(57)【要約】【課題】  焦点を合わせるのに要する時間を短縮することができるオートフォーカス機能を備えた赤外顕微鏡を提供する。【解決手段】  ステージ７が焦点位置より下にある場合、ステージ７をステージ移動機構６により下に１ｍｍだけ移動すると、赤外ライン検出器１４に到達する光束の径は大きくなり、赤外ライン検出器１４の中央側の受光強度は小さくなる。赤外ライン検出器１４の中央側の受光強度が小さくなれば焦点とは反対の方向に移動していると判定でき、焦点に近づけるようステージ７をステージ移動機構６により逆方向に移動させる。赤外ライン検出器１４の中央側の検出強度が増加する方向にさらにステージ７を移動させ、この動作を赤外ライン検出器１４の中央側の受光強度が小さくなる地点まで繰り返す。小さくなった地点から１ｍｍだけ逆方向にステージ７を移動させた点が焦点となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
次のａ）からｆ）までの要素を備えたことを特徴とする赤外顕微鏡。
ａ）試料を搭載するステージ
ｂ）赤外干渉光を生成する干渉計
ｃ）この赤外干渉光をステージ上の試料に照射し、その反射光または透過光を集光する集光手段
ｄ）集光した赤外光を検出する多数の微小光学素子がライン状に配列された検出素子
ｅ）集光手段とステージとの距離を変えるために少なくともいずれか一方を光軸方向に移動させる移動手段
ｆ）移動手段により集光手段とステージとの距離を変えた時、検出素子により検出された光の強度の変化に基づいて合焦点位置への移動方向を判定する判定手段
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の微小領域に赤外光を集光させ、透過光または反射赤外光のスペクトルを測定することにより試料の分析を行う赤外顕微鏡に関し、より詳しくは赤外顕微鏡におけるオートフォーカス機能に関する。
【背景技術】
【０００２】
顕微鏡は、カメラ等に比べ焦点深度が極めて浅く、また視野画像に特徴がないことが多いため、手動による焦点合わせが容易ではない。そこで、オートフォーカス機能が非常に有用である。
【０００３】
図５に従来の赤外顕微鏡の概略構成図を示す。試料３１を搭載するステージ３０の上方にはカセグレン型反射鏡等を含んで構成される対物光学系３３を備えており、ステージ移動機構３２によりステージ３０が昇降することでステージ３０と対物光学系３３との距離が変わる。また、試料３１からの反射光は対物光学系３３を通過してミラー３４で反射され、ビデオカメラ３６へと入射するようになっている。
【０００４】
赤外スペクトル測定を行う際には、まず可視光により合焦点動作を行う。すなわち、ステージ移動機構３２によりステージ３０を図５におけるＺｏの位置よりＺｎの位置まで所定のステップ長で移動させる毎に、ビデオカメラ３６により試料３１の像に対応した画像データを取得する。そして、この画像データを基に試料像のコントラストの高さを表すコントラスト関数値を計算し、この値が最大となるようにステージ３０を移動させるべくステージ移動機構３２を制御し、ステージ３０を可視光が集光する位置（図５におけるＺｆの位置）まで移動する。
【０００５】
こうして焦点合わせを行った後、同じ光路に赤外光を通し、試料３１の微小領域に赤外光を照射し赤外スペクトル測定を実行する。すなわち、対物光学系３３を通して試料３１に赤外光を集光し、試料３１で反射した光を再び対物光学系３３を通過させて、図示しない赤外光学系により取り出し、同じく図示しない検出器に導入する。
【特許文献１】特開２０００−９９８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記合焦点動作では、はじめにステージ３０を一旦最低位置まで下降させた後、ステージ３０を所定のステップ長ずつ上昇させながら合焦点位置を探すようにしている。したがって、焦点位置を探すためにステージ３０をワーキング領域全体に対してスキャンする必要があり、合焦点動作に要する時間が長くなる。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、焦点を合わせるのに要する時間を短縮することができるオートフォーカス機能を備えた赤外顕微鏡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】
上記問題を解決するため、本発明の赤外顕微鏡は、つぎのａ）からｆ）までの要素を備えることを特徴としている。
ａ）試料を搭載するステージ
ｂ）赤外干渉光を生成する干渉計
ｃ）この赤外干渉光をステージ上の試料に照射し、その反射光または透過光を集光する集光手段
ｄ）集光した赤外光を検出する多数の微小光学素子がライン状に配列された検出素子
ｅ）集光手段とステージとの距離を変えるために少なくともいずれか一方を光軸方向に移動させる移動手段
ｆ）移動手段により集光手段とステージとの距離を変えた時、ライン状の検出素子により検出された光の強度の変化に基づいて合焦点位置への移動方向を判定する判定手段
【０００９】
検出素子で検出される光の強度はステージが焦点位置にある時最も大きくなり、焦点位置より上方にあっても下方にあっても強度は小さくなり、焦点位置から外れるほど小さくなる。したがって、例えば移動手段により集光手段とステージとの距離が小さくなるように所定のステップ長だけステージまたは集光手段を移動させた時、その移動の後に光強度が大きくなったならば、判定手段はその時の移動方向が焦点位置に近づく方向であると判定する。また逆に、その移動の後に光強度が小さくなったならば、判定手段はその時の移動方向が焦点位置から遠ざかる方向であると判定する。このような判定により、焦点位置に来るようにするために、いずれの方向に移動すればよいかがわかる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、集光手段とステージとの距離を合焦点位置に近づける方向を知ることができ、焦点位置を探すためにワーキング領域全体に対してスキャンする必要がなくなり、合焦点動作に要する時間を短縮することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の赤外顕微鏡の概略構成図であり、図２は干渉計と赤外顕微鏡の構成を示している。本発明の赤外顕微鏡１はミラー１０と、コンデンサカセグレン鏡３と、ステージ移動機構６と、ステージ７と、対物カセグレン鏡４と、ミラー１１と、集光鏡１３と赤外ライン検出器１４と、ラインロック１５と、ＡＤコンバータ１６および赤外ライン検出器データ処理部１８から構成されている。可視光学系は簡略化のために省略している。
【００１２】
赤外干渉計２からの赤外平行光はミラー１０により反射し、コンデンサカセグレン鏡３により集光される。集光した赤外光はステージ７に設置された試料８を透過し、対物カセグレン鏡４により平行光にされ、ミラー１１により反射された後、集光鏡１３により赤外ライン検出器１４に集光され、光強度が検出される。光源は赤外光でも可視光でも兼用できる。
【００１３】
この赤外線顕微鏡のオートフォーカス機能を説明する。まず、ステージ７が焦点位置より下にある場合について説明する。この位置からステージ７をステージ移動機構６により下に１ｍｍだけ移動すると、赤外ライン検出器１４に到達する光束の径は大きくなり、赤外ライン検出器１４の中央側の受光強度は小さくなる。ステージ移動機構６はリニアガイドを介してステッピングモータにより移動する。ステージ移動機構６はこのステッピングモータにより移動方向、移動距離、移動速度が制御される。逆にこの位置からステージ７をステージ移動機構６により上に１ｍｍだけ移動すると、赤外ライン検出器１４に到達する光束の径は小さくなり、赤外ライン検出器１４の中央側の受光強度は大きくなる。赤外ライン検出器１４には信号を取り出すためのラインロック１５が接続されており、赤外ライン検出器１４の出力を取り出す。取り出された信号をＡＤコンバータ１６によりデジタル化した後、赤外ライン検出器データ処理部１８に入力することにより、赤外ライン検出器１４における受光強度が測定でき、ステージ移動機構６によりステージ７が移動した時に赤外ライン検出器１４の中央側の受光光度が大きくなったか小さくなったかを判定することが可能となる。赤外ライン検出器１４におけるこのような状況を図３に示す。よって、赤外ライン検出器１４の中央側の受光強度が小さくなれば焦点とは反対の方向に移動していると判定でき、焦点に近づけるようステージ７をステージ移動機構６により逆方向に移動させる。この方向に１ｍｍ毎にステージ７を移動させていき、赤外ライン検出器１４の中央側の検出強度が増加するかどうかを判定する。増加した場合はさらにステージ７を移動させる。この動作を赤外ライン検出器１４の中央側の受光強度が小さくなる地点まで繰り返す。小さくなった地点から１ｍｍだけ逆方向にステージ７を移動させた点が焦点となる。以上のような動作は赤外ライン検出器１４とステージ移動機構６を図４に示すようにシステム制御部１７、赤外ライン検出器データ処理部１８およびステージ移動機構制御部１９により制御することにより達成できる。
【００１４】
上記のような動作により、試料８に焦点を合わせるためステージ７を移動させる際に、上下どちらの方向に移動させるべきであるがステージ７の最初の１回の移動で判断可能であり、合焦点のためにステージ７を移動させなければならない範囲は確実に小さくすることができ、焦点を合わせるのに要する時間を短縮することができる。ステージ７が焦点位置より上にある場合については、上記の逆の動作になる。焦点位置をより厳密に決定したい場合は、ステージ７の１回の移動距離をより小さくすることで達成できる。上記実施例は透過型の赤外顕微鏡であったが、反射型でも同様のオートフォーカス機能を実現することができる。
【００１５】
本発明においては、赤外ライン検出器１４の受光強度を測定することにより合焦点動作を行ったが、特開２０００−９９８９号公報に記載の焦点合わせの方法と組み合わせることにより、より迅速で正確なオートフォーカスを実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
可視光を光源とした顕微鏡、あるいはレーザー光を光源とした顕微鏡のオートフォーカス機構に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の赤外顕微鏡の概略構成図である。
【図２】本発明の赤外顕微量の全体の概略構成図である。
【図３】本実施例の合焦点動作においてステージ位置と赤外ライン検出器上の透過光との関係を示した図である。
【図４】本発明の制御部のブロック図である。
【図５】従来の赤外顕微鏡の概略構成図である。
【符号の説明】
【００１８】
１  赤外顕微鏡
２  赤外干渉計
３  コンデンサカセグレン鏡
４  対物カセグレン鏡
６  ステージ移動機構
７  ステージ
８  試料
１０、１１  ミラー
１３  集光鏡
１４  赤外ライン検出器
１５  ラインロック
１６  ＡＤコンバータ
１７  システム制御部
１８  赤外ライン検出器データ処理部
１９  ステージ移動機構制御部
３０  ステージ
３１  試料
３２  ステージ移動機構
３３  対物光学系
３４  ミラー
３６  ビデオカメラ
【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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