JP5337774B2 - Optoelectronic image enlargement system - Google Patents

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Abstract

An opto-electronic image magnifying system. The magnifiying system includes: a light source (38, 39) which illuminates an object to be viewed; a miniaturized opto-electronic magnifier module (MOM), made of a lens (31) and a photodetector array (32), which receives the light from the illuminated object; an electronic circuit (34) which receives the signal from the MOM; a video-monitor (35) which receives the magnified signal from the electronic circuit and displays the image. The opto-electronic image magnifying system allows for small objects or features of small objects to be observed in which historically compound microscopes or specialized optical viewing systems were required to observe the small objects.

Description

関連出願Related applications

本出願人は1998年12月14日に同時出願した米国特許願60/112,172の特典を請求する。   The present applicant claims the benefit of US Patent Application No. 60 / 112,172, filed concurrently on December 14, 1998.

(本発明の分野)
本発明は小さい物体または物体の極めて小さい特徴を観察し、該物体または特徴を特性化するという工業、商業および教育の分野において常に増加し続けている要求に関する。歴史的にはこのような観察は複式顕微鏡、即ち特殊化された光学観測システムによって行なわれてきた。
(Field of the Invention)
The present invention relates to an ever-increasing demand in the industrial, commercial and educational fields of observing and characterizing small objects or very small features of objects. Historically, such observations have been made with dual microscopes, or specialized optical observation systems.

(本発明の背景)
Leeuwenhoekは1700年頃単一レンズ顕微鏡を用いて微生物学の基礎を築いた。彼のガラス玉は倍率が266倍であった。複式顕微鏡はその50年前に既に発見されていた。Leeuwenhoekの単一レンズ顕微鏡は複式顕微鏡に比べ高い分解能と良質な品質をもった像を与えたが、時の流れには勝てなかった。対物レンズと接眼レンズをもつシステムの複式顕微鏡は近代的なすべての光学顕微鏡の標準になった。複式顕微鏡が成功した主な理由は取り扱い易さであった。Leeuwenhoekの顕微鏡を使用するためには、試料と顕微鏡とを眼の極めて近くに置かなければならない。そのためにLeeuwenhoekの簡単な顕微鏡は使用が難しくなり、多くの場合殆ど使用不可能になる。何世紀かに亙って複式顕微鏡は改良され、機能も強化されてきたが、大部分の場合像生成面に対し比較的長い距離(少なくとも160mm)を保って対物レンズを使用し、接眼レンズで第2段階の拡大を行なって人の眼に像を提示するというものであった。
(Background of the present invention)
Leeuwenhoek laid the foundation for microbiology around 1700 using a single lens microscope. His glass ball was 266x magnification. The compound microscope was already discovered 50 years ago. Leeuwenhoek's single-lens microscope gave an image with higher resolution and better quality than a compound microscope, but could not beat the passage of time. The system duplex microscope with objective lens and eyepiece has become the standard for all modern optical microscopes. The main reason for the success of the compound microscope was ease of handling. In order to use a Leeuwenhoek microscope, the sample and the microscope must be placed very close to the eye. This makes Leeuwenhoek's simple microscope difficult to use and in most cases unusable. Over the centuries, compound microscopes have been improved and enhanced in function, but in most cases the objective lens is used at a relatively long distance (at least 160 mm) relative to the image generating surface, and the eyepiece The second stage of enlargement was to present an image to the human eye.

レンズはビデオ・カメラを含む多数の種類のカメラまたは投影機において実像をつくるのに使用され、ビデオ・カメラ、即ちテレビジョン送信装置の撮像部分はレンズによって感光材料の上につくられた一次像を受取り、これを電気的な信号に変換する。標準的な使用方法では、ビデオ・カメラは大きな物体の像をモニターのスクリーンに送る。感光材料の上にレンズによってつくられた像はその大きさを小さくされる、即ち縮小される。物体がレンズに近づくと、モニターのスクリーン上では大きくなるように見えるが、レンズによって像の大きさが物体よりも大きくなることはない。マクロなモードにおいても感光材料の上にレンズによってつくられた像は拡大されない。   Lenses are used to create real images in many types of cameras or projectors, including video cameras, and the imaging part of a video camera, i.e. a television transmitter, creates a primary image created on the photosensitive material by the lens. Receive and convert it into an electrical signal. In standard usage, a video camera sends an image of a large object to the monitor screen. The image produced by the lens on the photosensitive material is reduced in size, ie reduced. As the object approaches the lens, it appears larger on the monitor screen, but the lens does not make the image larger than the object. Even in the macro mode, the image formed by the lens on the photosensitive material is not magnified.

レンズは虚像または実像のいずれかとして拡大された像をつくる。物体をレンズに対して焦点距離よりも近い距離に置いた場合、眼をレンズに近づけると拡大された虚像が見える。これがLeeuwenhoekの顕微鏡である。   The lens creates an enlarged image as either a virtual or real image. When an object is placed closer to the lens than the focal length, an enlarged virtual image can be seen when the eye is brought closer to the lens. This is the Leeuwenhoek microscope.

光を当てた物体を、レンズの焦点距離よりも大きいがレンズの焦点距離の2倍よりも小さい距離に置いた場合、拡大された実像が投影される。複式光学顕微鏡の対物レンズは拡大された実像を投影する。この実像を見るには接眼レンズまたはスクリーンが必要である。接眼レンズは実像を拡大し、これを眼で見える拡大された虚像に変える。対物レンズと接眼レンズとをこのように組み合わせたものが複式顕微鏡である。   When the object to which light is applied is placed at a distance that is larger than the focal length of the lens but smaller than twice the focal length of the lens, an enlarged real image is projected. The objective lens of the compound optical microscope projects an enlarged real image. To see this real image, an eyepiece or screen is required. The eyepiece enlarges the real image and turns it into an enlarged virtual image that can be seen by the eye. A compound microscope is a combination of the objective lens and the eyepiece in this way.

複式顕微鏡は200年以上に亙って光学顕微鏡に対する標準的な形として作られてきた。以来複式顕微鏡は科学および技術の主要な道具であり続けている。複式顕微鏡の高さは通常16インチを越えており、これよりもはるかに大きいことがしばしばである。試料を
試料台に載せなければならないが、顕微鏡を使用する誰でもが自分の眼に対し焦点を合わせることができるようにするためには機械的な装置が必要である。矯正用の眼鏡をかけている人は接眼レンズを使うことが困難なことが多い。特殊な「眼点の高い」接眼レンズが必要な場合もあろう。
Compound microscopes have been made the standard form for optical microscopes for over 200 years. Since then, duplex microscopes have been a major tool in science and technology. The height of a duplex microscope is typically greater than 16 inches and is often much larger. The sample must be placed on the sample stage, but a mechanical device is required to allow anyone using the microscope to focus on their eyes. People wearing corrective glasses often have difficulty using eyepieces. You may need a special “high eye” eyepiece.

光学顕微鏡は5〜2,000倍の範囲の倍率をもっている。この倍率の大部分は対物レンズによって得られるが、対物レンズの拡大力は典型的には0.5から最大160倍である。対物レンズは対物レンズから160mmまたはそれ以上の像を投影する(無限補正システムでは一次像をつくるのに180mmのテラン・レンズ(telan lense)を使用する)。接眼レンズと組み合わされたこの投影距離(または鏡筒の長さ)は顕微鏡の物理的な大きさを決定する主要な因子である。接眼レンズの拡大率は5〜20倍であり、高倍率の接眼レンズに対しては眼を近づけなければならないから、高倍率の接眼レンズは使用するのが困難である。倍率10の接眼レンズが普通であり、大部分の光学顕微鏡の用途では10〜500倍の倍率を使用する。   The optical microscope has a magnification in the range of 5 to 2,000 times. Most of this magnification is obtained by the objective lens, but the magnification of the objective lens is typically 0.5 to a maximum of 160 times. The objective lens projects an image of 160 mm or more from the objective lens (an infinite correction system uses a 180 mm telan lens to create a primary image). This projection distance (or length of the lens barrel) combined with the eyepiece is the main factor determining the physical size of the microscope. Since the magnification of the eyepiece is 5 to 20 times, and the eye must be brought close to the high-power eyepiece, it is difficult to use the high-power eyepiece. An eyepiece with a magnification of 10 is common, and most optical microscope applications use magnifications of 10 to 500 times.

ビデオ顕微鏡法はここ数十年の間に複式光学顕微鏡の機能を拡張する有用な技術になった。初期の使用法はInoueにより米国ニューヨークのPlenum Press 1986年発行のVideo Microscopyに記載されている。ビデオ顕微鏡の最も普通の実装は三眼顕微鏡のビューアーのアクセサリー・ポートにビデオカメラを取付けることである。ビデオ顕微鏡には幾つかの種類のビデオカメラが使用されているが、当業界の現場においてはソリッド・ステートの電荷結合素子(CCD)が使用されている。光のレベルが低い場合、感度が高いために冷却したCCDビデオカメラが使用される。これらのカメラは非常に高価であるが、或る種の生物学的な用途に対しては特有な感度が実証されている。ビデオ顕微鏡の最も普通の用途は、眼で観測し、像を記録し、ディジタル化された像をつくり、これをディジタル・コンピュータを用いて解析するための補助手段とすることである。   Video microscopy has become a useful technique in recent decades to extend the capabilities of dual optical microscopes. Initial usage is described by Inoue in Video Microscopy, published in Plenum Press 1986, New York, USA. The most common implementation of a video microscope is to attach a video camera to the accessory port of a trinocular microscope viewer. Several types of video cameras are used in video microscopes, but solid state charge coupled devices (CCDs) are used in the industry. When the light level is low, a cooled CCD video camera is used because of its high sensitivity. Although these cameras are very expensive, they have demonstrated particular sensitivity for certain biological applications. The most common use of a video microscope is to observe with the eye, record an image, create a digitized image, and use it as an auxiliary means for analysis using a digital computer.

写真またはビデオ顕微鏡法に光学顕微鏡を使用する場合、カメラ装置が眼の代わりをする。これらのカメラは実像をフィルムまたは電子的なビデオ像生成装置の上に投影する付加的なレンズを含んでいる。ビデオカメラのアクセサリーは電子的なスケーリングの効果を減少させる特殊な接眼レンズを必要とする。すべての場合写真用のカメラまたはビデオカメラを付加すると、複式光学顕微鏡の大きさ、複雑さおよび価格が増加する。複式光学顕微鏡にビデオカメラを付加すると大きさが6〜10インチ加わる。   When using an optical microscope for photo or video microscopy, the camera device takes the place of the eye. These cameras include an additional lens that projects the real image onto a film or electronic video image generator. Video camera accessories require special eyepieces that reduce the effects of electronic scaling. In all cases, the addition of a photographic camera or video camera increases the size, complexity and price of the dual optical microscope. Adding a video camera to a compound optical microscope adds 6 to 10 inches in size.

電子的に像をつくるために顕微分光計システムの中にビデオカメラが組み込まれた。特許文献1(ReffnerおよびWihlborg)記載のシステムでは組み込みのビデオカメラを使用して試料を観察し像を記録するための電子的な像をつくる。数種の顕微ラマン分光計システムでは、ラマン・スペクトルを得るのに用いられるレーザー光にビューアーが露出するのを防ぐために、ビデオにより像を生成させる方法が用いられている。これらのシステムはすべて、1個の対物レンズ、1個またはそれ以上の中間レンズおよび1個のビデオカメラをもった複式光学顕微鏡の原理を用いている。これらのビデオ顕微鏡システムは長い鏡筒の長さをもちビデオカメラを付加した通常の顕微鏡の光学系を使用している。標準的な鏡筒の長さは160mm(6.3インチ)であるが、ビデオによる像生成システムを付加するとこの長さの2倍以上になることがある。   A video camera was incorporated into the microspectrophotometer system to produce images electronically. In the system described in US Pat. No. 5,677,096 (Refner and Wihlberg), an embedded video camera is used to create an electronic image for observing the sample and recording the image. In some micro-Raman spectrometer systems, video is used to generate an image to prevent the viewer from being exposed to the laser light used to obtain the Raman spectrum. All these systems use the principle of a compound optical microscope with one objective lens, one or more intermediate lenses and one video camera. These video microscope systems use a conventional microscope optical system with a long lens barrel and a video camera. The standard lens barrel length is 160 mm (6.3 inches), but with the addition of a video image generation system, it may be more than twice this length.

顕微鏡と分光法、分光計または分光写真を組み合わせて小さい物体または物体の小さい特徴部分の化学分析を行なう方法は、125年以上の歴史をもっている(非特許文献1参照)。初期の顕微分光計は可視光の顕微鏡と色の分析に使用された分散型の分光計との組み合わせであった。1949年、顕微分光法に赤外線のエネルギーを使用する最初の報告はR.C.Goreによって非特許文献2に、またBarer等によって非特許文献3に
なされた。1953年には最初の市販用の赤外線顕微分光計のアクセサリーが製造された(Coats等、非特許文献4)。しかしフーリエ変換赤外(FT−IR)分光法が開発されるまで赤外線顕微分光法は実用的な技術にはならなかった。FT−IRに対する最初の顕微鏡アクセサリーは1983年に導入された。これらのアクセサリーの顕微鏡の設計は像を生成させそのスペクトルの測定を行なうための複式光学顕微鏡の一般的な技術および設計に従っている。
A method of performing chemical analysis of a small object or a small feature of an object by combining a microscope and a spectroscope, a spectrometer, or a spectrograph has a history of more than 125 years (see Non-Patent Document 1). Early microspectrometers were a combination of a visible light microscope and a dispersive spectrometer used for color analysis. In 1949, the first report of using infrared energy in microspectroscopy was R. C. Non-Patent Document 2 by Gore and Non-Patent Document 3 by Barer et al. In 1953, the first commercial infrared microspectrometer accessory was manufactured (Coats et al., Non-Patent Document 4). However, infrared microspectroscopy has not become a practical technique until the development of Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy. The first microscope accessory for FT-IR was introduced in 1983. The design of these accessory microscopes follows the general technique and design of duplex optical microscopes for generating images and measuring their spectra.

光の波長(λ)および対物レンズの口径はすべての顕微鏡の空間的な分解能を制限する。制限を与える開口数(numerical aperture,N.A.)をもつ顕微鏡の回折によって制限された空間的な分解能(d)はd=(0.67 λ/N.A.)によって与えられる。この回折によって制限された空間的な分解能が小さくなるにつれ、顕微鏡の解像力は高くなる。ビデオ顕微鏡法では光検出器のアレーの解像素子が分解能を制限し得る他の因子になる。Nyquestの限界に合致させるためには記録すべき特定の分解能に対して二つの画像要素が必要である。   The wavelength of light (λ) and the aperture of the objective lens limit the spatial resolution of all microscopes. The spatial resolution (d) limited by diffraction of a microscope with a numerical aperture (NA) giving a limit is given by d = (0.67 λ / NA). As the spatial resolution limited by this diffraction decreases, the resolution of the microscope increases. In video microscopy, the resolution element of the photodetector array is another factor that can limit the resolution. To meet the Nyquest limit, two image elements are required for the particular resolution to be recorded.

有機物質のような分子性化合物、或る種のイオン性の塩および珪酸塩材料の分析に対しては、中間赤外領域(2.5〜25μm)の範囲の光の輻射エネルギーが最も有用である。このスペクトル領域においては、通常の回折によって制限された空間的な分解能は一般に約10μmであると考えられる。   For the analysis of molecular compounds such as organic substances, certain ionic salts and silicate materials, light radiant energy in the mid-infrared region (2.5-25 μm) is most useful. is there. In this spectral region, the spatial resolution limited by normal diffraction is generally considered to be about 10 μm.

赤外顕微分光法において試料の区域の空間的な規定を改善するために、MesserschmidtとSting(特許文献2)は共焦点顕微鏡法の原理を適用した。このような方法においては像生成面のマスクを用いてMinsky(特許文献3)によって導入された共焦点の幾何学的形状が得られる。しかしマスクを使用すると、赤外顕微分析に使用する顕微鏡に複雑さと価格が余計に加わることになる。   In order to improve the spatial definition of the sample area in infrared microspectroscopy, Messerschmidt and Sting (US Pat. No. 5,637,049) applied the principle of confocal microscopy. In such a method, the confocal geometry introduced by Minsky (Patent Document 3) is obtained using a mask on the image generation surface. However, the use of a mask adds complexity and cost to the microscope used for infrared microscopy.

内部反射分析法は、StingおよびReffner(特許文献4)によって示されているように内部反射素子(IRE)と接触している試料の面積を減少させることによって達成される。Stingの特許(特許文献5)によれば、取付けられたIREを通る異なった光学的経路を選ぶために、反射するATR用顕微鏡の対物レンズおよび口径マスクに接触した機械的なスライダーが提示されている。ATRの対物レンズは、IREを通して試料を見る場合とそのATRスペクトルを記録する場合との間で口径マスクを移動させることを必要としている。異なった光学的経路を選ぶことによってATRスペクトルを集め、試料の接触を観察し、或いは試料を調べることが可能になる。これらの三つのモードによってATRの対物レンズを用いる顕微分析は一層容易になるが、価格および複雑さは著しく増加する。   Internal reflection analysis is accomplished by reducing the area of the sample in contact with the internal reflective element (IRE) as shown by Sting and Reffner (US Pat. According to the Sting patent (Patent Document 5), a mechanical slider in contact with the reflecting ATR microscope objective and aperture mask is presented to select different optical paths through the attached IRE. Yes. The ATR objective lens requires moving the aperture mask between viewing the sample through the IRE and recording its ATR spectrum. By choosing different optical paths, it is possible to collect ATR spectra, observe sample contact, or examine the sample. These three modes make microscopic analysis using ATR objectives easier, but the cost and complexity are significantly increased.

米国特許5,581,085号US Pat. No. 5,581,085 米国特許4,877,960号U.S. Pat. No. 4,877,960 米国特許3,013,467号US Patent 3,013,467 米国特許5,172,182号US Pat. No. 5,172,182 米国特許5,093,580号US Pat. No. 5,093,580

米国、ニューヨーク、Harper & Row社1985年発行、Ford著、Single Lens,The Story of the Simple MicroscopeUSA, New York, Harper & Row, published in 1985, Ford, Single Lens, The Story of the Simple Microscope. Science誌、110巻、70頁(1949年)Science magazine, 110, 70 (1949) Nature誌、163巻、198頁(1949年)Nature magazine, 163, 198 (1949) J.Opt.Soc.Am.誌、43巻、984頁(1953年)J. et al. Opt. Soc. Am. Journal, 43, 984 (1953)

(本発明の概要)
本発明は小型化された光電子工学的像拡大システム、即ち拡大の一部が1個またはそれ以上のレンズまたは他の光学要素によって行なわれ、残りの部分の拡大は電子的なスケーリング・システムによって行なわれる拡大された物体の像をつくるシステムに関する。この小型化された光電子工学的なシステムは、可変焦点距離をもつズームレンズのような一つまたはそれ以上のレンズ系(本明細書において「レンズ」という言葉は単一レンズ、および多数のレンズを備えたレンズ系、例えば複合レンズおよびズームレンズの両方を含むものとする)、ソリッド・ステートの光検出器のアレイ、および電子的な表示装置、例えばテレビジョン、ビデオ・モニターまたはコンピュータのモニター・スクリーンに入力を与える電子回路を具備している。レンズまたはレンズ系は照射されたまたは発光している物体、またはその一部の拡大された実像を直接小さいソリッド・ステートの光検出器の上に投影し、該光検出器はその上に投影された拡大された実像を表す電気信号を発生する。この光学的な像は次いで電子的に拡大され、表示装置のスクリーンに表示される。検出器上の像の焦点はスクリーンを見ているすべての人に対して同じである。スクリーン上で像を見ることは便宜上のことであり、像を見る人は矯正用の眼鏡をかけていることができる。
(Outline of the present invention)
The present invention is a miniaturized optoelectronic image magnifying system, i.e. part of the magnification is performed by one or more lenses or other optical elements and the rest of the magnification is performed by an electronic scaling system. The present invention relates to a system for creating an image of an enlarged object. This miniaturized optoelectronic system includes one or more lens systems, such as a zoom lens with a variable focal length (the term “lens” is used herein to refer to a single lens and multiple lenses. Equipped lens system, including both compound lenses and zoom lenses), arrays of solid state photodetectors, and electronic display devices such as televisions, video monitors or computer monitor screens The electronic circuit which provides is provided. A lens or lens system projects a magnified real image of an illuminated or emitting object, or part thereof, directly onto a small solid-state photodetector, which is projected onto it. An electrical signal representing the magnified real image is generated. This optical image is then electronically magnified and displayed on the screen of the display device. The focus of the image on the detector is the same for everyone looking at the screen. Viewing the image on the screen is a matter of convenience and the person viewing the image can wear corrective glasses.

本発明の核心をなすものは、レンズまたはレンズ系と小さいソリッド・ステートの光検出器との組み合わせである。本明細書においてこの組み合わせを小型化された光電子工学的拡大(MOM)モジュールと呼ぶことにする。本発明の小型化された光電子工学的拡大システムでは、MOMモジュールをビデオ表示装置のモニターと組み合わせて使用することにより、顕微鏡の対物レンズおよび接眼レンズが省かれている。従ってLeeuwenhoekの顕微鏡の利点、例えばコンパクトな大きさで光学系が簡単というような利点が得られ、同時に接眼レンズおよび観察している物体の両方の近くに観察者がいなければならないという主要な問題点を無くすことができる。本発明を使用すれば、眼をLeeuwenhoekの顕微鏡のレンズの近くからコンピュータのモニターまたはテレビジョンのスクリーン上で気持ち良く眺められる位置へと移動させることができる。スクリーン上で拡大された像を見ることおよびビデオカメラを取付けることはいずれも新規のアイディアではないが、本発明の新規性は、従来手頃な価格では得られなかった「視覚的なアクセス」を与える独特な簡単さをもつ予想外の方法で物体の拡大された像を見ることを可能にした点である。   At the heart of the present invention is a combination of a lens or lens system and a small solid state photodetector. This combination will be referred to herein as a miniaturized optoelectronic expansion (MOM) module. In the miniaturized optoelectronic magnification system of the present invention, the microscope objective and eyepiece are omitted by using the MOM module in combination with the video display monitor. Therefore, the main problem is that the advantages of the Leeuwenhoek microscope, such as the compact size and simplicity of the optical system, are obtained, and at the same time the observer must be near both the eyepiece and the object being observed. Can be eliminated. Using the present invention, the eye can be moved from near the lens of the Leeuwenhoek microscope to a comfortable viewing position on a computer monitor or television screen. Viewing a magnified image on the screen and mounting a video camera are not new ideas, but the novelty of the present invention provides "visual access" that was not previously available at an affordable price This makes it possible to see magnified images of objects in an unexpected way with unique simplicity.

MOMモジュールは、典型的には鏡筒の長さが160mmの標準的な複式光学顕微鏡に比べて実質的に小さい。本発明のMOMモジュールは適当な焦点距離のレンズを選び小さい光検出器のアレイと組み合わせて所望の大きさをもつようにすることによって小型化されている。この小さいMOMモジュールは、全体的な高さが約25〜約100mmであり、装置の中に入れて別のビデオのモニター・スクリーン上で遠隔的に観測し得る拡大された像をつくることができる。   The MOM module is typically substantially smaller than a standard duplex optical microscope with a barrel length of 160 mm. The MOM module of the present invention is miniaturized by selecting the appropriate focal length lens and combining it with a small array of photodetectors to have the desired size. This small MOM module has an overall height of about 25 to about 100 mm and can be placed in a device to create an enlarged image that can be remotely observed on another video monitor screen. .

この光電子工学的像拡大システムの倍率は、光学的倍率と電気的なスケーリング操作による倍率との積である。大部分のシステムでは電気的なスケーリングによる倍率が約20〜約100倍であるのに対し、レンズまたはレンズ系による光学的な倍率は約2〜20倍である。光学的な倍率は典型的には2〜10倍であり、もっと典型的には2〜5倍であろう。従って全部ではないが大部分の場合、倍率は典型的には電気的なスケーリングによって得られる。好適具体化例においては、電気的なスケーリングによる倍率が全体の倍率の主要の部分であり、光学的な倍率は少ない割合を占めている。電気的なスケーリングによ
る倍率対光学的な倍率の比は一般に約1.5:1〜30:1であり、典型的には約4:1〜約10;1である。
The magnification of this optoelectronic image magnification system is the product of the optical magnification and the magnification from the electrical scaling operation. In most systems, the magnification by electrical scaling is about 20 to about 100 times, whereas the optical magnification by the lens or lens system is about 2 to 20 times. The optical magnification will typically be 2-10 times, and more typically 2-5 times. Thus, in most, if not all, magnifications are typically obtained by electrical scaling. In the preferred embodiment, the electrical scaling factor is a major part of the overall magnification and the optical factor accounts for a small percentage. The ratio of magnification due to electrical scaling to optical magnification is generally about 1.5: 1 to 30: 1, typically about 4: 1 to about 10: 1.

本発明の小型化された光電子工学的像拡大システムでは、顕微鏡の接眼レンズおよび対物レンズ系を通して物体を見る必要がなく、またビデオカメラを複式顕微鏡システムに連結するために高いコストをかける必要もない。その代わり、付属の複式顕微鏡のを用いずにモニターのスクリーンの上だけで拡大された電子的な像が見られる。このシステムは単独で、非常に小さく低価格の拡大システムの形、例えば虫、土壌、植物および鉱物を観察するための倒立顕微鏡の形としても利点をもっている。他の感知技術、例えばFT−IR分光法またはラマン分光法と組み合わせると、例えば包装材料の欠陥の解析または痕跡量の法医学上の証拠の分析等において、試料を検査する上で劇的な利点が得られるであろう。   The miniaturized optoelectronic image magnification system of the present invention eliminates the need to see objects through the microscope eyepiece and objective lens system and does not require high costs to connect the video camera to the dual microscope system. . Instead, an enlarged electronic image can be seen only on the screen of the monitor without the use of an attached compound microscope. This system alone also has the advantage of being in the form of a very small and inexpensive expansion system, for example an inverted microscope for observing insects, soil, plants and minerals. When combined with other sensing techniques such as FT-IR spectroscopy or Raman spectroscopy, there is a dramatic advantage in inspecting the sample, for example in the analysis of defects in packaging materials or in the analysis of trace amounts of forensic evidence. Will be obtained.

本発明の好適具体化例においては、試料の拡大された像を連続的に観察し、内部反射分光法によってATRスペクトルを同時に集めることができる。これによって内部反射分光装置は一層安定になり、使用が容易になると共に価格が低下する。IREを通して試料を観察することは顕微分析の上で特に価値があり、どんな物体または特徴を分析しようとしているかを眼で確かめることができる。内部反射法は重合体および他の有機物体の分光分析に非常に有用であり、特に厚く不透明な材料の表面を分析するのに有用である。厚く不透明な材料の上でスペクトル分析を行なう区域を探すには、IREを通して観測することが必要である。   In a preferred embodiment of the invention, magnified images of the sample can be observed continuously and ATR spectra can be collected simultaneously by internal reflection spectroscopy. This makes the internal reflection spectrometer more stable, easier to use and lowers in price. Observing the sample through the IRE is particularly valuable on microscopic analysis, and it is possible to visually confirm what object or feature is being analyzed. The internal reflection method is very useful for spectroscopic analysis of polymers and other organic objects, especially for analyzing the surface of thick and opaque materials. To find an area for spectral analysis on a thick opaque material, it is necessary to observe through the IRE.

本発明の小型化された光電子工学的像拡大システムの他の好適な具体化例においては、内部反射スペクトル分析に市販のFT−IR分光計を使用する。MOMモジュールを内部反射アクセサリーの内部にはめ込み、試料(物体)の拡大された像をつくると同時に赤外分光法によってこれを分析する。内部反射アクセサリーは汎用のFT−IR分光計の試料室の中に取付ける。分光計の試料室の空間的な限界により内部反射素子(IRE)を通して試料の視覚的なアクセス(眼で見ること)が制限される。内部反射アクセサリーの内部にMOMモジュールを入れることにより、IREを通して眼で見ることおよびIREと接触している材料を調べることが可能になる。光の経路および内部反射による光のエネルギーの経路を見ることは内部反射素子の中で別々に行なわれるが、その経路は試料上の同じ点に収束している。これらの光学的経路は別々であるが、これによって赤外スペクトルを記録すると同時に試料を眼で観察することができる。   In another preferred embodiment of the miniaturized optoelectronic image magnification system of the present invention, a commercially available FT-IR spectrometer is used for internal reflection spectral analysis. The MOM module is fitted inside the internal reflection accessory to create an enlarged image of the sample (object) and at the same time analyzed by infrared spectroscopy. The internal reflection accessory is installed in the sample chamber of a general purpose FT-IR spectrometer. The spatial limitations of the sample chamber of the spectrometer limit the visual access (viewing with the eye) of the sample through the internal reflective element (IRE). By placing the MOM module inside the internal reflective accessory, it becomes possible to see through the IRE and examine the material in contact with the IRE. Viewing the light path and the light energy path by internal reflection is done separately in the internal reflection element, but the paths converge at the same point on the sample. Although these optical paths are separate, this allows the sample to be observed with the eye while recording the infrared spectrum.

他の形においては、本発明のMOMモジュールは内部反射顕微分析専用の分光計システムに組み込まれる。内部反射像形成アクセサリーまたはこの専用システムはいずれも単一のまたは多数のIREを使用することができる。拡大された像をビデオで内部反射FT−IR装置とをこのように独特な方法で組み合わせにより、有機化合物、薬品、プラスティックス、ペイント、および大部分の鉱物を含む広範囲の材料を分析するのに使用し得る簡単で廉価な装置が得られる。   In another form, the MOM module of the present invention is incorporated into a spectrometer system dedicated to internal reflection microscopic analysis. Either the internal reflection imaging accessory or this dedicated system can use a single or multiple IREs. By combining the magnified image with video and the internal reflection FT-IR instrument in this unique way, a wide range of materials including organic compounds, drugs, plastics, paints, and most minerals can be analyzed. A simple and inexpensive device that can be used is obtained.

ここで今、本発明は添付の図面を特に参照にして単に例として記載する。   The present invention will now be described by way of example only with particular reference to the accompanying drawings.

拡大された像を直接見るために使用する従来の複合光学顕微鏡技術の現状を示す概略図であり、主要素を示す。FIG. 2 is a schematic diagram showing the current state of a conventional compound optical microscope technique used to directly view an enlarged image, showing the main elements. ビデオ顕微鏡技術の現状を示す概略図であり、主要素を示す。It is the schematic which shows the present condition of video microscope technology, and shows the main elements. 本発明の小型化された光−電子拡大システムの概略図であり、主要素を示す。1 is a schematic diagram of a miniaturized opto-electronic magnification system of the present invention, showing the main elements. 本発明のシステムを実行するために使用する部品部分を強調する小型化された光−電子拡大システムのブロック線図である。FIG. 2 is a block diagram of a miniaturized opto-electronic magnification system that highlights the parts used to implement the system of the present invention. 赤外線スペクトル分析に使用する内部反射付属品中に配置された本発明の小型化された光学−電子拡大システムを表す概略図である。内部反射要素上に配置されたサンプルの拡大された像は、ビデオ−モニタースクリーン上に表示される。1 is a schematic diagram representing a miniaturized optical-electronic magnification system of the present invention placed in an internal reflection accessory for use in infrared spectral analysis. FIG. An enlarged image of the sample placed on the internal reflective element is displayed on the video-monitor screen. 倒立顕微鏡における本発明の小型化された光−電子拡大システムを表す概略図であり、これは小さい物体の拡大された像をTVモニター上に生成する。1 is a schematic diagram representing the miniaturized opto-electronic magnification system of the present invention in an inverted microscope, which produces an enlarged image of a small object on a TV monitor. 分析するサンプルの拡大された像を生成するために、FT−ラマン分光計のサンプル区分に配置された本発明の小型化された光−電子拡大システムを表す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram representing a miniaturized photo-electron magnification system of the present invention placed in the sample section of an FT-Raman spectrometer to produce an enlarged image of the sample to be analyzed. 図8aは、ARTスペクトル測定のために、被検体領域の制御された赤外線照射を用いて内部反射要素の領域を見るための、本発明の小型化された光学−電子拡大システムを表す概略図であり;そして 図8bは、図8aのプローブチップの拡大図であり、その図のARTプローブ装置中の小型化された光−電子拡大システムにより提供される。FIG. 8a is a schematic diagram representing the miniaturized optical-electron magnification system of the present invention for viewing the region of the internal reflective element using controlled infrared illumination of the subject region for ART spectrum measurements. Yes; and FIG. 8b is an enlarged view of the probe tip of FIG. 8a, provided by a miniaturized opto-electronic magnification system in the ART probe apparatus of that figure.

(詳細な説明)
図1は光学的に拡大した像を直接見るために使用する従来の複合光学顕微鏡の主要素を表す。従来の複合光学顕微鏡は、光源1、物体4を照射するために光を向ける集光レンズ3に光を向ける鏡2から成る。対物レンズ5は照射された物体の実像6を接眼レンズ7に投影し、目8は虚像9を見、そして目のレンズ10は網膜17上に物体の実像11を形成する。
(Detailed explanation)
FIG. 1 represents the main elements of a conventional composite optical microscope used to directly view an optically magnified image. The conventional compound optical microscope includes a light source 1 and a mirror 2 that directs light to a condenser lens 3 that directs light to irradiate an object 4. The objective lens 5 projects a real image 6 of the irradiated object onto the eyepiece 7, the eye 8 sees the virtual image 9, and the eye lens 10 forms a real image 11 of the object on the retina 17.

図2に示す複合光学顕微鏡を電子画像用のシステムに転換する本技術は、図1の目8をレンズ13および電子画像要素14から成るビデオカメラ12と置き換える。このビデオカメラは通常、従来の接眼レンズを通して正常の直接視野を保持するために別の口に取り付けられている。電子像はビデオ ディスプレイ スクリーン15に表示される。   The present technology for converting the compound optical microscope shown in FIG. 2 to a system for electronic imaging replaces the eye 8 of FIG. 1 with a video camera 12 comprising a lens 13 and an electronic image element 14. This video camera is usually attached to another mouth to maintain a normal direct field of view through a conventional eyepiece. The electronic image is displayed on the video display screen 15.

複合光学顕微鏡は多くの形状およびサイズで組み立てられて来たが、今日の顕微鏡は大きく、複雑で、汎用的な科学装置である。接眼レンズのシートに取り付けられた対物レンズからの機械的距離、これを機械的な筒長16と呼ぶ。標準的な光学顕微鏡は160mm以上の筒長を有する。従来の複合光学顕微鏡にビデオ付属品を付加すると、サイズおよび複雑さが加わる。   While compound optical microscopes have been assembled in many shapes and sizes, today's microscopes are large, complex and versatile scientific instruments. The mechanical distance from the objective lens attached to the eyepiece lens sheet is referred to as the mechanical tube length 16. A standard optical microscope has a tube length of 160 mm or more. Adding video accessories to a conventional composite optical microscope adds size and complexity.

電子画像は従来の顕微鏡に大きな衝撃を与え、特に電子画像分析の分野に衝撃を与え、そして小さいコントラスト差の検出に対する感度を上昇させた。   Electronic images have had a major impact on conventional microscopes, particularly in the field of electronic image analysis, and have increased sensitivity to the detection of small contrast differences.

本発明は顕微鏡のサイズおよび複雑さを低減するので、従来の顕微鏡では見られないか、または高すぎて調査できない物体を観察するために使用することができる。上記のように、本発明の核心は小型化された光−電子像拡大モジュール、すなわちレンズと1以上の小さい固体素子の光−検出器アレイとの組み合わせである。光−検出器は電荷−結合素子(CCD)カメラの部品であり得る。それらは単純なボードカメラ(simple board camera)、すなわちプリント回路または上に光−検出器が取り付けられた他の基盤の部分でもよく、回路が該光−検出器上に像の表示であるシグナルを生成する。1/4インチのCCDカメラおよび12mmの焦点距離のレンズは、MOMモジュールの
1例である。
Because the present invention reduces the size and complexity of the microscope, it can be used to observe objects that are not seen with conventional microscopes or that are too high to be investigated. As described above, the heart of the present invention is a miniaturized opto-electronic image magnification module, ie, a combination of a lens and one or more small solid-state photo-detector arrays. The light-detector can be part of a charge-coupled device (CCD) camera. They can be simple board cameras, i.e. printed circuit or other parts of the base on which the light-detector is mounted, and the circuit receives a signal that is an image display on the light-detector. Generate. A 1/4 inch CCD camera and a 12 mm focal length lens are examples of MOM modules.

図3を参照にして、レンズ31は、発光または照射された物体32の実像を固体素子の光−検出器アレイ33上に形成する。物体は透明または不透明のいずれかであり得るので、2つの可視光光源38および39が提供される。レンズ31および光−検出器アレイ32は、MOMモジュールを形成する。アレイ検出器の各素子は、拡大された像のピクセルを含む。MOMモジュールから電子的に生成されたシグナルは、電子回路34により処理され、そして拡大された像がビデオ−モニター35上に表示される。多くのシステムで、光検出アレイ32および電子回路34は上記のCCDカメラのようなシステム中で組み合わされるだろう。しかし特定の応用では、例えばMOMモジュールがフーリエ変換分光計、熱分析システムおよび視診用の小型化プローブのような小型の装置内に置かれた時、光−検出アレイ32はレンズ31と組合わさってMOMモジュールを形成し、そして電子回路34は図3に説明するように別の都合のよい位置に配置され得る。この種の応用では、ボードカメラが特に有利である。   Referring to FIG. 3, the lens 31 forms a real image of an emitted or irradiated object 32 on a solid-state light-detector array 33. Since the object can be either transparent or opaque, two visible light sources 38 and 39 are provided. The lens 31 and the light-detector array 32 form a MOM module. Each element of the array detector includes a magnified image pixel. The electronically generated signal from the MOM module is processed by the electronic circuit 34 and the magnified image is displayed on the video monitor 35. In many systems, the light detection array 32 and the electronic circuitry 34 will be combined in a system such as the CCD camera described above. However, in certain applications, the light-detection array 32 is combined with the lens 31 when the MOM module is placed in a small device such as a Fourier transform spectrometer, a thermal analysis system, and a miniaturized probe for visual inspection. The MOM module is formed and the electronic circuit 34 can be placed in another convenient location as described in FIG. For this type of application, a board camera is particularly advantageous.

小型化されたソリッドステートの電荷結合素子(CDD)ビデオカメラは、本発明で使用して顕微鏡に代わり縮小型の寸法である。市販のCDDビデオカメラ(CHUGAI BOYEKI(米国)、コンマック、ニューヨーク、11725、モデルCEC100のような)は小型であり、そして1/4インチのCCD素子を有する。このカメラはサイズが小さく、1.25インチ平方(3基盤)×1.0インチ高である。CCDは512個の水平(H)×492個の垂直(V)素子を有し、そしてその走査サイズは3.69(H)×2.76(V)mmである。このカメラは330(H)×330(V)のTV線分解能を有する。   A miniaturized solid state charge coupled device (CDD) video camera is a reduced size instead of a microscope used in the present invention. Commercially available CDD video cameras (such as CHUGAI BOYEKI (USA), Commac, New York, 11725, model CEC100) are small and have 1/4 inch CCD elements. This camera is small in size and is 1.25 inches square (3 bases) x 1.0 inches high. The CCD has 512 horizontal (H) × 492 vertical (V) elements, and its scan size is 3.69 (H) × 2.76 (V) mm. This camera has a TV line resolution of 330 (H) × 330 (V).

このCCDカメラで電子スケーリング(scaling)の原理を具体的に説明する。CCD固体素子アレイ上に形成された像は、モニタースクリーン上で表示される。モニタースクリーンの垂直(H)サイズが10インチ(254mm)ならば、254/3.69=68.8がこのシステムに関する電子スケーリング因子である。レンズ(1つまたは複数)系がCCD素子上に3倍に拡大された像を形成すれば、モニター上で見える像は3×68.8すなわち206.4倍となるだろう。容易に想定されるように、電子スケーリングは、本発明の主要素である。   The principle of electronic scaling with this CCD camera will be described in detail. The image formed on the CCD solid device array is displayed on a monitor screen. If the monitor screen vertical (H) size is 10 inches (254 mm), 254 / 3.69 = 68.8 is the electronic scaling factor for this system. If the lens (es) system forms a 3 × magnified image on the CCD element, the image seen on the monitor will be 3 × 68.8 or 206.4 ×. As readily envisioned, electronic scaling is a key element of the present invention.

CCD固体素子アレイとは異なる外形、サイズを持つ他の小型ビデオカメラおよび他のビデオモニターを使用することも可能である。本発明に良く適する市販されているレンズと合わせるためには、カメラまたは他の固体素子の光−検出アレイは、1インチ幅未満で(斜めに沿って測定した)、モニタースクリーンの分解能に等しいピクセル素子の密度を有し、そして50lux未満の最小輝度を検出するべきである。   It is also possible to use other small video cameras and other video monitors having different external shapes and sizes than the CCD solid state device array. To match a commercially available lens that is well suited for the present invention, a camera or other solid-state light-detection array is a pixel that is less than 1 inch wide (measured along an angle) and equal to the resolution of the monitor screen. It should have a density of elements and detect a minimum luminance of less than 50 lux.

レンズはCCD固体素子アレイと組み合わせて、本発明の小型化された光電子拡大システムの小型光電荷拡大機(MOM)モジュールを形成する。レンズは最終的な電子像に望まれる倍率を達成するために、特別サイズの像および分解能を作成する。このレンズの拡大力(magnification power)は、物体のサイズに対する像の比率として計算される。像のサイズはCCD固体素子アレイのサイズに等しい。CCD固体素子アレイおよび上記のモニターを使用して、レンズの倍率および分解能は、3×68.8=206.4倍の最終的な倍率と算出される。この全倍率は光学的倍率および電子スケーリング因子の生成物に等しいので、この例では光学的拡大力は3倍である。このCCD固体素子アレイに関して、水平寸法は3.69mmである。3倍の倍率について、最大の物体サイズは3.69/3=1.23mmである。この1.23mmの物体は512個の素子上に像が作られ、したがって各CCDアレイ素子は1.23/512=0.0024mm(2.4ミクロン)に等しい画像素子サイズを有する。電子分解能に等しい光学分解能に
は、レンズは2.4マイクロメーターの分解能の像を作成しなければならない。これはレンズの開口数(NA)がd=波長/NA(ここでdは検出できる分離の最小距離である)のアッベ分離基準(Abb resolution criteria)を満たさなければならない。可視光について、この関係はN=(0.5E−3)/dであり、これはこの例ではd=2.4E−3そしてNA=0.208である。
The lens is combined with a CCD solid state device array to form a miniaturized photocharge magnifier (MOM) module of the miniaturized photoelectron magnification system of the present invention. The lens creates a specially sized image and resolution to achieve the desired magnification in the final electronic image. The magnification power of this lens is calculated as the ratio of the image to the object size. The size of the image is equal to the size of the CCD solid state device array. Using a CCD solid state device array and the above monitor, the magnification and resolution of the lens is calculated with a final magnification of 3 × 68.8 = 206.4. Since this total magnification is equal to the product of the optical magnification and the electronic scaling factor, the optical power in this example is 3 times. For this CCD solid element array, the horizontal dimension is 3.69 mm. For a 3 × magnification, the maximum object size is 3.69 / 3 = 1.23 mm. This 1.23 mm object is imaged on 512 elements, so each CCD array element has an image element size equal to 1.23 / 512 = 0.024 mm (2.4 microns). For optical resolution equal to electronic resolution, the lens must produce an image with a resolution of 2.4 micrometers. This is because the numerical aperture (NA) of the lens must satisfy the Abbe criterion, where d = wavelength / NA (where d is the minimum separation distance that can be detected). For visible light, this relationship is N = (0.5E−3) / d, which in this example is d = 2.4E−3 and NA = 0.208.

この光電子システムの全倍率は、光学倍率および電子スケーリングの生成物である。光学倍率は画像距離37に対する物体距離36の比率である。電子スケーリングは、光−検出素子33のサイズに対するビデオ−モニタースクリーン35のサイズの比率である。拡大のすべてではないがほとんどが、典型的には電子スケーリングからもたらされる。   The total magnification of this optoelectronic system is the product of optical magnification and electronic scaling. The optical magnification is a ratio of the object distance 36 to the image distance 37. Electronic scaling is the ratio of the size of the video-monitor screen 35 to the size of the light-detecting element 33. Most but not all of the expansion typically comes from electronic scaling.

表1は所望の倍率、分解能および小さい全MOMモジュール長を達成するために使用することができる直ちに利用可能な例として市販されているレンズの特性を掲げる。市販されている固体素子光電子アレイ検出器に合わせ、そして本発明により提供される利点を達成するために、レンズは固定または可変の焦点距離(ズームレンズ系)を持ち、そして最高20倍の光学倍率を作ることができる単一レンズまたはレンズ系であるべきである。レンズ焦点距離は2から50mmの間の範囲にあるべきである。   Table 1 lists the characteristics of commercially available lenses as readily available examples that can be used to achieve the desired magnification, resolution and small total MOM module length. To accommodate commercially available solid state optoelectronic array detectors and achieve the benefits provided by the present invention, the lens has a fixed or variable focal length (zoom lens system) and an optical magnification of up to 20x Should be a single lens or lens system that can make The lens focal length should be in the range between 2 and 50 mm.

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上記のようにほとんどの好適な組み合わせでは、電子スケーリングが全倍率の主要素となり、そして光学倍率の要素は小さいだろう。20インチモニターを使用して、そして400倍の全倍率を生成するMOMモジュール中に0.25インチの固体素子アレイを用いたシステムについて、電子スケーリング要素は80倍であり、そして光学倍率要素は5倍である。この例では、電子スケーリングが光学倍率よりも16倍大きい。これは、すべての倍率が光学的であり、そして対物レンズが一般に大部分の倍率をつくり出す従来の複合光学顕微鏡とは好対照である。MOMモジュールにおける光学倍率は多くは20倍未満であるので、レンズには経費がかからず、そして収差用の補正に必要なレンズ要素は少ない。   As noted above, for most preferred combinations, electronic scaling will be the main factor of total magnification and the optical magnification factor will be small. For a system using a 0.25 inch solid state array in a MOM module that uses a 20 inch monitor and produces a total magnification of 400x, the electronic scaling factor is 80x and the optical magnification factor is 5x. Is double. In this example, the electronic scaling is 16 times greater than the optical magnification. This is in contrast to conventional compound optical microscopes where all magnifications are optical and the objective lens generally produces the majority of magnifications. Since the optical magnification in the MOM module is often less than 20 times, the lens is not expensive and few lens elements are needed to correct for aberrations.

CCDボードカメラのような小さい素子の固体素子光検出器は、掌中カムコーダーおよび保安監視カメラで商用に開発された。この要素は1/4から3/4インチの通常サイズ
で利用可能である。従来の1/4インチカメラは、約3.96mm水平(H)×約2.79mm垂直(V)の寸法のアレイを有する。ビデオモニターのスクリーンサイズは、5から20インチの範囲であり、そしてホームビデオスクリーンは最高48インチ幅で利用可能である。この電子スケーリングは大変高い。現在ではこの電子スケーリングの多くが、分解能がピクセルのサイズおよびモニタースクリーンの分解能に限定される点で「空の倍率(empty magnification)」である。空の倍率は詳細な分解を越えて広がる拡大であり;画像は大きいが新たに詳細を明らかにすることはない。現在のビデオ技術は分解能を限定し、したがって本発明の小型光−電子拡大装置の実際の全倍率は500以下である。しかし高い鮮明度のTVの開発、そして将来のビデオ技術の進歩により、倍率値は光学顕微鏡の光学回折限界にまで上がり、そして1,000以上の倍率が達成可能となるだろう。
Small element solid state photodetectors such as CCD board cameras have been developed commercially in palm camcorders and security surveillance cameras. This element is available in normal sizes from 1/4 to 3/4 inch. A conventional 1/4 inch camera has an array with dimensions of about 3.96 mm horizontal (H) x about 2.79 mm vertical (V). Video monitor screen sizes range from 5 to 20 inches, and home video screens are available up to 48 inches wide. This electronic scaling is very high. Currently, much of this electronic scaling is “empty magnification” in that the resolution is limited to pixel size and monitor screen resolution. Sky magnification is an enlargement that extends beyond detailed resolution; the image is large but does not reveal new details. Current video technology limits resolution, so the actual total magnification of the miniature opto-electronic magnifier of the present invention is 500 or less. However, with the development of high-definition TVs and future video technology advances, magnification values will rise to the optical diffraction limit of optical microscopes and magnifications of over 1,000 will be achievable.

電子スケーリングを提供することに加えて、固体素子の光検出器は大変感度があり、そして低レベルの光強度で高品質の画像を生成する。本発明では、感度の上昇を使用して光源を単純化し、そしてその経費を下げる。周囲の光で多くの応用が可能である。別の場合では、低電力のランプで十分な光を提供する。   In addition to providing electronic scaling, solid state photodetectors are very sensitive and produce high quality images at low levels of light intensity. In the present invention, the increased sensitivity is used to simplify the light source and reduce its cost. Many applications are possible with ambient light. In other cases, a low power lamp provides sufficient light.

本発明のMOMモジュールユニットの汎用化形態では、これは小型化された光−素子拡大システムの1構成要素である。図4のシステムのブロック線図を参照にして、MOMモジュール41は光源43または44により照射される物体42を見るために配置され、MOMモジュール41からの電気的シグナルはビデオモニター45またはコンピューター46に送られる。さらにビデオレコーダー47および、またはプリンター48は拡大された画像を記録するために加えることができるさらなる構成要素の例である。   In the generalized form of the MOM module unit of the present invention, this is one component of a miniaturized light-element expansion system. With reference to the block diagram of the system of FIG. 4, the MOM module 41 is arranged to view the object 42 illuminated by the light source 43 or 44, and the electrical signal from the MOM module 41 is sent to the video monitor 45 or computer 46. Sent. Furthermore, video recorder 47 and / or printer 48 are examples of additional components that can be added to record the magnified image.

現在、利用可能な小型のボードカメラは、NTSC、PALまたはS−ビデオ出力を生じる。このような市販のビデオ標準は変化してTV品質を向上すると期待され、これは本発明の応用にも広がるだろう。   Currently available small board cameras produce NTSC, PAL or S-video output. Such commercial video standards are expected to change and improve TV quality, which will also be extended to applications of the present invention.

本発明は、内部反射、赤外線分光分析用に適当な付属品である小型化された光−電子拡大システムを提供する。ASI SensIR Technologiesが製造し、そしてDuraSamplIR(商標)として販売されている内部反射装置が例として使用されるが、本発明はこれに限らない。図5はDuraSamplIRの本体内に取り付けられた本発明の小型化された光−電子画像拡大機モジュールの該略図である。   The present invention provides a miniaturized opto-electronic magnification system that is a suitable accessory for internal reflection, infrared spectroscopy. An internal reflection device manufactured by ASI SensIR Technologies and sold as DuraSampIR (TM) is used as an example, but the invention is not limited thereto. FIG. 5 is a schematic representation of the miniaturized opto-electronic image magnifier module of the present invention mounted within the body of the DuraSampleI.

図5を参照にして、分光計50からの赤外線輻射エネルギー51は鏡52によりセレン化亜鉛(ZnSe)素子53に向けられ、これは取付け具55に取り付けられた菱形の窓54を通して赤外線輻射を透過する。菱形の表面56で、輻射エネルギーは内側に反射するので、輻射エネルギーは菱形の窓54およびZnSe素子53を通って戻り、そして鏡57に向けられ、これは次に検出器58に向けられる。可視光源500は表面56を照らし、そしてこの光は菱形の窓54およびZnSe素子53を通って透過し、ここでこれはレンズ501により集められ、そして表面56の画像が固体素子の光検出器52上に形成される。図5では、部材501、502および504はMOMモジュール503である。光−検出器により生成される電子的シグナルはカメラの電子部品504により処理され、そして電子シグナルは表面56の拡大された画像を見るためにビデオ−モニター505に送られる。ビデオ−モニタースクリーン上で画像は拡大される。画像はサンプルと同じ幾何学的方向を有することができ、そして左から右、そして上下の移動はサンプルと画像が同じである。カメラ用の電力は、電源506により提供される。不透明のサンプルには、可視光源507がZnSe素子53の下に配置される。CCD光−検出器の高い感度のために、必要とされるのはすべて低電力の照明である。   Referring to FIG. 5, the infrared radiation energy 51 from the spectrometer 50 is directed by a mirror 52 to a zinc selenide (ZnSe) element 53 that transmits infrared radiation through a diamond-shaped window 54 attached to a fixture 55. To do. At the diamond-shaped surface 56, the radiant energy reflects inward so that the radiant energy returns through the diamond-shaped window 54 and the ZnSe element 53 and is directed to the mirror 57, which is then directed to the detector 58. Visible light source 500 illuminates surface 56 and this light is transmitted through diamond-shaped window 54 and ZnSe element 53 where it is collected by lens 501 and the image of surface 56 is a solid state photodetector 52. Formed on top. In FIG. 5, members 501, 502 and 504 are MOM modules 503. The electronic signal generated by the light-detector is processed by the camera electronics 504 and the electronic signal is sent to the video-monitor 505 for viewing an enlarged image of the surface 56. The image is magnified on the video-monitor screen. The image can have the same geometric direction as the sample, and movement from left to right and up and down is the same as the sample and the image. Power for the camera is provided by a power source 506. For the opaque sample, a visible light source 507 is disposed under the ZnSe element 53. Due to the high sensitivity of the CCD light-detector, all that is required is low power illumination.

この形態で、12mmの焦点距離レンズのCCD素子1/4インチが好適である。DuraSamplIRにおけるこの組み合わせで、1.5mmの寸法のIREは拡大されてモニターの垂直スクリーンサイズを満たすだろう。   In this configuration, a 1/4 inch CCD element with a 12 mm focal length lens is preferred. With this combination in the DuraSamplIR, an IRE with a dimension of 1.5 mm will be enlarged to meet the vertical screen size of the monitor.

内部反射分光法は、完全なサンプル調製を必要とせずに液体または固体サンプルを分析するためのATR赤外線スペクトルを生成するので大変重要な方法である。内部反射要素(IRE)とサンプルとの間の光学的接触が必要なだけである。小さいIREの使用が内部反射分光法における主な進歩であった。小さい接触表面が固体の分析をより再現性のある、しかも定量的ものとする。中央−赤外線スペクトル範囲での透過測定では、サンプルは薄く(0.03mm以下)しかも均一でなければならない。これは分析用のサンプル調製に特別な注意を必要とする。内部反射では、サンプル厚は輻射の波長、入射角およびサンプルとIREとの間の屈折率の差により確立される。大きなIRE要素は液体の定量的分析に有用であるが、固体には有用ではない。小さいIREが使用されるのは、固体サンプルとの再現性のある接触ができる時だけである。本発明は小さいIRE表面上の固体サンプルの接触を見ることを可能とする。この接触を見ることは分析の再現性を向上させる一方、分析者は正しいサンプルが分析されることを確認する。   Internal reflection spectroscopy is a very important method because it generates an ATR infrared spectrum for analyzing liquid or solid samples without the need for complete sample preparation. Only optical contact between the internal reflective element (IRE) and the sample is required. The use of a small IRE was a major advance in internal reflection spectroscopy. A small contact surface makes the analysis of solids more reproducible and quantitative. For transmission measurements in the mid-infrared spectral range, the sample must be thin (0.03 mm or less) and uniform. This requires special attention in preparing samples for analysis. For internal reflection, the sample thickness is established by the wavelength of radiation, the angle of incidence and the refractive index difference between the sample and the IRE. Large IRE elements are useful for quantitative analysis of liquids, but not for solids. A small IRE is only used when reproducible contact with a solid sample is possible. The present invention makes it possible to see the contact of a solid sample on a small IRE surface. While looking at this contact improves the reproducibility of the analysis, the analyst confirms that the correct sample is analyzed.

本発明は拡大時の物体を点検するための単純なビデオ画像システムも提供する。この実施では固定焦点の小型光−電子拡大装置が、その視口(viewing port)に置かれた任意の物体をモニター、コンピューター端末またはTVで拡大して見えるように製造される。図6は不透明な物体を調査するために、取付け具中に包含された小型化された光−電子拡大システムを示す該略図である。図6では、取付け具60は囲いにより支持された視口61を持つ機械的囲いである。視口61は平らな磨かれた表面を持つ透明な、耐引掻性材料である。ガラスおよび数種のプラスチックをこの視口に使用してもよいが、石英およびサファイヤが好適な耐引掻性の透明材料である。レンズ62は、視口61の外面の実像を光−検出器素子63上に形成する。レンズ62は所望の倍率および分解能を生成するための焦点距離および開口数を有するように選択される。回転ディスクまたはスライダー上の多数のレンズは、可変倍率のためのズームレンズ系と同様に使用することができる。光−検出器63は、ビデオモニター65に電子シグナルを生成するビデオカメラ電子機器64に情報を供給するCCDまたは他の固体素子ビデオ画像デバイスである。このカメラ用の電力は、電源68により供給される。サンプルは点検のために視口表面61上に置かれる。サンプルは照明66および、または67によりライトアップされる。一般的使用には、全倍率は5〜200倍が最も現実的であるが、最高1,500の全倍率が可能である。   The present invention also provides a simple video image system for inspecting an enlarged object. In this implementation, a fixed focus miniature opto-electronic magnifier is manufactured so that any object placed in its viewing port can be viewed as magnified on a monitor, computer terminal or TV. FIG. 6 is a schematic diagram showing a miniaturized opto-electronic magnification system included in a fixture for investigating opaque objects. In FIG. 6, the fixture 60 is a mechanical enclosure having a viewing port 61 supported by the enclosure. The viewing port 61 is a transparent, scratch-resistant material with a flat polished surface. Although glass and several plastics may be used for this viewing aperture, quartz and sapphire are suitable scratch resistant transparent materials. The lens 62 forms a real image of the outer surface of the viewing port 61 on the light-detector element 63. Lens 62 is selected to have a focal length and numerical aperture to produce the desired magnification and resolution. Multiple lenses on a rotating disk or slider can be used as well as a zoom lens system for variable magnification. The light-detector 63 is a CCD or other solid state video image device that supplies information to video camera electronics 64 that generates an electronic signal to the video monitor 65. The power for the camera is supplied by a power source 68. The sample is placed on the viewing surface 61 for inspection. The sample is illuminated by illumination 66 and / or 67. For general use, a total magnification of 5 to 200 times is most realistic, but a total magnification of up to 1,500 is possible.

この態様では、小型化された光−電子拡大システムは、倍率を変化させることが可能な他の可動部を持たない。サンプルは視口上に置かれ、そしてモニター上で調査される。拡大された像は標準的なビデオレコーダーで記録するか、またはビデオ口を通ってコンピューターに輸送することができる。この形態では、本発明は教育および工業的点検での応用を有すると期待される。   In this aspect, the miniaturized opto-electronic magnifying system does not have other movable parts capable of changing the magnification. The sample is placed on the viewing port and examined on a monitor. The magnified image can be recorded on a standard video recorder or transported to a computer through a video port. In this form, the present invention is expected to have applications in education and industrial inspection.

FT−ラマン分光計は別の例を提供し、その例では本発明の小型化された光−電子拡大システムを分光計のサンプル区分に挿入することが、独特な利点を有する。FT−ラマンでは、不可視の近−赤外線波長(すなわち1064nm)を含む強いレーザーを使用してラマンスペクトルを励起する。直接見れば、この光線は目の組織に重篤な傷害を引き起こすだろう。レーザー光線は小さいので、レーザー光線を所望の領域に配置することができるようにサンプルを見ることが重要である。不均一な固体を用いて、光線が集束していることを見ることが大変重要である。   The FT-Raman spectrometer provides another example, in which inserting the miniaturized opto-electronic magnification system of the present invention into the sample section of the spectrometer has a unique advantage. In FT-Raman, a strong laser containing an invisible near-infrared wavelength (ie 1064 nm) is used to excite the Raman spectrum. When viewed directly, this light will cause serious damage to the eye tissue. Since the laser beam is small, it is important to look at the sample so that the laser beam can be placed in the desired area. It is very important to see that the rays are focused using a non-uniform solid.

図7は、分析されるサンプルの拡大された像を生成するために、FT−ラマン分光計の
サンプル区分に配置された本発明の小型化された光−電子拡大システムを表す該略図である。図7を参照にして、レーザー光線70は非球面の鏡要素71中の小さい開口を通って進み、そしてガラス筒73中に含まれるサンプル72に入射する。レーザー輻射70はラマン散乱であり、そして散乱した輻射74は非球面の鏡71により集められる。この鏡はラマン散乱輻射をフーリエ−変換分光計75に向ける。レンズ76、固体素子光検出器アレイ77およびカメラ電子機器78は、MOMモジュール79を構成する。この電子画像はビデオ−モニター701に送られてサンプルの拡大された画像を表示する。このカメラ用の電力は電源702により提供される。鏡71、サンプル73、サンプル容器72、MOM モジュール79はすべてFT−ラマン分光計のサンプル区分(703)に含まれる。
FIG. 7 is a schematic representation of the miniaturized photo-electron magnification system of the present invention placed in the sample section of an FT-Raman spectrometer to produce a magnified image of the sample to be analyzed. Referring to FIG. 7, a laser beam 70 travels through a small aperture in an aspherical mirror element 71 and is incident on a sample 72 contained in a glass tube 73. The laser radiation 70 is Raman scattering and the scattered radiation 74 is collected by an aspherical mirror 71. This mirror directs the Raman scattered radiation to the Fourier-transform spectrometer 75. The lens 76, the solid-state photodetector array 77 and the camera electronics 78 constitute a MOM module 79. This electronic image is sent to a video monitor 701 to display an enlarged image of the sample. The camera power is provided by a power source 702. The mirror 71, sample 73, sample container 72, and MOM module 79 are all included in the sample section (703) of the FT-Raman spectrometer.

ラマン分光計のサンプル区分は小さいが、MOM モジュールは内部に収まり、レーザー光線中のサンプル配置を見ることができる。この小さいサイズが重要な因子である。サンプルは10から200倍の倍率で見ることができ、そして近−赤外線レーザー光線は固体素子光検出器アレイにより弱く検出される。この態様では、感知要素をモディファイする必要がある。通常の可視光画像に使用するシリコンに基づくCCDカメラの標準的形状は、デバイス上に配置された近−赤外線遮断フィルターを有する。ラマンの応用には、このフィルターをCCDカメラから取り除く必要がある。   Although the sample section of the Raman spectrometer is small, the MOM module fits inside and can see the sample placement in the laser beam. This small size is an important factor. The sample can be viewed at a magnification of 10 to 200 times and the near-infrared laser beam is weakly detected by the solid state photodetector array. In this aspect, the sensing element needs to be modified. The standard shape of a silicon-based CCD camera used for normal visible light images has a near-infrared blocking filter placed on the device. For Raman applications, this filter must be removed from the CCD camera.

本発明の別の目的は、MOM モジュールがATRプローブ中に包含されて内部反射要素とサンプルとの間の接触表面の拡大画像を提供する。この態様では、画像平面マスク(image plane mask)が赤外線輻射で照射された界面の領域を限定する。またこのシステムは同軸の可視照明も有し、MOM モジュールを使用して分析されるサンプルの領域を見る手段を提供する。   Another object of the present invention is that a MOM module is included in the ATR probe to provide a magnified image of the contact surface between the internal reflective element and the sample. In this embodiment, the image plane mask limits the area of the interface irradiated with infrared radiation. The system also has a coaxial visible illumination and provides a means of viewing the area of the sample being analyzed using the MOM module.

図8aおよび8bは、この応用を具体的に説明するATRプローブ付属装置の該略図である。分光計79からの赤外線輻射エネルギー80は、鏡81から鏡82へ反射される。赤外線輻射は鏡82により可変マスク83上に集束し、そして次に鏡84上で集束し続ける。鏡84はこの光線を取付け具101中に取り付けられた複合Zn−Se−菱形IRE85上に再度向けられる。菱形100の表面86で、輻射エネルギーは内部に反射される。IRE−サンプル境界86からの反射後、IRE要素は赤外線輻射を鏡84に戻し向ける。鏡84からの反射で、赤外線輻射は再度、可変マスク83上に集束し、そして鏡82上に集束し続ける。鏡82から光線を鏡87に向け、そして次に赤外線輻射エネルギー検出器88に向ける。サンプルは、鏡90が機械的手段91により赤外線光路中に配置された時、照明89からの可視光でライトアップされる。この可視光は赤外線と同軸であり、可変マスク83を通り、そして鏡84によりIRE−サンプル界面に再度向けられる。鏡84から可視光は透明な内部反射要素85に向けられて、可変マスク83により規定されるサンプル領域を照らす。照らされたサンプル−IRE界面の拡大された像が、鏡92からの光をレンズ93、光−検出アレイ94および電子インターフェイス97から成るMOM 95に反射することにより生成される。電子シグナルはビデオ−ディスプレイスクリーン96上に表示される。カメラの電力は電源98により提供される。このプローブ装置は、ATRによる分析を容器中に延ばすこと、製造ライン上で表面または材料上の生物的増殖の分析に用途を有する。   FIGS. 8a and 8b are schematic views of an ATR probe attachment device that specifically illustrates this application. Infrared radiation energy 80 from the spectrometer 79 is reflected from the mirror 81 to the mirror 82. Infrared radiation is focused by the mirror 82 onto the variable mask 83 and then continues to focus on the mirror 84. The mirror 84 redirects this ray onto the composite Zn-Se-diamond IRE 85 mounted in the fixture 101. At the surface 86 of the diamond 100, the radiant energy is reflected internally. After reflection from the IRE-sample boundary 86, the IRE element directs infrared radiation back to the mirror 84. Upon reflection from the mirror 84, the infrared radiation is again focused on the variable mask 83 and continues to focus on the mirror 82. A light beam is directed from mirror 82 to mirror 87 and then to infrared radiant energy detector 88. The sample is illuminated with visible light from illumination 89 when mirror 90 is placed in the infrared light path by mechanical means 91. This visible light is coaxial with the infrared light, passes through the variable mask 83 and is redirected by the mirror 84 to the IRE-sample interface. Visible light from the mirror 84 is directed to the transparent internal reflective element 85 to illuminate the sample area defined by the variable mask 83. An enlarged image of the illuminated sample-IRE interface is generated by reflecting light from the mirror 92 to a MOM 95 consisting of a lens 93, a light-detection array 94 and an electronic interface 97. The electronic signal is displayed on the video-display screen 96. Camera power is provided by a power source 98. This probe device has applications in extending analysis by ATR into containers, and analyzing biological growth on surfaces or materials on a production line.

このように本発明で与えられる新規な小型化された光−電子拡大システムは、上記の目的を達成し、そして従来のデバイスおよびシステムの使用で遭遇する困難を排除し、問題を解決し、経費を下げ、そして本明細書に記載した望ましい結果を得た。   Thus, the new miniaturized opto-electronic magnification system provided by the present invention achieves the above objectives and eliminates the difficulties encountered with the use of conventional devices and systems, solving the problems and cost. And obtained the desired results described herein.

前述の記載において、特定の用語を簡潔さ、明瞭性および理解のために使用したが、そのような用語は説明を目的とするだけであり、広く解釈されることを意図しているので、
それらからの不必要な限定を意味していない。さらに記載および具体的説明は例であり、そして前記特許請求の範囲で定義した本発明は示し、そして記載した詳細に限定されない。
In the foregoing description, certain terms have been used for brevity, clarity and understanding, but such terms are for illustrative purposes only and are intended to be broadly interpreted.
It does not imply unnecessary limitations from them. The description and specific examples are exemplary, and the invention as defined in the claims is not limited to the details shown and described.

Claims (8)

(a)試料と接触するようにつくられた表面をもち、スペクトルの測定を行なうための第1の光路および該試料を見るための第2の光路をもつ内部反射素子、
(b)一つまたはそれ以上の光検出器のアレイの上に該試料の拡大された像をつくるように設計され構成され位置しているレンズ、および
(c)該光検出器のアレイ、および該試料のさらに拡大された像を電子的表示装置の上に表示または記録するための装置を有する電子的スケーリング装置、を具備し、
該試料から該表示装置への像の拡大はその少しの部分が該レンズによってつくられ、該試料から該表示装置への像の拡大の、該少しの部分より大きい多くの部分は該電子的スケーリング装置によってつくられ、汎用のFT−IR分光計の試料室内に装着できるような大きさになっていることを特徴とする赤外スペクトル分析用光電子装置。
(A) an internal reflection element having a surface made in contact with the sample and having a first optical path for measuring the spectrum and a second optical path for viewing the sample;
(B) a lens designed, configured and positioned to produce an enlarged image of the sample on an array of one or more photodetectors; and (c) the array of photodetectors; An electronic scaling device having a device for displaying or recording a further magnified image of the sample on an electronic display device;
The magnification of the image from the sample to the display is created in part by the lens, and the greater part of the magnification of the image from the sample to the display is greater than the electronic scaling. A photoelectron device for infrared spectrum analysis, characterized in that it is made by a device and is sized so that it can be installed in a sample chamber of a general-purpose FT-IR spectrometer.
該内部反射素子は該表面を規定するダイアモンドの層、および第2の赤外線透過材料から成る支持層を備えていることを特徴とする請求項1記載の赤外スペクトル分析用光電子装置。   2. The optoelectronic device for infrared spectrum analysis according to claim 1, wherein the internal reflection element includes a diamond layer defining the surface and a support layer made of a second infrared transmitting material. 該第2の赤外線透過材料から成る支持層はセレン化亜鉛またはKRS−5から成っていることを特徴とする請求項2記載の赤外スペクトル分析用光電子装置。   3. The infrared electronic device for infrared spectrum analysis according to claim 2, wherein the support layer made of the second infrared transmitting material is made of zinc selenide or KRS-5. (a)赤外線および可視光の両方の輻射エネルギーに対して透明な高い屈折率をもつ材料から成る内部反射素子であって、該素子は試料と接触するようにつくられた表面をもち、スペクトルの測定を行なうための第1の光路および該試料を見るための第2の光路をもつ内部反射素子、
(b)レンズおよび一つまたはそれ以上の光検出器のアレイを具備し、該レンズは該第2の光路に沿い該内部反射素子を通して試料の上に焦点を結ぶように、また光検出器のアレイの上に試料の拡大された実像をつくるように設計され構成され且つ位置しており、該光検出器は該拡大された実像を表す電気信号をつくるように設計され構成され、25〜100mmの高さを有する大きさにつくられている小型化された光電子工学的像拡大モジュール、
(c)電子的表示装置、および
(d)該電気信号のスケーリングを行ない該表示装置の上に該試料のさらに拡大された像をつくるように設計され構成された電子的像スケーリング装置、
を具備し、
該試料から該表示装置への像の拡大はその少しの部分が該レンズによってつくられ、該試料から該表示装置への像の拡大の、該少しの部分より大きい多くの部分は該電子的スケーリング装置によってつくられ、汎用のFT−IR分光計の試料室内に装着できるような大きさになっていることを特徴とする赤外スペクトル分析用光電子装置。
(A) an internal reflection element made of a material having a high refractive index that is transparent to both infrared and visible radiation energy, the element having a surface made in contact with the sample, An internal reflective element having a first optical path for performing measurements and a second optical path for viewing the sample;
(B) comprising a lens and an array of one or more photodetectors, the lens focusing on the sample through the internal reflective element along the second optical path, and of the photodetector Designed and configured to create a magnified real image of the sample on the array, and the photodetector is designed and configured to create an electrical signal representative of the magnified real image, 25-100 mm A miniaturized optoelectronic image magnifying module made to a size with a height of
(C) an electronic display device; and (d) an electronic image scaling device designed and configured to perform scaling of the electrical signal to produce a further magnified image of the sample on the display device;
Comprising
The magnification of the image from the sample to the display is created in part by the lens, and the greater part of the magnification of the image from the sample to the display is greater than the electronic scaling. A photoelectron device for infrared spectrum analysis, characterized in that it is made by a device and is sized so that it can be installed in a sample chamber of a general-purpose FT-IR spectrometer .
スペクトル分析を行なうためのフーリエ変換赤外分光計であって、
(a)赤外線および可視光の両方の輻射エネルギーに対して透明な高い屈折率をもつ材料から成る内部反射素子であって、該素子は試料と接触するようにつくられた表面をもち、スペクトルの測定を行なうための第1の光路および該試料を見るための第2の光路をもつ内部反射素子、
(b)赤外線輻射エネルギーの光源、該赤外線輻射エネルギーのビームの焦点を該試料の上に当て、赤外線輻射エネルギーを集め、該エネルギーを赤外線輻射エネルギーの検出器に集中させるように設計され構成された第1の光学系、および該検出器からの電気信号を処理し赤外スペクトルのデータを生成するように設計され構成された電子回路を具備し、ここで該検出器は該内部反射素子を出る赤外線輻射エネルギーの強度に比例した電気信号を生成するように設計され構成されているスペクトル分析システム、および
(c)該分光計の試料室の内部に位置した小型化された光電子工学的像拡大モジュールであって、該モジュールはレンズおよび一つまたはそれ以上の光検出器のアレイを具備し、該レンズは該第2の光路に沿い該内部反射素子を通して試料をみるようにでき且つ一つまたはそれ以上の該光検出器のアレイの上に試料の拡大された実像をつくるように設計され構成され且つ位置しており、該光検出器は該拡大された実像を表す電気信号を生成するように設計され構成されている光電子工学的像拡大モジュール、電子的表示装置および該電気信号のスケーリングを行ない該表示装置の上に該試料のさらに拡大された像をつくるように設計され構成された電子的像スケーリング装置を備える光学観測システム、
を具備し、
該試料から該表示装置への像の拡大はその少しの部分が該レンズによってつくられ、該試料から該表示装置への像の拡大の、該少しの部分より大きな多くの部分は該電子的スケーリング装置によってつくられることを特徴とするフーリエ変換赤外分光計。
A Fourier transform infrared spectrometer for performing spectral analysis,
(A) an internal reflection element made of a material having a high refractive index that is transparent to both infrared and visible radiation energy, the element having a surface made in contact with the sample, An internal reflective element having a first optical path for performing measurements and a second optical path for viewing the sample;
(B) Infrared radiant energy light source, designed and configured to focus the infrared radiant energy beam on the sample, collect the infrared radiant energy, and concentrate the energy on the infrared radiant energy detector A first optical system and electronic circuitry designed and configured to process electrical signals from the detector and generate infrared spectral data, where the detector exits the internal reflective element A spectral analysis system designed and configured to generate an electrical signal proportional to the intensity of infrared radiation energy; and (c) a miniaturized optoelectronic image magnification module located within the sample chamber of the spectrometer The module comprises a lens and an array of one or more photodetectors, the lens being along the second optical path the internal reflection Designed and configured and positioned to view a sample through the element and to create an enlarged real image of the sample on an array of one or more of the photodetectors, the photodetector An optoelectronic image magnifier module designed and configured to generate an electrical signal representative of the magnified real image, an electronic display device, and scaling the electrical signal to further expand the sample on the display device. Optical observation system with an electronic image scaling device designed and configured to produce
Comprising
The magnification of the image from the sample to the display is made in part by the lens, and the larger portion of the magnification of the image from the sample to the display is larger than the electronic scaling. A Fourier transform infrared spectrometer characterized in that it is produced by a device.
該内部反射素子はダイアモンド、セレン化亜鉛またはKRS−5を含んでいることを特徴とする請求項5記載のフーリエ変換赤外分光計。   6. The Fourier transform infrared spectrometer according to claim 5, wherein the internal reflection element contains diamond, zinc selenide or KRS-5. 該表面を規定するダイアモンドの層、および第2の赤外線透過材料から成る支持層を備えていることを特徴とする請求項5記載のフーリエ変換赤外分光計。   6. A Fourier transform infrared spectrometer according to claim 5, further comprising a diamond layer defining the surface and a support layer made of a second infrared transmitting material. 該第2の赤外線透過材料から成る支持層はセレン化亜鉛またはKRS−5から成っていることを特徴とする請求項7記載のフーリエ変換赤外分光計。   8. The Fourier transform infrared spectrometer according to claim 7, wherein the support layer made of the second infrared transmitting material is made of zinc selenide or KRS-5.
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