JP3143458U

JP3143458U - シュバルツシルド式反射対物鏡およびシュバルツシルド式反射対物鏡を備えた赤外顕微鏡

Info

Publication number: JP3143458U
Application number: JP2008003030U
Authority: JP
Inventors: 豊彦田中
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2008-05-12
Filing date: 2008-05-12
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2018-05-12

Abstract

【課題】構造が簡単で正確なデータが得られかつ可視観察をしながら赤外スペクトルの測定ができる赤外顕微鏡のシュバルツシルド式反射対物鏡を提供する。
【解決手段】試料Ｓを出射する光は凹面鏡１で反射され、次に凸面鏡２で反射され集光点Ｆに集光される。シュバルツシルド式反射対物鏡では中心軸近傍の光は利用できない構造であり、凸面鏡２の中央に開孔を設け可視観察ユニット３を配設しても光量ロスは生起しない。可視観察ユニット３に接続されるケーブル３ａは使用される光の中に配設されるが、光束が広い部位に配設されており光量ロスは僅かである。当該シュバルツシルド式反射対物鏡を赤外顕微鏡で使用した場合、光学系の構成の変更なしでまた光の損失も少なく微細部分の可視観察と赤外スペクトルの測定を同時に行うことができる。
【選択図】図１

Description

本考案は、凹面鏡と凸面鏡で構成されるシュバルツシルド式反射対物鏡に係り、特に可視光による観察と同時に赤外線による微小領域の分光分析を行う赤外顕微鏡のシュバルツシルド式反射対物鏡に関する。

赤外顕微鏡は、移動可能なステージに載置した試料を可視光で観察して測定領域の位置と大きさを決め、その領域にフーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴＩＲ）で干渉させた赤外光を照射し、得られる反射または透過光を赤外検出器に導入することにより、微小な領域の赤外スペクトルを測定する装置である。

赤外顕微鏡の対物レンズは、通常波長依存性を除去するために凹面鏡と凸面鏡からなる構造を有するシュバルツシルド式反射対物鏡で構成され、赤外スペクトルの測定と可視観察の両方で使用される。すなわちシュバルツシルド式反射対物鏡は図７に示すとおり凹面鏡３１と凸面鏡３２の組み合わせからなる構造であり、透過光の測定をする場合、２個のシュバルツシルド式反射対物鏡が試料Ｓを挟んで対向配置され、一方がコンデンサレンズ、他の一方が対物レンズとして機能する。コンデンサレンズにおいては点Ａに配設される赤外または可視の光源から出射した光が試料Ｓに集光・照射され、対物レンズにおいては試料Ｓを透過した光が点Ａに集光され点Ａの近傍に配設される赤外検出器またはＣＣＤカメラに入射する。

従来、一般的な赤外顕微鏡は、赤外スペクトルの測定をする赤外モードと可視観察をする可視モードを有し、この２種のモードを切り替えて使用する。モードを切り替える場合は赤外光源と可視光源の切り替えなどをするため顕微鏡内部の光学系の切り替えが行われる。

しかし、下記に示すとおり、可視観察をしながら赤外スペクトルの測定ができる赤外顕微鏡が提供されている（例えば特許文献１参照）。すなわち、可視光源からの可視光とＦＴＩＲからの赤外光は、互いに直角な光路をとり、コールドフィルターに入射する。このとき可視光はコールドフィルターを透過するのでそのまま直進する。一方赤外光は全反射されるので光路は直角に曲がり、可視光と同じ光路を通ってシュバルツシルド式反射対物鏡で集光されて試料に入射する。試料を透過した可視光と赤外光はシュバルツシルド式反射対物鏡で構成される対物レンズで拡大され光路に挿入されたコールドフィルターで分岐され、可視光が直進し赤外光が全反射し、それぞれの検出器に入射する。コールドフィルターと逆の分光特性を有するコールドミラーを光路内に挿入しても同様な機能を有する赤外顕微鏡を構成することができる。
特開２００４−３６１７７０号公報

可視観察をしながら赤外スペクトルの測定ができる上述の赤外顕微鏡は、赤外顕微鏡内部の構造が複雑になり、コールドフィルターまたはコールドミラーの波長特性によっては測定されるデータに影響する可能性がある。

本考案は、凹面鏡と凸面鏡で構成されるシュバルツシルド式の反射対物鏡において、前記凸面鏡の中央に開孔を設け該開孔部に可視観察ユニットを配設するとともに該可視観察ユニットの光軸を前記反射対物鏡の光軸上に設けたものである。

集光され試料に照射された光軸を共有する赤外光と可視光の透過及び／又は反射光が入射する凹面鏡と凸面鏡で構成されるシュバルツシルド式の反射対物鏡において、前記凸面鏡の中央に開孔を設け該開孔部に可視観察ユニットを配設するとともに該開孔部の周辺で反射した赤外光を赤外検出器に導入する。あるいは、試料に照射された可視光と集光され試料に照射された赤外光の透過及び／又は反射光が入射する凹面鏡と凸面鏡で構成されるシュバルツシルド式の反射対物鏡において、前記凸面鏡の中央に開孔を設け該開孔部に可視観察ユニットを配設するとともに該開孔部の周辺で反射した赤外光を赤外検出器に導入する。

凹面鏡と凸面鏡で構成されるシュバルツシルド式の反射対物鏡であって、前記凸面鏡の中央に開孔を設け該開孔部に可視観察ユニットを配設するとともに該可視観察ユニットの光軸を前記反射対物鏡の光軸上に設けたシュバルツシルド式反射対物鏡を備えた赤外顕微鏡を構成する。

集光され試料に照射された光軸を共有する赤外光と可視光の透過及び／又は反射光が入射する凹面鏡と凸面鏡で構成されるシュバルツシルド式の反射対物鏡であって、前記凸面鏡の中央に開孔を設け該開孔部に可視観察ユニットを配設するとともに該開孔部の周辺で反射した赤外光を赤外検出器に導入するシュバルツシルド式反射対物鏡を備えた赤外顕微鏡を構成する。あるいは、試料に照射された可視光と集光され試料に照射された赤外光の透過及び／又は反射光が入射する凹面鏡と凸面鏡で構成されるシュバルツシルド式の反射対物鏡であって、前記凸面鏡の中央に開孔を設け該開孔部に可視観察ユニットを配設するとともに該開孔部の周辺で反射した赤外光を赤外検出器に導入するシュバルツシルド式反射対物鏡を備えた赤外顕微鏡を構成する。したがって微細部分の赤外スペクトル測定と可視観察を同時に行うことができる。

本考案のシュバルツシルド式反射対物鏡を赤外顕微鏡で使用した場合、光学系が簡単な構成でまた光の損失も少なく微細部分の可視観察と赤外スペクトルの測定を同時に行うことができる。また、可視観察ユニットよりシュバルツシルド式反射対物鏡の倍率が大きい場合、可視観察ユニットの視野内に赤外スペクトル測定中の領域を表示でき、赤外光による測定領域の選定が容易である。

可視観察ユニットは、ＣＣＤカメラなどからなる構造を有し、倍率はシュバルツシルド式反射対物鏡より小さい。可視観察ユニットで得られる画像信号は表示器で画像として再生され、該画像には試料の可視画像とともに赤外スペクトル測定中の領域が表示される。

本考案の請求項１の実施例について図１を参照して説明する。図１は、本考案の請求項１の実施例によるシュバルツシルド式反射対物鏡の概略構造を示す図である。本考案のシュバルツシルド式反射対物鏡は、図１に示すとおり、中心部に例えば直径１６ｍｍの開孔を有する例えば外径７０ｍｍの凹面鏡１と、該凹面鏡１と対向配置され中央に例えば直径８ｍｍの開孔を有する例えば外径１６ｍｍの凸面鏡２と、該凸面鏡２の開孔部に配設されＣＣＤカメラで構成される可視観察ユニット３とからなる構造を有する。

試料Ｓを出射する光は凹面鏡１で反射され、次に凸面鏡２で反射され集光点Ｆに集光される。シュバルツシルド式反射対物鏡は試料Ｓまでの距離に対し集光点Ｆまでの距離が長く拡大鏡として機能する。また、シュバルツシルド式反射対物鏡では中心軸近傍の光は利用できない構造であり、凸面鏡２の中央に開孔を設け可視観察ユニット３を配設しても光量ロスは生起しない。可視観察ユニット３に接続されるケーブル３ａは使用される光の中に配設されるが、光束が広い部位に配設されており光量ロスは僅かである。

本考案（請求項１）は以上の構造であるから、赤外顕微鏡で使用した場合、光学系の構成の変更なしでまた光の損失も少なく微細部分の可視観察と赤外スペクトルの測定を同時に行うことができる。また、可視観察ユニット３よりシュバルツシルド式反射対物鏡の倍率が大きい場合、可視観察ユニット３の視野内に赤外スペクトル測定中の領域を表示でき、赤外光による測定領域の選定が容易である。

本考案の請求項３、４、６の第１の実施例について図２を参照して説明する。図２は、本考案の請求項１の実施例によるシュバルツシルド式反射対物鏡２１とこれを備えた赤外顕微鏡の概略構造を示す図であり、透過測定を行う場合の概略図である（したがって最低限必要な要素のみ記載している。これらを筐体に収めるためにミラーを配設して光を折り返したりリレーレンズを配設しても本質的には同じである）。図中、試料２７は図示しない試料ステージに置かれる。試料ステージは電動ＸＹステージとなっており、試料２７をＸＹ平面で移動させるとともに、試料ステージがＺステージに取り付けられ、試料２７は試料ステージとともにＺ方向にも移動させられ光学系の焦点の合った合焦点位置に位置決めされる。

試料２７を挟んでその上側には本考案の請求項１の実施例によるシュバルツシルド式反射対物鏡２１が配置され、下部にはコンデンサとしてシュバルツシルド式反射対物鏡２２が配置されている。シュバルツシルド式反射対物鏡２１の光軸上には図１と同じく試料測定部位の画像情報を得る手段として可視観察ユニット３が配置されている。また、シュバルツシルド式反射対物鏡２２の凸面鏡上には照明用の小型可視光源４０が取り付けられていて、試料２７を下部から照明する。シュバルツシルド式反射対物鏡２２の下には赤外光源と干渉計などを備えるＦＴＩＲ２４が配置されている。一方、シュバルツシルド式反射対物鏡２１の上側には赤外検出器２６が配置されている。なお、小型可視光源４０はＬＥＤまたは小型ランプ等で構成されるが、シュバルツシルド式反射対物鏡２２の凸面鏡上に取り付けられる大きさであればこれらに限定されない。

以上の構造により、小型可視光源４０からの可視光とＦＴＩＲ２４からの赤外光は、同軸の光路をとり試料２７に入射する。試料２７を透過した可視光は可視観察ユニット３に入射し、同じく試料２７を透過したＦＴＩＲ２４からの赤外光と小型可視光源４０からの可視光の一部はシュバルツシルド式反射対物鏡２１により集光され赤外検出器２６に入射する。赤外検出器２６は可視光に対する感度がほとんどなく、赤外光は変調されており電気的に再生され、赤外光だけに応答した出力信号が得られる。前記出力信号は図示しないデータ処理装置で処理され、赤外スペクトルが得られる。同時に、可視観察ユニット３に入射した透過光より測定部位の画像信号が得られ図示しない表示器を介して画像化される。

本考案の請求項３、４、６の第２の実施例について図３を参照して説明する。図３は、図２と同じく透過測定の場合の赤外顕微鏡の概略構造を示す図である。第２の実施例は図３のとおり、図２に示す小型可視光源４０を直接シュバルツシルド式反射対物鏡２２の凸面鏡に配設する代わりにファイバーとランプ等で構成されるファイバー照明４１の可視光出射部を試料２７とシュバルツシルド式反射対物鏡２２の間に配設して試料２７を裏面から照射する。なお図３において図２と同じ符号で示す部品は図２と同じものなので説明は省略する。

本考案の請求項２、４、５の実施例について図４を参照して説明する。図４は、図２と同じく透過測定の場合の赤外顕微鏡の概略構造を示す図である。請求項２、４、５の実施例は図４のとおり、図２に示す小型可視光源４０や図３に示すファイバー照明４１の代わりに、従来の構造を踏襲してコールドフィルター２３を配設してＦＴＩＲ２４からの赤外光と可視光源２５からの可視光を同軸に導いてシュバルツシルド式反射対物鏡２２に入射させ試料２７を照射する。なお図４において図２と同じ符号で示す部品は図２と同じものなので説明は省略する。

本考案の請求項３、４、６の第３の実施例について図５を参照して説明する。図５は、反射測定の場合の赤外顕微鏡の概略構造を示す図である。第３の実施例は図５のとおり、ＦＴＩＲ２４からの赤外光は赤外検出器２６とシュバルツシルド式反射対物鏡２１の間に配設された半透鏡３０によってその半分の光がシュバルツシルド式反射対物鏡２１を介して試料２７に当たり、試料２７によって反射した光の半分が赤外検出器２６に導かれる。一方シュバルツシルド式反射対物鏡２１の凸面鏡裏面に配設された照明用の小型可視光源４２からの可視光により試料２７が照射されその照射面が可視観察ユニット３により観察される。したがって、透過測定の場合と同様に赤外測定を行いながら試料測定部位の可視観察が可能となる。なお図５において図２と同じ符号で示す部品は図２と同じものなので説明は省略する。

本考案の請求項３、４、６の第４の実施例について図６を参照して説明する。図６は、図５と同じく反射測定の場合の赤外顕微鏡の概略構造を示す図である。第４の実施例は図６のとおり、ＦＴＩＲ２４からの赤外光は赤外検出器２６とシュバルツシルド式反射対物鏡２１の間に配設された半透鏡３０によってその半分の光がシュバルツシルド式反射対物鏡２１を介して試料２７に当たり、試料２７によって反射した光の半分が赤外検出器２６に導かれる。一方シュバルツシルド式反射対物鏡２１と試料２７の間に配設されたファイバー照明４３の可視光出射部からの可視光により試料２７が照射されその照射面が可視観察ユニット３により観察される。したがって、透過測定の場合と同様に赤外測定を行いながら試料測定部位の可視観察が可能となる。なお図６において図２と同じ符号で示す部品は図２と同じものなので説明は省略する。

図１に示す実施例においては、凸面鏡２の開孔部にＣＣＤカメラで構成される可視観察ユニット３が配設されるが、代わりに凸面鏡２の開孔部にレンズと光ファイバの一端を配設し、光ファイバの他の一端をシュバルツシルド式反射対物鏡の外部に設置されたＣＣＤカメラに導く構造でもよい。上述のとおり、本考案は図示例に限定されるものではなく種々の変形例を包含する。

本考案が提供するシュバルツシルド式反射対物鏡の概略構造を示す図である。本考案が第１に提供する赤外顕微鏡の概略構造を示す図であり透過測定を行う場合の概略図である。本考案が第２に提供する赤外顕微鏡の概略構造を示す図であり透過測定を行う場合の概略図である。本考案が第３に提供する赤外顕微鏡の概略構造を示す図であり透過測定を行う場合の概略図である。本考案が第４に提供する赤外顕微鏡の概略構造を示す図であり反射測定を行う場合の概略図である。本考案が第５に提供する赤外顕微鏡の概略構造を示す図であり反射測定を行う場合の概略図である。従来のシュバルツシルド式反射対物鏡の概略構造を示す図である。

符号の説明

１凹面鏡
２凸面鏡
３可視観察ユニット
３ａケーブル
２１シュバルツシルド式反射対物鏡
２２シュバルツシルド式反射対物鏡
２３コールドフィルター
２４ＦＴＩＲ
２５可視光源
２６赤外検出器
２７試料
３０半透鏡
３１凹面鏡
３２凸面鏡
４０小型可視光源
４１ファイバー照明
４２小型可視光源
４３ファイバー照明
Ａ点
Ｆ集光点
Ｓ試料

Claims

凹面鏡と凸面鏡で構成されるシュバルツシルド式の反射対物鏡において、前記凸面鏡の中央に開孔を設け該開孔部に可視観察ユニットを配設するとともに該可視観察ユニットの光軸を前記反射対物鏡の光軸上に設けたことを特徴とするシュバルツシルド式反射対物鏡。
集光され試料に照射された光軸を共有する赤外光と可視光の透過及び／又は反射光が入射する凹面鏡と凸面鏡で構成されるシュバルツシルド式の反射対物鏡において、前記凸面鏡の中央に開孔を設け該開孔部に可視観察ユニットを配設するとともに該開孔部の周辺で反射した赤外光を赤外検出器に導入することを特徴とするシュバルツシルド式反射対物鏡。
試料に照射された可視光と集光され試料に照射された赤外光の透過及び／又は反射光が入射する凹面鏡と凸面鏡で構成されるシュバルツシルド式の反射対物鏡において、前記凸面鏡の中央に開孔を設け該開孔部に可視観察ユニットを配設するとともに該開孔部の周辺で反射した赤外光を赤外検出器に導入することを特徴とするシュバルツシルド式反射対物鏡。
凹面鏡と凸面鏡で構成されるシュバルツシルド式の反射対物鏡であって、前記凸面鏡の中央に開孔を設け該開孔部に可視観察ユニットを配設するとともに該可視観察ユニットの光軸を前記反射対物鏡の光軸上に設けたシュバルツシルド式反射対物鏡を備えた赤外顕微鏡。
集光され試料に照射された光軸を共有する赤外光と可視光の透過及び／又は反射光が入射する凹面鏡と凸面鏡で構成されるシュバルツシルド式の反射対物鏡であって、前記凸面鏡の中央に開孔を設け該開孔部に可視観察ユニットを配設するとともに該開孔部の周辺で反射した赤外光を赤外検出器に導入するシュバルツシルド式反射対物鏡を備えた赤外顕微鏡。
試料に照射された可視光と集光され試料に照射された赤外光の透過及び／又は反射光が入射する凹面鏡と凸面鏡で構成されるシュバルツシルド式の反射対物鏡であって、前記凸面鏡の中央に開孔を設け該開孔部に可視観察ユニットを配設するとともに該開孔部の周辺で反射した赤外光を赤外検出器に導入するシュバルツシルド式反射対物鏡を備えた赤外顕微鏡。