(57)【要約】【課題】対物レンズを試料の熱から防御しつつ熱による像のゆらぎを減少させることができる対物レンズ用冷却装置、対物レンズの冷却方法及び顕微鏡を提供する。【解決手段】本発明に係る対物レンズ用冷却装置１は、先端レンズガラス５３が設けられた対物レンズ鏡筒５０の先端側の部分を覆い、対物レンズ鏡筒５０との間に隙間１４を空けて設けられたフード１０と、フード１０の先端レンズガラス５３に対向する部分に形成された開口部１２ａに設けられ、先端レンズガラス５３との間に隙間２１を空けて設けられた窓ガラス２０と、フード１０に設けられた冷却エア供給口３１及び冷却エア排出口３２と、フード１０の外周面から対物レンズ鏡筒５０の径方向外側に鍔状に張り出すように設けられた遮熱板４０を備え、冷却エア供給口３１から供給された冷媒は、隙間１４及び隙間２１を通って冷却エア排出口３２から排出される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端レンズガラスが設けられた対物レンズ鏡筒の先端側の部分を覆い、前記対物レンズ鏡筒との間に第１の隙間を空けて設けられたフードと、
前記フードの前記先端レンズガラスに対向する部分に形成された開口部に設けられ、前記先端レンズガラスとの間に第２の隙間を空けて設けられた窓ガラスと、
前記フードに設けられた供給口及び排出口と、
前記フードの外周面から、前記対物レンズ鏡筒の径方向外側に鍔状に張り出すように設けられた遮熱板と、
を備え、
前記供給口から供給された冷媒は、前記第１の隙間及び前記第２の隙間を通って前記排出口から排出される対物レンズ用冷却装置。
【請求項２】
前記供給口及び前記排出口は、前記対物レンズ鏡筒の軸に対して対称の位置に設けられ、
前記第１の隙間を、前記供給口側の第１の隙間及び前記排出口側の第１の隙間に区分する前記軸の方向に延びた複数の仕切板が前記第１の隙間に設けられ、
前記供給口側の第１の隙間及び前記排出口側の第１の隙間は、前記第２の隙間で連通している請求項１に記載の対物レンズ用冷却装置。
【請求項３】
前記遮熱板は、前記対物レンズ鏡筒の軸方向において、前記供給口及び前記排出口と、前記窓ガラスとの間に配置された請求項１または２に記載の対物レンズ用冷却装置。
【請求項４】
前記遮熱板は、樹脂を含み、表面を金メッキしたものである請求項１〜３のいずれか１項に記載の対物レンズ用冷却装置。
【請求項５】
前記第２の隙間における前記先端レンズガラスと前記窓ガラスとの間の間隔は、0.5[mm]〜2.5[mm]である請求項１〜４のいずれか１項に記載の対物レンズ用冷却装置。
【請求項６】
前記冷媒の流量は、略3[L/min]である請求項１〜５のいずれか１項に記載の対物レンズ用冷却装置。
【請求項７】
観察対象の試料を含む高温試料容器と、前記遮熱板との間において、前記フードを取り囲むように設けられた断熱材をさらに備えた請求項１〜６のいずれか１項に記載の対物レンズ用冷却装置。
【請求項８】
前記フードは、前記対物レンズ鏡筒から分離でき、前記対物レンズ鏡筒に対して、取り付け、取り外し可能である請求項１〜７のいずれか１項に記載の対物レンズ用冷却装置。
【請求項９】
先端レンズガラスが設けられた対物レンズ鏡筒の先端側の部分を覆い、前記対物レンズ鏡筒との間に第１の隙間を空けるように設けられたフードと、
前記フードの前記先端レンズガラスに対向する部分に形成された開口部に設けられ、前記先端レンズガラスとの間に第２の隙間を空けるように設けられた窓ガラスと、
前記フードに設けられた供給口及び排出口と、
前記フードの外周面から、前記対物レンズ鏡筒の径方向外側に鍔状に張り出すように設けられた遮熱板と、
を備えた対物レンズ用冷却装置を、前記対物レンズ鏡筒の先端に装着する工程と、
前記供給口から供給した冷媒を、前記第１の隙間及び前記第２の隙間を通って前記排出口から排出させる工程と、
を有する対物レンズの冷却方法。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の前記対物レンズ用冷却装置を備えた顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対物レンズ用冷却装置、対物レンズの冷却方法及び顕微鏡に関し、例えば、高温の試料の測定に用いる対物レンズ用冷却装置、対物レンズの冷却方法及び顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
共焦点顕微鏡を用いたその場観察用の専用治具が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された専用治具は、その場観察用の観察窓を有し、例えば、リチウムイオン電池等の使用時の温度と同等の温度環境下で測定できるように設計されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５５５７２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし今日、リチウムイオン電池等が今まで使用されてきた温度よりも高温で使用されるようになり、それに伴い、例えば、60[℃]以上、特に200[℃]まで加熱した高温環境下において、その場観察を行うことが必要とされている。そのような高温でのその場観察を行う場合に最も大きな障害となるのが顕微鏡の耐熱性、特に作動距離の短い高倍率の対物レンズの耐熱性である。
【０００５】
仮に、熱防御の対策を施さずに、標準的な作動距離3.5[mm]クラスの倍率（x50）のような高倍率の対物レンズを使用すると、レンズの先端部が試料からの熱で昇温する。そして、レンズを固定するために使用されている接着剤が劣化し、レンズが固定位置からずれることとなる。これにより、各レンズ間の距離やレンズの角度・位置にずれが生じる。よって、当初の光学性能が発揮されなくなり、極端な場合はレンズが剥離・落下することになる。
【０００６】
また、レンズの熱膨張係数とレンズ鏡筒の熱膨張係数の差から、レンズを締め付ける力が変化して、各レンズ間の距離等の位置ずれや最悪の場合には、レンズにクラックが発生することもある。
【０００７】
例えば、数1000[℃]の高温での試料の測定が可能な高温顕微鏡は市販されている。しかし、リチウムイオン電池等のその場観察に必要とされる倍率（x50）程度の高倍率対物レンズは、市販されていない。さらに、例えば、200[℃]の試料を観察した場合、陽炎のように像がゆらぐゆらぎが発生する。そのようなゆらぎ対策も必要となる。
【０００８】
市販されている標準対物レンズの使用可能温度は、一般的に60[℃]を上限とされている。そのため、60[℃]以上、特に、200[℃]に加熱した高温の試料を観察する場合には、次のような熱防御の対策を検討することになる。
【０００９】
すなわち、高温に加熱した試料と、対物レンズの先端との距離（作動距離）を大きくして、それらの間に熱の遮蔽物や空気の流れなど、高温に加熱した試料からの熱を防御するための対策を設ける。特に、熱の輻射・伝導・対流の各要素について対策する。また、積極的に対物レンズを冷却する機構を、対物レンズに内蔵もしくは追加する。
【００１０】
次に、上記の対策として、従来技術をもとに考えられる具体的な方法と、そのメリット・デメリットを説明する。まず、第１の具体的な方法として、市販の長作動距離レンズを使用する方法がある。長作動距離レンズを使用すれば、標準の高倍率レンズで数[mm]の作動距離を数十[mm]に大きくすることができる。この作動距離の増加により、熱の空気による伝導・対流を抑制することができる。この方法のメリットは、市販品のため入手が容易であるということである。一方、この方法のデメリットは、仕様の選択肢が限られることである。特に、リチウムイオン電池等のその場観察に必須である任意の厚さのガラス窓に対する厚さ補正が可能な高倍率レンズの市販品が存在しない。よって、明るさ、像の歪みなど標準レンズに比べ、顕微鏡の性能を100[%]発揮できない場合がある。さらに、熱の遮蔽物としてコールドフィルターがあるが、試料の温度が200[℃]では遮蔽効果が乏しい。実験では、200[℃]の温度の場合に、試料と対物レンズとの間に730[nm]〜1600[nm]の波長を90[%]以上カットするフィルターを設定しても、昇温防止の効果は数[℃]程度である。
【００１１】
次に、第２の具体的な方法として、対物レンズを仕様に合わせて新規設計する方法がある。高倍率で任意の厚さのガラス窓に対する厚さ補正が可能であり、ゆらぎ防止を考慮した冷却機能を含めた新規の対物レンズを設計することも可能ではあると考えられる。この方法のメリットは、所望する性能を得られるように設計することが可能であるということである。一方、この方法のデメリットは、設計費が数千万円必要で、レンズも数百万/1本と市販品の10倍以上する。このため、製品価格を考えると採用が難しい。一品物のため、設計・製作の期間が数ヶ月と時間が掛かり、最終結果は実機での検証が必要となる。対物レンズが劣化した場合の交換が価格・納期の点でも容易ではない。
【００１２】
次に、第３の具体的な従来方法として、市販の対物レンズにアタッチメントを付け、冷却する方法がある。この方法は、使用する顕微鏡の鏡筒に、市販のアタッチメントを取付け冷却する。この方法のメリットは、標準レンズを使うため、目的の仕様を維持しながら廉価で実現できることである。この方法のデメリットは、レンズ鏡筒から冷却を行うため、試料からの熱防御、特に高温試料に最も近い対物レンズの先端部の冷却ができないということである。また、200[℃]まで使用できるものは市販されていない。さらに、ゆらぎ対策を施されているものも市販されていない。市販されているものは、冷却水を循環する方法が多いため、漏水により光学系へのダメージの可能性がある。
【００１３】
上記で熱防御の対策を検討したが、その他で、高温に加熱した試料の観察に必要な対策として、ゆらぎの対策も検討しなければならない。ゆらぎの原因は、光路上の媒体の屈折率の変動に由来している。屈折率は、媒体の密度、特に温度に依存しているため、高温試料表面から対物レンズ表面までの間で温度の変動があれば、像が揺らいでしまう。このゆらぎは光路上の介在物や距離、レンズや試料近傍の気流の流れに依存する。このため、現状は、実像を見ながらの対策をしている。また、この温度の変動がある間隔が大きいほど、ゆらぎ量は大きくなる。そのため、ゆらぎを押さえるためには、１．温度差を少なくする、２．温度差のある部分の間隔を狭くする、３．温度差のある部分の温度の変化を少なくする、等が考えられる。個々の対物レンズの作動距離、測定する高温試料の表面の空気の流れ、断熱材と対物レンズとの間隔と空気の流れなど、個別の要因があるため、実際に測定しながら評価することが必須となる。よって、ゆらぎを抑制するパーケージ化されたものが市販されていない。さらに、上述した具体的な従来方法のどの対策を選ぶかにより、ゆらぎの対処方法も異なってくる。
【００１４】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、対物レンズを試料の熱から防御しつつ熱による像のゆらぎを抑制させる対物レンズ用冷却装置、対物レンズの冷却方法及び顕微鏡を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る対物レンズ用冷却装置は、先端レンズガラスが設けられた対物レンズ鏡筒の先端側の部分を覆い、前記対物レンズ鏡筒との間に第１の隙間を空けて設けられたフードと、前記フードの前記先端レンズガラスに対向する部分に形成された開口部に設けられ、前記先端レンズガラスとの間に第２の隙間を空けて設けられた窓ガラスと、前記フードに設けられた供給口及び排出口と、前記フードの外周面から、前記対物レンズ鏡筒の径方向外側に鍔状に張り出すように設けられた遮熱板と、を備え、前記供給口から供給された冷媒は、前記第１の隙間及び前記第２の隙間を通って前記排出口から排出される。このような構成とすることにより、対物レンズを高温の試料の熱から防御しつつ熱による像のゆらぎを減少させることができる。
【００１６】
また、前記供給口及び前記排出口は、前記対物レンズ鏡筒の軸に対して対称の位置に設けられ、前記第１の隙間を、前記供給口側の第１の隙間及び前記排出口側の第１の隙間に区分する前記軸の方向に延びた複数の仕切板が前記第１の隙間に設けられ、前記供給口側の第１の隙間及び前記排出口側の第１の隙間は、前記第２の隙間で連通している。このような構成により、熱による像のゆらぎを減少させることができる。
【００１７】
さらに、前記遮熱板は、前記対物レンズ鏡筒の軸方向において、前記供給口及び前記排出口と、前記窓ガラスとの間に配置されている。このような構成とすることにより、顕微鏡本体及び対物レンズを高温の試料の熱から防御することができる。
【００１８】
また、前記遮熱板は、樹脂を含み、表面を金メッキしたものである。このような構成により、熱の伝導を抑制し、熱の反射を向上させることができる。
【００１９】
さらに、前記第２の隙間における前記先端レンズガラスと前記窓ガラスとの間の距離は、0.5[mm]〜2.5[mm]である。このような構成とすることにより、冷却効果を向上させ、熱による像のゆらぎを減少させることができる。
【００２０】
前記冷媒の流量は、略3[L/min]である。このような構成とすることにより、冷却効果を向上させ、熱による像のゆらぎを減少させることができる。
【００２１】
また、観察対象の試料を含む高温試料容器と、前記遮熱板との間において、前記フードを取り囲むように設けられた断熱材をさらに備える。このような構成とすることにより、試料と窓ガラスとの間の空気の流れを抑制することができる。
【００２２】
さらに、前記フードは、前記対物レンズ鏡筒から分離でき、前記対物レンズ鏡筒に対して、取り付け、取り外し可能である。このような構成とすることにより、対物レンズの交換時間を短縮することができる。
【００２３】
本発明に係る対物レンズの冷却方法は、先端レンズガラスが設けられた対物レンズ鏡筒の先端側の部分を覆い、前記対物レンズ鏡筒との間に第１の隙間を空けるように設けられたフードと、前記フードの前記先端レンズガラスに対向する部分に形成された開口部に設けられ、前記先端レンズガラスとの間に第２の隙間を空けるように設けられた窓ガラスと、前記フードに設けられた供給口及び排出口と、前記フードの外周面から、前記対物レンズ鏡筒の径方向外側に鍔状に張り出すように設けられた遮熱板と、を備えた対物レンズ用冷却装置を、前記対物レンズ鏡筒の先端に装着する工程と、前記供給口から供給した冷媒を、前記第１の隙間及び前記第２の隙間を通って前記排出口から排出させる工程と、を有する。このような構成とすることにより、対物レンズを試料の熱から防御しつつ熱による像のゆらぎを減少させることができる。
【００２４】
本発明に係る顕微鏡は、上記対物レンズ用冷却装置を備える。このような構成とすることにより、対物レンズを試料の熱から防御しつつ熱による像のゆらぎを減少させることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、対物レンズを試料の熱から防御しつつ熱による像のゆらぎを減少させることができる対物レンズ用冷却装置、対物レンズの冷却方法及び顕微鏡を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態に係る対物レンズ用冷却装置を対物レンズ鏡筒に装着した状態を例示した断面図である。
【図２】実施形態に係る対物レンズ用冷却装置を例示した断面図である。
【図３】実施形態に係る対物レンズ用冷却装置を先端側から見た斜視図である。
【図４】実施形態に係る対物レンズ用冷却装置を例示した断面図である。
【図５】実施形態に係る対物レンズの冷却方法を例示したフローチャート図である。
【図６】実施形態に係る対物レンズ用冷却装置において、冷媒としてエアを供給した場合の流量、先端レンズガラスと窓ガラスとの間の隙間の間隔、先端レンズガラスの温度及びゆらぎの関係を例示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本実施形態の具体的構成について図面を参照して説明する。以下の説明は、本発明の好適な実施の形態を示すものであって、本発明の範囲が以下の実施の形態に限定されるものではない。以下の説明において、同一の符号が付されたものは実質的に同様の内容を示している。
【００２８】
（実施形態）
本実施形態は、顕微鏡の対物レンズを冷却するための対物レンズ用冷却装置に関する。まず、対物レンズ鏡筒及び対物レンズ用冷却装置の構成を説明する。
【００２９】
図１は、実施形態に係る対物レンズ用冷却装置を対物レンズ鏡筒に装着した状態を例示した断面図である。図１に示すように、対物レンズ鏡筒５０には、先端５１に先端レンズガラス５３が設けられている。対物レンズ鏡筒５０の中心軸５４は、先端レンズガラス５３の光軸と一致させている。
【００３０】
対物レンズ鏡筒５０の中心軸５４の方向において、先端５１へ向かう方向を先端５１側または先端５１方向という。中心軸５４において先端５１側と反対の根元５２へ向かう方向を根元５２側または根元５２方向という。対物レンズ鏡筒５０は、例えば、標準仕様の作動距離3.5[mm]クラスの高倍率レンズを有している。先端レンズガラス５３の先端５１方向には、試料６０が格納された高温試料容器６１の測定面６２が対向するように配置されている。試料６０は板ガラス６３で覆われている。対物レンズ用冷却装置１は、対物レンズ鏡筒５０の先端側に設けられている。
【００３１】
図２は、実施形態に係る対物レンズ用冷却装置を例示した断面図である。図３は、実施形態に係る対物レンズ用冷却装置を先端側から見た斜視図である。
【００３２】
図１〜３に示すように、対物レンズ用冷却装置１は、フード１０、窓ガラス２０、冷却エア供給口３１、冷却エア排出口３２、遮熱板４０を備えている。
【００３３】
フード１０は、対物レンズ鏡筒５０の先端５１側の部分を覆っている。フード１０は、円筒状の形状をした部材である。円筒状のフード１０の一方の端部１１は開口している。一方の端部１１の開口部１１ａに、対物レンズ鏡筒５０の先端５１を挿入する。これにより、対物レンズ鏡筒５０の先端５１側の部分は、フード１０に覆われる。フード１０の他方の端部１２には、開口部１２ａと開口部１２ａを囲む円環状の底面１３が設けられている。開口部１２ａの内径は、先端レンズガラス５３を通る光路を妨げない寸法となっている。円環状の底面１３は、径方向の内側に向かって先端５１側に突き出るように傾斜している。
【００３４】
フード１０は、対物レンズ鏡筒５０との間に隙間１４（第１隙間）を空けて設けられている。したがって、フード１０の内径は、対物レンズ鏡筒５０の外径よりも大きくなっている。フード１０の中心軸は、対物レンズ鏡筒５０の中心軸５４と一致するように設けられるのが好ましい。このように配置することにより、中心軸５４方向から見たときに、フード１０と対物レンズ鏡筒５０との間の隙間１４の間隔を均等にすることができる。フード１０を対物レンズ鏡筒５０の先端５１側の部分を覆うように配置させたとき、フード１０の開口部１２ａは、先端レンズガラス５３に対向する部分に位置している。
【００３５】
フード１０は、例えば、材料として、樹脂を含んでいる。そして、樹脂を含むフード１０は、表面を金メッキされている。このように、フード１０は樹脂を含むので、高温の試料からの熱の伝導を抑制することができる。また、フード１０は金メッキされているので、高温の試料からの熱を反射する。
【００３６】
窓ガラス２０は、フード１０の開口部１２ａに設けられている。開口部１２ａは、先端レンズガラス５３に対向する部分に形成されている。よって、窓ガラス２０は、先端レンズガラス５３に対向している。窓ガラス２０は、先端レンズガラス５３との間に隙間２１（第２隙間）を空けて設けられている。窓ガラス２０は円板状の部材である。窓ガラス２０の板面は、光軸及び中心軸５４に一致していることが好ましい。窓ガラス２０は、材料として、ガラスを含んでいる。窓ガラス２０の厚さは、例えば、0.1[mm]〜0.25[mm]である。
【００３７】
冷却エア供給口３１及び冷却エア排出口３２は、フード１０の端部１１の近傍に設けられている。冷却エア供給口３１及び冷却エア排出口３２は、中心軸５４に対して相互に対称の位置に設けられている。冷却エア供給口３１及び冷却エア排出口３２には、例えば、バルブが取り付けられている。冷却エア供給口３１は、冷媒、例えば、エア（空気）を供給する。冷却エア排出口３２は、対物レンズ鏡筒５０及び先端レンズガラス５３を冷却した冷媒を排出する。なお、図３では、冷却エア排出口３２は、バルブが外された状態のものとなっている。
【００３８】
遮熱板４０は、円環状の部材である。遮熱板４０は、中心軸５４方向において、冷却エア供給口３１及び冷却エア排出口３２と、窓ガラス２０との間のフード１０の外面から、対物レンズ鏡筒５０の径方向外側に鍔状に張り出すように設けられている。遮熱板４０は、高温試料容器６１からの熱を遮断する部材である。遮熱板４０は、材料として樹脂を含んでいる。また、樹脂を含む遮熱板４０は、表面を金メッキされている。遮熱板４０は樹脂を含むので、高温の試料からの熱の伝導を抑制することができる。また、遮熱板４０は金メッキされているので、高温の試料からの熱を反射する。
【００３９】
フード１０は、冷却エア供給口３１及び冷却エア排出口３２よりも根元５２側の部分に、対物レンズ鏡筒５０との間の隙間１４を密閉する密着部分１５を有している。例えば、フード１０の根元５２側の端部１１は、所定の幅の円環状のシール機構によって、対物レンズ鏡筒５０の外周面にシールされている。これにより、密着部分１５より先端５１側において、フード１０と対物レンズ鏡筒５０との間の隙間１４を密閉することができる。そして、冷却エア供給口３１から供給された冷媒は、隙間１４、隙間２１及び隙間１４を通って冷却エア排出口３２から排出される。密着部分１５において、フード１０のネジ穴１９で対物レンズ鏡筒５０にネジ止めしてもよい。また、フード１０は、対物レンズ鏡筒５０から分離することができる。フード１０は、対物レンズ鏡筒５０に対して、取り付け、取り外し可能に取り付けられている。
【００４０】
仕切板３３は、隙間１４において、例えば、２つ設けられ、中心軸５４に対して対称の位置に配置されている。各仕切板３３は、根元５２側の密着部分１５から先端５１側の開口部１２ａの周縁まで中心軸５４方向に延びている。仕切板３３によって、隙間１４を、冷却エア供給口３１側の隙間１４ａ及び冷却エア排出口３２側の隙間１４ｂに区分する。中心軸５４方向から見て、冷却エア供給口３１と冷却エア排出口３２とを結ぶ線は、２つの仕切板３３を結ぶ線と直交するように設けられている。仕切板３３により、冷却エア供給口３１から供給された冷媒は、先端レンズガラス５３と窓ガラス２０との間の隙間２１に容易に導かれる。
【００４１】
先端レンズガラス５３と窓ガラス２０の間の隙間２１には仕切板３３が設けられていない。よって、冷却エア供給口３１側の隙間１４ａ及び冷却エア排出口３２側の隙間１４ｂは、隙間２１で連通している。これにより、冷却エア供給口３１から隙間１４ａ、隙間２１及び隙間１４ｂを経て冷却エア排出口３２に至る冷媒の流路が形成される。したがって、冷却エア供給口３１から供給された冷媒は、隙間１４ａ、隙間２１及び隙間１４ｂを通って冷却エア排出口３２から排出される。
【００４２】
なお、隙間１４にさらに仕切板３３を設けることにより、冷却エア供給口３１から供給された冷媒の流路を複数設け、隙間１４を通る流路、隙間２１を通る流路に分けてもよい。これにより、前者にフード１０及び対物レンズ鏡筒５０の冷却を受け持たせ、後者に先端レンズガラス５３及び窓ガラス２０の冷却を受け持たせ、各流路の冷媒の流量を個別に設定することができる。
【００４３】
対物レンズ鏡筒５０の根元５２の近傍に、鏡筒冷却部５５が設けられていてもよい。鏡筒冷却部５５は、対物レンズ鏡筒５０におけるフード１０で覆われている部分よりも根元５２側の部分に冷媒、例えば、エアを吹き付ける。冷却エアの流量を、例えば、5[L/min]〜50[L/min]とする。鏡筒冷却部５５でエアを吹き付けることにより、遮熱板４０よりも根元５２側を冷却することができる。対物レンズ鏡筒５０の根元５２に複数の鏡筒冷却部５５を設けてもよい。
【００４４】
図４は、実施形態に係る対物レンズ用冷却装置を例示した断面図である。図４に示すように、断熱材７０は、観察対象の試料６０を含む高温試料容器６１と、遮熱板４０との間において、フード１０を取り囲むように設けられている。断熱材７０は、材料として、例えば、ポリイミドを含んでいる。断熱材７０の上面上には、断熱材７０の保護のため、ステンレス板７３が配置されていてもよい。
【００４５】
断熱材７０とフード１０との間には、隙間７１が設けられている。また、断熱材７０と遮熱板４０との間にも隙間７２が設けられている。隙間７１及び隙間７２を設けることにより、対物レンズ鏡筒５０及び高温試料容器６１間に振動が伝わることを抑制することができる。
【００４６】
断熱材７０の上方には、遮熱板４０が設けられている。遮熱板４０は、隙間７１及び隙間７２に入り込む空気の流れを抑制し、隙間７１及び隙間７２を密閉空間としている。よって、隙間７１及び隙間７２の空気のゆらぎを抑制することができる。試料６０と窓ガラス２０との間の距離は、対物レンズの作動距離により変化する。例えば、作動距離が5[mm]、10[mm]と長くなれば、それに応じて試料６０と窓ガラス２０との間の距離も長くなるので、断熱材７０の厚さも厚くする。
【００４７】
一般的に、対物レンズには、レンズを組立、調整する際に使用するネジがついた外周部が設けられている。また、対物レンズには、光学系の芯だし接着に使用する放射状に開けられた穴を覆うための「飾りリング」を有する外周部が設けられている。本実施形態の場合には、熱伝導が低下する外周部を外した状態でフード１０を設置する。これにより、効果的に対物レンズ鏡筒５０及び先端レンズガラス５３を冷却することができる。
【００４８】
次に、実施形態に係る対物レンズ用冷却装置１の動作として、対物レンズ用冷却装置１を用いた対物レンズの冷却方法を説明する。図５は、実施形態に係る対物レンズの冷却方法を例示したフローチャート図である。
【００４９】
まず、図５のステップＳ１に示すように、上述した対物レンズ用冷却装置１を、対物レンズ鏡筒５０の先端に装着する。このとき、フード１０と対物レンズ鏡筒５０との間に隙間１４を空け、窓ガラス２０と先端レンズガラス５３との間に隙間２１を空ける。
【００５０】
次に、図５のステップＳ２に示すように、高温試料容器６１と、遮熱板４０との間において、フード１０を取り囲むように断熱材７０を配置させる。なお、断熱材７０の配置は、ステップＳ１の前でもよいし、ステップＳ３の後でもよい。
【００５１】
次に、図５のステップＳ３に示すように、冷却エア供給口３１から供給させた冷媒、例えばエアを、隙間１４及び隙間２１に流し、冷却エア排出口３２から排出させる。このようにして、先端レンズガラス５３を冷却することによって、高温の試料からの熱を防御しつつ、像のゆらぎを抑制することができる。
【００５２】
図６は、実施形態に係る対物レンズ用冷却装置において、冷媒としてエアを供給した場合の流量、先端レンズガラスと窓ガラスとの間の隙間の間隔、先端レンズガラスの温度及びゆらぎの関係を例示した図である。図６に示すように、エアの流量を0[L/min]、3[L/min]、6[L/min]及び多量とし、先端レンズガラス５３と窓ガラス２０との間の隙間２１の間隔を0.5[mm]及び2.5[mm]としたときの先端レンズガラス５３の先端側の面の温度（以下、先端レンズガラス５３の温度という）及びゆらぎを測定した。
【００５３】
図６のNo1に示すように、エアの流量を0[L/min]とした場合に、隙間２１の間隔が0.5[mm]のときは、先端レンズガラス５３の温度は上昇し、観察が困難になる。しかしながら、ゆらぎは、無視できるもの（A判定）となっている。また、隙間２１の間隔が2.5[mm]のときは、先端レンズガラス５３の温度は上昇し、観察が困難になる。しかしながら、ゆらぎは無視できるもの（A判定）となっている。
【００５４】
図６のNo2に示すように、エアの流量を3[L/min]とした場合に、隙間２１の間隔が0.5[mm]のときは、先端レンズガラス５３の温度は、測定に影響がない程度に低く（A判定）、ゆらぎは無視できるもの（A判定）となっている。また、隙間２１の間隔が2.5[mm]のときは、先端レンズガラス５３の温度は、測定に影響がない程度に低く（A判定）、ゆらぎは許容範囲内のもの（B判定）となっている。
【００５５】
図６のNo3に示すように、エアの流量を6[L/min]とした場合に、隙間２１の間隔が0.5[mm]のときは、先端レンズガラス５３の温度は、測定に影響がない程度に低いが（A判定）、ゆらぎは大きく測定に影響が出るもの（C判定）となっている。また、隙間２１の間隔が2.5[mm]のときは、先端レンズガラス５３の温度は、測定に影響がない程度に低いが（A判定）、ゆらぎは大きく測定不能のもの（D判定）となっている。
【００５６】
図６のNo4に示すように、エアの流量を多量とした場合に、隙間２１の間隔が0.5[mm]のときは、先端レンズガラス５３の温度は、測定に影響がない程度に低い（A判定）が、ゆらぎは大きく測定不能のもの（D判定）となっている。また、隙間２１の間隔が2.5[mm]のときは、先端レンズガラス５３の温度は、測定に影響がない程度に低い（A判定）が、ゆらぎは大きく測定不能のもの（D判定）となっている。
【００５７】
このように、エアの流量に対して、先端レンズガラス５３の温度とゆらぎ量は、相反する関係がある。すなわち、エアの流量を大きくすると、先端レンズガラス５３の冷却効果は上がる。しかしながら、その場合には、像のゆらぎが増加する。一方、冷却エアの流量を小さくすると、像のゆらぎは減少する。しかしながら、先端レンズガラス５３の冷却効果は小さくなる。
【００５８】
図６に示すように、先端レンズガラス５３と窓ガラス２０の隙間の間隔を略2.5[mm]とすると、上記の相反は大きくなる。すなわち、エアの流量を大きくした場合に、ゆらぎが増加する割合が大きくなる。よって、先端レンズガラス５３の温度及びゆらぎがともにA判定となる冷却エアの流量が見出せない。一方、先端レンズガラス５３と窓ガラス２０の隙間の間隔を略0.5[mm]とすると、先端レンズガラス５３の温度及びゆらぎがともにA判定となる冷却エアの流量を見出すことができる。
【００５９】
以上から、冷媒の流量を略3[L/min]とした場合に、隙間２１における先端レンズガラス５３と窓ガラス２０との間の間隔は、0.5[mm]〜2.5[mm]であることが好ましい。この場合には、先端レンズガラス５３の冷却効果を高めつつ、像のゆらぎを抑制することができる。特に、冷媒の流量を略3[L/min]とした場合に、隙間２１における先端レンズガラス５３と窓ガラス２０との間の間隔を略0.5[mm]とすることが好ましい。
【００６０】
次に、実施形態に係る対物レンズ用冷却装置１の効果を説明する。本実施形態では、観察する対象の試料は、60[℃]以上の高温、特に、略200[℃]とされている。この場合に、先端レンズガラス５３が設けられた対物レンズ鏡筒５０の先端側の部分を覆うフード１０を、対物レンズ鏡筒５０との間に隙間１４を空けて設けるとともに、先端レンズガラス４３との間に隙間２１を空けて窓ガラス２０を設けている。これにより、隙間１４及び隙間２１に冷媒を流すことができるので、先端レンズガラス５３を含めた対物レンズ鏡筒５０の先端部分を試料の熱から防御することができる。
【００６１】
また、隙間１４を、仕切板３３により、冷却エア供給口３１側の隙間１４及び冷却エア排出口３２側の隙間１４に区分している。これにより、冷却エア供給口３１側から冷却エア排出口３２側への流路を形成することができる。また、冷却エア供給口３１側の隙間１４と冷却エア排出口３２側の隙間１４とを、隙間２１で連通させている。これにより、先端レンズガラス５３の冷却効果を向上させることができる。また、隙間２１を流れる冷媒を層流とすることができる。よって、隙間２１における像のゆらぎを抑制することができる。
【００６２】
窓ガラス２０と、先端レンズガラス５３との間の隙間の間隔を、0.5[mm]〜2.5[mm]、好ましくは、0.5[mm]とする。これにより、先端レンズガラス５３を冷却しつつ、像の揺らぎを抑制することができる。
【００６３】
窓ガラス２０と、先端レンズガラス５３との間の隙間に流す冷媒、例えば、エアの流量を、3〜6[L/min]、好ましくは、略3[L/min]とする。このときのエアは、例えば、室温と同じ20[℃]〜25[℃]の範囲とする。先端レンズガラス５３の温度と、対物レンズ冷却装置１の外部の温度との温度差は、窓ガラス２０及び隙間２１に生じている。したがって、隙間２１における空気の密度の変化が一定になるように、エアの流量を、3〜6[L/min]とすることで、像のゆらぎを抑制することができる。
【００６４】
観察対象の試料６０を含む高温試料容器６１と、遮熱板４０との間において、フード１０を取り囲むように断熱材７０を設けている。断熱材７０は、高温試料容器６１と窓ガラス２０との間の空気の流れを抑制している。また、遮熱板４０は、フード１０、高温試料容器６１及び断熱材７０の間の隙間７１及び隙間７２を覆っている。これにより、隙間７１及び隙間７２の空気の流れを抑制している。よって、高温試料容器６１の近傍及び窓ガラス２０の近傍では、高温の空気が対流をすることなく溜まっている。よって、ゆらぎの原因となる温度差の変化を抑制することができる。
【００６５】
フード１０に形成された開口部１２ａの内径は、先端レンズガラス５３の外径よりも大きくしている。よって、先端レンズガラス５３を通る光路を妨げない。窓ガラス２０の厚みを、石英硝子などの光学材料を使用して、0.1[mm]〜0.25[mm]としている。よって、所定の強度を有し、像の収差を最小とすることができる。
【００６６】
フード１０は、対物レンズ鏡筒５０から分離することができ、対物レンズ鏡筒５０に対して、取り付け、取り外し可能である。よって、対物レンズを交換する際には、対物レンズ鏡筒５０から、対物レンズ用冷却装置１を容易に取り外し、容易に取り付けることができる。これにより、対物レンズ交換にかかる時間を短縮することができる。また、対物レンズ用冷却装置１は、対物レンズ鏡筒５０から分離できるので、各種の対物レンズ鏡筒５０に取り付けることができる。
【００６７】
このように、本実施形態の対物レンズ冷却装置１は、市販の長作動距離のレンズで顕微鏡の性能を十分生かせない場合や、高価な特注レンズを使用する場合に比べ、最適仕様で廉価な標準レンズを使い、高温の試料を像のゆらぎを抑制させて観察することができる。
【００６８】
さらに、本実施形態の対物レンズ冷却装置１は、60[℃]以上、特に、200[℃]の高温の試料の観察に限らない。10[℃]〜-60[℃]の低温の温度領域で使用する時にも適用することができる。これにより、対物レンズの冷却による破壊や結露、ゆらぎ防止にも適用することができる。その際は、結露を防止するために、エアは、使用温度以下の露点に乾燥させた空気を用いる。また、試料６０の周囲の空気も、使用温度以下の露点に乾燥させた空気を用いる。乾燥空気は中空糸を使用したドライヤーもしくは、冷凍式ドライヤーなどを用いて生成する。また、加熱・冷却においては空気以外の気体として、不活性ガス、例えば、窒素ガスを使用することも可能である。
【００６９】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に、上記の実施形態よる限定は受けない。
例えば、冷媒として、不活性ガス、水、エチレングリコール等の気体及び液体を用いることができる。
【符号の説明】
【００７０】
１  対物レンズ用冷却装置
１０  フード
１１  端部
１１ａ  開口部
１２  端部
１２ａ  開口部
１３  底面
１４、１４ａ、１４ｂ  隙間
１９  ネジ穴
２０  窓ガラス
２１  隙間
３１  冷却エア供給口
３２  冷却エア排出口
３３  仕切板
４０  遮熱板
５０  対物レンズ鏡筒
５１  先端
５２  根元
５３  先端レンズガラス
５４  中心軸
５５  鏡筒冷却部
６０  試料
６１  高温試料容器
６２  測定面
７０  断熱材
７１  隙間
７２  隙間
７３  ステンレス板
【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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