(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体からの光を撮像素子に入射させる顕微観察用光学装置であって、
前記物体と前記顕微観察用光学装置との間に配置される第１の倍率を有する第１の光学系に対応する第１の開口を有し、前記物体からの光を前記撮像素子に通過させる真空容器内に配置されたコールドストップと、
前記物体と前記顕微観察用光学装置との間に配置される前記第１の倍率より高い第２の倍率を有する第２の光学系に対応する第２の開口を有し、前記物体からの光を前記コールドストップに向けて通過させる前記真空容器外に配置された絞り部材であるウォームストップと、
前記ウォームストップを前記物体からの光の光軸上に出し入れ可能に支持する支持部材と、を備え、
前記ウォームストップは、前記撮像素子側に反射面を有し、
前記第２の開口は前記第１の開口より小さい、
ことを特徴とする顕微観察用光学装置。
【請求項２】
前記支持部材は、前記ウォームストップの前記第２の開口を、前記真空容器の前記物体側の窓部に近接する位置で出し入れ可能に構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の顕微観察用光学装置。
【請求項３】
前記支持部材は、前記ウォームストップの前記第２の開口を、前記第２の倍率を有する前記第２の光学系の瞳位置に対応する位置で出し入れ可能に構成されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の顕微観察用光学装置。
【請求項４】
前記ウォームストップの前記反射面は、前記撮像素子に対して前記コールドストップを映し、かつ、前記撮像素子自体を映さないように形成されている、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の顕微観察用光学装置。
【請求項５】
前記ウォームストップの前記反射面には、前記第２の開口側から外側にかけて、前記第２の開口を含む面に対して傾斜が緩やかな第１の面と、当該面に対して傾斜が急な第２の面とが連続して形成されている、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の顕微観察用光学装置。
【請求項６】
前記反射面は、少なくとも１部が凹面状に形成されている、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の顕微観察用光学装置。
【請求項７】
前記ウォームストップと前記コールドストップとの間の前記真空容器外に設けられ、前記ウォームストップの前記第２の開口に向かい合う開口を有し、前記撮像素子側に反射面が形成された絞り部材である補助ウォームストップをさらに備える、
ことを特徴とする請求項６記載の顕微観察用光学装置。
【請求項８】
前記ウォームストップの前記反射面の曲率半径は、前記撮像素子と前記ウォームストップとの距離の２倍以下である、
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の顕微観察用光学装置。
【請求項９】
前記ウォームストップの前記反射面は、少なくとも１部が平面状に形成されている、
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の顕微観察用光学装置。
【請求項１０】
前記ウォームストップの前記反射面は、少なくとも１部が円錐面状に形成されている、
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の顕微観察用光学装置。
【請求項１１】
前記補助ウォームストップの前記反射面は、少なくとも１部が平面状に形成されている、
ことを特徴とする請求項７に記載の顕微観察用光学装置。
【請求項１２】
前記補助ウォームストップの前記反射面は、少なくとも１部が円錐面状に形成されている、
ことを特徴とする請求項７に記載の顕微観察用光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体からの光を拡大して観察するための顕微観察用光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、物体からの赤外線等の特定波長の光を観察するための光学装置が用いられている。このような光学装置においては、物体以外からの光の影響を抑えるような仕組みが設けられている。例えば、下記特許文献１には、セグメント化されたトロイダルウォームシールドを有する赤外線検出装置が開示されている。この赤外線検出装置には、赤外線検出器を囲むコールドシールドの前面に真空窓が設けられ、この真空窓の前方に３つのトロイダル反射部材が配置されている。これらのトロイダル反射部材は、中心に開口が形成されており、それらの開口が検出装置の中心軸に対して対象に位置するように中心軸上に並んで配置されている。それぞれの開口の大きさは赤外線検出器で検出する光学像の径に応じて設定される。また、これらのトロイダル反射部材の内側の面はトロイダル面になっている。
【０００３】
また、下記特許文献２には、交換レンズを介して物体からの赤外光を検出素子に入射させるための赤外線光学装置が開示されており、この赤外線光学装置は検出素子の周囲に設けられたデュワ瓶と、デュワ瓶の外部に設けられた２つのミラーアパーチャとを備え、これらのミラーアパーチャは交換レンズの光軸に沿って移動可能にされている。このミラーアパーチャの内側にはミラー面が設けられており、物体からの赤外光は、ミラーアパーチャの開口部を通過してデュワ瓶内の検出素子に達する一方で、検出素子からミラー面を見ると冷却された部分、すなわち、検出素子のみしか見えないので、物体以外から放射される赤外光は検出素子に入射しないようにされる。その結果、良好な結像性能が実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４，８２０，９２３号
【特許文献２】特開平６−１６０６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の赤外線検出装置では、コールドシールドの開口に合わせてトロイダル反射部材の開口の大きさを設定しているため、物体側に配置される光学系の倍率が切り替わった際に、その倍率に応じた像を検出素子に入射させることが困難である。
【０００６】
また、上記特許文献２に記載の赤外線光学装置では、物体側の交換レンズを交換した際にミラーアパーチャを交換レンズの光軸に沿って移動させることで倍率の異なる様々な開口数の交換レンズで物体を好適に観察することができるが、ミラーアパーチャの位置調整のための機構が必要であり、装置が大型化する傾向にある。また、交換対象の複数の交換レンズの像側開口数の差が大きい場合には、ミラーアパーチャの調整可能な距離を長くとる必要があるために、装置が大型化する傾向にある。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、物体の観察倍率を複数に切り替えることを可能にするとともに、装置の小型化を容易に実現することが可能な顕微観察用光学装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の顕微観察用光学装置は、物体からの光を撮像素子に入射させる顕微観察用光学装置であって、第１の倍率を有する前記物体側の光学系に対応する第１の開口を有し、前記物体からの光を前記撮像素子に通過させる真空容器内に配置されたコールドストップと、第２の倍率を有する前記物体側の光学系に対応する第２の開口を有し、前記物体からの光を前記コールドストップに向けて通過させる前記真空容器外に配置された絞り部材であるウォームストップと、前記ウォームストップを前記物体からの光の光軸上に出し入れ可能に支持する支持部材と、を備え、前記ウォームストップは、前記撮像素子側に反射面を有し、第２の開口は第１の開口より小さい。
【０００９】
このような顕微観察用光学装置によれば、物体側の光学系として第１の倍率に設定された光学系を用いた場合には、ウォームストップを光軸上から外すことにより、物体からの光が、その光学系のＮＡに対応した第１の開口を有するコールドストップによって絞られて撮像素子に入射するので、撮像素子による検出像における背景ノイズが低減される。さらに、物体側の光学系として第２の倍率に設定された光学系を用いた場合には、その光学系のＮＡに対応した第２の開口を有するウォームストップを光軸上に配置させることによって、物体からの光がその光束に応じて絞られた後にコールドストップを通過して撮像素子に入射する。ここで、第２の開口は第１の開口より小さいので、ウォームストップを出し入れする支持部材を真空容器の外側に設けても複数の倍率の光学系に対応して背景ノイズを低減することができるので、支持部材の構造が単純化される。また、この支持部材は光学系の光軸に交わる方向に設けられるので、支持部材の小型化も容易に実現される。その結果、複数の観察倍率の光学系に対して背景ノイズを低減しながら物体の観察倍率を複数に切り替えることを可能にするとともに、装置の小型化を容易に実現することができる。
【００１０】
ここで、第２の倍率は第１の倍率より高い、ことが好適である。この場合、物体の観察倍率を低倍率と高倍率で切り替えることができる。
【００１１】
また、支持部材は、ウォームストップの第２の開口を、真空容器の物体側の窓部に近接する位置で出し入れ可能に構成されている、ことも好適である。かかる支持部材を備えれば、第２の倍率の光学系を使用した場合に、その像側開口数に合わせて径を絞ることができる。
【００１２】
さらに、支持部材は、ウォームストップの第２の開口を、第２の倍率を有する光学系の瞳位置に対応する位置で出し入れ可能に構成されている、ことも好適である。かかる支持部材を備えれば、第２の倍率の光学系を使用した場合に、その像側開口数に合わせて径を絞ることができる。
【００１３】
またさらに、ウォームストップの反射面は、撮像素子に対してコールドストップを映し、かつ、撮像素子自体を映さないように形成されている、ことも好適である。かかる構成によれば、ウォームストップに設けられた反射面により、撮像素子では、コールドストップからの光が観測され、撮像素子で反射された光が観測されることはない。これにより、物体側の光学系を切り替えて使用した場合に、撮像素子による検出像におけるスポットノイズおよび背景ノイズの両方を低減することができる。
【００１４】
さらにまた、ウォームストップの反射面には、開口側から外側にかけて、開口を含む面に対して傾斜が緩やかな第１の面と、当該面に対して傾斜が急な第２の面とが連続して形成されている、ことが好適である。かかる構成を採れば、第２の面によって撮像素子においてコールドストップ以外の部分からの光を観測しないように設定できるとともに、第１の面によって撮像素子自体の反射光を観測しにくくすることができる。
【００１５】
また、反射面は、少なくとも１部が凹面状に形成されている、ことも好適である。この場合、撮像素子に対してコールドストップからの光を反射する形状を容易に設定することができる。
【００１６】
さらに、ウォームストップとコールドストップとの間の真空容器外に設けられ、ウォームストップの開口に向かい合う開口を有し、撮像素子側に反射面が形成された絞り部材である補助ウォームストップをさらに備える、ことも好適である。こうすれば、撮像素子からの反射光が再度撮像素子に入射することを防止できるとともに、ウォームストップの径を小さくしても撮像素子に高温部からの光を入射しにくくすることができる。
【００１７】
またさらに、ウォームストップの反射面の曲率半径は、撮像素子とウォームストップとの距離の２倍以下である、ことも好適である。かかる構成を採れば、撮像素子に対してコールドストップの外側の高温部からの光を入射しにくくすることができる。
【００１８】
さらにまた、ウォームストップ又は補助ウォームストップの反射面は、少なくとも１部が平面状に形成されている、ことも好適である。この場合、簡易な形状によって撮像素子自体を反射した光が撮像素子に入射することを防止することができる。
【００１９】
また、ウォームストップ又は補助ウォームストップの反射面は、少なくとも１部が円錐面状に形成されていることも好適である。この場合も、簡易な形状によって撮像素子自体を反射した光が撮像素子に入射することを防止することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、複数の観察倍率の光学系に対して背景ノイズを低減することを可能にするとともに、装置の小型化を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の好適な一実施形態に係る顕微装置の概略構成図である。
【図２】図１の顕微観察用光学装置４を中心軸線に沿って切断して示す斜視図である。
【図３】図１の顕微観察用光学装置４を中心軸線に沿って切断して示す斜視図である。
【図４】図２のウォームストップ１０が取り外された顕微観察用光学装置４においてサンプルＳからの光束の入射状態を示す平面図である。
【図５】図３のウォームストップ１０が挿入された顕微観察用光学装置４においてサンプルＳからの光束の入射状態を示す平面図である。
【図６】図２及び図３のウォームストップ１０の平面図である。
【図７】図６のウォームストップ１０の反射面１５ｂに対する撮像素子１６の観測範囲を示す平面図である。
【図８】図３の顕微観察用光学装置４によって設定される撮像素子１６の観測範囲を示す平面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る顕微観察用光学装置２４の要部を示す平面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る顕微観察用光学装置４４の要部を示す平面図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係る顕微観察用光学装置６４の要部を示す平面図である。
【図１２】本発明の変形例であるウォームストップ１１０の平面図である。
【図１３】本発明の別の変形例であるウォームストップ２１０の平面図である。
【図１４】本発明の別の変形例であるウォームストップ３１０の平面図である。
【図１５】本発明の別の変形例であるウォームストップ９０の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る顕微観察用光学装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２３】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る発光観察用の顕微装置１の概略構成図である。同図に示す顕微装置１は、暗箱２と、暗箱２内に収納されたサンプル（物体）Ｓから発せられる赤外光を検出可能なカメラ（撮像素子）３と、カメラ３に取り付けられた顕微観察用光学装置４と、顕微観察用光学装置４と一体化されたカメラ３とサンプルＳとの間に配置された顕微光学系５とによって構成されている。この顕微光学系５は、サンプルＳの赤外線像を所望の倍率でカメラ３に結像するための光学系であり、比較的低倍率のレンズを内蔵するマクロ光学系７と、マクロ光学系７の倍率に比較して高倍率のレンズを内蔵するミクロ光学系８とが、光学系切替機構６によって切り替え可能に支持されて構成されている。このような顕微光学系５によって、マクロ光学系７及びミクロ光学系８のいずれかがサンプルＳと顕微観察用光学装置４との間に配置されるように切り替えられ、これにより、サンプルＳから発せられる赤外線が、所望の倍率に応じた対物光学系を通ってカメラ３に入射する。
【００２４】
顕微観察用光学装置４は、赤外線を検出可能なカメラ３と、サンプルＳの赤外線像をその倍率を切り替えてカメラ３に結像させる顕微光学系５に組み合わせるための光学装置である。図２及び図３は、顕微観察用光学装置４を中心軸線に沿って切断して示す斜視図である。図２は、顕微光学系５をマクロ光学系７に切り替えた際の顕微観察用光学装置４の使用状態を示しており、図３は、顕微光学系５をミクロ光学系８に切り替えた際の顕微観察用光学装置４の使用状態を示している。
【００２５】
顕微観察用光学装置４は、マクロ光学系７及びミクロ光学系８からの赤外線の光束がそれぞれ結像する像面を再結像するリレーレンズ９と、リレーレンズ９側から入射する光束を絞るための遮光性の絞り部材であるウォームストップ１０と、このウォームストップ１０をリレーレンズ９の光軸上に出し入れ可能に支持する支持部材１１と、略円柱状の真空容器１２と、真空容器１２内のリレーレンズ９の光軸上に配置され、リレーレンズ９側から入射する光束を絞るための遮光性の絞り部材であるコールドストップ１３とを備えている。
【００２６】
ウォームストップ１０は、略円板形状を有しており、この中心には略円形状の開口１４が形成されるとともに、開口１４の外側のリレーレンズ９に対して反対側の面には反射面１５が形成されている。このようなウォームストップ１０は、長尺状の支持部材１１に固定され、支持部材１１によってリレーレンズ９の光軸に垂直な方向にスライド可能に支持される。すなわち、ウォームストップ１０は、リレーレンズ９の出射面９ａから離脱した位置（図２）と、リレーレンズ９の出射面９ａに向かい合うように挿入した位置（図３）との間で出し入れ可能にされる。ウォームストップ１０を挿入した場合には、ウォームストップ１０が、その開口１４の中心をリレーレンズ９の光軸と一致させた状態で顕微光学系５のミクロ光学系８の瞳位置に対応した位置に配置される。このミクロ光学系８の瞳位置に対応した位置は、好ましくは瞳位置の近傍であり、瞳位置が真空容器１２内に存在する場合には可能な限り瞳位置に近い位置、具体的には、真空容器１２のサンプルＳ側の窓部１２ａに近接した位置である。
【００２７】
コールドストップ１３は、図示しない冷却装置によって低温状態に維持された真空容器１２の内部に配置され、円筒状の筒部材１３ａの内側に２重の絞り部材１３ｂ，１３ｃが一体的に形成されてなる。これらの絞り部材１３ｂ，１３ｃは略円板形状を有しており、それらの中心には略円形状の開口１３ｄ，１３ｅが、開口１３ｄ，１３ｅの中心がリレーレンズ９の光軸に一致するようにそれぞれ形成されている。そして、真空容器１２のリレーレンズ９側の端面には、円形状の窓部１２ａが設けられ、リレーレンズ９を透過したサンプルＳからの光束が窓部１２ａを透過して真空容器１２内のコールドストップ１３に入射する。さらに、真空容器１２のリレーレンズ９に対して反対側の円形状の開口部１２ｂには、カメラ３の先端部が気密に接続され、カメラ３に内蔵される撮像素子の像検出面がコールドストップ１３を挟んで窓部１２ａと対面するように配置される。このような構成により、コールドストップ１３の全体とカメラ３の先端部とが低温状態に維持可能にされる。
【００２８】
次に、ウォームストップ１０及びコールドストップ１３のサイズの関係について説明する。図４は、ウォームストップ１０が取り外された顕微観察用光学装置４においてサンプルＳからの光束の入射状態を示す平面図であり、図５は、ウォームストップ１０が挿入された顕微観察用光学装置４においてサンプルＳからの光束の入射状態を示す平面図である。
【００２９】
図４を参照すると、顕微光学系５をマクロ光学系７に切り替えた際には、比較的低倍率のマクロ光学系７を用いても高い感度を得るためにＮＡが大きいレンズを使う必要があるため、マクロ光学系７の射出瞳径はそれに応じて大きくなる。この場合は、サンプルＳから出射されてマクロ光学系７を通過した光束Ｂ１は、リレーレンズ９によって再結像されてから、コールドストップ１３の絞り部材１３ｂ，１３ｃの開口１３ｄ，１３ｅを通過してカメラ３に内蔵された撮像素子１６に入射する。この際に撮像素子１６において周囲からの輻射を観測することを防止するために、開口１３ｄ，１３ｅの内径は、光束Ｂ１の径に対応するようにマクロ光学系７の倍率に対応した大きさに設定される。ここで言う「倍率に対応した大きさ」とは、マクロ光学系７の倍率によって決まる光束Ｂ１の径に応じた許容範囲の誤差を含む光束Ｂ１の径の100〜120％の大きさを意味し、光束Ｂ１の径に完全に一致する大きさに限定されるものではない。
【００３０】
図５を参照すると、顕微光学系５をミクロ光学系８に切り替えた際には、比較的高倍率のミクロ光学系８において必要なＮＡはマクロ光学系７に比べて小さいため、ミクロ光学系８の射出瞳径はそれに応じて小さくなる。具体的には、ミクロ光学系８のＮＡはマクロ光学系７に対し数十分の一となる。この場合は、サンプルＳから出射されてミクロ光学系８を通過した光束Ｂ２は、リレーレンズ９によって再結像されてから、ウォームストップ１０の開口１４、及びコールドストップ１３の絞り部材１３ｂ，１３ｃの開口１３ｄ，１３ｅを順次通過してカメラ３に内蔵された撮像素子１６に入射する。この際に撮像素子１６において周囲からの輻射を観測することを防止するために、開口１４の内径は、光束Ｂ２の径に対応するようにミクロ光学系８の倍率に対応した大きさに設定される。これにより、開口１４の内径は開口１３ｄ，１３ｅの内径よりも小さく設定されることになる。ここで言う「倍率に対応した大きさ」とは、ミクロ光学系８の倍率によって決まる光束Ｂ２の径に応じた許容範囲の誤差を含む光束Ｂ２の径の100〜120％の大きさを意味し、光束Ｂ２の径に完全に一致する大きさに限定されるものではない。
【００３１】
次に、ウォームストップ１０の構成について詳細に説明する。図６にはウォームストップ１０の平面図を示す。
【００３２】
ウォームストップ１０の撮像素子１６側の面には、金、銀等の反射率の高い材料がコーティングされた反射面１５が形成されている。この反射面１５は、開口１４の開口端から外側に向けて、開口１４の開口端を含む面に対して傾斜が緩やかな反射面１５ａと、開口１４の開口端を含む面に対して傾斜が急な反射面１５ｂとが、この順で連続して形成されて成る。具体的には、反射面１５ａが開口１４の開口端を含む面に対して略平行な平面をなし、反射面１５ｂが外側に向けて徐々に傾斜角が急になる凹面（例えば、球面など）をなす。また、反射面１５ｂは、傾斜角が一定である円錐面形状であってもよい。これらの反射面１５ａ，１５ｂの形状は、撮像素子１６に対してコールドストップ１３を映し、かつ、撮像素子１６自体を映さないように設定されている。
【００３３】
具体的には、ウォームストップ１０の反射面１５ｂとして光軸上に球心をもつ球面形状を採用する場合には、撮像素子１６からの発光および反射散乱光が再度撮像素子１６に結像することを防ぐため、反射面１５ｂの法線が撮像素子１６に直接向かないように、反射面１５ｂの曲率半径Ｒが撮像素子１６とウォームストップ１０の距離と異なるように設定されている。具体的には、曲率半径Ｒが撮像素子１６とウォームストップ１０の距離の１倍を十分超えるように設定されている。また、ウォームストップ１０の反射面１５ｂとして円錐面を採用する場合は、撮像素子１６からの発光および反射散乱光が再度撮像素子１６に結像することを防ぐため、反射面１５ｂの法線が撮像素子１６に直接向かないように、その法線が光軸と交わる位置が、撮像素子から十分に離れるよう設定されている。
【００３４】
また、図７に示すように、ウォームストップ１０の反射面１５ｂは、コールドストップ１３の絞り部材１３ｂの開口１３ｄの直径に相当する部分、すなわち、同図の一点鎖線と交わる部分の傾斜における曲率半径が、撮像素子１６とウォームストップ１０の距離の約２倍以下に設定されている。これは、撮像素子１６から延びる視線をコールドストップ１３の内部に戻して、外部の輻射を撮像素子１６に導かないための条件である。より詳細には、撮像素子１６とウォームストップ１０の距離がＬであり、反射面１５ｂのＮＡがＮｍであり、反射面１５ｂの有効なエッジ位置の傾斜角度がＮＡ換算でＮｅ＝ＮｍＬ／Ｒ（Ｒは反射面１５ｂの曲率半径）であり、反射面１５ｂのエッジ位置から見たコールドストップ１３の外周までの角度がＮＡ換算でＮｃであり、反射面１５ｂから見た撮像素子１６のＮＡがＮｄである場合は、撮像素子１６から常にコールドストップ１３の外側が見えない条件は下記式（１）；
Ｎｃ＞Ｎｍ＋Ｎｄ−２Ｎｅ      …（１）
で与えられる。従って、上記式（１）を基に、反射面１５ｂの曲率半径Ｒは、下記式（２）；
Ｒ＜２ＮｍＬ／（Ｎｍ＋Ｎｄ−Ｎｃ）      …（２）
を満たすように設定される。なお、ＮＡ換算とは、角度をｓｉｎ関数で換算したものである。
【００３５】
さらには、ウォームストップ１０の反射面１５ｂのコールドストップ１３の絞り部材１３ｂの開口１３ｄの直径に相当する部分の傾斜角は、４５度以下に設定される。これは、ウォームストップ１０とコールドストップ１３の隙間からの輻射を撮像素子１６に入射させないために必要な条件である。また、このように傾斜角を小さくすることでウォームストップ１０の厚さを薄くすることができ、ウォームストップ１０によって適切な光学系を容易に形成できる。
【００３６】
上述した構成の顕微観察用光学装置４において、ウォームストップ１０が挿入されたときに設定される撮像素子１６の観測範囲について、図８を参照しながら説明する。
【００３７】
同図に示すように、ウォームストップ１０の内側の反射面１５ａにより、撮像素子１６から延びる視線Ｓ１，Ｓ２は、コールドストップ１３のいずれかの絞り部材１３ｂ，１３ｃの冷却された部分に向けられる。それとともに、光束Ｂ２が撮像素子１６の撮像面で散乱及び反射されることによって生じる散乱光、反射光は、反射面１５ａによって撮像素子１６の外側に反射され、撮像素子１６に入射することはない。また、ウォームストップ１０の外側の反射面１５ｂにより、撮像素子１６から延びる視線Ｓ３は、コールドストップ１３の絞り部材１３ｂの冷却された部分に向けられ、絞り部材１３ｂの外部の温かい部分に向けられることはない。それとともに、撮像素子１６の撮像面で生じる散乱光、反射光は、反射面１５ｂによって撮像素子１６の外側に反射され、撮像素子１６に入射することはない。
【００３８】
以上説明した顕微観察用光学装置４によれば、サンプルＳ側の顕微光学系５として低倍率に設定されたマクロ光学系７を用いた場合には、ウォームストップ１０を光軸上から外すことにより、サンプルＳからの光が、そのマクロ光学系７のＮＡに対応した開口１３ｄ，１３ｅを有するコールドストップ１３によって絞られて撮像素子１６に入射するので、撮像素子１６による検出像における背景ノイズが低減される。さらに、サンプルＳ側の顕微光学系５として高倍率に設定されたミクロ光学系８を用いた場合には、そのミクロ光学系８のＮＡに対応した開口１４を有するウォームストップ１０を光軸上に配置させることによって、サンプルＳからの光がその光束に応じて絞られた後にコールドストップ１３を通過して撮像素子１６に入射する。ここで、ウォームストップ１０の開口１４はコールドストップ１３の開口１３ｄ，１３ｅより小さいので、ウォームストップ１０を出し入れする支持部材１１を真空容器１２の外側に設けても複数の倍率の顕微光学系５に対応して赤外線像を好適に絞ることができるので、支持部材１１の構造が単純化される。また、この支持部材１１は顕微光学系５の光軸に交わる方向に設けられるので、支持部材１１の小型化も容易に実現される。その結果、サンプルＳの観察倍率を複数に切り替えたときに背景ノイズを低減することを可能にするとともに、顕微観察用光学装置４の小型化を容易に実現することができる。
【００３９】
また、支持部材１１は、ウォームストップ１０の開口１４を、真空容器１１のサンプルＳ側の窓部１２ａに近接する位置、すなわち、ミクロ光学系８の瞳位置に対応する位置で出し入れ可能に構成されているので、高倍率のミクロ光学系８を使用した場合に、サンプルＳの赤外線像をその径に合わせて絞ることができる。
【００４０】
また、顕微観察用光学装置４によれば、ウォームストップ１０に設けられた反射面１５により、撮像素子１６では、コールドストップ１３からの光が観測され、撮像素子１６で反射された光が観測されることはない。これにより、サンプルＳ側の顕微光学系５を切り替えて使用した場合に、撮像素子１６による検出像におけるスポットノイズおよび背景ノイズの両方を低減することができる。
【００４１】
一般の顕微鏡装置では、高倍率の対物レンズと低倍率の対物レンズの両方を使用する際には、まず、低倍率のレンズを有効に使用するためにカメラ側のＮＡを十分に大きくする必要がある。具体的には、低倍率のレンズのカメラに対する倍率がａ、ＮＡがｎである場合には、カメラ側のＮＡをｎ／ａに設定する必要がある。ところが、高倍率のレンズに必要なＮＡは低倍率のレンズと比較して数十分の一であるため、両方のレンズを有効に使用するためには、カメラのＮＡを調整するためのコールドストップは低倍率のレンズのＮＡに合わせる必要があった。そのため、従来の顕微鏡装置では、高倍率のレンズを使用した際に余分なＮＡの部分から周囲の輻射を観察してしまい背景ノイズを上昇させる結果となっていた。背景ノイズの問題を解決するためには、コールドストップのサイズを対物レンズに応じて変更することが効果的ではあるが、コールドストップは通常真空中に配置されて極低温に冷却されているため、サイズ変更のための機構を設けることは難しい。これに対して、本実施形態によれば、サンプルＳ側の顕微光学系５の倍率に応じて、真空容器１２外のウォームストップ１０を出し入れすることにより、コールドストップのサイズを小さくした効果を得ることができる。また、ウォームストップ１０の位置が射出瞳の位置に制限されることがないため、専用の対物レンズを設計する必要が無く全体の光学設計が容易になる。
【００４２】
また、従来文献（特開平６−１６０６９６号公報）に記載の赤外線光学装置では、物体側の交換レンズを交換した際にミラーアパーチャを交換レンズの光軸に沿って移動させることで様々な像側開口数の交換レンズにおいて好適に観察することができるが、ミラーアパーチャの位置の微調整のための機構が必要であり、装置が大型化する傾向にある。また、交換対象の複数の交換レンズの開口数の差が大きい場合には、ミラーアパーチャの調整可能な距離を長くとる必要があるために、装置が大型化する傾向にある。これに対し、本実施形態の顕微観察用光学装置４では、顕微光学系５の光軸に交わる方向にウォームストップ１０を出し入れする支持部材１１が設けられているため、微調整のための機構も必要なく、光軸方向に距離を確保する必要もなく、装置の小型化が容易である。
【００４３】
また、ウォームストップ１０の反射面１５には、開口１４側から外側にかけて、反射面１５ａと反射面１５ｂとが連続して形成されているので、撮像素子１６においてコールドストップ１３以外の部分からの輻射熱を観測しないように設定できるとともに、撮像素子１６自体の反射光を観測しにくくすることができる。
【００４４】
また、ウォームストップ１０の反射面１５ｂの曲率半径は、撮像素子１６とウォームストップ１０との距離の２倍以下に設定されているので、撮像素子１６に対してコールドストップ１３の外側の高温部からの輻射を入射しにくくすることができる。
【００４５】
さらに、ウォームストップ１０の開口１４は、コールドストップ１３の開口１３ｄ，１３ｅよりも小さいので、サンプルＳ側の顕微光学系５を切り替えて使用しても、その顕微光学系５のＮＡに対応して検出像における背景ノイズを低減することができる。
【００４６】
［第２実施形態］
図９は、本発明の第２実施形態に係る顕微観察用光学装置２４の要部を示す平面図である。本実施形態の顕微観察用光学装置２４は、ウォームストップ１０の反射面１５の形状が第１実施形態に係る顕微観察用光学装置４と異なる。
【００４７】
具体的には、顕微観察用光学装置２４のウォームストップ１０は、開口１４の開口端から外側にかけて、開口１４の開口端を含む面に沿った平面状の反射面１５ｃが形成されている。このような形状の反射面１５ｃにより、撮像素子１６から延びる視線Ｓ４は、コールドストップ１３のいずれかの絞り部材１３ｂ，１３ｃの冷却された部分に向けられる。それとともに、光束Ｂ２が撮像素子１６の撮像面で散乱及び反射されることによって生じる散乱光、反射光は、反射面１５ｃによって撮像素子１６の外側に反射され、撮像素子１６に入射することはない。
【００４８】
［第３実施形態］
図１０は、本発明の第３実施形態に係る顕微観察用光学装置４４の要部を示す平面図である。本実施形態の顕微観察用光学装置４４は、ウォームストップ１０の反射面１５の形状と、ウォームストップ１０及びそれを支持する支持部材１１がコールドストップ１３を収納する真空容器１２と分離されている点とが第１実施形態に係る顕微観察用光学装置４と異なる。
【００４９】
すなわち、ウォームストップ１０は、真空容器１２の窓部１２ａから離れた位置においてリレーレンズ９の光軸上に出し入れ可能なように支持部材１１によって支持されている。なお、ウォームストップ１０と窓部１２ａとの間には、ミラー等の光学系が配置されていてもよく、この光学系によってウォームストップ１０を通過する光束Ｂ２の向きを変更して、撮像素子１６及びコールドストップ１３をリレーレンズ９の光軸からずらして配置してもよい。これにより、顕微観察用光学装置４４の大型化を避けることができる。
【００５０】
また、顕微観察用光学装置２４のウォームストップ１０は、開口１４の開口端から外側にかけて、開口１４の開口端を含む面に対する傾斜角が次第に大きくなるような凹面状の反射面１５ｄが形成されている。凹面状の反射面１５ｄを採用することで撮像素子１６に対してコールドストップ１３からの光を反射する形状を容易に設定することができる。このような形状の反射面１５ｄにより、撮像素子１６から延びる視線Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７は、コールドストップ１３の内部の冷却された部分に向けられる。それとともに、光束Ｂ２が撮像素子１６の撮像面で散乱及び反射されることによって生じる散乱光、反射光は、反射面１５ｄによって撮像素子１６の外側に反射され、撮像素子１６に入射することはない。
【００５１】
［第４実施形態］
図１１は、本発明の第４実施形態に係る顕微観察用光学装置６４の要部を示す平面図である。本実施形態の顕微観察用光学装置６４は、ウォームストップ１０とコールドストップ１３との間の真空容器１２の窓部１２ａの外側近傍に補助ウォームストップ７０が設けられている点が第３実施形態に係る顕微観察用光学装置４４と異なる。
【００５２】
この補助ウォームストップ７０は、略円板状の形状を有する遮光性部材であり、真空容器１２の窓部１２ａに沿ってその中心軸がリレーレンズ９の光軸に一致するように配置されている。また、補助ウォームストップ７０の中心部には、光束Ｂ２の径よりも十分大きな径を有し、コールドストップ１３の開口に向かい合う円形の開口７４が形成されている。さらに、補助ウォームストップ７０の窓部１２ａ側の開口７４の外側の面には、平面状の反射面７５が形成されている。
【００５３】
このような補助ウォームストップ７０を備えることにより、撮像素子１６からウォームストップ１０の外側に延びる視線Ｓ８は、補助ウォームストップ７０の反射面７５によってコールドストップ１３の冷却された部分に向けられる。それとともに、撮像素子１６の撮像面からウォームストップ１０の外側に向けられる散乱光、反射光は、反射面７５によってコールドストップ１３の外側に反射され、撮像素子１６に入射することはない。
【００５４】
このような構成の顕微観察用光学装置６４によれば、撮像素子１６からの反射光および散乱光が再度撮像素子１６に入射することを防止できるとともに、ウォームストップ１０の径を小さくしても撮像素子１６に高温部からの光を入射しにくくすることができる。その結果、装置を小型化することができるとともに光学設計が容易になる。
【００５５】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、ウォームストップの数は特定数に限定されるものではなく、サンプルＳ側で切り替えて使用する対物レンズの数に応じて増減させてもよい。また、補助ウォームストップ７０の窓部１２ａ側の開口７４の外側の面に形成される反射面７５は、平面状に限らず、球面等の凹面状でもよいし、円錐面状であってもよい。
【００５６】
ウォームストップの反射面の形状は、図１２に示すような形状であってもよい。同図に示す本発明の変形例であるウォームストップ１１０には、開口１１４の開口端から外側にかけて、リレーレンズ９の光軸に沿った断面が円弧状であって、リレーレンズ９の光軸に関して回転対称である反射面１１５が撮像素子１６側に形成されている。この反射面１１５は、反射面１１５によって形成される円弧の中心が、撮像素子１６の検出面上の端部に位置し、反射面１１５の垂線が光軸に交わることなく光軸に対して垂直な方向において同一方向に位置する撮像素子１６の端部に延びるような形状を有する。ただし、この反射面１１５は、その円弧の中心が必ずしも撮像素子１６の端部に位置する形状には限定されず、撮像素子１６の端部から中央部よりに位置する形状であってもよい。このような反射面１１５を有するウォームストップ１１０によっても、撮像素子１６に対してコールドストップ１３を映し、かつ、撮像素子１６自体を映さないように設定される。具体的には、ウォームストップ１１０の開口１１４から入射した信号又はノイズの一部が、撮像素子１６の表面で正反射し、更にウォームストップ１１０で反射した後に撮像素子１６に戻ることを防止できる。また、反射面１１５上の各点の法線をできるだけ内側に向けることで、撮像素子１６に対して冷たい部分、すなわち、コールドストップ１３を映すことができる。
【００５７】
また、ウォームストップの反射面の形状は、図１３に示すような形状であってもよい。同図に示す本発明の変形例であるウォームストップ２１０には、開口２１４の開口端から外側にかけて、リレーレンズ９の光軸に沿った断面が円弧状であって、リレーレンズ９の光軸に関して回転対称である反射面２１５が撮像素子１６側に形成されている。この反射面２１５は、反射面２１５によって形成される円弧の中心が、撮像素子１６の検出面上の反対側の端部に位置し、反射面２１５の垂線が光軸に交わって光軸に対して垂直な方向において逆方向に位置する撮像素子１６の端部に延びるような形状を有する。ただし、この反射面２１５は、その円弧の中心が必ずしも撮像素子１６の端部に位置する形状には限定されず、撮像素子１６の端部から中央部よりに位置する形状であってもよい。このような反射面２１５を有するウォームストップ２１０によっても、ウォームストップ１１０と同様に、撮像素子１６に対してコールドストップ１３を映し、かつ、撮像素子１６自体を映さないように設定される。
【００５８】
また、ウォームストップの反射面の形状は、図１４に示すように、反射面１１５と反射面２１５の形状を組み合わせたような形状であってもよい。同図に示す本発明の変形例であるウォームストップ３１０には、開口３１４の開口端から外側にかけて、２つの反射面３１５ａ，３１５ｂが、この順で撮像素子１６側に形成されている。この反射面３１５ａは、反射面１１５と同様な断面形状であって、反射面３１５ａによって形成される円弧の中心が、撮像素子１６の検出面上の端部に位置するような形状を有する。また、反射面３１５ｂは、反射面２１５と同様な断面形状であって、反射面３１５ｂによって形成される円弧の中心が、撮像素子１６の検出面上の反対側の端部に位置するような形状を有する。このような反射面３１５を有するウォームストップ３１０によっても、ウォームストップ１１０，２１０と同様に、撮像素子１６に対してコールドストップ１３を映し、かつ、撮像素子１６自体を映さないように設定される。
【００５９】
また、ウォームストップの反射面の形状は、図１５に示すような形状であってもよい。同図に示す本発明の変形例であるウォームストップ９０には、撮像素子１６側に拡がる内壁を有する開口９４が形成されており、この開口９４の内壁に反射面９５が形成されている。このような反射面９５は、開口９４の開口端を含む面に対して傾斜角が一定な円錐面形状をなし、この傾斜角及びウォームストップ９０の厚さ（＝開口９４の長さ）は、撮像素子１６に対してコールドストップ１３を映し、かつ、撮像素子１６自体を映さないように設定される。
【００６０】
また、顕微装置１には、顕微観察用光学装置４，２２，４４，６４の支持部材１１を駆動する駆動機構と、その駆動機構を制御する制御回路が備えられていてもよく、その制御回路が、事前に登録された対物レンズのデータを基に、ウォームストップ１０を自動的に出し入れするように制御してもよい。
【００６１】
また、顕微装置１は、観察対象であるサンプルＳとして、半導体、無機・有機の蛍光・燐光を発する物質等の赤外線等の特定波長の光を発する様々な物体を対象とすることができる。
【符号の説明】
【００６２】
３…カメラ（撮像素子）、４，２２，４４，６４…顕微観察用光学装置、５…顕微光学系、７…マクロ光学系、８…ミクロ光学系、１０，９０，１１０，２１０，３１０…ウォームストップ、１１…支持部材、１３…コールドストップ、１３ｄ，１３ｅ…開口、１４，１１４，２１４，３１４…開口、１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１１５，２１５，３１５ａ，３１５ｂ…反射面、１６…撮像素子、７０…補助ウォームストップ、７４…開口、７５…反射面。
【図１】
0006000546.tif 000002
【図２】
0006000546.tif 000003
【図３】
0006000546.tif 000004
【図４】
0006000546.tif 000005
【図５】
0006000546.tif 000006
【図６】
0006000546.tif 000007
【図７】
0006000546.tif 000008
【図８】
0006000546.tif 000009
【図９】
0006000546.tif 000010
【図１０】
0006000546.tif 000011
【図１１】
0006000546.tif 000012
【図１２】
0006000546.tif 000013
【図１３】
0006000546.tif 000014
【図１４】
0006000546.tif 000015
【図１５】
0006000546.tif 000016