JP2001027729A

JP2001027729A - 顕微鏡

Info

Publication number: JP2001027729A
Application number: JP11199956A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Nakada; 靖史中田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1999-07-14
Filing date: 1999-07-14
Publication date: 2001-01-30

Abstract

(57)【要約】【課題】試料の分析位置の設定時の操作を簡単化す
る。【解決手段】メモリ４２には、予め各対物鏡２６１〜
２６３の倍率とそれぞれの合焦位置データを格納してお
く。操作者が入力部３２を介して試料２０の分析位置の
Ｘ−Ｙ座標と倍率とを指示すると、中央制御部４では、
その指示に応じてステージ２１を水平移動させると共に
所望の対物鏡が選択されるように、モータ２２、２３、
２７を駆動する。更に、メモリ４２から選択された対物
鏡に対応した合焦位置データを読み出し、合焦制御部４
１はモータ２４を制御して、ステージ２１をＺ軸方向に
移動させ合焦位置を見つける。このような一連の動作に
よって、分析位置の設定、倍率の設定及び合焦が自動的
に達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は顕微鏡に関し、更に
詳しくは、試料に赤外光を照射し、透過又は反射してく
る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する。

【０００２】

【従来の技術】赤外顕微鏡は、試料に赤外光を照射した
ときに該試料の表面で反射される赤外光（反射赤外光）
又は該試料を透過して来る赤外光（透過赤外光）のスペ
クトル（波長強度分布）を調べることにより該試料の分
析を行うための装置である。

【０００３】以下、反射測定の場合について説明する。
図５は、一般的な赤外顕微鏡の可視光学系の要部の構成
図である。試料を載置するためのステージ２１は、水平
の二軸方向（つまりＸ軸、Ｙ軸方向）と、垂直方向（つ
まりＺ軸方向）に移動が可能となっている。このステー
ジ２１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２５が備えられている。対物光学系２
５は、垂直軸Ｃを中心に回動自在の対物鏡ホルダ２６に
複数の対物鏡を装着できる構成を有しており、このホル
ダ２６を回転させて所望の対物鏡を光路上にセットす
る。

【０００４】可視光を発する光源２８を点灯させると、
その可視光は試料２０の表面で反射して対物鏡２６１に
導入される。対物鏡２６１で集光された試料像は、反射
鏡２９で反射されてＣＣＤカメラ３０へと入射され、試
料像が画像信号として出力される。なお、一般には、対
物光学系２５と反射鏡２９との間に、視野を制限するた
めのアパーチャが設けられているが、ここでは省略して
いる。このような可視光学系でもって試料２０の分析位
置を目視で確認したあと、図示しない赤外光の光源から
試料２０に赤外光を照射し、その反射光を対物鏡２６１
で集光する。そして、反射鏡２９で遮蔽されない部分の
光を、図示しない光検知器に導入して、赤外光の強度を
検出する。なお、赤外スペクトル測定時には、反射鏡２
９を光路中から退避させるようにしてもよい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の赤外顕微鏡にお
いて、上述のように、試料上の所望の分析位置を確認す
るために、操作者が行う手順は次の通りである。（１）試料２０の上の所望の、つまり分析したい領域が
視野に入るように、所定の操作を行ってステージ２１を
水平方向に移動させる。（２）拡大倍率を変更したい場合には、対物鏡ホルダ２
６を手で回転させて、所望の倍率を持つ対物鏡２６１が
光路上にくるようにする。（３）自動合焦（オートフォーカス）のための所定の操
作を行う。これにより、ステージ２１は自動的にＺ軸方
向に移動し、合焦位置で停止する。勿論、自動合焦の機
能を有さない顕微鏡では、操作者自らがステージ２１を
Ｚ軸方向に少しずつ移動させながら、目視で焦点が合っ
ているか否かを確認する。

【０００６】このように従来の赤外顕微鏡では、複数段
階の操作を順次行わなければならず、操作の手間が煩雑
であった。本発明はこのような点に鑑みて成されたもの
であり、その目的とするところは、分析のための操作を
簡略化することができる赤外顕微鏡を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明は、試料を保持するためのステージ
と、該試料に光を照射するための光源と、試料からの反
射光又は透過光を集光するべく前記ステージと対面して
配設され、倍率の相違する複数の対物光学素子を選択自
在に備えた対物光学系ホルダとを具備する顕微鏡におい
て、 a)ステージと対物光学素子との離間距離を変えるべく、
その何れか一方又は両方を反射光又は透過光の光軸方向
に移動させる第１の駆動手段と、 b)ステージを前記光軸方向と直交する面内で移動させる
第２の駆動手段と、 c)前記光軸上に挿入される対物光学素子を変更すべく、
前記対物光学系ホルダを作動させる第３の駆動手段と、 d)前記複数の各対物光学素子に応じた合焦位置に関する
光軸方向の位置情報を記憶しておくための記憶手段と、 e)試料の分析位置と倍率の選択とを指示するための操作
手段と、 f)該操作手段による操作に応じて第２及び第３の駆動手
段を制御し、ステージと対物光学系ホルダとを連動して
動作させると共に、前記記憶手段に格納しておいた位置
情報を用いて第１の駆動手段を制御して合焦を行う制御
手段と、を備えることを特徴としている。

【０００８】ここで、対物光学系ホルダは、例えば、光
軸に平行な軸を中心に回動自在な構成を有し、その軸の
周囲に複数の対物光学素子を配置したものとすることが
できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明に係る顕微鏡では、例え
ば、操作者が操作手段によりステージの目標位置座標と
所望の拡大倍率を指示すると、制御手段は、その指示に
応じた制御信号を第２及び第３の駆動手段にそれぞれ送
出する。これにより、試料の所望の分析位置が光軸近傍
にくるようにステージが移動すると共に、所望倍率の対
物光学素子が光軸上に挿入されるように対物光学系ホル
ダが連動して動く。更に、制御手段は、選択された対物
光学素子に対応する位置情報を記憶手段から読み出し、
これを参照して第１の駆動手段に制御信号を送出する。
これにより、ステージ又は対物光学系ホルダは相対的に
近付く方向又は離れる方向に移動し、焦点が合った位置
で停止する。このような一連の動作によって、所望の分
析位置の設定、拡大倍率の設定、及び合焦が達成され
る。

【００１０】また、本発明に係る顕微鏡では更に、前記
制御手段は、試料に対して実際に焦点が合ったときの光
軸方向の位置情報と、前記記憶手段に記憶されている、
そのときの対物光学素子に対応する位置情報との差に基
づいて試料の厚さを判断し、他の対物光学素子が選択さ
れたときに、その試料厚さを補正して合焦を行う構成と
することが好ましい。試料を交換しない場合、試料の厚
さは殆ど変わらない筈であるから、この構成によれば、
合焦に要する時間が大きく短縮できる。

【００１１】

【発明の効果】本発明に係る顕微鏡によれば、一度の操
作によって、所望の分析位置の設定、拡大倍率の設定、
及び合焦が達成されるので、操作が非常に簡単になり、
作業効率が向上する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例である赤外顕微鏡を
図面を参照して説明する。図２は本実施例の赤外顕微鏡
システムを示す構成図である。この赤外顕微鏡システム
１は、図２に示すように、主として分光分析部２と処理
・制御部３とから構成されている。

【００１３】分光分析部２は、赤外光及び可視光を試料
２０に照射するための光源部と、試料２０を載置してお
くためのステージ２１と、該ステージ２１を水平方向及
び垂直方向に移動させるための駆動機構と、試料２０か
らの反射光を収束させて視野制限用のアパーチャに試料
像を結像させるための対物光学系２５と、アパーチャを
通過した赤外光を受けて電気信号を出力する撮像部と、
を備えている。但し、図２では、試料２０、ステージ２
１及び対物光学系２５のみを図示している。

【００１４】他方、処理・制御部３はパーソナルコンピ
ュータにより具現化され、ＣＰＵ、メモリ等を内蔵する
中央制御部４と、表示手段であるディスプレイ５と、入
力手段であるマウス６及びキーボード７とから構成され
ている。勿論、入力手段としては他のもの、例えばタブ
レットなどを利用してもよい。試料２０の分析時に上記
分光分析部２の撮像部から出力される電気信号は中央制
御部４において画像信号に変換され、その画像信号はデ
ィスプレイ５へ送られる。而して、ディスプレイ５の画
面８にはアパーチャにより視野制限された試料像９が表
示される。

【００１５】図１は、この赤外顕微鏡における要部の詳
細構成図であって、主として可視光を用いた試料像の描
出に関連する部分を記載している。ステージ２１には、
それぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の三軸方向にそれぞれ直線的
往復動を行わせるモータ２２、２３、２４が備えられて
いる。また、ステージ２１の上方には、対物光学系２５
として、垂直軸を中心に回転可能な対物鏡ホルダ２６が
設けられており、対物鏡ホルダ２６には複数の、それぞ
れ倍率の異なる対物鏡２６１、２６２、２６３が取り付
けられている。この対物鏡は、例えばカセグレン式反射
対物鏡を用いることができる。対物鏡ホルダ２６は、回
動モータ２７により回転自在となっている。上記モータ
２２、２３、２４、２７は何れもステッピングモータで
あって、中央制御部４から送られてくる駆動パルス信号
の数に応じた角度だけ回転して所定の移動量を得るよう
になっている。勿論、これらモータはステッピングモー
タ以外のものでもよい。

【００１６】ステージ２１の上方には、試料２０に可視
光を照射する光源２８が設けられている。また、対物鏡
２６１、２６２、２６３を通過した光の光路中には反射
鏡２９がその光路中から退避可能に設けられている。反
射鏡２９が光路に挿入されたとき、反射した光はＣＣＤ
カメラ３０に導入され、ＣＣＤカメラ３０による撮像信
号はＡ／Ｄ変換器などを含んで構成される画像インタフ
ェイス３１に入力されて、所定のデータ形式に変換され
た後に中央制御部４へと送られる。

【００１７】中央制御部４は、合焦制御部４１、メモリ
４２、表示制御部４３、入力インタフェイス４４などを
機能的に含んでいる。表示制御部４３は、画像インタフ
ェイス３１から入力されるデータを処理してディスプレ
イ５に画像信号を送る。また、入力インタフェイス４４
は、上記マウス６やキーボード７などから成る入力部３
２から与えられる入力操作信号を受け取り、その操作に
応じた指示信号を作成する。

【００１８】なお、図１では、対物光学系２５と反射鏡
２９との間に配設されているアパーチャの記載を省略し
ている。アパーチャは、光路を挟んでそれぞれ対向して
設けられた２枚を１組とする２組のアパーチャ板を含ん
で構成され、そのアパーチャ板を光軸に近付く又は遠ざ
かる方向に移動させることによって、中央に形成された
アパーチャ開口の大きさや形状を変えるようにしてい
る。

【００１９】上記赤外顕微鏡を用いて分析を行う際の動
作は、次の通りである。まず、準備作業として、対物鏡
ホルダ２６に取り付けている各対物鏡２６１〜２６３の
拡大倍率と合焦位置情報を登録しておく。具体的には、
操作者は入力部３２の操作により、対物鏡ホルダ２６の
各取付位置に付されている番号に対応して、実際に取り
付けた対物鏡の拡大倍率を数値で入力する。このように
入力されたデータはメモリ４２に格納される。

【００２０】また、操作者は、次のようにして各対物鏡
に対する合焦位置情報を設定する。即ち、ステージ２１
に試料厚さが既知である（例えば極めて薄い）基準試料
を載置し、設定対象の対物鏡が光路上にくるように対物
鏡ホルダ２６を回転させ、光源２８を点灯させると共
に、反射鏡２９を光路中に挿入する。この状態では、ス
テージ２１上の比較的広い範囲から反射した光がＣＣＤ
カメラ３０に導入される。このＣＣＤカメラ３０により
撮影された画像は画像インタフェイス３１に取り込ま
れ、更に表示制御部４３を介してディスプレイ５の画面
８上に表示される。操作者は、この試料像を見ながら、
手動操作でＺ軸モータ２４によりステージ２１をＺ軸方
向に上下移動させ、最も焦点が合った位置において、入
力部３２により所定の操作を行う。すると、中央制御部
４は、そのときのＺ軸座標をその対物鏡に対応する合焦
位置データとして取得し、これをメモリ４２に格納す
る。対物鏡ホルダ２６に装着した対物鏡全てに対して上
述したような作業を行うことにより、ホルダ２６の取付
位置番号に対応して、拡大倍率と合焦位置データとが記
述されたテーブルが作成される。なお、一旦メモリ４２
に格納された上記データは電源を遮断したときにも保持
されるので、上述のような準備作業は、対物鏡を交換し
たときにのみ行えばよい。

【００２１】実際の分析に際しては、上記と同様に、可
視光の光源２８を点灯させて、ＣＣＤカメラ３０で撮影
した画像をディスプレイ５の画面上に描出させる。操作
者は、この画面を見ながら、入力部３２で適宜の操作を
行うことにより、試料２０の上の所望の分析位置を指示
する。分析位置の指示は、Ｘ−Ｙ軸座標で直接的に指示
することもできるし、また、Ｘ軸又はＹ軸方向に所定ス
テップずつ移動させてゆくようにすることもできる。ま
た、必要に応じて、他のキー操作によって、使用する対
物鏡を選択する。この選択のために、先にメモリ４２に
格納されている対物鏡の拡大倍率を読み出してこれを画
面上に表示し、その中から選択できるようにするとよ
い。

【００２２】中央制御部４は、Ｘ−Ｙ座標における移動
量とそのような移動を実現するために必要なモータ駆動
パルス数との関係を、予めテーブル又は計算式として保
持している。従って、上述のようにステージ２１の移動
量や目標位置座標が与えられると、該テーブル又は計算
式を用いて、Ｘ軸、Ｙ軸それぞれに必要な駆動パルス数
を算出する。また、指示された拡大倍率を有する対物鏡
が選択されるように、現在設定されている対物鏡から目
的の対物鏡まで回動させるに必要な駆動パルス数を算出
する。そして、Ｘ軸モータ２２、Ｙ軸モータ２３及び回
動モータ２７に対しそれぞれ算出された数に応じた駆動
パルス信号を送出する。すると、ステージ２１は水平方
向に移動し、それに連動して対物鏡ホルダ２６は回動す
る。

【００２３】そのあと、指示された対物鏡に対応する合
焦位置データをメモリ４２から読み出し、合焦制御部４
１は、その値を初期位置として合焦動作を実行する。即
ち、Ｚ軸モータ２４により、その初期位置からスタート
し、対物鏡から遠ざかる方向に所定ステップ長ずつステ
ージ２１を移動させる。通常、試料２０は上記基準試料
より厚いため、対物鏡と試料面との間の離間距離は、合
焦となる距離よりも短くなっている。従って、ステージ
２１を対物鏡から遠ざかる方向に移動させてゆくと、焦
点が合う方向に向かう。ステージ２１を移動させる毎
に、ＣＣＤカメラ３０により試料２０の像に対応した画
像データを取得し、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わ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２１を移動させるべ
くＺ軸モータ２４を制御する。而して、操作者により指
示された分析位置と倍率とが設定されたあと、焦点が合
う。

【００２４】こうして合焦を行った後に、必要に応じて
アパーチャの設定作業を行い、可視光を消灯する代わり
に赤外光を試料２０に照射する。そして、反射鏡２９を
光路中から退避させ、対物鏡で集光された光を図示しな
い赤外撮像部へ導入し、赤外スペクトルを取得する。

【００２５】或る試料に対して一旦上述したような合焦
動作を行ったあとに、倍率を変えて、つまり他の対物鏡
を選択して同一試料の分析又は目視確認を行う場合に
は、より簡便で迅速な合焦が可能である。

【００２６】即ち、上述したような合焦が達成される
と、中央制御部４はそのときのＺ軸方向の位置座標と、
その対物鏡に対応してメモリ４２に格納されている合焦
位置データとの差を計算してメモリ４２に記憶させる。
仮に試料２０の厚さが基準試料と同一であれば両者は一
致する筈であるが、実際には両者の厚さの相違分だけ値
は相違している。従って、上記差分は、そのときにステ
ージ２１に載置されている試料２０の厚さに応じた値と
なる。

【００２７】次に合焦動作が実行される際に、中央制御
部４は、その直前の測定から倍率が変更されていた場
合、その倍率に対応する合焦位置データをメモリ４２か
ら読み出すと共に、メモリ４２に記憶されている試料厚
さの対応値を読み出し、その両者を基に合焦動作の初期
位置を決める。試料が交換されてさえいなければ、この
初期位置は合焦位置にきわめて近いものとなる筈である
から、合焦動作に要する時間は大幅に短縮化される。

【００２８】次に、本発明の他の実施例を図３、図４を
参照して説明する。図３に示すように、この実施例によ
る赤外顕微鏡では、上記図１に示す構成に加えて、中央
制御部４に仮想枠作成部４５を含んでいる。相対的に低
倍率の対物鏡がセットされているとき、仮想枠作成部４
５は、入力インタフェイス４４を介して与えられる入力
指示信号に応じて、高倍率の対物鏡を用いた場合に表示
される範囲を示す矩形状の仮想枠を作成する。この仮想
枠は、表示制御部４３においてＣＣＤカメラ３０から取
り込まれた画像に重畳されてディスプレイ５の画面８に
表示される。図４は、このときのディスプレイ５の表示
画面の一例を示している。画面８内には、ＣＣＤカメラ
３０により撮影された、低倍率の対物鏡に対応した表示
枠５０の内側に試料像５１が描出され、それに重畳して
仮想枠５２が表示されている。

【００２９】この仮想枠５２の大きさは対物鏡の拡大倍
率に応じて決まっているが、その位置は入力部３２、つ
まりマウスやカーソルキーの操作により移動可能となっ
ている。例えば、図４に示すように、点線で示す仮想枠
５２’の位置から実線で示す仮想枠５２の位置に移動が
可能である。操作者がこのような移動操作を行うと、中
央制御部４ではそれに応じたＸ−Ｙ座標と対物鏡の選択
とを認識し、それに対応して上述のようにモータ２２、
２３、２７を駆動する。この実施例の構成では、操作者
は画面表示によって、予め拡大位置を視認することがで
きるので、操作が一層容易になる。

【００３０】上記実施例では、上述したように対物鏡の
拡大倍率と合焦位置情報とを設定する際に、同時にＺ軸
方向の可動範囲を座標で設定できるようにしておいても
よい。このような可動範囲が設定されている場合には、
合焦のためにステージ２１をＺ軸方向に移動させる際
に、その可動範囲に応じて移動量を制限する。これによ
り、例えば、通常よりも長い対物鏡をホルダ２６に装着
する場合に、対物鏡がステージに衝突することを未然に
防止できる。

【００３１】なお、上記実施例は何れも一例であって、
本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正を行えることは明
らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である赤外顕微鏡システム
の構成図。

【図２】本実施例の赤外顕微鏡システムの全体構成
図。

【図３】本発明の他の実施例である赤外顕微鏡システ
ムの要部の構成図。

【図４】本発明の他の実施例によるディスプレイの表
示画面の一例を示す図。

【図５】従来より知られている赤外顕微鏡の可視光学
系の要部の構成図。

【符号の説明】

１…赤外顕微鏡システム２…分光分析部３…処理・制御部４…中央制御部（制御手段）５…ディスプレイ２０…試料２１…ステージ２２…Ｘ軸モータ（第２の駆動手段）２３…Ｙ軸モータ（第２の駆動手段）２４…Ｚ軸モータ（第１の駆動手段）２５…対物光学系２６…対物鏡ホルダ（対物光学系ホルダ）２６１、２６２、２６３…対物鏡（対物光学素子）２７…回動モータ（第３の駆動手段）２８…光源２９…反射鏡３０…ＣＣＤカメラ３２…入力部（操作手段）４１…合焦制御部（制御手段）４２…メモリ（記憶手段）

フロントページの続きＦターム(参考） 2G059 AA05 BB00 CC00 DD13 EE01 EE02 EE12 FF03 GG00 HH01 HH02 JJ13 KK04 MM09 MM10 PP04 2H052 AA00 AB05 AB06 AB25 AC04 AC05 AC13 AC14 AD09 AD18 AD20 AD33 AF07 AF14 AF23 AF24 5C054 CA05 CC02 CC05 EH01 FA00 FE12 HA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料を保持するためのステージと、該試
料に光を照射するための光源と、試料からの反射光又は
透過光を集光するべく前記ステージと対面して配設さ
れ、倍率の相違する複数の対物光学素子を選択自在に備
えた対物光学系ホルダとを具備する顕微鏡において、 a)ステージと対物光学素子との離間距離を変えるべく、
その何れか一方又は両方を反射光又は透過光の光軸方向
に移動させる第１の駆動手段と、 b)ステージを前記光軸方向と直交する面内で移動させる
第２の駆動手段と、 c)前記光軸上に挿入される対物光学素子を変更すべく、
前記対物光学系ホルダを作動させる第３の駆動手段と、 d)前記複数の各対物光学素子に応じた合焦位置に関する
光軸方向の位置情報を記憶しておくための記憶手段と、 e)試料の分析位置と倍率の選択とを指示するための操作
手段と、 f)該操作手段による操作に応じて第２及び第３の駆動手
段を制御し、ステージと対物光学系ホルダとを連動して
動作させると共に、前記記憶手段に格納しておいた位置
情報を用いて第１の駆動手段を制御して合焦を行う制御
手段と、を備えることを特徴とする顕微鏡。