JPH03148044A - 顕微分光測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、顕微分光測定装置に関する。

〔従来の技術〕

顕微分光測定装置の光学系には、−船釣には屈折作用を
利用したレンズ系が使用されるが、このようなレンズを
使えない波長領域（例えば軟Ｘ線〜紫外光または赤外光
）では、対物鏡として二枚の球面鏡を組み合わせたシュ
ワルツシルト型カセグレン対物鏡（以下、カセグレン対
物鏡と云う）が用いられる。

一方、前記波長領域の電磁波の計測において、特に分光
スペクトルの測定においては、物点上の測定対象の光情
報の混合を避けるために、対物鏡の結像面に遮光マスク
を入れて測定対象を限定することがあるが、その場合、
前記結像面に検出素子を設置することができないため、
結像面から離れた位置に検出素子を設け、この検出素子
に対してリレー光学系を介して結像面の情報を導くよう
にしている。

しかしながら、前記リレー光学系もまた反射鏡を用いた
シュワルツシルト型カセグレン鏡が採用される。そして
、例えば赤外顕微分光測定においては、検出素子として
はＨｇ−Ｃｄ−Ｔｅの結晶が用いられるが、この種の検
出素子はその体積に反比例して感度が増大するところか
ら、可及的に微小に形成しである。そのため、リレー光
学系は対物鏡の結像を検出素子上に縮小投影する光学系
に構成されている。

第６図は従来の顕微分光測定装置の一例を示し、この図
において、ｌは対物鏡としてのカセグレン対物鏡で、中
央部に開口２を有し鏡面が物点３に向かうようにして設
けられた凹面鏡からなる主鏡４と、この主鏡４と物点３
との間に位置し鏡面が主鏡４に向かうようにして設けら
れた凸面鏡からなる副鏡５とから構成されている。６は
カセグレン対物鏡１の後方に設けられるカセグレン鏡よ
りなるリレー光学系（以下、カセグレン・リレー光学系
と云う）で、カセグレン対物鏡１の主鏡４に近い側に中
央部に開ロアを有し鏡面が検出素子８に向かうようにし
て設けられた凹面鏡からなる主鏡９と、この主鏡９と検
出素子８との間に位置し鏡面が主鏡９およびカセグレン
対物鏡１の副鏡５に向かうようにして設けられた凸面鏡
からなる副鏡ｌＯとから構成されている。なお、第６図
において、１】は光軸であり、また、１２はカセグレン
対物鏡１の結像面を示す。

〔発明が解決しようとするｔＸＮ） ところで、上記カセグレン対物鏡１においては、−船釣
に副鏡５が瞳面として働くが、物点３から主鏡４に向か
う光は副鏡５によって遮蔽されるため、瞳面上の光束形
状は、第７図（ａ）に示すように、中心部に光束がない
中空形状になっている。この図において、Ａはカセグレ
ン対物鏡１の瞳径であり、また、Ｂば副鏡５で遮光され
る光束径を示す。

このことは、カセグレン・リレー光学系６においても同
様である（第７図Φ）参照）。すなわち、この図におい
て、Ｃはカセグレン・リレー光学系６の瞳径であり、ま
た、Ｄは副鏡１０で遮光される光束径を示す。

従って、カセグレン対物鏡ｌとカセグレン・リレー光学
系６とを結合して物点３から出た光束を効率よく検出素
子８上に伝えるためには、これら２つの光学系１．６に
おける瞳Ａ、　Ｃの大きさと遮蔽率が一致するようにそ
れらの適合性をとる必要がある。そのため、従来のこの
種の顕微分光測定装置においては、リレー光学系に対物
鏡と同じ形状（前述の例では、Ａ＝Ｃ，Ｂ−Ｄとなるよ
うに設定する）または相位形のカセグレン鏡を用いて瞳
の適合性をとるようにしていた。

しかしながら、こうした手段による光学系で瞳の適合性
がとれるのは、物点３が光軸１１上にある場合だけで、
第６図において符号３′で示すように、光軸１１を外れ
た物点３′の場合には、それからの光束を効率よく検出
素子８上に結像することができない。また、倍率と開口
数の異なる対物鏡を用いたとき、その瞳の大きさと遮蔽
率が異なっていると、たとえ光軸１１上の物点３からの
光束でもリレー光学系の遮蔽率が異なるため遮蔽を受け
たり、或いは、副鏡の外に光束の一部が出てしまうなど
して光束を効率よく伝えることができない。

これを、第７図を参照しながら説明する。

第７図は第６図のように構成した顕微分光測定装置にお
けるカセグレン対物鏡」およびカセグレン・リレー光学
系６における瞳形状と、物点が光軸１１上にあるときと
光軸１１を外れているときにおける有効光束を示す図で
ある。

すなわち、同図（ａ）、（ロ）は、すでに説明したよう
に、カセグレン対物鏡１．カセグレン・リレー光学系６
における瞳形状を示している。そして、光軸１１上の物
点３に対する瞳Ａ、Ｃの重ね合わせを行ったときにおけ
るカセグレン・リレー光学系６の瞳上へのカセグレン対
物鏡１の瞳の投影は、既に説明したように、Ａ＝Ｃ，Ｂ
＝Ｄであるから、同図（Ｃ）に示すようになり、このと
きの検出素子８へ伝搬する有効光束は同図（ロ）に示す
ようになる。

この図において、格子部分Ｅは有効光束を示し、また、
白抜きの部分Ｆは遮光部分を示す、一方、光軸１１を外
れた物点３′に対する瞳Ａ、Ｃの重ね合ねせを行ったと
きは、カセグレン・リレー光学系６の瞳上へのカセグレ
ン対物鏡１の瞳の投影は同図（ｅ）に示すようになり、
このときの検出素子８における有効光束は同図（ｆ）に
示すようになる。この図において、格子部分Ｅ′は有効
光束を示すが、前記格子部分Ｅに比べてかなり狭くなっ
ている。

また、白抜きの部分Ｆ′は遮光部分を示すが、前記白抜
きの部分Ｆに比べてかなり広くなっている。

つまり、光軸１１を外れた物点３′の場合には、それか
らの光束を効率よく検出素子８上に結像することができ
ないことが判る。

この瞳の適合性を解決する手段として、上記カセグレン
・リレー光学系６に代えて、放物面鏡や楕円面鏡を用い
ることが考えられる。

ところで、リレー光学系は、カセグレン対物鏡１からの
光束を検出素子８に伝えるものであるから、その像側の
開口数は対物鏡の開口数と同じかそれより大きくなけれ
ばならない。一方、既に説明したように、検出素子８は
その大きさが小さいものほど有利であるから、リレー光
学系の縮小率は小さい。

例えば検出素子８の大きさを直径２５０μｍ、測定最大
視野を直径２５０μｍ、カセグレン対物鏡にの倍率を１
５倍、物点３側の開口数を０．３とすると、カセグレン
対物鏡ｌの像側の開口数は０．０２、像の大きさは直径
３．７５ｍｍとなる。これを第８図に示すように、カセ
グレン対物鏡１からの光束を楕円面鏡１４で受けて、検
出素子８上に結像させようとすると、軸はずし楕円面鏡
１４の短焦点側の焦点距離を５０ｍとした場合、縮小倍
率は１／１５であるからその長焦点側の焦点距離は７５
０■となる。また、最大像高く物点３上で１２５μｍ）
の光束の主光線のカセグレン対物鏡ｌの瞳から結像面１
２までの光軸に対する角度を０．５°とすると、楕円面
鏡１４上での主光線の高さは約６．５ｍとなり、この場
合、開口数が０．０２であるから、この物点３からの光
束径は約３０閣となり、楕円面鏡１４に要求される有効
径は４３鵬以上となり、装置が大型化する。

そして、楕円面鏡１４の長焦点側の焦点距離は、リレー
光学系としての楕円面鏡１４の縮小倍率を小さくするほ
ど長くなり、装置全体が大型化すると共に、特に、赤外
顕微鏡の場合、カセグレン対物鏡１からの光が光路にお
ける空気中の炭酸ガスや水蒸気の吸収を受けるといった
不都合があるので、楕円面鏡１４の使用は好ましくない
。また、赤外光以外の顕微鏡においても、装置の小型化
といった点から、楕円面鏡１４の使用は好ましくない。

なお、上記楕円面鏡１４の使用に代えて、放物面鏡を使
うことが考えられるが、上述の例によれば焦点距離が７
５０閣と５０鵬の２つの放物面鏡が必要となり、楕円面
鏡１４の使用の場合と同様の問題点がある。

本発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その
目的とするところは、大型のリレー光学系を用いること
なく、光軸上の物点からの光束は勿論のこと、光軸を外
れた物点からの光束でも検出素子に対して効率よく伝え
ることができる顕微分光測定装置を提供することにある
。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達成するため、本発明に係る顕微分光測定
装置は、カセグレン対物鏡の結像面より後方にリレー光
学系として逆望遠鏡を設けると共に、この逆望遠鏡から
の光束を集光し検出素子において結像させる放物面鏡を
設け、更に、前記カセグレン対物鏡と前記逆望遠鏡との
間には、カセグレン対物鏡における光束遮蔽率が逆望遠
鏡における光束遮蔽率より大きく、かつ、光軸上の物点
に対するカセグレン対物鏡の瞳の投影像が逆望遠鏡の瞳
径と同じかそれより小さく、かつ、光軸上の物点に対す
るカセグレン対物鏡の瞳上での光束遮蔽径の逆望遠鏡の
瞳上での投影像が逆望遠鏡の瞳上での光束遮蔽径と同じ
かそれより大きい、という関係が成り立つようにした点
に特徴がある。

〔作用〕

上記特徴的構成よりなる本発明の顕微分光測定装置にお
いては、リレー光学系としての逆望遠鏡における光束遮
蔽率がカセグレン対物鏡における光束遮蔽率より小さい
ため、カセグレン対物鏡に対して画角が大きくなる物点
からの光束についても、逆望遠鏡の遮蔽による光束の遮
光量が小さくなり、検出素子に対して光束を効率よく伝
えることができる。また、倍率と物点側開口数の異なる
カセグレン対物鏡に対しても逆望遠鏡の光束遮蔽率が小
さいため対応することができ、検出素子に対して光束を
効率よく伝えることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

以下の説明において、第６図〜第８図における符号と同
一符号は同一物または相当物を示す。

第１図は本発明の一実施例に係る顕微分光測定装置の構
成を示すもので、この図において、２０はカセグレン対
物鏡１の結像面１２より後方に設けられるリレー光学系
としてのカセグレン逆望遠鏡である。ここで、逆望遠鏡
とは、通常の望遠鏡の光学系における配置を逆にしたも
ので、望遠鏡の焦点距離に相当する位置に結像面を置き
、この結像面から発した光束を平行光束として射出する
ように構成したもので、図示例はカセグレン望遠鏡を逆
配置してなるものである。

このカセグレン逆望遠鏡２０は、正の焦点距離を有する
凹面鏡からなる主鏡２】と、負の焦点距離を存する凸面
鏡からなる副鏡２２とで構成されており、主鏡２１はそ
の中央部に開口２３を有しその鏡面がカセグレン対物鏡
１とは反対方向に向かうようにして設けられている。ま
た、副鏡２２は主鏡２１の焦点位置よりやや主鏡２１よ
りの位置においてその鏡面が主鏡２Ｉの鏡面およびカセ
グレン対物鏡工方向に向かうようにして設けられている
。従って、カセグレン対物鏡１の副鏡５からの光束はカ
セグレン逆望遠鏡２０の副鏡２２において主鏡２１方向
に反射され、更に、主鏡２１に入射した光束は主鏡２１
から平行光束となって射出される。

２４は前記カセグレン逆望遠鏡２０の後方に設けられる
放物面鏡で、その焦点位置に検出素子８が設けられてい
る。従って、カセグレン逆望遠鏡２０からの平行光束は
放物面鏡２４によって収束されて検出素子８に入射され
、検出素子８において所定の像を結ぶ。

而して、上記構成の顕微分光測定装置において、物点３
を発した光束はカセグレン対物鏡１の主鏡４に入射する
が、このとき瞳としての副鏡５によ１ って前記光束の一部が遮蔽される。この副鏡５における
光束の遮蔽率はシュワルツシルト型カセグレン対物鏡１
では０．３〜０．４と大きい。主鏡４において反射した
光束は副鏡５において反射してカセグレン対物鏡１の結
像面１２において結像する。

そして、前記結像面１２を通過した光束はカセグレン逆
望遠鏡２０の副鏡２２に入射し、その鏡面において反射
した光束は主鏡２１に入射し、この主鏡２１から平行光
束となって射出される。この平行光束は放物面鏡２４に
よって収束され、検出素子８の結像面上において、カセ
グレン対物鏡１の結像面１２における像に比べて縮小さ
れた像を結ぶ。

ところで、カセグレン逆望遠鏡２０においてはその副＃
！２２が瞳となるが、この副鏡２２における光束遮蔽率
を前記カセグレン対物鏡１の副鏡５における光束遮蔽率
より小さくなるように、例えば０．３以下にする。これ
と共に、光軸１１上の物点３に対するカセグレン対物鏡
１の瞳の投影像がカセグレン逆望遠鏡２０の瞳径と同じ
かそれより小さく、かつ、光軸Ｉｆ上の物点３に対する
カセグレン対物鏡２ １の瞳上での光束遮蔽径のカセグレン逆望遠鏡２０の瞳
上での投影像がカセグレン逆望遠鏡２０の瞳上での光束
遮蔽径と同じかそれより大きくなるように設定する。こ
のようにすることにより、カセグレン対物鏡ｌに対して
画角が大きくなる光軸１１を外れた物点３′からの光束
についても、カセグレン逆望遠鏡２０の遮蔽による光束
の遮光量が小さくなり、検出素子８に対して光束を効率
よく伝えることができる。また、倍率と物点側開口数の
異なるカセグレン対物鏡ｌに対してもカセグレン逆望遠
鏡２０の光束遮蔽率が小さいため対応することができ、
光束を効率よく伝えることができる。

第２図は上述のように設定したときにおけるカセグレン
対物鏡１とカセグレン逆望遠鏡２０との瞳の関係並びに
物点が光軸１１上にあるときと光軸１１を外れていると
きにおける有効光束を示す図である。

すなわち、同図（ａ）、　（ｂ）はカセグレン対物鏡１
とカセグレン逆望遠鏡２０の鐘形状を示し、そして、光
軸１１上の物点３に対する瞳Ａ、Ｃの重ね合わせを行っ
たときにおけるカセグレン逆望遠鏡２０の瞳上へのカセ
グレン対物鏡１の瞳の投影は同図（Ｃ）に示すようにな
る。このときのカセグレン対物鏡１のカセグレン逆望遠
鏡２０瞳上での有効光束は同図（ｄ）に示すようになる
。カセグレン逆望遠鏡２０における光束遮蔽率がカセグ
レン対物鏡１の光束遮蔽率よりも小さいため、このとき
の有効光束Ｅは第７図（ｄ）に示すものと同じ大きさに
なる。一方、光軸１１を外れた物点３′に対する瞳Ａ、
Ｃの重ね合わせを行ったときにおけるカセグレン逆望遠
鏡２０の瞳上へのカセグレン対物鏡１の瞳の投影は同図
（ｅ）に示すようになり、前述したように、カセグレン
逆望遠鏡２０における光束遮蔽率がカセグレン対物鏡ｌ
の光束遮蔽率よりも小さいため、このときの有効光束Ｅ
゛は同図（ｆ）に示すようになり、これは第７図（ｆ）
に示すものと比べて大きくなる。

また、カセグレン対物鏡１の倍率や開口数が変わった場
合、−船釣にその瞳の大きさは変わるが、遮蔽率はあま
り変化しない。このときのカセグレン逆望遠鏡２０への
カセグレン対物鏡１の瞳の投影および有効光束を第３図
（ａ）から（ｆ）に示す。この図において、（ａ）から
（ｆ）までの各図は第２図における（ａ）から（ｆ）ま
での各図に対応している。そして、この第３図に示す例
ではカセグレン対物鏡１の瞳の外形の遮蔽部の径は小さ
くなっているが、カセグレン逆望遠鏡２０の瞳での遮蔽
径はそれよりも小さくなっているので、光軸１１上また
は光軸１１外の物点３．または３′からの光束に対して
大きな遮蔽をきたすことがない。

このように、上述の実施例においては、光軸１１上の物
点３からの光束は勿論のこと、光軸１１を外れた物点３
′からの光束でも検出素子８に対して効率よく伝えるこ
とができる。そして、カセグレン逆望遠鏡２０の焦点距
離が小さいので、カセグレン対物鏡１とカセグレン逆望
遠鏡２０との間の距離が小さくなり、それだけコンパク
トな顕微分光測定装置が得られる。

上述の実施例では、リレー光学系としてカセグレン逆望
遠鏡２０を用いていたが、このカセグレン逆望遠鏡２０
に代えて、第４図および第５図にそれ５ ぞれ示すような逆望遠鏡を用いてもよい。

すなわち、第４図はリレー光学系としてグレゴリ−逆望
遠鏡３０を用いた例を示し、このグレゴリ−逆望遠鏡３
０は、正の焦点距離を有する凹面鏡からなる主鏡３１と
、正の焦点距離を有する凹面鏡からなる副鏡３２とで構
成されており、主鏡３１はその中央部に開口３３を有し
その鏡面がカセグレン対物鏡１とは反対方向に向かうよ
うにして設けられている。また、副鏡３２は主鏡３１の
焦点位置よりやや放物面鏡２４よりの位置においてその
鏡面が主鏡３１の鏡面およびカセグレン対物鏡１方向に
正対するようにして設けられている。

また、第５図はリレー光学系としてニュートン逆望遠鏡
４０を用いた例を示し、このニュートン逆望遠鏡４０は
、正の焦点距離を有する凹面鏡からなる主鏡４１と、平
面鏡からなる副鏡４２とで構成されており、副鏡４２が
その鏡面がカセグレン対物鏡１の副鏡５に向かうように
して光軸１１に斜めに配置されている。また、主鏡４１
は副鏡５からの光束が検出素子８に向かうようにその鏡
面が光軸１１と平６ 行になるように設けられている。

上記第４図および第５図に示す顕微分光測定装置の動作
は、第１図に示すものと同様であるのでその説明は省略
する。

Ｃ発明の効果〕 以上説明したように、本発明においては、カセグレン対
物鏡の結像面より後方にリレー光学系として逆望遠鏡を
設けると共に、この逆望遠鏡からの光束を集光し検出素
子において結像させる放物面鏡を設け、更に、前記カセ
グレン対物鏡と前記逆望遠鏡との間には、カセグレン対
物鏡における光束遮蔽率が逆望遠鏡における光束遮蔽率
より太き（、かつ、光軸上の物点に対するカセグレン対
物鏡の瞳の投影像が逆望遠鏡の瞳径と同じかそれより小
さく、かつ、光軸上の物点に対するカセグレン対物鏡の
瞳上での光束遮蔽径の逆望遠鏡の瞳上での投影像が逆望
遠鏡の瞳上での光束遮蔽径と同じかそれより大きい、と
いう関係が成り立つようにしているので、光軸上の物点
からの光束は勿論のこと、光軸を外れた物点からの光束
でも検出素子に対して効率よく伝えることができる。そ
して、逆望遠鏡を構成する２つの鏡による合成焦点距離
は長いものの光路長そのものは短いので、カセグレン対
物鏡と逆望遠鏡との間の距離が小さくなり、それだけコ
ンパクトな顕微分光測定装置が得られる。従って、カセ
グレン対物鏡からの光が光路における空気中の炭酸ガス
や水蒸気の吸収による影響をより小さくすることができ
、精度の高い測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る顕微分光測定装置を示
す構成図である。 第２図および第３図は第１図に示す装置におけるカセグ
レン対物鏡とカセグレン逆望遠鏡との瞳の関係並びに物
点が光軸上にあるときと光軸を外れているときにおける
有効光束を示す図である。 第４図および第５図はそれぞれ本発明の他の実施例に係
る顕微分光測定装置を示す構成図である。 第６図は従来の顕微分光測定装置を示す構成図である。 第７図は第６図に示す装置におけるカセグレン対物鏡と
カセグレン逆望遠鏡との瞳の関係並びに物点が光軸上に
あるときと光軸を外れているときにおける有効光束を示
す図である。 第８図は従来の顕微分光測定装置を示す構成図である。 １・・・カセグレン対物鏡、８・・・検出素子、１２・
・・結像面、２０・・・逆望遠鏡（カセグレン逆望遠鏡
）、２４・・・放物面鏡、３０・・・逆望遠鏡（グレゴ
リ−逆望遠鏡）、４０・・・逆望遠鏡にュートン逆望遠
鏡）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 対物鏡としてカセグレン対物鏡を用いた顕微分光測定装
   置において、前記カセグレン対物鏡の結像面より後方に
   リレー光学系として逆望遠鏡を設けると共に、この逆望
   遠鏡からの光束を集光し検出素子において結像させる放
   物面鏡を設け、更に、前記カセグレン対物鏡と前記逆望
   遠鏡との間には、カセグレン対物鏡における光束遮蔽率
   が逆望遠鏡における光束遮蔽率より大きく、かつ、光軸
   上の物点に対するカセグレン対物鏡の瞳の投影像が逆望
   遠鏡の瞳径と同じかそれより小さく、かつ、光軸上の物
   点に対するカセグレン対物鏡の瞳上での光束遮蔽径の逆
   望遠鏡の瞳上での投影像が逆望遠鏡の瞳上での光束遮蔽
   径と同じかそれより大きい、という関係が成り立つよう
   にしたことを特徴とする顕微分光測定装置。