鏡で平行光にして反射して前記第２凹面鏡からハーフミラー又はエッジミラーそしてカセグレン対物鏡を介して試料面に集光し、この集光した光を試料を透過させ、試料保持部材において反射させた後、試料を再び透過させ、カセグレン対物鏡からハーフミラー又はエッジミラーを経て光検出器に入射させる測定手法とを択一的に行えるようにした。
つまり、要約すれば、赤外光源からの赤外光を干渉計を経て試料に照射し、そのとき試料を透過した赤外光または試料を透過し試料を保持する部材において反射した赤外光を分析するようにした顕微ＦＴＩＲにおいて、前記干渉計の後段に設けられる凹面鏡の反射光路中に、この凹面鏡と幾何学的焦点を共有する凸面鏡を、前記光路に対して出入り自在に設けている。
【００１４】
上記構成の顕微ＦＴＩＲにおいては、凹面鏡と凸面鏡との間の距離は、凹面鏡と凸面鏡の焦点距離の和となるのではなく、凹面鏡の焦点距離よりも小さくできるため、従来の顕微ＦＴＩＲに比べて大幅に小型でコンパクトな構成とすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の一つの実施の形態を示す。この実施の形態における顕微ＦＴＩＲが、図２に示した従来の顕微ＦＴＩＲと異なる点は、干渉計の後段に設けられる凹面鏡の反射光路中に、この凹面鏡と幾何学的焦点を共有する凸面鏡を、前記光路に対して出入り自在に設けたことである。なお、図１において、図２における符号と同一のものは同一物を示している。
【００１６】
すなわち、図１において、１９は干渉計３の後段に設けられる第１凹面鏡としての放物面鏡５の反射光路２０に対して出入り自在に設けられる逆放物面鏡（凸面鏡の一種）で、図２に示した楕円面鏡１５と同様に、図中の矢印ＡまたＢ方向に移動し、放物面鏡５の反射光路２０から外れた状態（仮想線で示す状態）と、反射光路内に位置する状態（実線で示す状態）とになるように構成されているとともに、放物面鏡５と幾何学的焦点を共有している。したがって、逆放物面鏡１９が実線で示す位置にあるとき、放物面鏡５方向から入射する赤外光ＩＲは９０°上方に曲げられて平行な赤外光ＩＲとなって凹面鏡１７に向けて反射される。
【００１７】
２１は逆放物面鏡１９が仮想線で示すように反射光路２０から外れた位置にあるとき、放物面鏡５からの赤外光ＩＲを９０°曲げて試料Ｓ方向に反射する平面鏡であり、この実施の形態においては、放物面鏡５からの赤外光ＩＲが平面鏡２１において反射されて、試料Ｓで集光するように構成されている。
【００１８】
上記構成の顕微ＦＴＩＲにおいては、透過法によって顕微分光測定を行うときは、試料保持部材８として赤外光透過性材料よりなるものを用い、これに試料Ｓを保持させる。そして、逆放物面鏡１９を矢印Ａ方向に移動させて、仮想線で示すように、放物面鏡５の反射光路２０から外れた状態とする。この状態では、干渉計３を出た赤外光ＩＲは平面鏡４および放物面鏡５を経た後、平面鏡２１に入射する。そして、この平面鏡２１で反射した赤外光ＩＲは試料Ｓ面で集光し、この試料Ｓを透過した赤外光ＩＲはカセグレン対物鏡９によってアパーチャ１１において結像し、さらに、平面鏡１２および凹面鏡１３を経て光検出器１４に入射する。
【００１９】
また、反射法によって顕微分光測定を行うときは、試料保持部材８として赤外光を反射させる例えば研磨した金属板を用い、これに試料Ｓを保持させる。そして、逆放物面鏡１９を、矢印Ｂ方向に移動させて、実線で示すように、放物面鏡５の反射光路２０内に位置する状態とする。この状態では、干渉計３を出た赤外光ＩＲは平面鏡４および放物面鏡５を経た後、逆放物面鏡１９に入射する。そして、この逆放物面鏡１９で反射した赤外光ＩＲは平行光となって第２凹面鏡１７に下方から入射し、この凹面鏡１７によって９０°曲げられてカセグレン対物鏡９の上方に位置するハーフミラー１０に導かれ、このハーフミラー１０において反射して、カセグレン対物鏡９を介して試料Ｓ面に集光する。この集光した光は試料Ｓを透過し、試料保持部材８において反射した後、試料Ｓを再び透過し、カセグレン対物鏡９によってアパーチャ１１において結像し、さらに、平面鏡１２および凹面鏡１３を経て光検出器１４に入射する。
【００２０】
このように、上記構成の顕微ＦＴＩＲにおいては、放物面鏡５と平面鏡２１との間の光路２０に対して出入り自在に設けられる逆放物面鏡１９の位置を出状態または入り状態に切り換えることにより、透過法による顕微分光測定および反射法による顕微分光測定の双方を択一的に行うことができる。
【００２１】
そして、上記顕微ＦＴＩＲにおいては、放物面鏡５と逆放物面鏡１９との間の距離は、両者５，１９の焦点距離の和となるのではなく、放物面鏡５の焦点距離よりも小さいので、従来の顕微ＦＴＩＲに比べて大幅に小型でコンパクトな構成とすることができる。特に、放物面鏡５の焦点を試料Ｓのセット位置に合わせてあるので、従来の顕微ＦＴＩＲと同様に、透過法および反射法による顕微分光測定を択一的に行うことができる。
【００２２】
この発明は、上述の実施の形態に限られるものではなく、例えば放物面鏡５に代えて、他の凹面鏡を用いてもよく、また、逆放物面鏡１９に代えて、他の凸面鏡を用いてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
この発明の顕微ＦＴＩＲにおいては、凹面鏡と凸面鏡との間の距離は、凹面鏡と凸面鏡の焦点距離の和となるのではなく、凹面鏡の焦点距離よりも小さくできるため、従来の顕微ＦＴＩＲに比べて大幅に小型でコンパクトな光学配置が可能となる。したがって、この発明によれば、測定光路長が短い小型でコンパクトな顕微ＦＴＩＲを構成することができ、空気中の水分や二酸化炭素などの影響を受けにくくなり、精度の高い測定を行うことができるとともに、設置スペースも小さくて済むなど、優れた特長を有する顕微ＦＴＩＲを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の顕微ＦＴＩＲの光学的構成の一例を概略的に示す図である。
【図２】従来の顕微ＦＴＩＲの光学的構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
２…赤外光源、３…干渉計、５…第１凹面鏡、８…試料保持部材、９…カセグレン対物鏡、１０…ハーフミラー又はエッジミラー、１７…第２凹面鏡、１８…測定反射光路、１９…凸面鏡、２０…反射光路、２１…平面鏡、Ｓ…試料、ＩＲ…赤外光。
【図１】
0003607055.tif 000002
【図２】
0003607055.tif 000003