JPH0776745B2 - 顕微分光測定装置 - Google Patents

顕微分光測定装置

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JPH0776745B2
JPH0776745B2 JP1286891A JP28689189A JPH0776745B2 JP H0776745 B2 JPH0776745 B2 JP H0776745B2 JP 1286891 A JP1286891 A JP 1286891A JP 28689189 A JP28689189 A JP 28689189A JP H0776745 B2 JPH0776745 B2 JP H0776745B2
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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、一般的には屈折作用を
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
ュワルツシルド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
シュワルツシルド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てある。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、1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
部に開口7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10とから構成されている。なお、第6図にお
いて、11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課題〕
ところで、上記カセグレン対物鏡1においては、一般的
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は副鏡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(b)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1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)または相似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1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),(b)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(d)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の重ね合わせを行ったと
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Kの倍率を15倍、
物点3側の開口数を0.3とすると、カセグレン対物鏡1
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50mm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750mmとなる。また、最大像高
(物点3上で125μm)の光束の主光線のカセグレン対
物鏡1の瞳から結像面12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6.5mm
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30mmとなり、楕円面鏡14に要求され
る有効径は43mm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750m
mと50mm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21と、負の焦点距離を有する凸面鏡か
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21の鏡面およびカセグレン対物鏡1方向
に向かうようにして設けられいる。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
ワルツシルド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においてはその副鏡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11上の物点3に対するカセグレン対物鏡
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1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1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の瞳形状を示し、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のカグレン逆望遠鏡20瞳上での
有効光束が同図(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、一般的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ー逆望
遠鏡30を用いた例を示し、このグレゴリー逆望遠鏡30
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
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。
〔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(グレゴリー逆望遠鏡)、40…
…逆望遠鏡(ニュートン逆望遠鏡)。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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。
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