(57)【要約】中赤外線分光計アタッチメント（１００）が市販の無限距離補正付き可視光用顕微鏡の光路（８）に赤外放射線を導入する。アタッチメント（１００）内の放射線導波器（１０３）が中赤外線分光計の光源（１０１）からの放射線を光路（８）に向ける。そして、中赤外線用対物レンズが、被写体のサンプル面に焦点を絞り、内部又は外部で反射させた赤外線スペクトルを取得して、その後にサンプルによりコード化され、反射された赤外放射線を検出器（１０４ｂ）に向ける。放射線導波器（１０３）は、中赤外線領域内では反射器となり、近赤外線領域内ではビーム・スプリッターとなるように設計された三色性要素である。可視領域内の三色性要素は、市販のビデオ・カメラを用いてサンプルからの近赤外放射線を観察するために透明であるか、又は、アタッチメントに可視光の光源を組込むためのビーム・スプリッターである。
2005527780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルの分光分析のための、無限距離補正付きの可視光用顕微鏡への中赤外線アタッチメントで、
赤外放射線の光源、
放射線導波器、及び、
赤外放射線検出システム、
から成り、前記アタッチメントを顕微鏡の光路に挿入可能であることを特徴とする中赤外線アタッチメント。
【請求項２】
前記の放射線検出器が三色性要素であり、前記三色性要素が中赤外放射線の大部分を反射でき、近赤外放射線を分割でき、可視光の大部分を透過できることを特徴とする請求項１のアタッチメント。
【請求項３】
前記放射線導波器が可視光の大部分を透過し、その一方で、赤外放射線の大部分を反射するために使用できることを特徴とする請求項１のアタッチメント。
【請求項４】
無限距離補正付きの光学顕微鏡との組合わせで、前記顕微鏡に無限距離補正付きの中赤外線対物レンズが含まれていることを特徴とする請求項１のアタッチメント。
【請求項５】
その顕微鏡がフレーム及び可視光観察手段を含み、そのアタッチメントがそのフレームとその可視光観測手段の間の顕微鏡の光路に挿入可能になっていることを特徴とする請求項４のアタッチメント。
【請求項６】
前記放射線導波器が前記の赤外放射線の入力を顕微鏡の光路に沿って前記対物レンズに向けることを特徴とする請求項５のアタッチメント。
【請求項７】
前記放射線導波器が、前記の赤外放射線の入力を前記サンプル上に向けていて、その結果、サンプルによりコード化された赤外放射線が反射され、前記の反射された赤外放射線が前記の赤外放射線の検出システムに向けられることを特徴とする請求項５のアタッチメント。
【請求項８】
前記の放射線導波器が、その赤外放射線の大部分を反射でき、かつ、近赤外放射線と可視光放射線を分割できることを特徴とする請求項１のアタッチメント。
【請求項９】
前記中赤外線分光計がフーリエ変換付き赤外線分光計であることを特徴とする請求項１のアタッチメント。
【請求項１０】
そのアタッチメントが顕微鏡のフレームに結合されることを特徴とする請求項７のアタッチメント。
【請求項１１】
サンプルから反射された近赤外放射線を見るために、ビデオ・カメラがアタッチメント上に取付けられていることを特徴とする請求項７のアタッチメント。
【請求項１２】
サンプルの分光分析のための、無限距離補正付きの可視光用顕微鏡への分光計アタッチメントで、
中赤外放射線の光源、
可視光の光源、
放射線マスクとサンプル定義用マスクを含む共通の光路に沿って中赤外放射線と可視光が混在する光学系、
顕微鏡の光路に沿って中赤外放射線と可視光を導く放射線導波器、
サンプルから戻り、サンプルによりコード化された中赤外放射線を分析するための放射線検出器
から成る分光計アタッチメント。
【請求項１３】
無限距離補正付きの可視光用顕微鏡、
若干の近赤外放射線を有する中赤外放射線の光源を含む前記顕微鏡用アタッチメント、
顕微鏡の光路に沿って中赤外放射線を導くための前記アタッチメント内の放射線導波器、
サンプルから反射し、放射線導波器を介して検出器の方に送られた中赤外放射線を分析するためのアタッチメント内の放射線検出器、
サンプルから反射し、放射線導波器を通ってビデオ・カメラに送られた近赤外放射線を見るためのビデオ・カメラ、
から成るサンプル分析システム。
【請求項１４】
前記放射線導波器が三色性要素であることを特徴とする請求項１３のシステム。
【請求項１５】
前記アタッチメントが共通の光路に沿って中赤外放射線と可視光を混在させるために光学系上に可視光の光源を含んでいることを特徴とする請求項１４のシステム。
【請求項１６】
前記光学系が共通の光路に沿って放射線マスク及びサンプル定義用マスクを含むことを特徴とする請求項１５のシステム。
【請求項１７】
その三色性要素が、分析すべきサンプルに必要な機能に合わせて選定され、かつ、可視光、近赤外線及び中赤外線で同時に見られるようにしていることを特徴とする請求項１４のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は中赤外線（ｍｉｄ−ＩＲ）分光法の分野、より特定すれば、内部及び外部の反射赤外線顕微分光分析技術を提供するための、無限距離補正付き（ｉｎｆｉｎｉｔｙ−ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ）で市販の光学顕微鏡用アタッチメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁放射線スペクトルの赤外線領域での放射線エネルギーを用いた分光法は、分子化合物の化学分析用の主要な技術である。赤外線スペクトル領域は０．７から２５０マイクロメートルまで伸びている。しかしながら、一般的に中赤外線領域は、分子振動の分光法に通常用いられる約２．５から２５マイクロメートルの領域（又はその一部）をカバーしていると考えられている。近赤外線領域と中赤外線領域の間の主要な区別は根底にある分子振動数が基本振動数か倍音振動数かに基づいているけれども、測定コンポーネントが領域により異なるか、領域に固有となる傾向がある。しかしながら、若干の重なりがあり、特に中赤外線フーリエ変換付きの赤外線分光計は典型的に１から２．５マイクロメートルまでの近赤外線領域の一部をカバーしている。
【０００３】
本発明は、生物学的材料を含む固体又は液体の顕微鏡サンプルの赤外線分光法又は放射分析のため、標準の市販されている可視光用顕微鏡及び市販されているビデオ・カメラにアタッチメントを用いることにより顕微鏡サンプルを見る可視光及び近赤外放射線（ｎｅａｒ−ＩＲ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ）エネルギーに外部又は内部の反射分光法を組合わせるアタッチメントの装置と方法を定義している。赤外線分光法のための拡大光学系は赤外線透過用対物レンズで、放射線エネルギーのビームの焦点をサンプル又はサンプル面に合わせ、反射した放射線エネルギーを集光し、そのエネルギーを分光法用検出系に送るのに用いる。
【０００４】
市販の赤外線顕微分光計を導入することにより、可視光用顕微鏡の機能に赤外線分光計を組合わせる利点が非常に重要になる。特許文献１に開示されているような赤外線顕微鏡が用いられ、応用分野は拡大を続けている。これらの特別な顕微鏡は市販のフーリエ変換赤外線（ＦＴ−ＩＲ）分光計に取付けられている。そのような顕微鏡／ＦＴ−ＩＲシステムは微量汚染の検出と特定、多層複合材、微小電子装置、重合材料の相分布、物質内の夾雑物、異常な細胞物質、ＤＮＡ、他の多くの材料の分析に用いられる。
【０００５】
従来、中赤外線分光計と可視光用顕微鏡の公知の全組合わせは、（１）汎用のラボラトリー分光計と可視光の照明と観測部を有する分光計用アタッチメントの組合わせ、又は、（２）赤外線分光計と可視画像作成機能を組合わせた特別設計の統合計器、から成っている。全ての場合に、得られた製品は、赤外線分光分析機能を支援する手段として可視光用顕微鏡の機能を用いた赤外線分光分析機能を強調している。
【０００６】
公知の特別な赤外線顕微鏡システムと中赤外線分光計用アタッチメントが、そのようなシステムとアタッチメントが高価で複雑ではあるけれども、普及している。特許文献１その他に示されているラボラトリーＦＴ−ＩＲ分光計に取付ける顕微鏡アタッチメントが赤外線顕微分光分析システムのための標準構成になっている。これらの複雑な顕微鏡アタッチメントは典型的に透過と反射の両機能を有していて、可変の遠隔イメージ面マスク（ｖａｒｉａｂｌｅ  ｒｅｍｏｔｅ−ｉｍａｇｅ−ｐｌａｎｅ  ｍａｓｋｓ）を用いて、赤外線分析用サンプル領域を形成する。しかしながら、この公知の全技術は大型卓上分光計に付属した特別な光学系を有する特定目的のＦＴ−ＩＲ顕微鏡、又は、可視光用顕微鏡の一部の要素を用いた完全統合ＦＴ−ＩＲ顕微鏡システムから成っている。そのようなシステムには、本発明が意図している可視光用顕微鏡にアタッチメントを用いることは知られていない。
【０００７】
本発明は外部反射及び内部反射の両方の顕微分光分析技術を用いられるようにしている。内部反射の顕微分光法は、特に厚いサンプルの分析能力で、透過及び外部反射の両方の顕微分光法を上回る一定の利点を有している。特許文献２及び（減衰全反射顕微分光法又はマイクロＡＴＲとしても知られている）特許文献３で示されているように、内部反射の顕微分光法を導入することにより、反射顕微分光法が次第に重要になっている。さらに、本発明は、顕微分光法に用いられる新規の無限距離補正付きＡＴＲ対物レンズを創造するために特許文献４及び特許文献５に開示されているユニークなＡＴＲ技術を用いることにより、内部反射の顕微分光分析能力を拡張している。
【０００８】
以前の形式の赤外線顕微分光法の装置は全て分光学者の見解に基づいて設計されているが、本発明は可視光用顕微鏡を用いる者の見解に基づいて設計されている。本発明は可視光用顕微鏡に付属するものとして赤外線分光分析能力を扱っていて、それにより、可視光用顕微鏡の能力を拡張している。本発明の主要目的は、利用可能な可視光用顕微鏡の機能、オプション及び能力のいずれも阻害せずに市販の光学顕微鏡に容易に取付けられるＦＴ−ＩＲ分光計アタッチメントを提供することである。
【特許文献１】米国特許第４，８７７，７４７号明細書
【特許文献２】米国特許第５，０９３，５８０号明細書
【特許文献３】米国特許第５，２００，６０９号明細書
【特許文献４】米国特許第５，７０３，３６６号明細書
【特許文献５】米国特許第５，５５２，６０４号明細書
【特許文献６】米国特許第５，１６０，８２６号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、材料の分子的分析のために、市販の光学的顕微鏡へのアタッチメントとして中赤外線分光計システムを用いた光学的システム、装置及び方法を提供している。本発明では、光学的、機械的及び電子的コンポーネントと組合わせた小型分光計が、顕微鏡用サンプルないしサンプル領域の赤外線スペクトル測定のために光学顕微鏡に直接取付けられる装置を形成する。それは典型的に顕微鏡に用いられる従来の機械的コネクターを用いて、既存の顕微鏡に直接かつ容易に取付けることができるので、ラボラトリーＦＴ−ＩＲ分光計に取付けられた専用の赤外線顕微鏡を用いる現行の方法よりコストがかなり低くなる。さらに、材料科学者、生物学者、病理学者さらに従来の可視光用顕微鏡を用いる他の者がそのような低コストの赤外線分光分析機能を利用し、アクセスすることが容易であることにより、有意な学際間の利益を生じることが期待される。
【００１０】
本発明を用いることで、赤外線スペクトルが外部反射又は内部反射の分光技術を用いて得られる。反射分光技術を用いることにより、ほぼ全てのタイプのサンプルを分析できる。例えば、薄膜の材料を、低Ｅガラスのような、赤外線を反射するが、可視光は透過する支持板上に取付けて、外部反射の特別の場合である反射−吸収により分析することができる。それにより、分光計からの赤外放射線（ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ）がサンプルの膜に向かい、それを通過して、低Ｅガラスの支持板に向かう。そこで、放射線が反射し、その後、膜を再び通過する。そこで、その放射線は最終的に検出器に向かい、分析される。それにより、吸収スペクトルが得られるが、測定は外部反射技術を用いて行われた。外部反射の分光法の場合、外部反射赤外線の対物レンズはサンプルに接触しない。内部反射分光法に用いられるＡＴＲ対物レンズの場合には接触させられる。
【００１１】
厚い又は薄いサンプルはＡＴＲ対物レンズの内部反射エレメントと接触するように置かれ、ＡＴＲスペクトルを得ることができる。多くのサンプルの赤外線スペクトルは、内部又は外部で反射した放射線を用いることにより測定できるので、赤外線分光計アタッチメントは簡単で経済的な方法で分子分析を行える。
【００１２】
他の目的は、放射線エネルギーを顕微鏡の領域に向けるため、及び、試料の拡大イメージを見ることと、一体ビデオ・システムを通して放射線の光源からの中赤外放射線と近赤外放射線の精密補正付き測定を行うことの両方ができるため無限距離補正付き反射対物レンズ及び補足的光学コンポーネントを用いることである。中赤外放射線の可視化は３種類の別個のアイデアを新規の方法でまとめることにより得られる。第一に、赤外線分光計特に中赤外線のＦＴ−ＩＲ分光計が、若干の近赤外放射線を含む赤外放射線源を提供する。第二に市販のビデオ・カメラのアレー（ａｒｒａｙｓ）検出器が近赤外放射線を感じる。最後に、市販の光学要素が、放射線の異なる波長領域に対して異なる透過又は反射を容易に生じる。これらの事実を新規の方法で用いることにより、我々は新用語「三色性要素（”ｔｒｉｃｈｒｏｉｃ”  ｅｌｅｍｅｎｔ）」を定義できる。これは３種類の波長領域で定義された機能を持つ光学要素を意味している。例えば、中赤外線アタッチメントの好ましい実施例では、三色性要素は可視光放射線を主として透過し、近赤外放射線には透過と反射の両方を生じ、中赤外放射線には主として反射を生じる。好ましい実施例と関連して三色性要素をどのように用いるかの詳細は図７及び８を説明するときに詳細に論じる。この新規のアイデア及びその他を用いることにより、我々は中赤外線分光計アタッチメントを無限距離補正付き光学顕微鏡に組込んで、顕微鏡使用者にユニークで有意な利益を提供することができる。全ての実施例で、中赤外線アタッチメントを顕微鏡に含めても単純な光学系を維持でき、その光学顕微鏡の標準的な機能と能力を損なうことは無い。
【００１３】
本発明の別の目的は、サンプルと内部反射要素との接触を検出する簡単なシステムを提供することである。可視光領域の波長は中赤外線領域の波長より短いので、可視光と物理的に接触したかどうか観察することは、中赤外線と光学的に接触していることの直接的表示になる。即ち、（可視光の波長の４分の１未満の）短い距離で接触を生じる場合、それより長い中赤外線領域の波長でも生じているはずである。
【００１４】
本発明のひとつの実施例は、対物レンズの瞳孔（ｐｕｐｉｌ）（開口部（ａｐｅｒｔｕｒｅ））に放射線の入力要素の焦点を合わせるというＫｏｅｈｌｅｒの照射基準に適合する光学システムを提供している。可視光の照明システムは典型的にこの基準に適合している。又、本発明のこの実施例は可視放射線と赤外放射線の両方でＫｏｅｈｌｅｒの照射基準に適合している。我々の知識によれば、以前の赤外線顕微分光計システムはＫｏｅｈｌｅｒの照射基準に適合するように設計されていない。本発明のこの実施例はこの基準に適合していて、赤外線アレー検出器が妥当な価格で入手しやすくなると、赤外線顕微分光法にとって益々重要になると信じている。
【００１５】
本発明の他の目的は以下の説明から明らかになり、当該分野の技術者であれば本発明を実現し、使用できるようになり、発明者が意図する最良の形態で本発明を実施しうる。ここで定義した本発明の一般的原理内で、ここで開示された個々の実施例への種々の変更を行えることは当該分野の技術者には明らかであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
ここで本発明の詳細に注目することとし、最初に図１では、市販の無限距離補正付き可視光用顕微鏡を１として略図的に示している。前記顕微鏡は一般的にフレーム２、サンプル支持台３、透過可視光の光源４ａ及び（又は）反射可視光の光源４ｂ、ノーズピース５、無限距離補正付き対物レンズ６、接眼レンズ７を持つ二眼式又は三眼式ビューワーのような可視光観察手段から成っている。
【００１７】
全ての光学要素が、顕微鏡１の可視光の光路８に位置合わせをされている。サンプル９は一般にサンプル支持板１０の上に置かれる。サンプル支持板１０は一般にサンプル支持台３により支持されている。サンプル支持台３は典型的に三次元の空間移動を行えるように調節機能を持ち、無限距離調節付き対物レンズ６の焦点にサンプル９を置き、又はサンプル９の特性に合わせるようになっていて、可視光観察手段７による観察を容易に行える。
【００１８】
透明又は半透明のサンプルの場合、集光器１２と関連しながら透過可視光の光源４ａを使用してサンプルを照明できる。その場合、可視光ビームが可視光の光源４ａから可視光用顕微鏡の光学的中心線８に沿って、集光器１２、サンプル支持板１０、サンプル９、対物レンズ６を通って透過する。対物レンズ６から、可視光が光学的中心線８に沿って最終的に視覚的観察手段７まで続く。
【００１９】
視覚的に不透明なサンプルはそのサンプルを照明するのに使用する反射可視光の光源４ｂを必要とする。その場合、光源４ｂからの可視光が可視光のビーム・スプリッター（ｂｅａｍ  ｓｐｌｉｔｔｅｒ）を介して顕微鏡の光路８に沿って導入される。ビーム・スプリッターは光を対物レンズ６に向けて下向きにし、対物レンズ６がその光の焦点を視覚的に不透明なサンプル９の表面に合わせる。一部の光はサンプル９の表面で反射され、対物レンズ６が集光し、反射可視光を平行にして、可視光の光源４ｂのビーム・スプリッターの方に戻す。それにより、一部の可視光がビーム・スプリッターを透過して、可視光観察手段７に向かう。
【００２０】
さらに、あるサンプルは蛍光又は他の特別の可視的効果を生じるために偏光又は特定周波数の放射のような特別の照明技術を必要とする。そのような場合、可視光の光源４ａ又は４ｂを当該分野で公知になっているそのような特別な照明手段で容易に置換えられる。
【００２１】
市販の顕微鏡システムはかなりの柔軟性と能力を有している。本発明はその柔軟性と能力を劣化させずに中赤外線顕微分光法の能力を追加する。
【００２２】
図２は全体的に１００として示している本発明の好ましい実施例の上面を概略的な図で示している。中赤外線分光計アタッチメント１００には中赤外線分光計の光源１０１が含まれ、光源１０１は放射線導波手段ないし放射線導波器１０３に向かう赤外放射線１０２の光源になる。導波器１０３は好ましい実施例の三色性要素である。放射線導波器１０３は図４に示すように赤外放射線１０２の光源を顕微鏡１の可視光の光路８に接続し、位置合わせをするための手段を提供する。放射線導波器１０３は赤外放射線１０２を反射するので、無限距離補正付き赤外線用対物レンズ６を介してサンプルと相互作用をするために顕微鏡１の光学的中心線８と位置合わせされる（図４参照）。支持台３（図４参照）の調節により赤外線用対物レンズ６の焦点に位置するように操作されたサンプル９と相互作用をした後で、ここでサンプルによりコード化された赤外放射線１０２を対物レンズ６により集光し、顕微鏡の光路８に沿って戻す。それによって、放射線導波器１０３により再び反射されて、赤外線検出システム１０４に向かう。赤外線検出システム１０４は導波・焦点合わせのミラー１０４ａ、検出器１０４ｂ及び当該分野で普通に用いられている検出用電子部１０４ｃから成っている。導波・焦点合わせのミラー１０４ａは、主として顕微鏡コンポーネントのサイズと形状により課せられる物理的空間の制約により、１枚のミラーにも、多数のミラーにもできる。検出器１０４ｂは典型的に赤外線顕微鏡の標準方式である高感度で冷却付きのＭＣＴ検出器である。しかしながら、十分広帯域であれば任意の高感度検出器を容認できる。次第に、マルチ・エレメント赤外線検出器が赤外線分光法に用いられてきている。そして、我々はサンプルの空間的分光イメージを提供するために、マルチ・エレメント（又はマルチ・ピクセル（ｍｕｌｔｉ−ｐｉｘｅｌ））検出器を用いることを想定している。特に、図６は、マルチ・エレメント検出器１０６ｂを用いるとき、サンプル９で、ほぼ一定の赤外放射線密度になるという特別の利点を持つように意図している中赤外線アタッチメントの光学的構成を開示している。サンプル９で放射線密度がそのように一定であることは、検出器の種々のエレメント（ピクセル）から生じるスペクトルの偽像即ち有意に異なる放射線レベルをごく小さくする。中赤外線分光計アタッチメント１００の全てのコンポーネントがフレーム１０５に固定され、フレーム１０５には赤外放射線１０２のための清浄環境に適合したカバー１０６（図３参照）を設けている。
【実施例】
【００２３】
図３は本発明を示していて、種々の要素を示している。１０１から１０６までは顕微鏡の光路８に対して概略的側面図になるように示されている。雄フランジ１０７と雌フランジ１０８はお互いに補完しあっていて、図４の組立状態のように可視光の光源４ｂ及び可視光観察手段７の対応する機構細部に係合している。雌フランジ細部１０８内の調節ねじ１０９を用いて観察手段７を光学的中心線８上の中心に合わせる。同様に、可視光の光源４ｂの調節ねじ（図示せず）が、アタッチメント１００を顕微鏡の光学的中心線８に位置合わせをするために用いられる。そのような心合わせのための位置合わせは当該分野の技術者に良く知られていて、用いられている。そのため詳細には論じない。
【００２４】
図４は本発明の側面図を概略的に示していて、市販の無限距離補正付き可視光用顕微鏡と共に使用可能な位置で示している。この図では、可視光の光源４ａ及び４ｂの両方を示している。しかしながら、４ａ又は４ｂを設けるかどうかは、観察するサンプルを見るための照明条件にのみ依存していて、そのため本発明にとって両方が共に必要ということではない。多くの場合、可視光の光源４ｂは必要ない。それにより、アタッチメント１００をフレーム２に直接取付けられる。さらに、無限距離補正付き中赤外線用対物レンズ６がノーズピース５内に示されている。多数の対物レンズを受入れるノーズピースを用いるのが通常であるが、簡略化のため１個の対物レンズのみを示している。
【００２５】
透過光の光源と反射光の光源４ｂの両方を付けた汎用光学顕微鏡１の所定位置にある中赤外線分光計アタッチメント１００を示している。顕微鏡にはいくつかのメーカーとデザインがあるので、中赤外線分光計アタッチメント１００を顕微鏡１に結合する機械的取付具は多様である。顕微鏡１に対する唯一の要件は無限距離補正付き対物レンズを使用できることである。中赤外線分光計アタッチメント１００とノーズピース５の間にガラスの要素は無い。
【００２６】
さらに、反射可視光の光源４ｂが、本発明の中赤外線分光計アタッチメント１００の下になるように示されているけれども、僅かな変更により、本発明の意図を損なわずに、反射可視光の光源４ｂを中赤外線分光計アタッチメント１００の上に置くことができる。
【００２７】
さらに、ビデオ・カメラ１１が示されているが、サンプル及び（又は）サンプル・マトリックスの電子的観察を行えるように可視光観察手段７に取付けられている。そのようなビデオ・カメラ１１はサンプル等を観察するために従来方法で用いられているけれども、さらに、赤外線分光計の光源１０１からの近赤外線を観察するために新規で、ユニークな方法で用いられる。近赤外放射線と遠赤外放射線が赤外放射線１０２として混在しているので、近赤外放射線を観察することは、ビデオ・カメラ１１では観察できない中赤外放射線の直接の尺度になる。市販のビデオ・カメラ１１は典型的に固体回路のビデオ・カメラである。そして一部は電荷結合素子即ちＣＣＤカメラである。ただし、本発明は近赤外放射線及び（又は）中赤外放射線に感応する任意のビデオ・カメラで機能する。量産品のビデオ・カメラとして用いるとき、これらのカメラは典型的に近赤外放射線を遮断するためのフィルターを付けているが、我々の用途にはフィルターを除去しなければならない。そのような市販のビデオ・カメラ又はＣＣＤカメラの例はＣＢＣＡｍｅｒｉｃａ  Ｍｏｄｅｌ  Ｎｏ．  ＣＭＨ５１２−Ｌ１２であり、近赤外放射線に感応する。赤外分光計の光源からの近赤外放射線を可視光で表示をするために電子信号の発生が用いられる。可視放射線無しでも、近赤外放射線を観察することにより中赤外分光計の入力放射線の位置と大きさを観察できる。近赤外放射線は中赤外放射線と混在している。正味の効果は中赤外放射線がサンプル又はサンプルの特定領域と相互作用する中赤外分光計の放射線の程度を観察できることである。これは分光学的に測定されるものを直接観察しうるので、当該分野の専門家にとって特に重要である。
【００２８】
そのような直接観察は分析プロセスを有意に簡略化し、かつ、「見ているものが分析するもの」であることを保証する。赤外線検出器１０４ｂは視野内の全ての赤外放射線を検出するので、ある場合には、対象サンプルの境界内に含めるべき赤外放射線１０２の光源を制限する必要がある。そのようなサンプル定義用マスクの使用は当該分野の技術者に良く知られているので、ここでは詳細に述べない。本発明では、より特異性を達成するために、中赤外分光計の光源１０１の一部として図５に示すように光学素子１０１ｂ及び１０１ｄと共に、ひとつのサンプル定義用マスク１０１ｃを用いている。さらに以下で説明する三色性要素のような放射線検出器１０３及びビデオ・カメラ１１と関連させて用いるとき、「見ているものが分析するもの」が十分に確認される。
【００２９】
さらに、赤外線の位置合わせ及び光学系の確認がビデオ・カメラ１１により劇的に容易になっている。第一に、カメラ１１は、例えば図４に示すように、可視光手段４ａ及び（又は）４ｂを用いて、アタッチメント１００により顕微鏡１に位置合わせされる。次ぎに、放射線導波手段１０３及びアタッチメント１００の他の光学要素を可視光を用いて調節して、アタッチメント１００全体の位置合わせをする。そして可視光の光源を消して赤外線光源は点灯したままとして、（ビデオ・カメラ１１により）中赤外放射線と混在している近赤外放射線を観察する。アタッチメント１００は、放射線導波手段１０３及びアタッチメント１００の他の光学要素の調節部（図示せず）を再度使用して微調整される。
【００３０】
図５は、サンプル定義用マスク１０１ｃを含めて本発明の中赤外線アタッチメント１００の概略の上面図を示す。その場合、赤外線ビーム１０２はミラー・レンズ１０１ｂによりサンプル定義用マスク１０１ｃに焦点を合わせ、ミラー・レンズ１０１ｄにより平行に戻し、放射線導波手段１０３の方に向けられる。ここで、中赤外線分光計の光源１０１はミラー・レンズ１０１ｂ及び１０１ｄ、及び、サンプル定義用マスク１０１ｃを含めるように形成される。
【００３１】
図６は本発明の中赤外線アタッチメント１００の概略の上面図を示している。その場合、可視光の光源１０１ｍは、別個の可視光照明手段４ｂの必要性と関連コストを無くすために、本発明の中赤外線アタッチメント１００に組込まれている。その後、赤外放射線１０２と可視光ビーム１０１ｎの両方の焦点を合わせ、マスクを２回通り、焦点を再び合わせ、平行に戻し、赤外放射線と可視光照明の両方に対してＫｏｅｈｌｅｒの照明基準に達する。
【００３２】
図では、赤外放射線１０２と可視光の光源１０１ｍからの可視光照明１０１ｎが、三色性要素１０１ｅで混在し、同じ光路１０２をたどらせる。三色性要素１０１ｅは中赤外放射線と近赤外放射線を主として反射する一方で、可視光１０１ｎを主として透過するように設計されている。
【００３３】
混在した可視放射線と赤外放射線をここで１０２と呼ぶが、ミラー・レンズ１０１ｆにより開口部定義用マスク１０１ｇに焦点を合わせ、サンプル定義用マスク１０１ｈを通して、ミラー・レンズ１０１ｊに達する。平坦なミラー１０１ｋと放射線導波器１０３により反射すると、全ての放射線の無限距離でのイメージを、サンプル定義用マスク１０１ｈに、又、マスク１０１ｇでの放射線のイメージを、無限距離補正付き対物レンズ６の開口部に同時に作る。この構成の場合、図６に示すように、三色性要素１０３は図２及び５に示す構成とは異なる三色性要素であり、中赤外放射線を主として反射し、近赤外放射線と可視光に対してビーム・スプリッターとして機能するように設計されている。
【００３４】
ここで、本実施例の中赤外線分光計の光源１０１は、関連する可視光の光路１０１ｎと１０１ｎに混合された赤外線光路１０２と共に、分光計１０１ａ、三色性要素１０１ｅ、集光ミラー１０１ｆ、放射線マスク１０１ｇ、サンプル定義用マスク１０１ｈ、レンズ・ミラー１０１ｊ、導波ミラー１０１ｋ、可視光の光源１０１ｍを含むように定義されている。
【００３５】
可視光の光源４ｂを無くしたことに関連するコスト面の利益に加えて、顕微鏡の位置合わせ及び計器の健全性の保証に関連した利益がある。さらに、マルチ・エレメントの中赤外線用アレー検出器を利用できることにより、非吸収性サンプルの場合、サンプル及びその後の検出器に対して均等に分布した赤外線照明を行えるようにするため、Ｋｏｅｈｌｅｒ基準に適合することは意味がある。
【００３６】
ここで、図７を参照すると、三色性要素１０３が３種類の機能を有している光学的フィルター・エレメントである。基本的に、可視光に対しては透明であり（図７ａ）、それにより、可視光用顕微鏡１が通常の動作を行える（図７及び８参照）。可視光観察手段７によりサンプル９を観察できるように（図７ａ参照）、サンプルは可視光の光源４ｂを用いて上から（図４参照）、又は、光源４ａを用いて下から照明でき、サンプル９を可視光観察手段７により観察できる（図７ａ参照）。中赤外放射線の場合（図７ｂ）、三色性要素１０３は高い反射率になり、ミラーのように動作する。例えば、三色性要素１０３を構成する層の組成と厚みにより、中赤外線の反射率を９５％以上にしうる（図８参照）。赤外線分光計の光源１０１からの放射線１０２は三色性要素１０３により顕微鏡の対物レンズ６の方に反射される。放射線はサンプル９又はサンプル９の下の反射性支持板１０で反射し、戻って反射対物レンズ６を通り、三色性要素１０３に戻る。そして、三色性要素１０３で第二の反射をして、追加の光学系１０４ａと１０４ｂ及び検出器１０４ｃから成る中赤外線検出システム１０４の方を向く。近赤外線の場合、三色性要素１０３は図７ｃに示すようにビーム・スプリッターのような機能をする。光源１０１からの近赤外放射線は中赤外放射線と同じ光路に沿って移動し、赤外放射線１０２の中に混在する。三色性要素１０３に到達すると、中赤外放射線と同様に、一部の放射線が反射して対物レンズ６に向かう。残りは通過して、使用されない。対物レンズ６で放射線がサンプル９又はサンプル９の下の反射性支持板に進んで反射する。そして、反射対物レンズ６を通って戻り、三色性要素１０３に進み、そこで、近赤外放射線の一部は反射して赤外線検出システム１０４に向かう。そして、一部は三色性要素１０３を通過して、可視光観察手段７に向かう。そこにはビデオ・カメラ１１が組込まれている。
【００３７】
三色性要素１０３を通過した放射線は、近赤外放射線に感応するビデオ・カメラ１１により検出される。カメラの出力は可視光観察のためのモニターに送られる。放射線を可視光観察手段の接眼レンズに向けることができるが、人の目には見えない。３種類の別個の略図が示されているけれども、３種類の動作モード全部が同時に生じることに留意されたい。赤外線に対する希望の反射率（図８）及び可視光線と近赤外放射線に対する透過率により、コーティングと基板を適当に選択できることは当該分野の技術者は理解するであろう。例えば、中赤外線の反射率は８０％から９５％、さらに約９９％までに達しうる。特許文献６は全体として参考用として本明細書に組込まれているが、基本的に可視放射線を透過して、同時に赤外放射線を反射するコーティング付きウインドウを開示している。三色性要素はスペクトル領域別の機能により指定する必要があり、又、Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｏｆ  Ｆｉｓｈｋｉｌｌ，  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋのような光学要素のメーカーに基づいて注文できる。
【００３８】
これらの３機能は新規で重要である。可視光の透過性により通常の可視光用顕微鏡になる。中赤外線での反射性により分光分析を行える。近赤外放射線は中赤外放射線とほぼ同じ光路を移動し、色収差が小さいか無いので、分光分析の領域と一致する領域を照明する。それゆえ、カメラ１１は、中赤外放射線により分析すべきサンプル９の部分を観察する。さらに、分析すべきサンプルの希望の部分を選定するために、近赤外線と可視光線による同時の観察により顕微鏡の支持台３上でサンプル９の精密な位置決めを行える。
【００３９】
本発明はその実施例の説明により示されているけれども、又、実施例をかなり詳細に示しているけれども、添付請求項の範囲をそのような詳細内容に制限し、又は、どんな方法でも限定することを出願者は意図していない。当該分野の技術者には別の利点と修正が容易に見えるであろう。本発明はその広い側面の中で、示され、記述されている特定の詳細内容、代表的装置及び例示的実例に限定されていない。従って、出願者の全般的な発明のコンセプトの範囲から逸脱せずに、そのような詳細からの逸脱を行える。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】市販されている可視光線顕微鏡の側面略図である。
【図２】本発明の中赤外線アタッチメントの上面略図である。
【図３】本発明の中赤外線アタッチメントの側面略図である。
【図４】内部反射分光測定用対物レンズを備え、市販の可視光線顕微鏡に取付けた本発明の中赤外線アタッチメントの上面略図である。
【図５】本発明の中赤外線アタッチメントの上面略図で、中赤外線分光計の光源がマスク形成用サンプルを含んでいる。
【図６】本発明の中赤外線アタッチメントの上面略図で、サンプル及びマスク形成用絞りと共に可視光線照射部が含まれている。
【図７】図７ａ、７ｂ、７ｃは、それぞれ、可視光線、中赤外線及び近赤外線に対する３色性要素の機能方法を示している。
【図８】可視光線、近赤外線及び中赤外線の反射率対波長を示している。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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