JP3121902U

JP3121902U - 赤外顕微鏡

Info

Publication number: JP3121902U
Application number: JP2006001584U
Authority: JP
Inventors: 誠治武内
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2006-03-07
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2016-03-07

Abstract

【課題】従来の構成では、赤外顕微鏡の倍率が高く可視画像の視野が狭いため、ステージに載置した微小試料を探すために、該ステージを頻繁に移動する必要があり、これはたいへんに煩雑で時間の掛かる作業であった。
【解決手段】本考案の赤外顕微鏡は、赤外線波長領域で、光を試料２に照射し透過又は反射する光を半導体検出器８で検出することにより顕微分光を行い、かつ可視画像を観察することができる赤外顕微鏡において、試料２の低倍率可視画像を記憶する手段、前記低倍率可視画像上で任意の位置を指定する手段、前記任意の位置の高倍率可視画像と赤外吸収スペクトルを得る手段とを備えるものである。
【選択図】図１

Description

本考案は、試料に赤外光を照射して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。

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た顕微鏡である。近年フーリエ変換赤外分光法の高感度化を利用した顕微鏡が開発され、これはフーリエ変換赤外分光光度計（以下ＦＴＩＲと言う）と赤外顕微鏡を組み合わせたシステムで、その空間分解能は約１０μｍである。

赤外顕微鏡は室温、常圧で非破壊で分析できるので、測定可能な試料の範囲は広い。微粒子、材料中の異物や欠陥、複合材料の組成分析、生物組織の研究、材料の組成、構造、結晶化度、分子や結晶の異方性等の研究に使われる。その原理の一例は、ＦＴＩＲ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、凹面鏡を用いて約１ｍｍに絞られて試料に当てられる。対物鏡はカセグレン型で１０〜４０倍程度の倍率を有している。試料の測定領域を透過又は反射した光のみを検出するため、試料部あるいは結像部に絞り（可変アパーチャ）が置かれ、絞り（可変アパーチャ）を通った光は集光され微小面積の半導体検出器で検出され、フーリエ変換して赤外スペクトルを得るものである。

赤外顕微鏡を用いた測定においては、通常、まず移動可能なステージ上に置いた試料を可視光で観察することにより測定領域の位置と大きさを決め、その後に、ＦＴＩＲの干渉計で生成した赤外光を上記測定領域に照射し、その反射光又は透過光を半導体検出器で検出し、フーリエ変換して上記測定領域の赤外スペクトルを求める。測定領域の観察は、接眼レンズ等を介して直接目視で行う場合とＣＣＤカメラ等の撮像装置で取得した画像を表示装置等に表示する場合とがあるが、いずれにしても赤外光とは異なる可視光を試料に照射し、その反射光又は透過光を半導体検出器とは異なる位置に配設された接眼レンズやＣＣＤカメラに導入する必要がある。

上記の赤外顕微鏡の一般的な構成では、試料からの反射光又は透過光を導く光路上に進退自在な反射鏡を設置し、赤外光測定時には前記反射鏡を光路中に進出させ、該反射鏡で反射させた赤外光を半導体検出器に導入し、一方、可視光による測定領域の観察時には、該反射鏡を光路中から退避させ、直進させた可視光をＣＣＤカメラ又は接眼レンズに導くといった切り替えが行われる。そのため、可視光による試料の測定領域の観察と、赤外光による赤外スペクトル測定とを同時に行うことはできない。

一方、以下の構成により、可視光による試料の測定領域の観察と、赤外光による赤外スペクトル測定とを同時に行うことができる。すなわち、ＦＴＩＲの干渉計において、赤外干渉光を生成するための移動鏡の往動期間中には反射鏡を光路中に挿入し、赤外干渉光を試料に照射してその透過光又は反射光を半導体検出器に導入する。一方、移動鏡の方向転換及び復動期間中には前記反射鏡を光路中から退避させ可視光を試料に照射してその透過光又は反射光をＣＣＤカメラに導入し、可視画像を表示装置に表示する。移動鏡の１往復動期間中に両動作モードを１回ずつ行い、これを繰り返すことで可視光による試料の測定領域の観察と赤外光による赤外スペクトル測定とを擬似的に同時並行して行う（例えば特許文献１など参照）。
特開２００５−１９５８０１号公報

赤外顕微鏡を用いた測定においては、通常、まず移動可能なステージ上に置いた試料を可視光で観察することにより測定領域の位置と大きさを決めるが、従来の構成では、赤外顕微鏡の倍率が高く可視画像の視野が狭いため、上記ステージに載せた微小試料を探すために、該ステージを頻繁に移動する必要があり、これはたいへんに煩雑で時間の掛かる作業であった。

本考案は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ステージに載せた微小試料を短時間に探すことができる赤外顕微鏡を提供することを目的とする。

本考案は上記課題を解決するために、赤外線波長領域で、光を試料に照射し透過又は反射する光を半導体検出器で検出することにより顕微分光を行い、かつ可視画像を観察することができる赤外顕微鏡において、試料の低倍率可視画像を記憶する手段と、光軸芯位置を原点としこの原点位置からの前記低倍率可視画像上の位置を特定する手段と前記特定された位置を原点位置へ移動させる手段と前記特定された位置の高倍率可視画像から赤外吸収スペクトルを得る手段とを備えるものである。

以上説明したように、本考案の赤外顕微鏡によれば、ステージに載せた微小試料を短時間に探すことができる。
また、低倍率可視画像に映った範囲内であれば何回でも、短時間に指定位置を変更することができ、該指定位置の赤外スペクトルを得ることができる。

前記赤外顕微鏡は、前記任意の位置の高倍率可視画像に関し、オートフォーカス機能により鮮明な画像を得る手段を備える。
前記赤外顕微鏡において、前記高倍率可視画像上の該指定位置は、前記ステージの光路と直角方向の微動などによる位置微調整手段により、微調整される。
前記赤外顕微鏡は、前記高倍率可視画像および低倍率可視画像の拡大率を変更する手段を備える。

以下、本考案の一実施例である赤外顕微鏡を図１と図２を参照して説明する。図１は、本考案の赤外顕微鏡の一構成例を示すブロック図である。図２は、本考案の表示装置に表示される画像の一例を示す。

図１に示すように本考案の赤外顕微鏡は、試料２を載置するステージ１、赤外光を発生する干渉計を備えたＦＴＩＲ５、カセグレン鏡からなる高倍率対物鏡３、低倍率可視画像を得るとき使用する低倍率レンズ４、試料２上の測定領域を決めるための絞り（可変アパーチャ）６、可視画像を得るときに使用する可視光光源７、赤外線を検出する半導体検出器８、可視画像を撮像するＣＣＤカメラ９、パソコンなどからなり本装置の制御をする制御部１０、可視画像などを表示する表示装置１１、制御部１０からの制御信号に従いステージを駆動するステージ駆動装置１２（例えば、Ｘ−Ｙテーブルに組み込まれたリニアスライダにより駆動されるステージ駆動装置）などから構成される。

図１において、高倍率対物鏡３は、光路中に配置されているが、前記低倍率可視画像を得るときは、低倍率レンズ４が光路中に配設される。すなわち、高倍率対物鏡３と低倍率レンズ４とは、どちらか一方を光路中に配設する切り替え機構（例えば、高倍率対物鏡３と低倍率レンズ４をターレットに配設しモーターにより回転させ切り替えるものである）に搭載されている。

図２に示す低倍率可視画像１３は、次のようにして得られる。可視光光源７から出た可視光はハーフミラー２１で折り曲げられ、高倍率対物鏡３と切り替えられて光路中に配設された低倍率レンズ４で集光され、試料２に照射される。試料２からの反射光は低倍率レンズ４を通過し、ＣＣＤカメラ９で試料２の低倍率の画像として撮像される。制御部１０は前記低倍率の画像を記憶し、表示装置１１に低倍率可視画像１３として表示する。同時に、制御部１０はステージ１の初期位置を画像とともに記憶する。低倍率可視画像１３の原点（光軸芯）Ａは画面の中心になるようにＣＣＤカメラ９が調整され、予め大きさが既知の校正用試料を観察し校正をすることにより画像上の座標（ｘ、ｙ）がステージ１上の座標（Ｘ、Ｙ）として特定される。

低倍率可視画像１３の画面上で赤外スペクトル測定をする位置（ｘ、ｙ）にマウスカーソル１５を移動して、マウスをクリックすると、制御部１０はステージ駆動装置１２に信号を送り、ステージ１を横方向に−Ｘ縦方向に−Ｙ移動させ、ステージ１上の赤外スペクトル測定をする場所を原点（光軸芯）Ａと一致させる。ここで、低倍率レンズ４を高倍率対物鏡３に切り替え光路中に配設すると、可視光光源７から出た可視光はハーフミラー２１で折り曲げられ、高倍率対物鏡３で集光され、試料２に照射される。試料２からの反射光は高倍率対物鏡３を通過し拡大され、ＣＣＤカメラ９で試料２の高倍率の画像として撮像される。制御部１０は前記高倍率の画像をリアルタイムで、表示装置１１に高倍率可視画像１４（図２参照）として表示する。
その後に、可視光光源７を消灯し、ＦＴＩＲ５の干渉計で生成した赤外光はハーフミラー２２で折り曲げられ高倍率対物鏡３で集光され測定領域に照射される。その反射光は高倍率対物鏡３で拡大されミラー２０で折り曲げられ半導体検出器８で検出され、フーリエ変換され上記測定領域の赤外スペクトルが求められる。図からわかるように、ハーフミラー２１は観察時のみ、ミラー２０とハーフミラー２２はスペクトル測定時のみ光路に挿入されるように切り替わる。

次に別の場所の赤外スペクトル測定をする場合は、前記低倍率可視画像１３上で所望の場所へマウスカーソル１５を移動して、新たにマウスをクリックすると、前回と同様に制御部１０はステージ駆動装置１２に信号を送り、ステージ１を移動させ、該場所の高倍率の画像を表示装置１１に表示させる。その後該場所の赤外スペクトルが求められる。

本考案が提供する第２の実施例は透過法方式であり、図３と図２を参照して説明する。図３は、本考案の透過／反射切替式赤外顕微鏡の一構成例を示すブロック図である。図２は、本考案の表示装置１１に表示される画像の一例を示す。

図３に示すように本考案の赤外顕微鏡は、光通過孔を有し試料２を載置するステージ１６、赤外光を発生する干渉計を備えたＦＴＩＲ５、透過法と反射法を切り替える透過／反射切替ミラー２３、透過／反射切替ミラー２３を駆動する駆動部２４、カセグレン鏡からなる集光鏡１７、カセグレン鏡からなる高倍率対物鏡３、低倍率可視画像を得るとき使用する低倍率レンズ４、試料２上の測定領域を決めるための絞り（可変アパーチャ）６、可視画像を得るときに使用する可視光光源７、赤外線を検出する半導体検出器８、可視画像を撮像するＣＣＤカメラ９、パソコンなどからなり本装置の制御をする制御部１０、可視画像などを表示する表示装置１１、制御部１０からの制御信号に従いステージ１６を駆動するステージ駆動装置１２などから構成される。

図３において、本実施例の透過／反射切替ミラー２３は実線と点線のどちらか一方の状態に駆動部２４により配設されるが、透過法方式の場合は、実線の状態である。
また、高倍率対物鏡３は、光路中に配置されているが、低倍率可視画像を得るときは、低倍率レンズ４が光路中に配設される。すなわち、高倍率対物鏡３と低倍率レンズ４とは、どちらか一方を光路中に配設する切り替え機構に搭載されている。

図２に示す低倍率可視画像１３は、次のようにして得られる。可視光光源７から出た可視光はハーフミラー２１で折り曲げられ、高倍率対物鏡３と切り替えられて光路中に配設された低倍率レンズ４で集光され、試料２に照射される。試料２の反射光は低倍率レンズ４を通過し、ＣＣＤカメラ９で試料２の低倍率の画像として撮像される。制御部１０は前記低倍率の画像を記憶し、表示装置１１に低倍率可視画像１３として表示する。同時に、制御部１０はステージ１６の初期位置を画像とともに記憶する。低倍率可視画像１３の原点（光軸芯）Ａは画面の中心になるようにＣＣＤカメラ９が調整され、予め大きさが既知の校正用試料を観察し校正をすることにより画像上の座標（ｘ、ｙ）がステージ１６上の座標（Ｘ、Ｙ）として特定される。

低倍率可視画像１３の画面上で赤外スペクトル測定をする位置（ｘ、ｙ）にマウスカーソル１５を移動して、マウスをクリックすると、制御部１０はステージ駆動装置１２に信号を送り、ステージ１６を横方向に−Ｘ縦方向に−Ｙ移動させ、ステージ１６上の赤外スペクトル測定をする場所を原点（光軸芯）Ａと一致させる。ここで、低倍率レンズ４を高倍率対物鏡３に切り替え光路中に配設すると、可視光光源７から出た可視光はハーフミラー２１で折り曲げられ、高倍率対物鏡３で集光され、試料２に照射される。試料２の反射光は高倍率対物鏡３を通過し拡大され、ＣＣＤカメラ９で試料２の高倍率の画像として撮像される。制御部１０は前記高倍率の画像をリアルタイムで、表示装置１１に高倍率可視画像１４（図２参照）として表示する。
その後に、可視光光源７を消灯し、ＦＴＩＲ５の干渉計で生成した赤外光は透過／反射切替ミラー２３およびミラー２５、ミラー２６で折り曲げられ集光鏡１７で集光され測定領域に照射される。その透過光は高倍率対物鏡３で拡大されミラー２０で折り曲げられ半導体検出器８で検出され、フーリエ変換され上記測定領域の赤外スペクトルが求められる。

図３において、ミラー２０は透過法方式と反射法方式でのスペクトル測定時のみ、ハーフミラー２１は透過法方式と反射法方式での観察時のみ光路に介入されるよう切り替わる。また、ハーフミラー２２は反射法方式の場合のみ、透過／反射切替ミラー２３は透過法方式の場合のみ光路に介入されるよう切り替わる。

図３に示す上記実施例においては、試料２を通過した透過光の測定について述べてきたが、透過／反射切替ミラー２３が点線の状態に配設され、赤外光がハーフミラー２２に入射し、ハーフミラー２２で折り曲げられ、試料２に照射され、その反射光を測定するすなわち、反射法方式の場合においても本考案は適応可能である。

本考案は、微小試料に赤外光を照射して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微小試料の分析を行う赤外顕微鏡に関する。

本考案の赤外顕微鏡の一構成例を示すブロック図である。本考案の表示装置に表示される画像の一例を示す。本考案の透過／反射切替式赤外顕微鏡の一構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１ステージ
２試料
３高倍率対物鏡
４低倍率レンズ
５ＦＴＩＲ
６絞り（可変アパーチャ）
７可視光光源
８半導体検出器
９ＣＣＤカメラ
１０制御部
１１表示装置
１２ステージ駆動装置
１３低倍率可視画像
１４高倍率可視画像
１５マウスカーソル
１６ステージ
１７集光鏡
２０ミラー
２１ハーフミラー
２２ハーフミラー
２３透過／反射切替ミラー
２４駆動部
２５ミラー
２６ミラー
Ａ原点（光軸芯）

Claims

赤外線波長領域で、光を試料に照射し透過又は反射する光を半導体検出器で検出することにより顕微分光を行い、かつ可視画像を観察することができる赤外顕微鏡において、試料の低倍率可視画像を記憶する手段と、光軸芯位置を原点としこの原点位置からの前記低倍率可視画像上の位置を特定する手段と、前記特定された位置を原点位置へ移動させる手段と、前記特定された位置の高倍率可視画像から赤外吸収スペクトルを得る手段とを備えたことを特徴とする赤外顕微鏡。