JP3246332B2 - 赤外顕微鏡 - Google Patents

赤外顕微鏡

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    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum

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  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、赤外光を用いて試
料の特定領域のスペクトル分析を行なう赤外顕微鏡に関
する。
【0002】
【従来の技術】赤外顕微鏡による分析においては、試料
に赤外光を照射し、該試料からの透過又は反射赤外光を
アパーチャにより抽出してそのスペクトルを測定するこ
とにより試料の特定領域のスペクトル分析を行なう。
【0003】図8は、本願出願人による特開平5−18
1066号に記載の赤外顕微鏡に用いられている光学系
の構成を示す図である。この赤外顕微鏡において、試料
の測定領域を設定するには、第一可動鏡50及び第二可
動鏡52を光路上に配置し(図の実線で示した位置)、
透過光源12から目視用の可視光を試料16に照射する
とともに、アパーチャ用光源54によりアパーチャ56
にも可視光を照射する。透過光源12からの可視光は集
光光学系14により試料16に照射される。試料16を
透過した光は、対物光学系18により集光され、第一可
動鏡50、固定鏡58及び半透鏡60(固定)により反
射されて図示せぬ目視観察部に入る。一方、アパーチャ
用光源54からの可視光は第二可動鏡52により反射さ
れ、半透鏡60を通過した後、目視観察部へ入る。目視
観察部においては試料16の全体像とアパーチャ56の
像が光学的に重畳される。この重畳像により試料16の
全体像におけるアパーチャ56の像の位置を目視観察し
ながら、所定の手段によりアパーチャ56の開度を調節
し、アパーチャ56の位置を所望の測定領域に対応させ
る。次に、赤外光による分析を行なうには、第一可動鏡
50及び第二可動鏡52を光路から退避させ(図の破線
で示した位置)、透過光源12から赤外光を供給する。
この赤外光は集光光学系14により試料に照射され、試
料16を透過した後、対物光学系18により集光されて
アパーチャ56の位置に試料16の拡大像を結ぶ。この
うちアパーチャ56を通過する赤外光のみが図示せぬ赤
外検出部に送られる。なお、反射光源を用いて試料の反
射赤外光の分析を行なう場合も同様である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記構成の赤外顕微鏡
の光学系には、試料の像とアパーチャの像を合成するた
めのハーフミラーや、目視観察部内で目視用の像を結ぶ
ための結像レンズ等の高価な光学素子が含まれており、
更に、可動鏡の位置を制御するための精密な位置決め機
構が必要となっている。このように高価な部品を含む精
度の高い光学系を採用していることが、上記赤外顕微鏡
の製造コストを高める一因となっている。
【0005】本発明はこのような課題を解決するために
成されたものであり、その目的とするところは、試料上
の測定領域を設定するための新規な手段を設けることに
より、従来よりも低コストで製造が可能な赤外顕微鏡を
提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上に記載したような課題
を解決するために作成された本発明に係る赤外顕微鏡
は、 a)可視光を試料に照射して該試料の全体像を所定位置
に結像させる光学系と、 b)上記所定位置に配設された開度の可変なアパーチャ
と、 c)試料からの可視光を受けて画像信号を出力する撮像
手段と、 d)画像信号を受けて試料の像を表示する画像表示手段
と、 を備える赤外顕微鏡であって、 e)上記アパーチャの開度を設定するための開度設定手
段と、 f)上記開度設定手段により設定されたアパーチャの開
度に応じた電気信号を生成する開度信号生成手段と、 g)上記電気信号に基いて仮想的に構成されたアパーチ
ャ像を電気的に生成し、上記画像信号に重畳するアパー
チャ像生成手段 h)前記仮想的に構成されたアパーチャ像に基づき測定
領域を設定し、該設定領域に対応する開度にアパーチャ
を調節する手段と、 を備えることを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】試料の測定領域の設定時におい
て、試料全体に可視光が照射されると、該試料からの光
を受けた撮像手段が画像信号を出力する。この画像信号
は画像表示手段に入力され、試料の全体像が画像表示手
段に表示される。次に、開度設定手段によりアパーチャ
の開度が設定されると、開度信号生成手段が設定された
開度に応じた電気信号を生成する。この電気信号に基づ
いて、アパーチャ像生成手段は設定された測定領域に対
応するアパーチャ像を電気的に生成し、撮像手段から画
像表示手段に送られる上記画像信号に重畳する。これに
より、画像表示手段上で測定領域に対応するアパーチャ
像と試料の全体像とが重畳して表示される。
【0008】上記開度設定手段としては、画像表示手段
上の座標位置を指定するためのマウスやキーボード等の
入力手段からなるもの、アパーチャの開度を調節するた
めのカムと該カムを回転駆動するためのギヤ機構からな
るもの、等が挙げられる。上記アパーチャ像生成手段
は、CPUをそのように動作させるプログラムにより構
成することもできるし、専用の画像処理LSIを用いる
こともできる。
【0009】
【発明の効果】本発明に係る赤外顕微鏡によれば、試料
の全体像とアパーチャ像とが画面上で電気的に合成され
るため、従来より目視観察用の光学系に使用されていた
高価な光学素子や位置決め機構が不要となり、赤外顕微
鏡の製造コストを低減させることができる。また、測定
領域の設定や変更を画面上で設定するのみでアパーチャ
の開度を設定することができるため、測定領域の設定作
業を従来よりも容易に行なうことができる。
【0010】
【実施例】本発明に係る赤外顕微鏡の第一の実施例を図
1を参照しながら説明する。なお、本実施例を含む以下
の全ての実施例の説明は、透過赤外光の分析についての
ものであるが、反射赤外光の分析についても同様であ
る。
【0011】図1において、透過光源12、集光光学系
14、試料16及び対物光学系18は図8のものと同じ
である。対物光学系18からの光が結像する位置にはア
パーチャ20が配設されている。アパーチャ20を通過
した光の光路は、制御装置24により位置決めされる可
動鏡26により切り換えられる。可動鏡26が光路から
退避した位置にあるときにアパーチャ20を通過する光
の光路上にはCCDカメラ28が配設されている。この
CCDカメラ28が出力する画像信号は、メモリを備え
る制御装置24に入力される。制御装置24は、入力さ
れた画像信号を表示用の画像信号に変換してCRT等か
らなる表示装置25に出力する。
【0012】上記アパーチャ20の開度は、制御装置2
4により回転制御されるパルスモータ30及びカム32
を含むアパーチャ調節機構により調節される。このアパ
ーチャ調節機構について図2を参照しながら説明する。
アパーチャ20を構成する2枚のアパーチャ板34は水
平方向に摺動可能になっている。この2枚のアパーチャ
板34は引きバネ36により連結されており、両アパー
チャ板34に両側から挟まれるようにしてカム32が配
設されている。図1のパルスモータ30が回転すると、
カム32の水平方向の直径の変化に従ってアパーチャ2
0の開度も変化する。図2(a)はアパーチャ20の開
度が最大になったときの図、図2(b)は最小になった
ときの図である。このように、パルスモータ30の回転
位置を適宜制御することにより、アパーチャ20の開度
を調節することができる。なお、アパーチャ20及びア
パーチャ駆動機構を構成する際には、アパーチャ20の
開度が最大になったときに試料の全体の光学像21がア
パーチャ20内に完全に収まるようにしておく。例えば
対物光学系18の倍率を15倍に設定した場合、アパー
チャ20の最大開度が試料の大きさ15倍以上になるよ
うにする。
【0013】以上のような構成の赤外顕微鏡の調整段階
において、表示装置25の画面上におけるアパーチャ2
0の像の幅とパルスモータ30の回転位置(パルス数)
との対応関係を予め調べ、その対応関係を制御装置24
のメモリに記憶させておく。この調整は、例えば、可動
鏡26を光路から退避させて透過光源12から可視光を
供給した状態で、アパーチャ20の開度が最小の状態を
起点として、パルスモータ30に1つ又は複数のパルス
を送ることによりカム32の回転位置を微小角度ずつ進
め、各回転位置に対応して表示装置25の画面上に表示
されるアパーチャ20の像の幅を調べる、という手順で
行なうことができる。
【0014】こうして得られた対応関係に基づいて、次
のような手順で測定領域を設定する。まず、可動鏡26
を光路から退避させ、アパーチャ20の開度を最大にす
る。この状態で透過光源12から試料16に可視光を供
給すると、表示装置25の画面上には試料の全体像23
が表示される(図3参照)。次に、使用者が入力装置2
7を用いて試料の測定領域を画面上の座標位置により指
定する。例えばアパーチャ20の開閉方向が画面上の水
平方向(X軸方向)に対応しているものとし、アパーチ
ャ20の構成が図2のようなものである場合、2つのア
パーチャ板34は中心軸に対して対称に移動するから、
画面上ではX座標を1つ指定するのみで測定領域を設定
することができる。こうして測定領域が指定されると、
制御装置24はその測定領域に対応するアパーチャ20
の像29を電気的に生成してその画像信号を上記試料1
6の全体像の画像信号に重畳する。こうして、試料の全
体像23と、制御装置24により仮想的に構成されたア
パーチャ20の像29とが表示装置25の画面上で重畳
して表示される。使用者はこの画面を見ながら、上記入
力装置27を用いて容易に測定領域の設定や変更を行な
うことができる。
【0015】測定領域を設定し終わったら、使用者が入
力装置を操作して制御装置24に赤外光分析の開始を指
示する。この指示を受けて制御装置24は可動鏡26を
光路上に配置するとともに、先に記憶しておいた、表示
装置25の画面上におけるアパーチャ20の像の幅とパ
ルスモータ30の回転位置との対応関係に基づいて、先
に設定された測定領域(アパーチャ20の像)の幅に対
応する回転位置までパルスモータ30を回転させ、透過
光源12から試料16に赤外光を供給する。試料16を
透過した赤外光はその一部のみがアパーチャ20を通過
し、可動鏡26により反射され、図示せぬ赤外検出部に
入る。
【0016】本発明に係る赤外顕微鏡の第二の実施例に
ついて図4及び図5を参照しながら説明する。まず、図
4に本実施例のアパーチャ調節機構を示す。この図にお
いて、2枚のアパーチャ板34は押しバネ38及び伸縮
可能な連結棒40により連結されている。この2枚のア
パーチャ板34の間に配設されたカム32の回転軸に
は、カム32の回転位置に応じた回転位置検出信号を出
力するエンコーダ42が取り付けられている。上記連結
棒40は図示せぬソレノイドの働きにより伸縮するよう
になっている。すなわち、ソレノイドに通電すると連結
棒40は磁力により縮み、2枚のアパーチャ板34がカ
ム32の両側にそれぞれ接するまで両アパーチャ板34
の間隔が狭まる(図4(b)参照)。一方、ソレノイド
への通電を停止すると、押しバネ38の力により2枚の
アパーチャ板34は元の位置まで復帰する(図4(a)
参照)。
【0017】図5は上記アパーチャ調節機構の制御系を
示す図である。エンコーダ42の出力する回転位置検出
信号は制御装置24に入力される。また、制御装置24
はソレノイドへの通電の制御も行なう。本実施例の赤外
顕微鏡には、パルスモータ等を用いた自動的なアパーチ
ャ調節機構は設けられず、代わりに、ツマミ46を操作
してギヤ機構を駆動することによりカム32の角度が変
更され、これによりアパーチャ20の開度が調節される
ようになっている。もちろん、図5に示したものとは異
なる機構によりカム32の角度を変更するようにしても
よい。
【0018】本実施例の赤外顕微鏡の調整段階におい
て、表示装置25の画面上におけるアパーチャ20の像
の幅とエンコーダ42の回転位置検出信号との対応関係
を予め調べ、その対応関係を制御装置24のメモリに記
憶させておく。この調整は、例えば、可動鏡26を光路
から退避させて透過光源12から可視光を供給した状態
で、アパーチャ20の開度が最小の状態を起点として、
手動でツマミを操作することによりカム32の回転位置
を微小角度ずつ進め、各回転位置においてエンコーダ4
2の出力する回転位置検出信号と表示装置25の画面上
に表示されるアパーチャ20の像の幅とをそれぞれ調べ
る、という手順で行なうことができる。
【0019】次に、測定領域を設定する手順について述
べる。測定領域を設定する段階ではソレノイドへの通電
を行なわず、アパーチャ20の開度が押しバネ38の作
用により最大に保持されるようにする。この状態で、上
記第一の実施例と同様に表示装置25の画面上に試料1
6の全体像を表示させる。そして、手動によりカム32
を回転させると、エンコーダ42はカム32の回転位置
に応じた回転位置検出信号を出力する。この回転位置検
出信号を受けた制御装置24は、先に記憶しておいた、
回転位置検出信号とアパーチャ20の像の幅との関係に
基づいて、上記回転位置検出信号に対応するアパーチャ
20の像を電気的に生成してその画像信号を上記試料1
6の全体像の画像信号に重畳する。こうして、アパーチ
ャ20の像と試料16の全体像とが表示装置25の画面
上で重畳して表示される。この画面を見ながら使用者は
手動によりカム32の回転位置を適宜調節し、画面上の
アパーチャ20の像を所望の測定領域に対応させる。こ
うして画面上での測定領域の設定が完了した時点で、カ
ム32の回転位置は既に該測定領域に対応する位置とな
っている。その後、使用者が入力装置27を操作して制
御装置24に赤外光分析の開始を指示すると、制御装置
24は可動鏡26を光路上に配置するとともに、ソレノ
イドへの通電を開始する。これにより、2つのアパーチ
ャ板34の間隔はカム32の両側に接するまで縮まり、
アパーチャ20の開度は先に設定した測定領域に対応す
る開度となる。
【0020】以上の2つの実施例においては、水平方向
に開閉するアパーチャのみを考えたが、もちろん、垂直
方向に開閉するアパーチャを更に設け、両方のアパーチ
ャにより決定される測定領域を上記各実施例の方法によ
り設定するようにすることも可能であり、また、回転駆
動できる台の上に、該台の回転軸上にアパーチャが位置
するようにアパーチャ板及びアパーチャ調節機構を設置
すれば、測定領域を中心軸の回りに回転できるようにす
ることも可能である。また、アパーチャの開度を自動制
御させることが可能な上記第一の実施例の赤外顕微鏡に
おいて、二次元的に位置制御が可能な電動試料ステージ
を使用すれば、画面上で指定した任意の測定範囲を自動
測定させることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第一の実施例の構成図。
【図2】 第一の実施例に用いられるアパーチャ調節機
構の構成図。
【図3】 画面上に表示された試料の全体像及びアパー
チャの電気的合成像を示す図。
【図4】 本発明の第二の実施例に用いられるアパーチ
ャ調節機構の構成図。
【図5】 上記第二の実施例のアパーチャ調節機構の制
御系を示す図。
【図6】 従来の赤外顕微鏡の光学系を示す図。
【符号の説明】
12…透過光源14…集光光学系16…試料18…対物
光学系20…アパーチャ24…制御装置25…表示装置
26…可動鏡27…入力装置28…CCDカメラ30…
パルスモータ32…カム34…アパーチャ板
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−35689(JP,A) 特開 平4−152246(JP,A) 特開 平4−155247(JP,A) 特開 平7−198596(JP,A) 特開 昭62−151834(JP,A) 特開 昭62−151833(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/61 G02B 21/00 実用ファイル(PATOLIS) 特許ファイル(PATOLIS)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】a)可視光を試料に照射して該試料の全体
    像を所定位置に結像させる光学系と、 b)上記所定位置に配設された開度の可変なアパーチャ
    と、 c)試料からの可視光を受けて画像信号を出力する撮像
    手段と、 d)画像信号を受けて試料の像を表示する画像表示手段
    と、 を備える赤外顕微鏡であって、 e)上記アパーチャの開度を設定するための開度設定手
    段と、 f)上記開度設定手段により設定されたアパーチャの開
    度に応じた電気信号を生成する開度信号生成手段と、 g)上記電気信号に基いて仮想的に構成されたアパーチ
    ャ像を電気的に生成し、上記画像信号に重畳するアパー
    チャ像生成手段 h)前記仮想的に構成されたアパーチャ像に基づき測定
    領域を設定し、該設定領域に対応する開度にアパーチャ
    を調節する手段と、 を備えることを特徴とする赤外顕微鏡。
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