JPH09304270A

JPH09304270A - 赤外顕微鏡

Info

Publication number: JPH09304270A
Application number: JP14095296A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Takagi; 伸朗高木; Hiroshi Ota; 宏太田; Tadashi Wachi; 忠志和知
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1996-05-10
Filing date: 1996-05-10
Publication date: 1997-11-28
Anticipated expiration: 2016-05-10
Also published as: JP3246332B2; US5754335A; GB2313015A; GB9709527D0; DE19719681A1; GB2313015B

Abstract

(57)【要約】【課題】試料の測定領域を設定するための、試料の全体
像とアパーチャ像を重畳的に合成する手段を、ハーフミ
ラー等の光学素子を用いずに構成する。【解決手段】ＣＣＤカメラ２８により検出される試料１
６の全体像を表示装置２５に表示させる一方、アパーチ
ャ２０の像は、アパーチャ２０の開度を調節するための
パルスモータ３０の回転位置（パルス数）に基づいて電
気的に表示装置２５の画面上に生成される。

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
透過したのち対物光学系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測定領域に応じた開度に設定
するための開度設定手段と、 f)上記設定されたアパーチャの開度に応じた電気信号を
生成するための開度信号生成手段と、 g)上記電気信号に基づいて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】本発明に係る赤外顕微鏡の第三の実施例に
ついて図６及び図７を参照しながら説明する。図６に示
したように、本実施例に用いられる２枚のアパーチャ板
３４は引きバネ３６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、図４に示したものと同様のエンコーダ４２が取り付
けられている。このアパーチャ２０は、可動鏡２６が光
路上に配されたときの対物光学系１８からの光の結像位
置に配設される（図７参照）。

【００２１】この赤外顕微鏡の調整段階においても、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
ておくが、本実施例の構成では、アパーチャ２０の像を
ＣＣＤカメラ２８により検出することができないため、
上記第二の実施例のような方法で調整を行なうことはで
きない。そこで、例えば次のような方法で調整を行な
う。まず、予めエンコーダ４２の出力特性（回転位置と
回転位置検出信号との関係）とカム３２のプロファイル
を予め調べておく。次に、アパーチャ板３４、カム３２
及びエンコーダ４２を赤外顕微鏡内に固定し、アパーチ
ャ２０の開度を最小にして、このときのカム３２の回転
位置をゼロと定める。このときのエンコーダ４２の回転
位置検出信号を調べれば、先に調べたエンコーダ４２の
出力特性及びカム３２のプロファイルに基づいて、カム
３２の全ての回転位置とエンコーダ４２の回転位置検出
信号とを対応させることができるため、アパーチャ２０
の開度とエンコーダ４２の回転位置検出信号を対応させ
ることができる。

【００２２】次に、測定領域を設定するには、まず上記
２つの実施例と同様の手順で表示装置２５の画面上に試
料１６の全体像を表示させてから、手動によりカム３２
を回転させる。このときカム３２の回転に従ってアパー
チャ２０の開度も実際に変化するが、アパーチャ２０は
対物光学系１８からＣＣＤカメラ２８に向かう光を遮蔽
しないような位置に配設されているため、画面上には試
料１６の全体像が表示されたままである。一方、制御装
置２４は、エンコーダ４２が出力する回転位置検出信号
を受けて、上記第二の実施例と同様にアパーチャ２０の
像を電気的に生成してその画像信号を上記試料１６の全
体像の画像信号に重畳する。こうして表示装置２５の画
面上で重畳して表示されたアパーチャ２０の像と試料１
６の全体像とを見ながら、使用者は手動によりカム３２
の回転を適宜調節し、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。この作業が完了した時点
で、アパーチャ２０は既に所望の開度に設定されてい
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し、この指示を受けて制
御装置２４は可動鏡２６を光路上に配置し、透過光源１
２から赤外光を供給する。

【００２３】以上の３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】本発明の第三の実施例に用いられるアパーチ
ャ調節機構の構成図。

【図７】上記第三の実施例の構成図。

【図８】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４２…エンコーダ

Claims

【特許請求の範囲】

【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測定領域に応じた開度に設定
するための開度設定手段と、 f)上記設定されたアパーチャの開度に応じた電気信号を
生成するための開度信号生成手段と、 g)上記電気信号に基づいて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と、
を備えることを特徴とする赤外顕微鏡。