(57)【要約】【課題】容易に、しかも再現性良く倍率を変更し得る赤外顕微鏡を提供する。【解決手段】対物鏡あるいは対物レンズを切り替えて顕微鏡の倍率を変更する替りに、顕微鏡内部の結像光学系を切り替えて倍率を変更する。特に、第１の結像光学系のカセグレン鏡２２と、これを迂回するバイパス光路２９に置かれた第２の結像光学系のレンズ２３を、切替ミラー２４、２８の光路上への出し入れによって切り替える。カセグレン鏡９、カセグレン鏡２２およびレンズ２３の焦点距離をそれぞれＦ１、Ｆ２、Ｆ３とすると倍率はＦ２／Ｆ１あるいはＦ３／Ｆ１のいずれか一方を選択できる。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外光を試料に照射する照射光学系と、前記試料からの透過光あるいは反射光を集光する対物光学系と、前記対物光学系からの光を結像させる結像光学系とが１個の光路上に配設されている赤外顕微鏡において、互いに異なる焦点距離を持つ複数の結像光学系を備え、これら複数の結像光学系を選択使用できることを特徴とする赤外顕微鏡。
【請求項２】
複数の結像光学系が互いに独立した複数の光路上に配設され、当該複数の光路の内の一つを選択する切替ミラーを備え、前記切替ミラーによって前記複数の結像光学系を選択することを特徴とする請求項１記載の赤外顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物質の定性・定量分析に使用される赤外分光光度計と組み合わされて、微小試料の顕微分光分析を行う赤外顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外顕微鏡は赤外線波長領域で顕微分光を行う装置で、微小試料に適するように、赤外光束をごく小さな面積に集光させるように設計されている。近年、フーリエ変換赤外分光光度計と組み合わせて、フーリエ変換赤外分光法の特長である高感度を利用する赤外顕微鏡が開発されており、このシステムの空間分解能は約１０μｍである。その原理の一例は、フーリエ変換赤外分光光度計（以後ＦＴＩＲと略称する。）の干渉計からの赤外光が、反射鏡を介して赤外顕微鏡に導かれ、凹面鏡を用いて試料上の直径約１ｍｍの円内に集光される。照射された試料面を透過あるいは反射した赤外光束のうち、微小な測定対象部分からの光束のみが、試料部あるいは結像部に置かれた絞り（可変アパーチャー）で選択され、最終的に半導体検出器（ＭＣＴ）に導かれる。半導体検出器（ＭＣＴ）の出力はフーリエ変換され、赤外スペクトルが得られるものである。（特許文献１参照）
【０００３】
図３に、従来のＦＴＩＲと組み合わされ使用される赤外顕微鏡の例を示す。赤外顕微鏡にはＦＴＩＲ１からの赤外光がミラー４を介して導入される。一方、肉眼による観測のための可視光源２からの可視光がレンズ３を介して導入される。ＦＴＩＲ１からの赤外光と可視光源２からの可視光は、切替ミラー５を光路に出入させることによって選択される。赤外光の測定の場合は、切替ミラー５は図の実線のように光路に挿入される。測定には透過法または反射法のいずれかのモードが用いられるが、二つのモードは透過／反射切替ミラー６で選択される。透過法の場合は、赤外光は、透過／反射切替ミラー６で下方に送られ、凹面鏡１１およびミラー１２で反射された後、カセグレン鏡１３によって試料ステージ１０の下方からその上面にフォーカスされるように集光される。試料ステージ１０を透過した赤外光は、カセグレン鏡９によって集められ、半透鏡８を透過した後、可変アパーチャー１４の位置に焦点を結ぶ。よって、もし試料ステージ１０上に試料が搭載されていれば、試料の像がアパーチャー１４の下面に結像することになる。アパーチャー１４によって選択された部分を通過した光が半透鏡１５を透過し、切替ミラー５と連動して光路に挿入された切替ミラー１６で反射され、ミラー１９、凹面鏡２０を経て、検出器２１に入射する。検出器にはＭＣＴ検出器が広く使用されている。
【０００４】
反射法では、透過／反射切替ミラー６が９０度回転される。これによって赤外光は上方に送られ、凹面鏡７および半透鏡８で反射された後カセグレン鏡９によって試料ステージ１０の上面にフォーカスするように集光される。もし試料が試料ステージ１０上に搭載されておれば、試料によって拡散反射した赤外光は、カセグレン鏡９によって集められ、半透鏡８を透過した後、アパーチャー１４によって絞られ、ミラー１９および凹面鏡２０を経て検出器２１に入射する。
【０００５】
肉眼による観察やカメラによる撮影を行うときは、図３で破線にて示すように切替ミラー５が光路から退避し、可視光源２からの可視光が系に導入される。透過／反射切替ミラー６が反射モードの位置にある時は、可視光は凹面鏡７および半透鏡８で反射された後、カセグレン鏡９によって試料ステージ１０の上方より集光照射される。試料面上で拡散反射した可視光はカセグレン鏡９によって半透鏡８を通してアパーチャー１４の位置に結像する。切替ミラー１６は切替ミラー５と連動して光路から退避している。アパーチャー１４で選択された微小領域の像は、半透鏡１５とリレーレンズ１７を介してＣＣＤカメラ１８によって観測あるいは撮影される。また、可視光の一部は半透鏡１５によって顕微鏡の接眼レンズに送られ、肉眼によって、アパーチャー１４の位置やサイズの調節などが行われる。また、試料ステージ１０の上下位置を調節して試料を可視光の焦平面（肉眼で最もシャープに見える位置）に一致させる。
【０００６】
透過／反射切替ミラー６が透過モードの位置にあるときは、可視光は凹面鏡１１およびミラー１２によって反射された後、カセグレン鏡１３によって試料ステージの下方から照射される。試料を透過した可視光は、カセグレン鏡９によって集光された後、上述の反射モードの場合と同様の経路を経て、ＣＣＤカメラ１８による撮影や、接眼レンズを通した肉眼による観測が行われる。（特許文献２参照）
【特許文献１】特開２００１−１７４７０８号公報
【特許文献２】特開２００６−０４７７８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の赤外顕微鏡には次に述べる問題点がある。
顕微鏡の倍率は、図３の例においては試料ステージ１０の上面から対物鏡であるカセグレン鏡９までの距離Ｌ１と、カセグレン鏡９から結像位置であるアパーチャー１４の位置までの距離Ｌ２の比、Ｌ２／Ｌ１で表される。倍率を変えるために赤外顕微鏡に限らず顕微鏡一般に用いられる手段は、対物レンズあるいは対物鏡を異なった焦点距離を持つ対物レンズあるいは対物鏡に切り替えることである。しかし、上述のように一般的な赤外顕微鏡においては、図３に示すように対物鏡としてカセグレン鏡９が用いられる。図３において全てのカセグレン鏡は抽象化されて表現されているが、実際のカセグレン鏡は図４に示す構造を持っており、中央に開孔３３を持つ大口径の凹面鏡３０と、これに対向する小口径の凸面鏡３１と、これらを保持すると共に光の透過させる開孔３２を備えた筐体３４から構成されている。
【０００８】
カセグレン鏡は、収差が少なくて短い焦点距離を実現できるため、大きい倍率を必要とする顕微鏡に広く使用される。しかし大口径の凹面鏡のために、サイズが大きくなり、通常の顕微鏡に見られるようなレボルバーに他の対物レンズなどと共に取り付けることは困難である。また、専用のレボルバーを製作して切り替えることは可能であるが、倍率を変えるために交換して使用することは、これにも操作性と位置再現性が悪いという問題点がある。よって、カセグレン鏡を対物鏡として用いる赤外顕微鏡において、対物鏡を他の対物鏡あるいは対物レンズに切り替えて倍率を変化させることは非常に困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記の問題点を解決して、容易に、しかも再現性良く倍率を変化し得る赤外顕微鏡を提供することを目的としており、倍率を変化させるために内部の結像光学系を切り替えることを骨子としている。よって、赤外光を試料に照射する照射光学系と、前記試料からの透過光あるいは反射光を集光する対物光学系と、前記対物光学系からの光を結像させる結像光学系とが１個の光路上に配設されている赤外顕微鏡において、互いに異なる焦点距離を持つ複数の結像光学系を備え、これら複数の結像光学系を選択使用できることを特徴とする。さらに、複数の結像光学系が互いに独立した複数の光路上に配設され、当該複数の光路の内の一つを選択する切替ミラーを備え、前記切替ミラーによって前記複数の結像光学系を選択することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
観測倍率が容易に、しかも再現性良く変更することが可能な赤外顕微鏡を得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】
上述のように、本発明の主眼は結像光学系を切り替えて赤外顕微鏡の倍率を変更するところにある。よって、その光学系は、図３に示した従来の赤外顕微鏡の対物鏡であるカセグレン鏡９とアパーチャー１４の間に、焦点距離を互いに異にする複数の結像光学系が切替可能に配設された構造を持つ。
【実施例１】
【００１２】
図１に本発明の第１の実施例を示す。この図は、本実施例の従来技術との相違点を明確にするために、本発明にかかる赤外顕微鏡の光学系のうち、図３の従来の赤外顕微鏡の透過／反射切替ミラー６からアパーチャー１４までに相当する部分を抽出して示している。したがって、図３と同じものには同じ番号を付してある。
【００１３】
図１の実施例において、半透鏡８の後部には第１の結像光学系としてのカセグレン鏡２２と、第２の結像光学系としてのレンズ２３が備えられている。カセグレン鏡２２とレンズ２３は、それぞれ互いに独立したスライド機構上に保持されており、それぞれ光路上の位置と光路から退避した位置の間を水平に移動できる。また、カセグレン鏡２２が光路上に位置しているとき、カセグレン鏡２２とアパーチャー１４の距離は、カセグレン鏡２２の焦点距離Ｆ２に等しくなるように位置決めされている。同様に、レンズ２３が光路上に位置しているときは、レンズ２３とアパーチャー１４の距離はレンズ２３の焦点距離Ｆ３に等しくなるように位置決めされている。
【００１４】
透過／反射切替ミラー６によって反射あるいは透過のいずれかのモードが選択される。反射モードの場合は、赤外光は凹面鏡７および半透鏡８によって反射された後カセグレン鏡９によって試料ステージ１０上に照射される。透過モードの場合は、赤外光は凹面鏡１１およびミラー１２によって反射された後、カセグレン鏡１３によって試料ステージ１０に下部より照射される。いずれのモードにおいても、試料ステージ１０上に置かれた試料から拡散反射された赤外光あるいは試料を散乱透過した赤外光は、対物鏡としてのカセグレン鏡９によって集光される。
【００１５】
試料ステージ１０の高さを調節して、カセグレン鏡９と試料ステージ１０の上面との距離をカセグレン鏡９の焦点距離Ｆ１に等しくすると、カセグレン鏡９は無限焦点光学系となり、カセグレン鏡９から上部へ出射される光は平行光束となる。結像光学系としてカセグレン鏡２２が光路上に位置しているときは、上記の平行光束はカセグレン鏡２２によって収束され、その焦点距離Ｆ２に位置にあるアパーチャー１４の上に正確に結像する。この場合の顕微鏡の倍率は、カセグレン鏡９の焦点距離Ｆ１とカセグレン鏡２２の焦点距離Ｆ２の比Ｆ２／Ｆ１となる。一方、結像光学系としてレンズ２３が光路上に位置する場合は、カセグレン鏡９からの平行光束はレンズ２３によって収束され、焦点距離Ｆ３の位置にあるアパーチャー１４の上に結像する。この場合の顕微鏡の倍率はカセグレン鏡９の焦点距離Ｆ１とレンズ２３の焦点距離Ｆ３の比Ｆ３／Ｆ１となる。このように、簡単な水平スライド機構によって結増光学系を切り替えることにより、倍率が容易に変更できる赤外顕微鏡が得られる。
【００１６】
図２は、本発明のより望ましい具現例を示す第２の実施例である。本図では、第１の実施例との違い明確化するため、第２の実施例の光学系の内で、第１の実施例（図１）における試料ステージ１０からアパーチャー１４までに相当する部分のみを抽出して示している。
【００１７】
本実施例においては、第１の結像光学系としてカセグレン鏡２２が半透鏡８とアパーチャー１４の中間に固定的に配設されている。カセグレン鏡２２とアパーチャー１４の距離は、図１の実施例の場合と同様にカセグレン鏡２２の焦点距離Ｆ２に等しい。さらに本実施例では、カセグレン鏡２２を迂回するバイパス光路２９が互いに連動する２個の切替ミラー２４、２８と、２個の固定ミラー２５、２６によって構成されており、このバイパス光路２９の中に第２の結像光学系としてのレンズ２７が配設されている。切替ミラー２４、２８が共に光路上に挿入された場合にバイパス光路２９が有効となり、このときレンズ２７からアパーチャー１４にいたる光路長がレンズ２７の焦点距離Ｆ３に等しくなるように、レンズ２７の光路上での位置が決定される。
【００１８】
対物鏡としてのカセグレン鏡９と試料ステージ１０の距離がカセグレン鏡９の焦点距離Ｆ１に等しく設定されると、カセグレン鏡９の出射光は平行光束となる。光路上に切替ミラー２４、２８が挿入されているとき平行光束はバイパス光路２９を通り、レンズ２７によって正確にアパーチャー１４上に結像される。このときの顕微鏡の倍率はカセグレン鏡９の焦点距離Ｆ１とレンズの焦点距離Ｆ３の比Ｆ１／Ｆ３となる。一方、切替ミラー２４、２８が光路上から退避すると、カセグレン鏡９からの平行光束はカセグレン鏡２２によって正確にアパーチャー上に結像される。このときの顕微鏡の倍率は、カセグレン鏡９の焦点距離Ｆ１とカセグレン鏡２２の焦点距離Ｆ２の比Ｆ２／Ｆ１となる。本実施例では、可動部分は２枚の軽量な切替ミラー２４、２８のみであるため、大きなカセグレン鏡２２を平行移動させなくてはならない第１の実施例に比べて、取り扱いが容易であり、機構が単純化されて位置の再現性も改善された、倍率変更可能な赤外顕微鏡が実現できる。
【００１９】
本発明の特徴は上記のとおりであるが、上記ならびに図示例に限定されるものではなく、他の種々の変形例を含む。上記の２例においては結像光学系の組み合わせを１個のカセグレン鏡と１個のレンズとしたが、個数と組み合わせの種類はこれに限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は、物質の定性・定量分析に使用される赤外分光光度計と組み合わされて、微小試料の顕微分光分析を行う赤外顕微鏡に関する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施例の光学系を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施例の光学系を示す図である。
【図３】従来に赤外顕微鏡の構成を示す模式図である。
【図４】カセグレン鏡の構造の模式図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  フーリエ変換赤外分光光度計
２  可視光源
３  レンズ
４  ミラー
５  切替ミラー
６  透過／反射切替ミラー
７  凹面鏡
８  半透鏡
９  カセグレン鏡
１０  試料ステージ
１１  凹面鏡
１２  ミラー
１３  カセグレン鏡
１４  アパーチャー
１５  半透鏡
１６  切替ミラー
１７  リレーレンズ
１８  ＣＣＤカメラ
１９  ミラー
２０  凹面鏡
２１  検出器
２２  カセグレン鏡
２３  レンズ
２４  切替ミラー
２５  ミラー
２６  ミラー
２７  レンズ
２８  切替ミラー
２９  バイパス光路
３０  凹面鏡
３１  凸面鏡
３２  開孔
３３  開孔
３４  筐体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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