(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料（220）を支持するよう構成された試料台（210）と、
前記試料（220）から発せられた放射を、対物レンズ（230）と赤外線検知器（240）との間の中間像面（310）へと集束するよう構成された前記対物レンズ（230）と、
固定された位置に設けられた第1の反射素子セット（325）、および第2の反射素子セット（330）を備える拡大アセンブリ（320）とを具備し、
前記第1の反射素子セット（325）は少なくとも第１の反射素子（380）を有し、
前記第2の反射素子セット（330）は少なくとも第２の反射素子（340）を有し、
前記第2の反射素子セット（330）は、放射が前記第1の反射素子セット（325）の前記第１の反射素子（380）に入射する非稼働位置と、前記放射が当該第2の反射素子セット（330）の前記第２の反射素子（340）に入射する稼働位置との間を移動するよう構成されており、
当該拡大アセンブリ（320）により提供される倍率が変化する、赤外線顕微鏡（200）。
【請求項２】
前記第2の反射素子セット（330）は、前記非稼働位置と前記稼働位置との間を、一体として移動するよう構成されている、請求項１に記載の赤外線顕微鏡（200）。
【請求項３】
前記稼働位置で前記第2の反射素子セット（330）を通る放射は、前記第1の反射素子セット（325）の前記第１の反射素子（380）に入射しないように構成されている、請求項1または請求項２に記載の赤外線顕微鏡（200）。
【請求項４】
前記第2の反射素子セット（330）は、前記第２の反射素子（340)に対向する第３の反射素子（350)を有しており、前記２の反射素子（340)および前記第３の反射素子（350)は、前記第２の反射素子（340)と前記第３の反射素子（350)との間を延びる整列軸（360）に対して、中央に配置されている、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の赤外線顕微鏡（200）。
【請求項５】
前記第2の反射素子セット（330）は、前記稼働位置と前記非稼働位置との間を、平行を保ちながら移動するよう構成されている、請求項４に記載の赤外線顕微鏡（200）。
【請求項６】
前記第2の反射素子セット（330）は、当該第2の反射素子セット（330）の間に延びる前記整列軸（360）に平行である回転軸を中心とする回転により、前記稼働位置と前記非稼働位置との間を移動するよう構成されている、請求項４に記載の赤外線顕微鏡（200）。
【請求項７】
前記第1の反射素子セット（325）は、前記第１の反射素子（380)に対向する第４の反射素子（390)を有している、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の赤外線顕微鏡（200）。
【請求項８】
赤外線顕微鏡（200）用の拡大アセンブリ（320）であって、
固定された位置に設けられた第1の反射素子セット（325）と、第2の反射素子セット（330）とを備えており、
前記第1の反射素子セット（325）は少なくとも第１の反射素子（380）を備え、前記第2の反射素子セット（330）は少なくとも第２の反射素子（340）を備え、
前記第2の反射素子セット（330）は、放射が前記第1の反射素子セット（325）の前記第１の反射素子（380）に入射する非稼働位置と、前記放射が当該第2の反射素子セット（330）の前記第２の反射素子（340）に入射する稼働位置との間を移動するよう構成されていて、それにより、当該拡大アセンブリ（320）によって提供される倍率が変化する、拡大アセンブリ（320）。
【請求項９】
前記稼働位置では前記第2の反射素子セット（330）を通る放射は、前記第1の反射素子セット（325）の第１の反射素子（380）に入射しないように構成されている、請求項８に記載の拡大アセンブリ（320）。
【請求項１０】
前記第2の反射素子セット（330）は、前記第２の反射素子（340)に対向する第３の反射素子（350)を有しており、前記第２の反射素子（340)および前記第３の反射素子（350)は、前記第２の反射素子（340)と前記第３の反射素子（350)との間に延びる整列軸（360）に対して、中央に配置されている、請求項８または請求項９に記載の拡大アセンブリ（320）。
【請求項１１】
前記第2の反射素子セット（330）は、前記稼働位置と前記非稼働位置との間を、平行を保ちながら移動するよう構成されている、請求項１０に記載の拡大アセンブリ（320）。
【請求項１２】
前記第2の反射素子セット（330）は、当該第2の反射素子セット（330）の間に延びる前記整列軸（360）に平行である回転軸を中心とする回転により、前記稼働位置と前記非稼働位置との間を移動するよう構成されている、請求項１０に記載の拡大アセンブリ（320）。
【請求項１３】
請求項７〜請求項１２のいずれか１項に記載の拡大アセンブリ（320）を含む赤外線顕微鏡（200）であって、当該拡大アセンブリ（320）が、前記中間像面（310）と前記赤外線検知器（240）との間に配置されている、赤外線顕微鏡（200）。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に光学機器に関するものであり、より一般的には赤外線顕微鏡、特に赤外（IR）分光法を実行するのに使用される種類のものに関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外線顕微鏡は通常、さまざまな材料の小さな試料を分析するために、赤外線（IR）分光計とともに使用される。
【０００３】
赤外線顕微鏡は通常、分光計における光源からの赤外線放射を受ける。顕微鏡は、分析される試料を保持するための試料台と、放射源から試料台へと放射を導くための一連の光学素子とを含んでいる。これらの光学素子は、鏡、レンズおよび集光器を含んでいてもよい。赤外線放射は、一般に拡大アセンブリを介して、赤外線検知器に向けられている。試料は、可視放射により光学的に見ることもできる。すなわち、顕微鏡は、可視スペクトルおよび赤外線スペクトルの両方で機能する。コンピュータで制御することのできる可変絞りが、中間像面（intermediate image plane）に配置されている。可変絞りは試料の一部を覆うことができる。
【０００４】
倍率は変更できるようにする必要がある。公知のIR分光計では、対物レンズの外部的な交換によって倍率の調整を実現している。ほかのものでは、例えば、光路に追加のレンズまたは鏡を配置することにより、内部の焦点面アレイ（focal plane array; FPA）の光学素子の交換を可能にしている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、このようなシステムには、レンズが使用されているFPA光学素子の波長の適用範囲が制限されていることと、レンズシステムの複数の表面のためにFPA光学素子を整列する（align）という比較的難しい作業とを含む、多くの短所がある。レンズの湿りやすい性質によって解像度が低下する可能性があり、レンズがさらに色収差の影響を受ける可能性がある。そのうえ、典型的なFPA光学素子の構成が変更される場合の、その変更に依存する手法を、製造時に各顕微鏡に組み込む必要がある。すなわち、倍率を変更する可能性を、この可能性が内蔵されていない公知の顕微鏡に追加することは、一般に可能でない。
【０００６】
ゆえに、少なくとも上述した公知の顕微鏡の欠点を克服する赤外線顕微鏡が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態によれば、赤外線顕微鏡は、試料を支持するための試料台と、試料から発せられた放射を対物レンズと赤外線検知器との間の中間像面へと集束するよう構成された対物レンズと、固定された位置に設けられた第1のセットの反射素子、および、第2のセットの反射素子を備える拡大アセンブリとを備えている。第2のセットの反射素子は、放射が第1のセットの反射素子に入射する非稼働位置（inoperative position）と、放射が第2のセットの反射素子に入射する稼働位置(operative position)との間を移動するよう構成されていて、それにより、拡大アセンブリによって提供される倍率を変化させる。
【０００８】
例として、第2のセットの反射素子は、非稼働位置と稼働位置との間を、一体として移動するよう構成されていてもよい。この特徴により、先行技術の解決手段と比較して、拡大アセンブリの簡略化された、より安定した整列が提供され、改善された再現性が提供される。
【０００９】
さらに、第2のセットの反射素子は、互いに対して固定された関係に配置された2つの反射素子を備えていてもよい。光路が入射する光学素子の数を最小化することにより、放射の損失を低減し、光学スループットを最適化する。
【００１０】
主たる実施形態では、第2のセットの反射素子は、互いに対向する関係に配置された2つの反射素子を備えており、各反射素子は、第2のセットの反射素子の第1と、第2のセットの反射素子の第2との間に延びる整列軸に対して、中央に配置されている。
【００１１】
例として、第1のセットの反射素子は2つの反射素子をも備えていてもよい。反射素子のそれぞれは、曲面鏡であってもよい。
【００１２】
さらに、拡大アセンブリは、赤外線検知器よりも単一素子検知器（single element detector）に伝播する放射が、拡大アセンブリによって変化されないように、配置されていてもよい。
【００１３】
主たる実施形態では、拡大アセンブリは、中間像面と赤外線検知器との間に配置されている。
【００１４】
別の主たる実施形態によれば、赤外線顕微鏡用の拡大アセンブリ部品が、固定された位置に設けられた第1のセットの反射素子と、第2のセットの反射素子とを備えている。第2のセットの反射素子は、放射が第1のセットの反射素子に入射する非稼働位置と、放射が第2のセットの反射素子に入射する稼働位置との間を移動するよう構成されていて、それにより、拡大アセンブリによって提供される倍率を変化させる。
【００１５】
例として、第2のセットの反射素子は、互いに対して固定された関係に配置された2つの反射素子を備えていてもよい。
【００１６】
あるいは、第2のセットの反射素子は、互いに対向する関係に配置された2つの反射素子を備えていてもよく、各反射素子は、第2のセットの反射素子の第1と、第2のセットの反射素子の第2との間に延びる整列軸に対して、中央に配置されている。
【００１７】
主たる実施形態では、第1のセットの反射素子は2つの反射素子をも備えていてもよい。反射素子のそれぞれは、曲面鏡であってもよい。
【００１８】
例として、拡大アセンブリ部品は、中間像面と赤外線顕微鏡の赤外線検知器との間に配置されるよう構成されていてもよい。
【００１９】
さらに別の主たる実施形態によれば、赤外線顕微鏡は、試料を支持するよう構成された試料台と、試料から発せられた放射を、対物レンズと赤外線検知器との間の中間像面へと集束するよう構成された対物レンズと、固定された位置に設けられた第1のセットの反射素子、および、第2のセットの反射素子を備える拡大アセンブリとを備えている。第2のセットの反射素子は、放射が第1のセットの反射素子に入射する非稼働位置と、放射が第2のセットの反射素子に入射する稼働位置との間を移動するよう構成されている。それにより、拡大アセンブリによって提供される倍率が変化する。拡大アセンブリは中間像面と赤外線検知器との間に配置されている。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】内部的に変更可能な倍率を有する先行技術に係る赤外線顕微鏡の要素を示す模式的な光学図である。
【図２】本発明の実施形態に係る赤外線顕微鏡の等角図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態に係る拡大アセンブリが稼動位置にある赤外線顕微鏡の要素を示す模式的な光学図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態に係る拡大アセンブリが非稼動位置にある赤外線顕微鏡の要素を示す模式的な光学図である。
【図３Ｃ】本発明の主たる実施形態に係る稼動位置および非稼動位置から一式の反射素子を移動するための機構を示す斜視図である。
【図３Ｄ】本発明の主たる実施形態に係る稼動位置および非稼動位置から一式の反射素子を移動するための機構を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に記載された実施形態は、添付図面とともに以下の詳細な説明を読むことで、最もよく理解される。さまざまな特徴が必ずしも等尺で描かれていないことを強調しておく。事実、説明を明瞭にするために、寸法は恣意的に拡大または縮小されている場合がある。適用可能かつ実際的な場合、同様の参照番号は同様の要素を指す。
【００２２】
以下の詳細な説明において、限定ではなく説明を目的として、本教示に係る実施形態の徹底的な理解を提供するために、特定の詳細が記載される。しかし、本明細書に開示された特定の詳細から逸脱した、本教示に係る他の実施形態が、添付の特許請求の範囲内に留まることは、本開示の益を享受している当業者にとって明らかであろう。さらに、周知の機器および方法の説明は、実施形態の説明を曖昧にすることのないよう、省略される場合がある。このような方法および機器は明らかに、本教示の範囲内にある。
【００２３】
本明細書で使用される専門用語は特定の実施形態を説明することのみを目的としており、限定することを意図していないことを理解されたい。定義された用語は、本教示の技術分野で一般に理解され受け入れられている、定義された用語の技術的および科学的な意味に加えられる。
【００２４】
明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるように、「1つの」および「前記」という用語は、そうでないことが文脈により明示されていない限り、単数および複数の指示物の両方を含んでいる。ゆえに、例えば「1つの装置」は1つの装置および複数の装置を含んでいる。
【００２５】
明細書および添付の特許請求の範囲において使用されるように、かつ、それらの通常の意味に加えて、「実質的な」または「実質的に」という用語は、許容できる限度または程度内にあることを意味する。例えば、「実質的に撤回された」は、撤回が許容できると当業者がみなすであろうことを意味している。明細書および添付の特許請求の範囲において使用されるように、かつ、その通常の意味に加えて、「ほぼ」または「約」という用語は、当業者にとって許容できる限度または量の範囲内にあることを意味する。例えば、「ほぼ同じ」は、比較されている項目が同じであると当業者がみなすであろうことを意味している。
【００２６】
一般に、図面および図面に示されるさまざまな要素は等角に描かれていないと理解される。さらに、「上方」、「下方」、「頂」、「底」、「上側」、「下側」などの相対的な用語が、添付図面に示すように、さまざまな要素の互いに対する関係を説明するのに使用されている。これらの相対的な用語は、図に示された方位に加えて、装置および/または要素の異なる方位を包含するよう意図されていると理解される。例えば、装置が図面の視点に対して逆にされた場合、例えば別の要素の「上方」にあると説明された要素が、今ではその要素の下方にあることになる。
【００２７】
まず図1を参照して、倍率を内部的に変更することのできる公知の赤外線顕微鏡に対応する光学図が示されている。顕微鏡は、対象とする試料のIR分析を行うIR分光計と一体化されている。赤外光は試料に向けられ、試料から発する放射は対物レンズ110によって集められる。対物レンズ110は、通常さまざまな開口が配置されている像面120に、光を集束させる。
【００２８】
FPA光学部品130が、検知器140へと開口を再投影する。FPA光学部品130はレンズまたは鏡システムを備えていてもよい。この例では、FPA光学部品130は一対の曲面鏡150、160を備えている。顕微鏡の総合倍率は、対物レンズ110、FPA光学部品130およびレンズ170の各倍率の積である。
【００２９】
図2を参照して、本発明の主たる実施形態に係る赤外線顕微鏡200を示す。赤外線顕微鏡200は、試料220を支持するための試料台210を備えている。赤外線顕微鏡200が透過モードで稼働している場合、赤外線源（図示せず）からの赤外光は、上方へ向けられて試料220を通過する。赤外線顕微鏡200が反射モードで稼働している場合、赤外光は下方へ対物レンズ230を通って試料220へと向けられる。どちらの場合にも、試料220から発する放射は対物レンズ230で集められて、像面（図2に示さず。図3Aおよび3Bを参照のこと）に集束させる。像面から発する放射は、FPA検知器240の形態で提供される赤外線検知器に向けられる。顕微鏡は光学的に、例えば単一素子検知器250などの交換式の（alternate）赤外線検知器タイプを含んでいてもよい。
【００３０】
図3Aおよび3Bは、赤外線顕微鏡200の光学図を示す。本発明の拡大アセンブリ320により、顕微鏡の倍率を内部的に変更することができる。拡大アセンブリ320は、第1のセットの反射素子325および第2のセットの反射素子330を備えている。第1のセットの反射素子325は2つの曲面鏡380および390を備えている。第2のセットの反射素子330も2つの曲面鏡340および350を備えている。
【００３１】
注意すべきこととして、当業者の認識範囲内にある他の種類の反射素子が、拡大アセンブリ320を実現するために考えられる。例えば、実質的に平らな鏡を曲面鏡と組み合わせて使用することができる。さらに、拡大アセンブリ320を実現するための他の鏡およびレンズ素子の組み合わせも考えられる。さらに、適合性（adaptive）、能動性（active）または変形性（deformable）の反射光学系も考えられる。最後に、拡大アセンブリでの使用を考えた反射性および集束性の光学素子はホログラフィック光学素子（HOE）を含んでいる。
【００３２】
主たる実施形態では、第1のセットの反射素子325は実質的に静止しており、それゆえ、大きく移動せずに、実質的に適所に固定され、または光路に埋め込まれている。反対に、第2のセットの反射素子330は、非稼働位置と稼働位置との間を移動するよう構成されている。精密な光学アセンブリ用に適合された機械的なアセンブリ（図示せず）により、移動がなされる。機械的なアセンブリと接続して使用するために、ロボット工学および電気モータアセンブリの使用が考えられる。
【００３３】
図3Cおよび図3Dと関連して以下に説明する主たる実施形態では、モータ駆動により、機構391が、事前に焦点を合わされた高倍率アセンブリを、約90°よりも大きく旋回し、第2のセットの反射素子330を、低倍率ビーム内および低倍率ビーム外へと動かす。旋回ではなく手動式もしくは機械式の摺動機構を使用することにより、または、軸を中心とした、異なる倍率を有する反射素子の手動式もしくは機械式の回転を使用することにより、同じ結果を実現できるであろう。
【００３４】
図3Aでは、第2のセットの反射素子330が稼働位置で示されている。稼働位置では、放射が第2のセットの反射素子330に入射する。第2のセットの反射素子330がこの位置にあるときに、曲面鏡340および350は、第1のセットの反射素子325を構成する曲面鏡380および390を効果的に封鎖する。ゆえに、第2のセットの反射素子が稼働位置にある場合、放射は第2のセットの反射素子330のみに入射し、第1のセットの反射素子325にはまったく入射しない。
【００３５】
反対に、図3Bに示すように、第2のセットの反射素子330が非稼働位置に移動されると、曲面鏡380および390はもはや封鎖されなくなる。したがって、第2のセットの反射素子330が非稼働位置にある場合、放射は第1のセットの反射素子325のみに入射する。第2のセットの反射素子330を光路内および光路外へと移動させることで、倍率の値が変更される。第2のセットの反射素子330が稼働位置にある状態で結果として得られる倍率の値は通常、おおよそ5のオーダーにある。
【００３６】
例として、曲面鏡340および350は、実質的に互いに対向するように配置されている。曲面鏡340および350は、曲面鏡340と曲面鏡350との間に延びる整列軸360（図3Aを参照）に対して、実質的に中央に配置されている。同様に、曲面鏡380および390も、実質的に互いに対向するように配置されている。
【００３７】
第2のセットの反射素子330を構成する曲面鏡340および350は、稼働位置と非稼働位置との間を、実質的に一致して、すなわち単一のユニットとして移動する。注意すべきこととして、曲面鏡340および350は、互いに独立して稼働位置と非稼働位置との間を移動可能となることのないよう、互いに対して実質的に固定された位置に配置されている。
【００３８】
上述した整列軸360に実質的に平行とされている回転軸を中心とする、光路内および光路外への第2のセットの反射素子330の回転により、稼働位置と非稼働位置との間の移動を生み出すことができる。
【００３９】
拡大アセンブリ320は、中間像面310とFPA検知器240との間にあって、赤外線顕微鏡200内に配置されている。この構成には多数の利点があり、その1つが、本教示の拡大アセンブリ320を、製造時に赤外線顕微鏡200に組み込むことができること、または、既存の顕微鏡に後付けできることである。
【００４０】
さらに、本発明の拡大アセンブリ320を取り付けた赤外線顕微鏡において、さまざまな値の倍率を提供するために拡大アセンブリを対物レンズ230a、230bおよび230cを外部から変更することと組み合わせて使用することにより、さまざまな倍率が可能となる。くわえて、FPA検知器240よりも単一素子検知器250を採用することが望ましいようであれば、中間像面310とFPA検知器240との間に拡大アセンブリ320を有することは、単一素子検知器250に伝播する放射を拡大アセンブリによって変化させる必要がないことを意味する。
【００４１】
本発明の別の利点は、第2のセットの反射素子330を、稼働位置と非稼働位置との間を一体として移動するように、互いに対して固定した関係に配置することである。これにより、先行技術の解決手段と比較して、拡大アセンブリ320が簡略化され、より安定した整列を提供し、改善された再現性を提供することができる。これは、2つの曲面鏡340および350が、単独の移動で光路内または光路外へと、または稼動位置から非稼働位置へと移動されるためである。さらに、光路に置かれる曲面鏡340、350または380、390をそれぞれ最小限にすることで（すなわち2つの素子にすることで）、放射の損失を最小化し、光学スループットを最大化する。
【００４２】
また、先行技術のシステムにおいて使用されるレンズに対向するものとして、拡大アセンブリで鏡などの反射素子を使用することには、紫外線から赤外線までの広い範囲の波長を包含するという、付加的な利点がある。
【００４３】
図3Cは、主たる実施形態に係る赤外線顕微鏡200を示す。赤外線顕微鏡200は、（例えば図3Aで方位付け（orient）されているように）第2のセットの反射素子330を稼動位置の内および外へと移動させる機構391を備えている。注意すべきこととして、図3Cにおいて、機構391は、事前に焦点を合わせられた第2のセットの反射素子330を稼動位置に方位付けする第1の位置にある。稼動位置では、放射は第2のセットの反射素子330に入射する。第2のセットの反射素子330がこの位置にあるときに、曲面鏡340および350は、第1のセットの反射素子325を構成する曲面鏡380および390を効果的に封鎖する。ゆえに、第2のセットの反射素子が稼働位置にある場合、放射は第2のセットの反射素子330のみに入射し、第1のセットの反射素子325にはまったく入射しない。
【００４４】
図3Dを参照して、本質的に旋回する構造体である機構391は、（例えば図3Bで方位付けされているように）事前に焦点を合わせられた第2のセットの反射素子330を非稼動位置に方位付けする第2の位置にある。
【００４５】
上述したように、第1および第2の位置の間の機構391の移動は、例えば制御器もしくは他の適切な計算装置からの指示のもとで適切な電気モータを使用することにより、または手動で行うことができる。
【００４６】
第2のセットの反射素子330が非稼働位置に移動されると、曲面鏡380および390はもはや封鎖されなくなる。したがって、第2のセットの反射素子330が非稼働位置にある場合、放射は第1のセットの反射素子325のみに入射する。
【００４７】
当業者であれば、本教示に従う多くの変形例が実現可能であり、かつ、添付の特許請求の範囲内にあることを理解するであろう。これらの、および、他の変形例は、本出願の明細書、図面および特許請求の範囲を精査することで、当業者にとって明らかとなるであろう。ゆえに、本発明は、添付の特許請求の精神および範囲を除いて制限されない。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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