JP3077339B2 - 赤外顕微鏡 - Google Patents

赤外顕微鏡

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JP3077339B2 JP03330442A JP33044291A JP3077339B2 JP 3077339 B2 JP3077339 B2 JP 3077339B2 JP 03330442 A JP03330442 A JP 03330442A JP 33044291 A JP33044291 A JP 33044291A JP 3077339 B2 JP3077339 B2 JP 3077339B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、試料を可視光によって
観察する光学系と試料の赤外スペクトルを測定する光学
系を備えた赤外顕微鏡に関し、特に、プリズムと試料と
を密着させて、試料界面における全反射スペクトルを測
定する赤外顕微鏡に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、可視光観察及び赤外測定が可能な
赤外顕微鏡には、透過測定モードと反射測定モードがあ
り、光学系切り換え手段により選択することができる。
【0003】図5に、透過測定モードで可視光により試
料を観察する場合に使用する光学系を示す。タングステ
ンランプ等の光源21からの照明光は、絞り23を通っ
てカセグレン鏡等の透過集光鏡25に入り、試料ステー
ジ26の上の試料に集められる。試料を透過した光は、
カセグレン鏡等の反射対物鏡27により集光され視野絞
り1の位置に結像される。観察する視野の範囲は、原則
として視野絞り1のアパーチャーの大きさで決定され
る。結像した光は、後のリレーレンズ29、32やハー
フミラー30、ミラー33又は接眼レンズ34等を通っ
て、観察者の肉眼に到達する。
【0004】図6に、透過測定モードで赤外光により試
料の赤外スペクトルを測定する場合に使用する光学系を
示す。赤外光導入口41を介して外部光源からの赤外光
を導入し、平面ミラー42、集光ミラー43によって絞
り23に至り、ミラー24を通って透過集光鏡25に入
り、試料ステージ26の上の試料に集められる。試料を
透過した光は、反射対物鏡27により集光され視野絞り
1の位置に結像される。測定する領域は、原則として視
野絞り1のアパーチャーの大きさで決定される。結像し
た赤外光は、平面ミラー44、45、集光ミラー46に
よってMCT検出器等の光電変換器47で受光され、透
過光量に応じた電気信号を得る。
【0005】図7に、反射測定モードで可視光により試
料を観察する場合に使用する光学系を示す。タングステ
ンランプ等の光源51からの照明光は、コンデンサーレ
ンズ52、リレーレンズ53、54等を通ってハーフミ
ラー31に入り、ミラー30、レンズ29を通って反射
対物鏡27に入り、試料ステージ26の上の試料に集め
られる。試料を反射した光は反射対物鏡27により集光
され視野絞り1の位置に結像される。観察する視野の範
囲は、図5の場合と同様に、原則として視野絞り1のア
パーチャーの大きさで決定される。結像した光は、後の
リレーレンズ29、32、ハーフミラー30、ミラー3
3又は接眼レンズ34等を通って、観察者の肉眼に到達
する。
【0006】図8に、反射測定モードで赤外光により試
料の赤外スペクトルを測定する場合に使用する光学系を
示す。赤外光導入口41を介して外部光源からの赤外光
を導入し、平面ミラー61、集光ミラー62によって集
光され、ハーフミラー28を通って反射対物鏡27に入
り、試料ステージ26の上の試料に集められる。試料を
反射した光は反射対物鏡27により集光され視野絞り1
の位置に結像される。測定する領域は、図6の場合と同
様に、原則として視野絞り1のアパーチャーの大きさで
決定される。結像した赤外光は、平面ミラー44、4
5、集光ミラー46によってMCT検出器等の光電変換
器47で受光され、反射光量に応じた電気信号を得る。
【0007】次に、このような赤外顕微鏡を用いて、試
料の全反射測定を行う場合を説明する。図4は、従来の
赤外顕微鏡の試料周辺の部分断面図であって、図4aは
可視観察モードの場合であり、図4bは、赤外測定モー
ドの場合である。
【0008】赤外測定モードにおいて、試料ステージ2
6を光軸方向に移動させることにより、試料ステージ2
6に載置された試料13と、反射対物鏡27の内部に位
置するプリズム3の底面部とを密着させて試料界面を形
成する。なお、プリズム3は、球を半分に分割した半球
状に形成されており、半球状の底面部と試料との接触面
積を多くするために、底面部は若干凸状に形成されてい
る。
【0009】次に、赤外光導入口41を介して外部光源
からの赤外光を導入し、所定の光学系を通り、部分ミラ
ー18及び反射対物鏡27を介して、赤外光束がプリズ
ム3に入射する。プリズム3に入射した赤外光束は、試
料界面での全反射の際に試料による吸収の影響を受け、
再びプリズム3から出射し、部分ミラー18及び反射対
物鏡27を介して、視野絞り1等を通過してMCT検出
器等の光電変換器47で受光され、反射光量に応じた電
気信号を得る。このようにして、試料の全反射測定を行
い、所定の演算処理により、試料の全反射スペクトルを
得ることができる。
【0010】一方、可視観察モードにおいて、光源51
から前述の光学系を通った照明光束が、可視レンズ17
により試料ステージ26の上の試料13に集光される。
このとき、赤外測定モードの焦点位置と可視観察モード
の焦点位置が異なるため、試料ステージ26を光軸方向
に移動させることによりピント調整を行う。試料13で
反射した光は、再び可視レンズ17及び前述の光学系を
通って、観察者の肉眼に到達する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
赤外顕微鏡において、全反射測定に使用するプリズムが
反射対物鏡の鏡枠に固定されており、黒色試料の全反射
測定の際にプリズム材料として赤外光の透過率が良好な
Geを用いた場合、Geは可視光を透過しないために、
可視観察モードの際に照明光束及び試料結像光が通過で
きず、可視観察が不可能であるという課題があった。従
って、赤外測定モード及び可視観察モードのどちらのモ
ードにも適用可能なプリズムの材料は、ZnSe等の高
価なものに限定されてしまうという課題があった。
【0012】また、プリズム材料としてZnSeやKR
S−5を用いた場合は、可視領域における屈折率が比較
的高いために、試料結像光がプリズムを通過すると可視
像が不明瞭となるという課題があった。また、プリズム
の底面部は、試料との接触を繰り返すにつれて、表面が
磨耗して凹凸になるため、光の散乱が増加して可視像が
次第に不明瞭となるという課題があった。そのため、作
業者はかなり不明瞭な可視像のままで試料位置決めを行
わなければならず、試料の位置決め精度の低下や作業の
非能率性を招いていた。
【0013】本発明は、前記課題を解決するため、赤外
測定モードと可視観察モードとでプリズムの位置を切り
換えるようにした赤外顕微鏡を提供することを目的とす
る。
【0014】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の赤外顕微鏡は、少なくとも光軸方向に移動
可能な試料ステージに載置された試料に、可視光を照射
して反射像を観察する可視観察用光学系と、前記試料と
反射対物鏡の内部に位置するプリズムの底面部とを密着
させて試料界面を形成し、前記試料界面における全反射
スペクトルを測定する赤外全反射測定用光学系を備えた
赤外顕微鏡において、前記プリズムの固定枠をレバーと
接続し、前記レバーを前記反射対物鏡のフレームに固定
された軸の回りに動かすことにより前記プリズムを移動
させる移動手段を設けることを特徴とする。
【0015】
【作用】前記構成によれば、赤外顕微鏡において、カセ
グレン鏡等の反射対物鏡の内部にあるプリズムを移動さ
せるためのプリズム移動手段が設けられたことにより、
可視観察モードの際にはプリズムが上方へ移動するた
め、可視光がプリズムを通らずに試料観察を行うことが
できる。従って、プリズムに使用できる材料の選択範囲
が拡がる。
【0016】また、プリズム材料の屈折率を考慮して、
所定の形状や寸法にプリズムを設計することにより、可
視光の焦点と赤外光の焦点が同軸上に位置することにな
り、試料ステージを光軸方向に移動するだけで赤外測定
モードと可視観察モードの切り換えを簡単に行うことが
できる。
【0017】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図1は、本発明に係る赤外顕微鏡の一
実施例の試料周辺の概略的な部分断面図である。
【0018】まず、赤外測定モードの場合を説明する。
プリズム3を下方に移動すると共に試料ステージ26を
上方に移動して、試料ステージ26に載置された試料1
3と半球状のプリズム3の底面部とを密着させて試料界
面を形成する。赤外光の入射光15がミラー2及びカセ
グレン鏡等の反射対物鏡27で反射して、プリズム3に
入射し、試料界面で全反射する。その際に、試料による
吸収の影響を受ける。そして、再びプリズム3から出射
し、反射対物鏡27及びミラー2で反射して、出射光1
6として取り出され、所定の光学系を通って光電変換器
47で受光され、反射光量に応じた電気信号を得る。
【0019】次に、可視観察モードの場合を説明する。
プリズム3を上方に移動すると共に試料ステージ26を
下方に移動して、試料13とプリズム3を離す。可視光
の入射光15がミラー2及びカセグレン鏡等の反射対物
鏡27で反射して、試料13に直接入射し、試料13の
表面で反射する。試料13で反射した光は、反射対物鏡
27及びミラー2で反射して、出射光16として取り出
され、所定の光学系を通って観察者の肉眼に到達する。
【0020】なお、プリズム3は、赤外通過性を有する
もので足り、可視光を通過しなくても構わないため、そ
の材質として、ZnSe、Ge、KRS−5、Si等の
赤外材料を用いることができる
【0021】図2は、本発明に係る赤外顕微鏡の一実施
例に用いられるプリズム移動手段の一例の概略図であっ
て、図2aは部分側面図であり、図2bは部分平面図で
ある。
【0022】プリズム3は、プリズム固定具8によって
プリズム枠7に固定される。レバー4を反射対物鏡27
のフレーム10に固定された軸5の回りに動かすことに
より、蝶番6を介して、プリズム3がガイド棒9に沿っ
て上下方向に移動する。
【0023】図3は、本発明に係る赤外顕微鏡の一実施
例に用いられるプリズム移動手段の他の例の概略的な部
分側面図である。プリズム3は、プリズム固定具8によ
ってプリズム枠7に固定される。支持棒12をフレーム
10に対して上下方向に動かすことにより、支持枠11
を介して、プリズム3がガイド棒9に沿って上下方向に
移動する。
【0024】
【発明の効果】以上詳説したように、本発明の赤外顕微
鏡は、カセグレン鏡等の反射対物鏡の内部にあるプリズ
ムを移動させるためのプリズム移動手段が設けられたこ
とにより、可視観察モードの際にはプリズムが上方へ移
動するため、プリズムに使用できる材料の選択範囲が拡
がり、従来プリズム材料に依存していた全反射測定の内
容が多様化して、例えばGeのプリズムを用いることに
より黒色試料の赤外スペクトル測定を精度良く行うこと
ができる。また、プリズム移動と試料ステージ移動だけ
で、赤外測定モードと可視観察モードの切り換えを簡単
に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る赤外顕微鏡の一実施例の試料周辺
の概略的な部分断面図である。
【図2】本発明に係る赤外顕微鏡の一実施例に用いられ
るプリズム移動手段の一例の概略図であって、図2aは
部分側面図であり、図2bは部分平面図である。
【図3】本発明に係る赤外顕微鏡の一実施例に用いられ
るプリズム移動手段の他の例の概略的な部分側面図であ
る。
【図4】従来の赤外顕微鏡の試料周辺の部分断面図であ
って、図4aは可視観察モードの場合であり、図4b
は、赤外測定モードの場合である。
【図5】透過測定モードで可視光により試料を観察する
場合に使用する光学系の概略図である。
【図6】透過測定モードで赤外光により試料の赤外スペ
クトルを測定する場合に使用する光学系の概略図であ
る。
【図7】反射測定モードで可視光により試料を観察する
場合に使用する光学系の概略図である。
【図8】反射測定モードで赤外光により試料の赤外スペ
クトルを測定する場合に使用する光学系の概略図であ
る。
【符号の説明】
1 視野絞り 2 ミラー 3 プリズム 4 レバー 5 軸 6 蝶番 7 プリズム枠 8 プリズム固定具 9 ガイド棒 10 フレーム 11 支持枠 12 支持棒 13 試料 15 入射光 16 出射光 17 可視レンズ 18 部分ミラー 21、51 光源 22、28、30、31 ハーフミラー 23 絞り 24、33 ミラー 25 透過集光鏡 26 試料ステージ 27 反射対物鏡 29、32、53、54 リレーレンズ 34 接眼レンズ 41 赤外光導入口 42、44、45、61 平面ミラー 43、46、62 集光ミラー 47 光電変換器 52 コンデンサーレンズ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも光軸方向に移動可能な試料ス
    テージに載置された試料に、可視光を照射して反射像を
    観察する可視観察用光学系と、前記試料と反射対物鏡の
    内部に位置するプリズムの底面部とを密着させて試料界
    面を形成し、前記試料界面における全反射スペクトルを
    測定する赤外全反射測定用光学系を備えた赤外顕微鏡に
    おいて、前記プリズムの固定枠をレバーと接続し、前記
    レバーを前記反射対物鏡のフレームに固定された軸の回
    りに動かすことにより前記プリズムを移動させる移動手
    段を設けることを特徴とする赤外顕微鏡。
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US6693280B2 (en) 2001-08-03 2004-02-17 Sensir Technologies, L.L.C. Mid-infrared spectrometer attachment to light microscopes

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