赤外顕微鏡、及び赤外顕微鏡システム
【課題】 赤外光線束をより効率よく利用することができる赤外顕微鏡、及び赤外顕微システムを提供する。
【解決手段】 本発明の赤外顕微システム１は、ＦＴ−ＩＲ２の干渉計部２２から供給された赤外光線束を実質的に平行光とした状態で小径に絞ることで、当該赤外光線束の光線密度よりも高い光線密度とされた高密度の赤外光線束を形成して導入する光学ユニット５０を備えている。
【解決手段】 本発明の赤外顕微システム１は、ＦＴ−ＩＲ２の干渉計部２２から供給された赤外光線束を実質的に平行光とした状態で小径に絞ることで、当該赤外光線束の光線密度よりも高い光線密度とされた高密度の赤外光線束を形成して導入する光学ユニット５０を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外分光光度計と組み合わせて用いられる赤外顕微鏡、及び赤外顕微鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、赤外分光光度計（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ 以下、ＦＴ−ＩＲともいう）には、赤外線波長領域における顕微分光を行う赤外顕微鏡が組み合わされることがある。
この赤外顕微鏡は、ＦＴ−ＩＲの有する干渉計から得られる赤外光線束を内部に導入し、導入した赤外光線束を集光して試料に照射する。試料に照射したときに得られる透過光、又は、反射光は、当該赤外顕微鏡が有する検出器により検出され、分光分析に供される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１７４７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記赤外顕微鏡による分光分析において、空間分解能や、測定時間といった性能は、試料に照射される赤外光の光線密度（輝度）に依存するため、試料に照射される赤外光の光密度は、より高い方が好ましい。
【０００５】
一方、上記赤外顕微鏡では、試料に照射する赤外光を集光するための集光鏡としてカセグレン鏡等が用いられるが、このような集光鏡は、集光する赤外光線束を導入するための導入口が比較的小さい。また、集光鏡の導入口に合わせて所定径に形成するためのアパーチャ等が配置される場合もある。
これに対して、ＦＴ−ＩＲ等から供給される平行光である赤外光線束は、その光線束径が比較的大きい。よって、ＦＴ−ＩＲから供給される赤外光線束をそのまま用いると、その光線束の内の一部が、集光鏡に導入されないことがあり、供給される赤外光線束を効率よく利用しているとはいえなかった。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、より分析性能を高めるべく、赤外光線束をより効率よく利用することができる赤外顕微鏡、及び赤外顕微システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、干渉計から供給される平行光である赤外光線束を導入して顕微分光を行う赤外顕微鏡であって、前記干渉計から供給された前記赤外光線束を実質的に平行光とした状態で小径に絞ることで、当該赤外光線束の光線密度よりも高い光線密度とされた高密度の赤外光線束を形成して導入する手段を備えていることを特徴としている。
【０００８】
上記のように構成された赤外顕微鏡によれば、実質的に平行光とした状態で小径に絞られた高密度の赤外光線束を導入できるので、上記従来例のように、集光鏡の導入口が小さい場合や、小さい集光鏡の導入口に合わせて所定径に形成するためのアパーチャ等が配置されている場合にも、より多くの赤外光線を集光鏡に導くことができ、顕微分光を行うことができる。この結果、干渉計から供給される赤外光線束を効率よく利用することができる。
ここで、「実質的に平行光」とは、厳密には平行光ではないが、小径に絞ったときに高密度の赤外光線束が得られる程度に平行であるとみなせる状態の光線をいう。
【０００９】
上記赤外顕微鏡において、前記手段は、前記干渉計からの前記赤外光線束を収束する第一の放物面鏡と、当該第一の放物面鏡の焦点距離よりも短い焦点距離とされるとともに同一の光軸上に前記第一の放物面鏡の焦点と自己の焦点とが一致した状態で、これら焦点をはさんで配置された第二の放物面鏡と、を備え、前記第二の放物面鏡は、前記第一の放物面鏡によって収束光とされた前記赤外光線束を実質的に平行光に変換することで、前記高密度の赤外光線束を形成することが好ましい。
この場合、両放物面鏡によって、干渉計から供給される平行光である赤外光線束を、実質的に平行光である状態で小径に絞られた高密度の赤外光線束とすることができる。
【００１０】
また、本発明は、干渉計と、前記干渉計から供給される平行光である赤外光線束を導入して顕微分析を行う赤外顕微鏡と、を備えた赤外顕微システムであって、前記干渉計と前記赤外顕微鏡との間の前記赤外光線束を導入するための経路に、前記干渉計から供給された前記赤外光線束を実質的に平行光とした状態で小径に絞ることで、当該赤外光線束の光線密度よりも高い光線密度とされた高密度の赤外光線束を形成し、前記赤外顕微鏡に導入する手段を備えていることを特徴としている。
【００１１】
上記のように構成された顕微システムによれば、上述のように、高密度の赤外光線束によってより多くの赤外光線を集光鏡に導くことができ、干渉計から供給される赤外光線束を効率よく利用することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の赤外顕微鏡、及び赤外顕微システムによれば、赤外光線束をより効率よく利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る赤外顕微システムのブロック図である。
【図２】光学ユニットの構造、及び、当該光学ユニット内の赤外光線束の光路（光軸）を示す図である。
【図３】光学ユニットの構造を簡略化して示した図である。
【図４】赤外光線束のシミュレーションに用いた計算モデルを示す図である。
【図５】光源サイズがφ３ｍｍの場合における、レイトレースによって光線密度を求めたときの光線分布をグラフに表した一例であり、（ａ）は実施例の計算モデルによる光線分布、（ｂ）は比較例の計算モデルによる光線分布を示すグラフである。
【図６】光源サイズがφ５ｍｍの場合における、レイトレースによって光線密度を求めたときの光線分布を表したグラフの一例であり、（ａ）は実施例の計算モデルによる光線分布、（ｂ）は比較例の計算モデルによる光線分布を示すグラフである。
【図７】赤外顕微鏡の検出器によって検出された赤外光のスペクトルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る赤外顕微システムのブロック図である。
図１において、赤外顕微システム１は、赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）２と、ＦＴ−ＩＲ２に隣接して配置された赤外顕微鏡３と、これらを制御するためのコンピュータ４とを備えている。
【００１５】
ＦＴ−ＩＲ２は、赤外光を用いた分光分析を行うための装置であり、その内部に、赤外光の光源２１と、干渉計部２２と、分光計部２３とを備えている。
光源２１が送出する赤外光線は、集光鏡２４によって集光され、さらにアパーチャ２５を介して反射鏡２６に送られる。
反射鏡２６は、回転放物面鏡により構成されており、集光鏡２４から送られる収束光である赤外光線束を平行光に変換し反射する。反射鏡２６によって平行光とされた赤外光線束は、干渉計部２２に導かれる。
【００１６】
干渉計部２２は、内部にビームスプリッタ２２ａ、固定鏡２２ｂ、及び移動鏡２２ｃを備えており、マイケルソン干渉計を構成している。すなわち、干渉計部２２は、導入された赤外光線束をビームスプリッタ２２ａによって、固定鏡２２ｂと、移動鏡２２ｃの２方向に分割し、両鏡２２ｂ，２２ｃによる反射光を再度ビームスプリッタ２２ａによって合成して干渉光を得る。移動鏡２２ｃは所定周期で往復動しており、干渉計部２２からは、時間的に振幅が変動する干渉光が得られる。
干渉計部２２は、上記のようにして、反射鏡２６からの平行光を赤外光線束を干渉光とし、干渉光とされた赤外光線束を切替鏡２７に導く。
切替鏡２７は、平面鏡であり、赤外光線束をＦＴ−ＩＲ２に隣接して配置されている赤外顕微鏡３に導入するための経路に導くか、分光計部２３へ導くかを切り替える。
【００１７】
分光計部２３は、試料が配置される試料テーブル、及び赤外光線束を試料に照射したときの反射光又は透過光を検出する検出器（いずれも図示せず）を備えている。検出器による検出結果は、コンピュータ４に出力される。検出結果が与えられたコンピュータ４は、この検出結果を分光分析に供される。
【００１８】
本システムは、分光計部２３によって分光分析を行う場合、干渉計部２２からの赤外光線束が分光計部２３に導かれるように切替鏡２７を切り替える。
一方、赤外顕微鏡３による分析を行う場合には、干渉計部２２からの赤外光線束が赤外顕微鏡３に導入するための経路に導かれるように切替鏡２７を切り替える。
【００１９】
干渉計部２２からの赤外光線束が赤外顕微鏡３に導入するための経路に導かれるように切替鏡２７を切り替えられた場合、干渉計部２２からの干渉光である赤外光線束は、導出口２８を通じてＦＴ−ＩＲ２の外部に導かれ、赤外顕微鏡３に導入される。このとき、導出口２８から導出される赤外光線束の径寸法は、例えば３５ｍｍ程度に設定される。
【００２０】
ＦＴ−ＩＲ２と、赤外顕微鏡３との間には、ＦＴ−ＩＲ２からの干渉光である赤外光線束を小径に絞ることで、当該赤外光線束の光線密度を高めて、赤外顕微鏡３に高密度の赤外光線束を導入する光学ユニット５０が配置されている。このユニット５０については、後に詳述する。
【００２１】
赤外顕微鏡３は、ＦＴ−ＩＲ２からの赤外光線束を導入して顕微分光分析を行う装置である。赤外顕微鏡３は、ＦＴ−ＩＲ２からの赤外光線束を導入口３１から導入する。
導入された赤外光線束は、平面鏡３２によって、反射鏡３３に導かれる。さらに、赤外光線束は、反射鏡３３から、反射鏡３４、平面鏡３５を介して集光鏡３６に供給される。なお、反射鏡３３，３４は、回転放物面鏡により構成されており、反射鏡３３は、平面鏡３２からの平行光である赤外光線束を収束光に変換する。また、反射鏡３４は、反射鏡３３によって収束光とされた赤外光線束を平行光に変換する。反射鏡３３と反射鏡３４との間には、アパーチャ３７が配置されている。
【００２２】
集光鏡３６は、カセグレン式の集光鏡であり、供給される赤外光線束を導入するための導入口３６ａが例えば直径１５ｍｍ程度と、ＦＴ−ＩＲ２から供給される赤外光線束の径（約３５ｍｍ）と比較すると、小さい寸法となっている。
【００２３】
集光鏡３６は、導入された赤外光線束を集光し、試料ステージ３８に設置される試料の微小な観察領域に対して、集光した赤外光線束を照射する。
試料を透過した赤外光線束は、集光鏡３６に対して、試料ステージ３８を介して対向配置された集光鏡３９によって集光される。試料を透過し集光された赤外光線束は、平面鏡４０、回転放物面鏡からなる反射鏡４１、及び集光鏡４２を介して検出器４３に導かれる。
反射鏡４１と、集光鏡４２との間には、アパーチャ３７が配置されている。このアパーチャ３７は、集光鏡３６による集光された赤外光線束が照射された観察部位以外の部位からの光が集光鏡４２に到達するのを遮蔽している。
【００２４】
検出器４３は、半導体検出器であり、赤外光を高感度に検出することができる。検出器４３による検出結果は、コンピュータ４に出力され、分光分析に供される。
このようにして、赤外顕微鏡３は、試料の微小な観察領域に赤外光線束を集光照射し、検出器４３によって透過光、及び反射光を検出することで、顕微分光分析を行う。
【００２５】
次に、ＦＴ−ＩＲ２と、赤外顕微鏡３との間に配置された光学ユニット５０について説明する。
【００２６】
図２は、光学ユニット５０の構造、及び、光学ユニット５０内に赤外光線束の光路（光軸）を示す図である。光学ユニット５０は、ＦＴ−ＩＲ２から供給された赤外光線束を実質的に平行光とした状態で小径に絞ることで、当該赤外光線束の光線密度よりも高い光線密度とされた高密度の赤外光線束を形成し、赤外顕微鏡３に導入する手段を構成している。
【００２７】
光学ユニット５０は、図２に示すように、ＦＴ−ＩＲ２の導出口２８から導出される赤外光線束が照射され当該赤外光線束をその光軸Ｌ１に交差する方向に反射する第一放物面鏡５１と、第一放物面鏡５１よりも赤外顕微鏡３側に配置されている第二放物面鏡５２と、第一放物面鏡５１により反射された赤外光線束を第二放物面鏡５２に導く平面鏡５３と、第二放物面鏡５２により反射された赤外光線束を導出口２８から導出される赤外光線束の光軸Ｌ１に一致するように導く平面鏡５４とを備えている。
【００２８】
第一放物面鏡５１は、回転放物面鏡により構成されており、ＦＴ−ＩＲ２から供給される平行光である赤外光線束を収束光に変換して反射し、平面鏡５３に導く。
第二放物面鏡５２は、回転放物面鏡により構成されており、平面鏡５３を介して導かれるとともに第一放物面鏡５１によって収束光とされた赤外光線束を平行光に変換することで、小径に絞られた高密度の赤外光線束を形成し、平面鏡５４に導く。
高密度の赤外光線束は、平面鏡５４によって赤外顕微鏡３の導入口３１に導かれて、赤外顕微鏡３に導入される。
各鏡５１〜５４は、所定の光路に設定可能とするために、その位置や設置角度等を自在に調整することができる。
【００２９】
図３は、光学ユニット５０の構造を簡略化して示した図である。光学ユニット５０は、図３に示すように、第一放物面鏡５１と、第二放物面鏡５２とによって、高密度の赤外光線束を形成する。
【００３０】
第二放物面鏡５２は、第一放物面鏡５１の焦点距離ｆ１よりも短い焦点距離ｆ２とされている。また、第二放物面鏡５２は、同一の光軸Ｌ２上に第一放物面鏡５１の焦点と自己（第二放物面鏡５２）の焦点とが図中の点ｆｐで一致した状態で、点ｆｐを挟んで配置されている。
従って、第二放物面鏡５２は、第一放物面鏡５１が収束光に変換したＦＴ−ＩＲ２からの赤外光線束をより短い焦点距離で平行光に変換することとなるので、平行光に変換された赤外光線束は、光線の強度がそのままで小径に絞られる。つまり、ＦＴ−ＩＲ２からの赤外光線束の光線束径Ｄ１よりも、第二放物面鏡５２により反射される赤外光線束の光線束径Ｄ２が小さくなるように小径に絞られることで赤外光線束の断面積が縮小され、その光線密度（輝度）が高められる。
【００３１】
第一放物面鏡５１の焦点距離ｆ１と、第二放物面鏡５２の焦点距離ｆ２との比率が、下記式（１）で示す関係であるとする。
ｆ１ ： ｆ２ ＝ ｎ ： １ ・・・（１）
【００３２】
この場合、第二放物面鏡５２により変換される平行光である赤外光線束の径寸法は、１／ｎに絞られる。よって、断面積は、１／ｎ２に縮小される。すなわち、赤外光線束の光線密度は、両放物面鏡５１，５２によって、ｎ２倍となる。
以上のようにして、光学ユニット５０は、両放物面鏡５１，５２によって、ＦＴ−ＩＲ２から供給された赤外光線束から、実質的に平行光である状態で小径に絞られた高密度の赤外光線束を形成することができる。
【００３３】
図２に戻って、第一放物面鏡５１の焦点と、第二放物面鏡５２の焦点は、平面鏡５３と第二放物面鏡５２との間に位置する図中の点ｆｐで一致している。
平面鏡５３，５４は、両放物面鏡５１，５２における図３に示す配置関係を維持しつつ、両放物面鏡５１，５２が反射する赤外光線束の光軸を調整して、第二放物面鏡５２により変換された高密度の赤外光線束を、ＦＴ−ＩＲ２から導出される赤外光線束の光軸Ｌ１に一致するように導いている。
【００３４】
上記のように、光学ユニット５０は、ＦＴ−ＩＲ２から供給された赤外光線束の光軸と、赤外顕微鏡３に導入される高密度の赤外光線束の光軸Ｌ１とが一致するように、高密度の赤外光線束を形成する。
従って、ＦＴ−ＩＲから供給された赤外光線束をそのまま赤外顕微鏡に導入するように構成されているシステムに対して、ＦＴ−ＩＲと赤外顕微鏡との間に光学ユニット５０を配置すれば、特に赤外光線束の光軸調整等を行うことなく容易に、高密度の赤外光線束を赤外顕微鏡に導入することができる。
【００３５】
なお、第二放物面鏡５２からの赤外光線束は、各放物面鏡や反射鏡等の収差の影響を受けるので、厳密にみると平行光ではないが、小径に絞ったときに高密度の赤外光線束が得られれば、その範囲内においては平行光とみなすことができる。よって、本明細書中では、小径に絞ったときに高密度の赤外光線束が得られる程度に平行であるとみなせる状態の光線を「実質的に平行光」という。
【００３６】
上記のように構成された赤外顕微システム１は、ＦＴ−ＩＲ２の干渉計部２２から供給された赤外光線束を実質的に平行光とした状態で小径に絞ることで、当該赤外光線束の光線密度よりも高い光線密度とされた高密度の赤外光線束を形成して導入する光学ユニット５０を備えている。
このため、赤外顕微鏡３に対して、実質的に平行光とした状態で小径に絞られた高密度の赤外光線束を導入できるので、上記従来例のように、集光鏡の導入口が小さい場合や、小さい集光鏡の導入口に合わせて所定径に形成するためのアパーチャ等が配置されている場合にも、より多くの赤外光線を集光鏡に導くことができ、顕微分光を行うことができる。この結果、ＦＴ−ＩＲ２から供給される赤外光線束を効率よく利用することができる。
【００３７】
なお、上記実施形態では、光学ユニット５０を、ＦＴ−ＩＲ２と、赤外顕微鏡３との間に配置した場合を例示したが、この光学ユニット５０は、赤外顕微鏡３、又はＦＴ−ＩＲ２のいずれか一方に内蔵して配置してもよい。
【００３８】
次に、本発明の赤外顕微システムにより得られる効果について、検証した試験結果について説明する。
試験方法としては、レイトレーシングソフトを用いたシミュレーションにより赤外光線束を再現し光学ユニット５０による赤外光線束の高密度化の検証を行った。また、実機によって実際に赤外顕微鏡における顕微に用いる赤外光の強度測定を行った。
両試験において、実施例としては、上記光学ユニット５０を用いた本発明の赤外顕微システムを用い、比較例としては、上記光学ユニット５０を用いない赤外顕微システムを用いて評価を行った。
【００３９】
まず、赤外光線束のシミュレーションによる試験について説明する。この赤外光線束のシミュレーションでは、予め、所定の計算モデルを設定し、レイトレーシングソフト（ソフト名：ＳＨＡＤＯＷ）を用いて、光源から赤外顕微鏡３に導入されるまでの赤外光線束の状態をシミュレーションにより求め、赤外顕微鏡３に導入される赤外光線束の光線密度を、実施例と、比較例とで比較した。
【００４０】
図４は、赤外光線束のシミュレーションに用いた計算モデルを示す図である。図中、点Ａは、光源（図１中の光源２１に相当）を示しており、紙面右方向に向かって赤外光線束の光路に沿って与えられる条件が示されている。
光源については、サイズが有限の点光源とし、そのサイズとしては、φ３ｍｍと、φ５ｍｍの２通りに設定した。
【００４１】
まず実施例の計算モデルについて説明する。点Ｂは、放物面鏡によって、光源からの赤外光線束が平行光に変換される位置である。点Ｂは、図１中、反射鏡２６に相当する。また、点Ｂでは、赤外光線束を、φ３０ｍｍのスリットに通し、φ３０ｍｍの平行光に形成するものとして設定した。
【００４２】
点Ｃは、上記光学ユニット５０の第一放物面鏡５１によって平行光である赤外光線束が収束光に変換される位置を示しており、点Ｅは、第二放物面鏡５２によって収束光である赤外光線束が平行光に変換される位置を示している。
点Ｄは、両放物面鏡５１，５２の焦点である点ｆｐ（図２、図３）に相当する位置である。よって、点Ｃの直前の位置は、ＦＴ−ＩＲ２の導出口２８の位置、点Ｅの直後の位置は、赤外顕微鏡３の導入口３１の位置に相当する。
【００４３】
各点の間の距離は、点Ａと点Ｂとの間の距離が１００ｍｍ、点Ｂと点Ｃとの間の距離が１０００ｍｍ、点Ｃと点Ｄとの間の距離（第一放物面鏡５１の焦点距離ｆ１）が１００ｍｍ、点Ｄと点Ｅとの間の距離（第二放物面鏡５２の焦点距離ｆ２）が５０ｍｍとなるように設定した。
上記のように、第一放物面鏡５１の焦点距離ｆ１が１００ｍｍ、第二放物面鏡５２の焦点距離ｆ２が５０ｍｍなので、本計算モデルにおいて、上記式（１）中の「ｎ」は、「２」である。よって、実施例のモデルで得られる光線密度は、比較例のモデルに対して、計算上においては、４倍の密度が得られることとなる。
【００４４】
比較例の計算モデルは、点Ａ及び点Ｂにおける条件は、実施例の計算モデルと同様であり、点Ｂにて平行光とされた赤外光線束そのままで、点Ｃ〜点Ｅで条件を付加しない設定とした。すなわち、実施例の計算モデルは、光学ユニット５０を用いた場合、比較例のモデルは、光学ユニット５０を用いない場合をモデル化している。
【００４５】
また、赤外光線束の光線密度を求める地点としては、点Ｅから２００〜１０００ｍｍの範囲で設定した。
赤外光線束の光線密度は、上記光線密度を求める地点において、φ１５ｍｍのスリットを通過すると認められる光線の数をカウントし、その光線数を光線密度として比較評価した。
【００４６】
下記表１は、レイトレースによって光線密度を求めた結果を示している。また、図５は、光源サイズがφ３ｍｍの場合における、レイトレースによって光線密度を求めたときの光線分布をグラフに表した一例であり、（ａ）は実施例の計算モデルによる光線分布、（ｂ）は比較例の計算モデルによる光線分布を示すグラフである。また、図６は、光源サイズがφ５ｍｍの場合における、レイトレースによって光線密度を求めたときの光線分布を表したグラフの一例であり、（ａ）は実施例の計算モデルによる光線分布、（ｂ）は比較例の計算モデルによる光線分布を示すグラフである。
【００４７】
【表１】
【００４８】
表１中、光源サイズがφ３ｍｍの場合、点Ｅからの距離が７００ｍｍの範囲において、実施例と比較例との光線数比が１を超えており、実施例の計算モデルの方が高密度となっていることが判る。特に、点Ｅからの距離が２００ｍｍの場合、光線数比が３．１倍と、計算上得られる密度（計算上得られる光線数比は４倍）に最も近い高密度となっている。図５を見ても、点Ｅからの距離が２００ｍｍ、５００ｍｍの場合、実施例の計算モデルの方が明らかに高密度となっている。
【００４９】
また、点Ｅからの距離の増加に伴って、光線数比は小さくなり、当該距離が８００ｍｍで光線数比が０．９５と、実施例の計算モデルの赤外光線束の方が光線数が小さくなっている。この理由は、上述したように、赤外光線束は光源による発散光を放物面鏡により平行光に変換したものであり、その放物面鏡の収差等による影響を受けることで、厳密には平行光とはならないからである。すなわち、比較例のモデルよりも放物面鏡を多く使用している実施例のモデルの光線の平行度は、比較例のモデルのそれよりも悪くなる可能性が高いので、点Ｅからの距離が大きくなればなるほど、実施例のモデルの方が発散する度合が高くなると考えられる。このため、ある程度の距離を超えると、実施例の計算モデルの赤外光線束の方が光線数が小さくなり、光線の密度が低くなると考えられる。
【００５０】
一方、点Ｅからの距離が７００ｍｍ以下では、φ１５ｍｍのスリットによって赤外光線束を小径に絞った状態で高密度化が可能であること、及び、点Ｅからの距離が比較的近ければ、厳密には平行光ではない赤外光線束も実質的には平行光とみなすことができるため、実施例のモデルでは、高密度化が可能な範囲においては、赤外光線束は実質的に平行光であると判断できる。
【００５１】
以上より、光源サイズがφ３ｍｍの場合、光学ユニットを用いた実施例によれば、点Ｅからの距離が７００ｍｍ以内の範囲において、赤外顕微鏡に導入される赤外光線束が実質的に平行光と判断でき、この範囲においては、ＦＴ−ＩＲ等から供給される赤外光線束を、実質的に平行光である状態で小径に絞られた高密度の赤外光線束とすることができることが判った。
【００５２】
表１中、光源サイズがφ５ｍｍの場合、点Ｅからの距離が５００ｍｍの範囲において、実施例と比較例との光線数比が１を超えており、図６からも実施例の計算モデルの方が高密度となっていることが判る。また、光源サイズがφ５ｍｍの場合も、光源サイズがφ３ｍｍの場合と同様、点Ｅからの距離の増加に伴って、光線数比は小さくなり、当該距離が６００ｍｍで光線数比が０．９３と、実施例の計算モデルの赤外光線束の方が比較例のモデルよりも光線数が小さくなっている。この理由は、上記同様である。
【００５３】
光源サイズがφ５ｍｍの場合、光学ユニットを用いた実施例によれば、点Ｅからの距離が５００ｍｍの範囲においては、ＦＴ−ＩＲ等から供給される赤外光線束を、実質的に平行光である状態で小径に絞られた高密度の赤外光線束とすることができることが判った。
【００５４】
以上のように、本発明の赤外顕微システムによれば、干渉計等から供給される赤外光線束を、実質的に平行光とした状態で小径に絞ることで、当該赤外光線束の光線密度よりも高い高密度の赤外光線束を形成できることが計算上明らかとなった。
【００５５】
次に、実機による赤外顕微鏡における赤外光強度の測定試験について説明する。測定試験は、以下の装置、及び測定条件によって行った。
使用装置：赤外分光器（ＦＴ−ＩＲ）（Ｔｈｅｒｍｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製 Ｎｉｃｏｌｅｔ６７００）、赤外顕微鏡（同社製 ＣｏｎｔｉｎｕμｍＸＬ）、 光学ユニット（図２参照）
光源：Ｅｖｅｒ−ｇｌｏ光源（分光器内蔵標準光源）
カセグレン鏡の倍率：１５倍
顕微アパーチャ：１００μｍ × １００μｍ
赤外顕微鏡の検出器：高感度５０μｍＭＣＴ−Ａ
観察モード：透過モード
赤外分光器（ＦＴ−ＩＲ）の導出口と、赤外顕微鏡の導入口との間の距離：約１５ｃｍ
光学ユニット５０の第一放物面鏡５１の焦点距離ｆ１：１０１．６ｍｍ（４ｉｎｃｈ）
光学ユニット５０の第二放物面鏡５２の焦点距離ｆ２：５０．８ｍｍ（２ｉｎｃｈ）
【００５６】
試験方法としては、上記装置を用いて、上記光学ユニット５０をＦＴ−ＩＲと赤外顕微鏡との間に配置した赤外顕微システムを実施例として構成し、光学ユニット５０を配置せずＦＴ−ＩＲからの赤外光線束をそのまま赤外顕微鏡に導入する赤外顕微システムを比較例として構成し、実際に赤外顕微鏡に赤外光線束を導入したときに、当該赤外顕微鏡の検出器によって検出される赤外光強度を比較した。
【００５７】
図７は、赤外顕微鏡の検出器によって検出された赤外光のスペクトルを示すグラフである。図中、縦軸は赤外光強度、横軸は波数を示している。図中、黒線が実施例による測定結果を示しており、灰色線が比較例による測定結果を示している。
【００５８】
図７のように、実施例は、比較例に対して、ほぼ全域に亘ってその赤外光強度が高くなっており、ピーク付近では、赤外光強度が約１．５倍向上していることが判る。
【００５９】
以上のように、ＦＴ−ＩＲからの赤外光線束は、同一にもかかわらず、赤外顕微鏡において顕微分光に供される赤外光の強度が高められていることから、本発明の赤外顕微システムでは、高密度の赤外光線が赤外顕微鏡に導入されＦＴ−ＩＲからの赤外光線束を効率よく利用できることが、実機において確認できた。
【符号の説明】
【００６０】
１ 赤外顕微システム
２ 赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）
３ 赤外顕微鏡
２２ 干渉計部
５０ 光学ユニット
５１ 第一放物面鏡
５２ 第二放物面鏡
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外分光光度計と組み合わせて用いられる赤外顕微鏡、及び赤外顕微鏡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、赤外分光光度計（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ 以下、ＦＴ−ＩＲともいう）には、赤外線波長領域における顕微分光を行う赤外顕微鏡が組み合わされることがある。
この赤外顕微鏡は、ＦＴ−ＩＲの有する干渉計から得られる赤外光線束を内部に導入し、導入した赤外光線束を集光して試料に照射する。試料に照射したときに得られる透過光、又は、反射光は、当該赤外顕微鏡が有する検出器により検出され、分光分析に供される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１７４７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記赤外顕微鏡による分光分析において、空間分解能や、測定時間といった性能は、試料に照射される赤外光の光線密度（輝度）に依存するため、試料に照射される赤外光の光密度は、より高い方が好ましい。
【０００５】
一方、上記赤外顕微鏡では、試料に照射する赤外光を集光するための集光鏡としてカセグレン鏡等が用いられるが、このような集光鏡は、集光する赤外光線束を導入するための導入口が比較的小さい。また、集光鏡の導入口に合わせて所定径に形成するためのアパーチャ等が配置される場合もある。
これに対して、ＦＴ−ＩＲ等から供給される平行光である赤外光線束は、その光線束径が比較的大きい。よって、ＦＴ−ＩＲから供給される赤外光線束をそのまま用いると、その光線束の内の一部が、集光鏡に導入されないことがあり、供給される赤外光線束を効率よく利用しているとはいえなかった。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、より分析性能を高めるべく、赤外光線束をより効率よく利用することができる赤外顕微鏡、及び赤外顕微システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、干渉計から供給される平行光である赤外光線束を導入して顕微分光を行う赤外顕微鏡であって、前記干渉計から供給された前記赤外光線束を実質的に平行光とした状態で小径に絞ることで、当該赤外光線束の光線密度よりも高い光線密度とされた高密度の赤外光線束を形成して導入する手段を備えていることを特徴としている。
【０００８】
上記のように構成された赤外顕微鏡によれば、実質的に平行光とした状態で小径に絞られた高密度の赤外光線束を導入できるので、上記従来例のように、集光鏡の導入口が小さい場合や、小さい集光鏡の導入口に合わせて所定径に形成するためのアパーチャ等が配置されている場合にも、より多くの赤外光線を集光鏡に導くことができ、顕微分光を行うことができる。この結果、干渉計から供給される赤外光線束を効率よく利用することができる。
ここで、「実質的に平行光」とは、厳密には平行光ではないが、小径に絞ったときに高密度の赤外光線束が得られる程度に平行であるとみなせる状態の光線をいう。
【０００９】
上記赤外顕微鏡において、前記手段は、前記干渉計からの前記赤外光線束を収束する第一の放物面鏡と、当該第一の放物面鏡の焦点距離よりも短い焦点距離とされるとともに同一の光軸上に前記第一の放物面鏡の焦点と自己の焦点とが一致した状態で、これら焦点をはさんで配置された第二の放物面鏡と、を備え、前記第二の放物面鏡は、前記第一の放物面鏡によって収束光とされた前記赤外光線束を実質的に平行光に変換することで、前記高密度の赤外光線束を形成することが好ましい。
この場合、両放物面鏡によって、干渉計から供給される平行光である赤外光線束を、実質的に平行光である状態で小径に絞られた高密度の赤外光線束とすることができる。
【００１０】
また、本発明は、干渉計と、前記干渉計から供給される平行光である赤外光線束を導入して顕微分析を行う赤外顕微鏡と、を備えた赤外顕微システムであって、前記干渉計と前記赤外顕微鏡との間の前記赤外光線束を導入するための経路に、前記干渉計から供給された前記赤外光線束を実質的に平行光とした状態で小径に絞ることで、当該赤外光線束の光線密度よりも高い光線密度とされた高密度の赤外光線束を形成し、前記赤外顕微鏡に導入する手段を備えていることを特徴としている。
【００１１】
上記のように構成された顕微システムによれば、上述のように、高密度の赤外光線束によってより多くの赤外光線を集光鏡に導くことができ、干渉計から供給される赤外光線束を効率よく利用することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の赤外顕微鏡、及び赤外顕微システムによれば、赤外光線束をより効率よく利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る赤外顕微システムのブロック図である。
【図２】光学ユニットの構造、及び、当該光学ユニット内の赤外光線束の光路（光軸）を示す図である。
【図３】光学ユニットの構造を簡略化して示した図である。
【図４】赤外光線束のシミュレーションに用いた計算モデルを示す図である。
【図５】光源サイズがφ３ｍｍの場合における、レイトレースによって光線密度を求めたときの光線分布をグラフに表した一例であり、（ａ）は実施例の計算モデルによる光線分布、（ｂ）は比較例の計算モデルによる光線分布を示すグラフである。
【図６】光源サイズがφ５ｍｍの場合における、レイトレースによって光線密度を求めたときの光線分布を表したグラフの一例であり、（ａ）は実施例の計算モデルによる光線分布、（ｂ）は比較例の計算モデルによる光線分布を示すグラフである。
【図７】赤外顕微鏡の検出器によって検出された赤外光のスペクトルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る赤外顕微システムのブロック図である。
図１において、赤外顕微システム１は、赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）２と、ＦＴ−ＩＲ２に隣接して配置された赤外顕微鏡３と、これらを制御するためのコンピュータ４とを備えている。
【００１５】
ＦＴ−ＩＲ２は、赤外光を用いた分光分析を行うための装置であり、その内部に、赤外光の光源２１と、干渉計部２２と、分光計部２３とを備えている。
光源２１が送出する赤外光線は、集光鏡２４によって集光され、さらにアパーチャ２５を介して反射鏡２６に送られる。
反射鏡２６は、回転放物面鏡により構成されており、集光鏡２４から送られる収束光である赤外光線束を平行光に変換し反射する。反射鏡２６によって平行光とされた赤外光線束は、干渉計部２２に導かれる。
【００１６】
干渉計部２２は、内部にビームスプリッタ２２ａ、固定鏡２２ｂ、及び移動鏡２２ｃを備えており、マイケルソン干渉計を構成している。すなわち、干渉計部２２は、導入された赤外光線束をビームスプリッタ２２ａによって、固定鏡２２ｂと、移動鏡２２ｃの２方向に分割し、両鏡２２ｂ，２２ｃによる反射光を再度ビームスプリッタ２２ａによって合成して干渉光を得る。移動鏡２２ｃは所定周期で往復動しており、干渉計部２２からは、時間的に振幅が変動する干渉光が得られる。
干渉計部２２は、上記のようにして、反射鏡２６からの平行光を赤外光線束を干渉光とし、干渉光とされた赤外光線束を切替鏡２７に導く。
切替鏡２７は、平面鏡であり、赤外光線束をＦＴ−ＩＲ２に隣接して配置されている赤外顕微鏡３に導入するための経路に導くか、分光計部２３へ導くかを切り替える。
【００１７】
分光計部２３は、試料が配置される試料テーブル、及び赤外光線束を試料に照射したときの反射光又は透過光を検出する検出器（いずれも図示せず）を備えている。検出器による検出結果は、コンピュータ４に出力される。検出結果が与えられたコンピュータ４は、この検出結果を分光分析に供される。
【００１８】
本システムは、分光計部２３によって分光分析を行う場合、干渉計部２２からの赤外光線束が分光計部２３に導かれるように切替鏡２７を切り替える。
一方、赤外顕微鏡３による分析を行う場合には、干渉計部２２からの赤外光線束が赤外顕微鏡３に導入するための経路に導かれるように切替鏡２７を切り替える。
【００１９】
干渉計部２２からの赤外光線束が赤外顕微鏡３に導入するための経路に導かれるように切替鏡２７を切り替えられた場合、干渉計部２２からの干渉光である赤外光線束は、導出口２８を通じてＦＴ−ＩＲ２の外部に導かれ、赤外顕微鏡３に導入される。このとき、導出口２８から導出される赤外光線束の径寸法は、例えば３５ｍｍ程度に設定される。
【００２０】
ＦＴ−ＩＲ２と、赤外顕微鏡３との間には、ＦＴ−ＩＲ２からの干渉光である赤外光線束を小径に絞ることで、当該赤外光線束の光線密度を高めて、赤外顕微鏡３に高密度の赤外光線束を導入する光学ユニット５０が配置されている。このユニット５０については、後に詳述する。
【００２１】
赤外顕微鏡３は、ＦＴ−ＩＲ２からの赤外光線束を導入して顕微分光分析を行う装置である。赤外顕微鏡３は、ＦＴ−ＩＲ２からの赤外光線束を導入口３１から導入する。
導入された赤外光線束は、平面鏡３２によって、反射鏡３３に導かれる。さらに、赤外光線束は、反射鏡３３から、反射鏡３４、平面鏡３５を介して集光鏡３６に供給される。なお、反射鏡３３，３４は、回転放物面鏡により構成されており、反射鏡３３は、平面鏡３２からの平行光である赤外光線束を収束光に変換する。また、反射鏡３４は、反射鏡３３によって収束光とされた赤外光線束を平行光に変換する。反射鏡３３と反射鏡３４との間には、アパーチャ３７が配置されている。
【００２２】
集光鏡３６は、カセグレン式の集光鏡であり、供給される赤外光線束を導入するための導入口３６ａが例えば直径１５ｍｍ程度と、ＦＴ−ＩＲ２から供給される赤外光線束の径（約３５ｍｍ）と比較すると、小さい寸法となっている。
【００２３】
集光鏡３６は、導入された赤外光線束を集光し、試料ステージ３８に設置される試料の微小な観察領域に対して、集光した赤外光線束を照射する。
試料を透過した赤外光線束は、集光鏡３６に対して、試料ステージ３８を介して対向配置された集光鏡３９によって集光される。試料を透過し集光された赤外光線束は、平面鏡４０、回転放物面鏡からなる反射鏡４１、及び集光鏡４２を介して検出器４３に導かれる。
反射鏡４１と、集光鏡４２との間には、アパーチャ３７が配置されている。このアパーチャ３７は、集光鏡３６による集光された赤外光線束が照射された観察部位以外の部位からの光が集光鏡４２に到達するのを遮蔽している。
【００２４】
検出器４３は、半導体検出器であり、赤外光を高感度に検出することができる。検出器４３による検出結果は、コンピュータ４に出力され、分光分析に供される。
このようにして、赤外顕微鏡３は、試料の微小な観察領域に赤外光線束を集光照射し、検出器４３によって透過光、及び反射光を検出することで、顕微分光分析を行う。
【００２５】
次に、ＦＴ−ＩＲ２と、赤外顕微鏡３との間に配置された光学ユニット５０について説明する。
【００２６】
図２は、光学ユニット５０の構造、及び、光学ユニット５０内に赤外光線束の光路（光軸）を示す図である。光学ユニット５０は、ＦＴ−ＩＲ２から供給された赤外光線束を実質的に平行光とした状態で小径に絞ることで、当該赤外光線束の光線密度よりも高い光線密度とされた高密度の赤外光線束を形成し、赤外顕微鏡３に導入する手段を構成している。
【００２７】
光学ユニット５０は、図２に示すように、ＦＴ−ＩＲ２の導出口２８から導出される赤外光線束が照射され当該赤外光線束をその光軸Ｌ１に交差する方向に反射する第一放物面鏡５１と、第一放物面鏡５１よりも赤外顕微鏡３側に配置されている第二放物面鏡５２と、第一放物面鏡５１により反射された赤外光線束を第二放物面鏡５２に導く平面鏡５３と、第二放物面鏡５２により反射された赤外光線束を導出口２８から導出される赤外光線束の光軸Ｌ１に一致するように導く平面鏡５４とを備えている。
【００２８】
第一放物面鏡５１は、回転放物面鏡により構成されており、ＦＴ−ＩＲ２から供給される平行光である赤外光線束を収束光に変換して反射し、平面鏡５３に導く。
第二放物面鏡５２は、回転放物面鏡により構成されており、平面鏡５３を介して導かれるとともに第一放物面鏡５１によって収束光とされた赤外光線束を平行光に変換することで、小径に絞られた高密度の赤外光線束を形成し、平面鏡５４に導く。
高密度の赤外光線束は、平面鏡５４によって赤外顕微鏡３の導入口３１に導かれて、赤外顕微鏡３に導入される。
各鏡５１〜５４は、所定の光路に設定可能とするために、その位置や設置角度等を自在に調整することができる。
【００２９】
図３は、光学ユニット５０の構造を簡略化して示した図である。光学ユニット５０は、図３に示すように、第一放物面鏡５１と、第二放物面鏡５２とによって、高密度の赤外光線束を形成する。
【００３０】
第二放物面鏡５２は、第一放物面鏡５１の焦点距離ｆ１よりも短い焦点距離ｆ２とされている。また、第二放物面鏡５２は、同一の光軸Ｌ２上に第一放物面鏡５１の焦点と自己（第二放物面鏡５２）の焦点とが図中の点ｆｐで一致した状態で、点ｆｐを挟んで配置されている。
従って、第二放物面鏡５２は、第一放物面鏡５１が収束光に変換したＦＴ−ＩＲ２からの赤外光線束をより短い焦点距離で平行光に変換することとなるので、平行光に変換された赤外光線束は、光線の強度がそのままで小径に絞られる。つまり、ＦＴ−ＩＲ２からの赤外光線束の光線束径Ｄ１よりも、第二放物面鏡５２により反射される赤外光線束の光線束径Ｄ２が小さくなるように小径に絞られることで赤外光線束の断面積が縮小され、その光線密度（輝度）が高められる。
【００３１】
第一放物面鏡５１の焦点距離ｆ１と、第二放物面鏡５２の焦点距離ｆ２との比率が、下記式（１）で示す関係であるとする。
ｆ１ ： ｆ２ ＝ ｎ ： １ ・・・（１）
【００３２】
この場合、第二放物面鏡５２により変換される平行光である赤外光線束の径寸法は、１／ｎに絞られる。よって、断面積は、１／ｎ２に縮小される。すなわち、赤外光線束の光線密度は、両放物面鏡５１，５２によって、ｎ２倍となる。
以上のようにして、光学ユニット５０は、両放物面鏡５１，５２によって、ＦＴ−ＩＲ２から供給された赤外光線束から、実質的に平行光である状態で小径に絞られた高密度の赤外光線束を形成することができる。
【００３３】
図２に戻って、第一放物面鏡５１の焦点と、第二放物面鏡５２の焦点は、平面鏡５３と第二放物面鏡５２との間に位置する図中の点ｆｐで一致している。
平面鏡５３，５４は、両放物面鏡５１，５２における図３に示す配置関係を維持しつつ、両放物面鏡５１，５２が反射する赤外光線束の光軸を調整して、第二放物面鏡５２により変換された高密度の赤外光線束を、ＦＴ−ＩＲ２から導出される赤外光線束の光軸Ｌ１に一致するように導いている。
【００３４】
上記のように、光学ユニット５０は、ＦＴ−ＩＲ２から供給された赤外光線束の光軸と、赤外顕微鏡３に導入される高密度の赤外光線束の光軸Ｌ１とが一致するように、高密度の赤外光線束を形成する。
従って、ＦＴ−ＩＲから供給された赤外光線束をそのまま赤外顕微鏡に導入するように構成されているシステムに対して、ＦＴ−ＩＲと赤外顕微鏡との間に光学ユニット５０を配置すれば、特に赤外光線束の光軸調整等を行うことなく容易に、高密度の赤外光線束を赤外顕微鏡に導入することができる。
【００３５】
なお、第二放物面鏡５２からの赤外光線束は、各放物面鏡や反射鏡等の収差の影響を受けるので、厳密にみると平行光ではないが、小径に絞ったときに高密度の赤外光線束が得られれば、その範囲内においては平行光とみなすことができる。よって、本明細書中では、小径に絞ったときに高密度の赤外光線束が得られる程度に平行であるとみなせる状態の光線を「実質的に平行光」という。
【００３６】
上記のように構成された赤外顕微システム１は、ＦＴ−ＩＲ２の干渉計部２２から供給された赤外光線束を実質的に平行光とした状態で小径に絞ることで、当該赤外光線束の光線密度よりも高い光線密度とされた高密度の赤外光線束を形成して導入する光学ユニット５０を備えている。
このため、赤外顕微鏡３に対して、実質的に平行光とした状態で小径に絞られた高密度の赤外光線束を導入できるので、上記従来例のように、集光鏡の導入口が小さい場合や、小さい集光鏡の導入口に合わせて所定径に形成するためのアパーチャ等が配置されている場合にも、より多くの赤外光線を集光鏡に導くことができ、顕微分光を行うことができる。この結果、ＦＴ−ＩＲ２から供給される赤外光線束を効率よく利用することができる。
【００３７】
なお、上記実施形態では、光学ユニット５０を、ＦＴ−ＩＲ２と、赤外顕微鏡３との間に配置した場合を例示したが、この光学ユニット５０は、赤外顕微鏡３、又はＦＴ−ＩＲ２のいずれか一方に内蔵して配置してもよい。
【００３８】
次に、本発明の赤外顕微システムにより得られる効果について、検証した試験結果について説明する。
試験方法としては、レイトレーシングソフトを用いたシミュレーションにより赤外光線束を再現し光学ユニット５０による赤外光線束の高密度化の検証を行った。また、実機によって実際に赤外顕微鏡における顕微に用いる赤外光の強度測定を行った。
両試験において、実施例としては、上記光学ユニット５０を用いた本発明の赤外顕微システムを用い、比較例としては、上記光学ユニット５０を用いない赤外顕微システムを用いて評価を行った。
【００３９】
まず、赤外光線束のシミュレーションによる試験について説明する。この赤外光線束のシミュレーションでは、予め、所定の計算モデルを設定し、レイトレーシングソフト（ソフト名：ＳＨＡＤＯＷ）を用いて、光源から赤外顕微鏡３に導入されるまでの赤外光線束の状態をシミュレーションにより求め、赤外顕微鏡３に導入される赤外光線束の光線密度を、実施例と、比較例とで比較した。
【００４０】
図４は、赤外光線束のシミュレーションに用いた計算モデルを示す図である。図中、点Ａは、光源（図１中の光源２１に相当）を示しており、紙面右方向に向かって赤外光線束の光路に沿って与えられる条件が示されている。
光源については、サイズが有限の点光源とし、そのサイズとしては、φ３ｍｍと、φ５ｍｍの２通りに設定した。
【００４１】
まず実施例の計算モデルについて説明する。点Ｂは、放物面鏡によって、光源からの赤外光線束が平行光に変換される位置である。点Ｂは、図１中、反射鏡２６に相当する。また、点Ｂでは、赤外光線束を、φ３０ｍｍのスリットに通し、φ３０ｍｍの平行光に形成するものとして設定した。
【００４２】
点Ｃは、上記光学ユニット５０の第一放物面鏡５１によって平行光である赤外光線束が収束光に変換される位置を示しており、点Ｅは、第二放物面鏡５２によって収束光である赤外光線束が平行光に変換される位置を示している。
点Ｄは、両放物面鏡５１，５２の焦点である点ｆｐ（図２、図３）に相当する位置である。よって、点Ｃの直前の位置は、ＦＴ−ＩＲ２の導出口２８の位置、点Ｅの直後の位置は、赤外顕微鏡３の導入口３１の位置に相当する。
【００４３】
各点の間の距離は、点Ａと点Ｂとの間の距離が１００ｍｍ、点Ｂと点Ｃとの間の距離が１０００ｍｍ、点Ｃと点Ｄとの間の距離（第一放物面鏡５１の焦点距離ｆ１）が１００ｍｍ、点Ｄと点Ｅとの間の距離（第二放物面鏡５２の焦点距離ｆ２）が５０ｍｍとなるように設定した。
上記のように、第一放物面鏡５１の焦点距離ｆ１が１００ｍｍ、第二放物面鏡５２の焦点距離ｆ２が５０ｍｍなので、本計算モデルにおいて、上記式（１）中の「ｎ」は、「２」である。よって、実施例のモデルで得られる光線密度は、比較例のモデルに対して、計算上においては、４倍の密度が得られることとなる。
【００４４】
比較例の計算モデルは、点Ａ及び点Ｂにおける条件は、実施例の計算モデルと同様であり、点Ｂにて平行光とされた赤外光線束そのままで、点Ｃ〜点Ｅで条件を付加しない設定とした。すなわち、実施例の計算モデルは、光学ユニット５０を用いた場合、比較例のモデルは、光学ユニット５０を用いない場合をモデル化している。
【００４５】
また、赤外光線束の光線密度を求める地点としては、点Ｅから２００〜１０００ｍｍの範囲で設定した。
赤外光線束の光線密度は、上記光線密度を求める地点において、φ１５ｍｍのスリットを通過すると認められる光線の数をカウントし、その光線数を光線密度として比較評価した。
【００４６】
下記表１は、レイトレースによって光線密度を求めた結果を示している。また、図５は、光源サイズがφ３ｍｍの場合における、レイトレースによって光線密度を求めたときの光線分布をグラフに表した一例であり、（ａ）は実施例の計算モデルによる光線分布、（ｂ）は比較例の計算モデルによる光線分布を示すグラフである。また、図６は、光源サイズがφ５ｍｍの場合における、レイトレースによって光線密度を求めたときの光線分布を表したグラフの一例であり、（ａ）は実施例の計算モデルによる光線分布、（ｂ）は比較例の計算モデルによる光線分布を示すグラフである。
【００４７】
【表１】
【００４８】
表１中、光源サイズがφ３ｍｍの場合、点Ｅからの距離が７００ｍｍの範囲において、実施例と比較例との光線数比が１を超えており、実施例の計算モデルの方が高密度となっていることが判る。特に、点Ｅからの距離が２００ｍｍの場合、光線数比が３．１倍と、計算上得られる密度（計算上得られる光線数比は４倍）に最も近い高密度となっている。図５を見ても、点Ｅからの距離が２００ｍｍ、５００ｍｍの場合、実施例の計算モデルの方が明らかに高密度となっている。
【００４９】
また、点Ｅからの距離の増加に伴って、光線数比は小さくなり、当該距離が８００ｍｍで光線数比が０．９５と、実施例の計算モデルの赤外光線束の方が光線数が小さくなっている。この理由は、上述したように、赤外光線束は光源による発散光を放物面鏡により平行光に変換したものであり、その放物面鏡の収差等による影響を受けることで、厳密には平行光とはならないからである。すなわち、比較例のモデルよりも放物面鏡を多く使用している実施例のモデルの光線の平行度は、比較例のモデルのそれよりも悪くなる可能性が高いので、点Ｅからの距離が大きくなればなるほど、実施例のモデルの方が発散する度合が高くなると考えられる。このため、ある程度の距離を超えると、実施例の計算モデルの赤外光線束の方が光線数が小さくなり、光線の密度が低くなると考えられる。
【００５０】
一方、点Ｅからの距離が７００ｍｍ以下では、φ１５ｍｍのスリットによって赤外光線束を小径に絞った状態で高密度化が可能であること、及び、点Ｅからの距離が比較的近ければ、厳密には平行光ではない赤外光線束も実質的には平行光とみなすことができるため、実施例のモデルでは、高密度化が可能な範囲においては、赤外光線束は実質的に平行光であると判断できる。
【００５１】
以上より、光源サイズがφ３ｍｍの場合、光学ユニットを用いた実施例によれば、点Ｅからの距離が７００ｍｍ以内の範囲において、赤外顕微鏡に導入される赤外光線束が実質的に平行光と判断でき、この範囲においては、ＦＴ−ＩＲ等から供給される赤外光線束を、実質的に平行光である状態で小径に絞られた高密度の赤外光線束とすることができることが判った。
【００５２】
表１中、光源サイズがφ５ｍｍの場合、点Ｅからの距離が５００ｍｍの範囲において、実施例と比較例との光線数比が１を超えており、図６からも実施例の計算モデルの方が高密度となっていることが判る。また、光源サイズがφ５ｍｍの場合も、光源サイズがφ３ｍｍの場合と同様、点Ｅからの距離の増加に伴って、光線数比は小さくなり、当該距離が６００ｍｍで光線数比が０．９３と、実施例の計算モデルの赤外光線束の方が比較例のモデルよりも光線数が小さくなっている。この理由は、上記同様である。
【００５３】
光源サイズがφ５ｍｍの場合、光学ユニットを用いた実施例によれば、点Ｅからの距離が５００ｍｍの範囲においては、ＦＴ−ＩＲ等から供給される赤外光線束を、実質的に平行光である状態で小径に絞られた高密度の赤外光線束とすることができることが判った。
【００５４】
以上のように、本発明の赤外顕微システムによれば、干渉計等から供給される赤外光線束を、実質的に平行光とした状態で小径に絞ることで、当該赤外光線束の光線密度よりも高い高密度の赤外光線束を形成できることが計算上明らかとなった。
【００５５】
次に、実機による赤外顕微鏡における赤外光強度の測定試験について説明する。測定試験は、以下の装置、及び測定条件によって行った。
使用装置：赤外分光器（ＦＴ−ＩＲ）（Ｔｈｅｒｍｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製 Ｎｉｃｏｌｅｔ６７００）、赤外顕微鏡（同社製 ＣｏｎｔｉｎｕμｍＸＬ）、 光学ユニット（図２参照）
光源：Ｅｖｅｒ−ｇｌｏ光源（分光器内蔵標準光源）
カセグレン鏡の倍率：１５倍
顕微アパーチャ：１００μｍ × １００μｍ
赤外顕微鏡の検出器：高感度５０μｍＭＣＴ−Ａ
観察モード：透過モード
赤外分光器（ＦＴ−ＩＲ）の導出口と、赤外顕微鏡の導入口との間の距離：約１５ｃｍ
光学ユニット５０の第一放物面鏡５１の焦点距離ｆ１：１０１．６ｍｍ（４ｉｎｃｈ）
光学ユニット５０の第二放物面鏡５２の焦点距離ｆ２：５０．８ｍｍ（２ｉｎｃｈ）
【００５６】
試験方法としては、上記装置を用いて、上記光学ユニット５０をＦＴ−ＩＲと赤外顕微鏡との間に配置した赤外顕微システムを実施例として構成し、光学ユニット５０を配置せずＦＴ−ＩＲからの赤外光線束をそのまま赤外顕微鏡に導入する赤外顕微システムを比較例として構成し、実際に赤外顕微鏡に赤外光線束を導入したときに、当該赤外顕微鏡の検出器によって検出される赤外光強度を比較した。
【００５７】
図７は、赤外顕微鏡の検出器によって検出された赤外光のスペクトルを示すグラフである。図中、縦軸は赤外光強度、横軸は波数を示している。図中、黒線が実施例による測定結果を示しており、灰色線が比較例による測定結果を示している。
【００５８】
図７のように、実施例は、比較例に対して、ほぼ全域に亘ってその赤外光強度が高くなっており、ピーク付近では、赤外光強度が約１．５倍向上していることが判る。
【００５９】
以上のように、ＦＴ−ＩＲからの赤外光線束は、同一にもかかわらず、赤外顕微鏡において顕微分光に供される赤外光の強度が高められていることから、本発明の赤外顕微システムでは、高密度の赤外光線が赤外顕微鏡に導入されＦＴ−ＩＲからの赤外光線束を効率よく利用できることが、実機において確認できた。
【符号の説明】
【００６０】
１ 赤外顕微システム
２ 赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）
３ 赤外顕微鏡
２２ 干渉計部
５０ 光学ユニット
５１ 第一放物面鏡
５２ 第二放物面鏡
【特許請求の範囲】
【請求項１】
干渉計から供給される平行光である赤外光線束を導入して顕微分光を行う赤外顕微鏡であって、
前記干渉計から供給された前記赤外光線束を実質的に平行光とした状態で小径に絞ることで、当該赤外光線束の光線密度よりも高い光線密度とされた高密度の赤外光線束を形成して導入する手段を備えていることを特徴とする赤外顕微鏡。
【請求項２】
前記手段は、前記干渉計からの前記赤外光線束を収束する第一の放物面鏡と、当該第一の放物面鏡の焦点距離よりも短い焦点距離とされるとともに同一の光軸上に前記第一の放物面鏡の焦点と自己の焦点とが一致した状態で、これら焦点をはさんで配置された第二の放物面鏡と、を備え、
前記第二の放物面鏡は、前記第一の放物面鏡によって収束光とされた前記赤外光線束を実質的に平行光に変換することで、前記高密度の赤外光線束を形成する請求項１に記載の赤外顕微鏡。
【請求項３】
干渉計と、前記干渉計から供給される平行光である赤外光線束を導入して顕微分析を行う赤外顕微鏡と、を備えた赤外顕微システムであって、
前記干渉計と前記赤外顕微鏡との間の前記赤外光線束を導入するための経路に、前記干渉計から供給された前記赤外光線束を実質的に平行光とした状態で小径に絞ることで、当該赤外光線束の光線密度よりも高い光線密度とされた高密度の赤外光線束を形成し、前記赤外顕微鏡に導入する手段を備えていることを特徴とする赤外顕微システム。
【請求項１】
干渉計から供給される平行光である赤外光線束を導入して顕微分光を行う赤外顕微鏡であって、
前記干渉計から供給された前記赤外光線束を実質的に平行光とした状態で小径に絞ることで、当該赤外光線束の光線密度よりも高い光線密度とされた高密度の赤外光線束を形成して導入する手段を備えていることを特徴とする赤外顕微鏡。
【請求項２】
前記手段は、前記干渉計からの前記赤外光線束を収束する第一の放物面鏡と、当該第一の放物面鏡の焦点距離よりも短い焦点距離とされるとともに同一の光軸上に前記第一の放物面鏡の焦点と自己の焦点とが一致した状態で、これら焦点をはさんで配置された第二の放物面鏡と、を備え、
前記第二の放物面鏡は、前記第一の放物面鏡によって収束光とされた前記赤外光線束を実質的に平行光に変換することで、前記高密度の赤外光線束を形成する請求項１に記載の赤外顕微鏡。
【請求項３】
干渉計と、前記干渉計から供給される平行光である赤外光線束を導入して顕微分析を行う赤外顕微鏡と、を備えた赤外顕微システムであって、
前記干渉計と前記赤外顕微鏡との間の前記赤外光線束を導入するための経路に、前記干渉計から供給された前記赤外光線束を実質的に平行光とした状態で小径に絞ることで、当該赤外光線束の光線密度よりも高い光線密度とされた高密度の赤外光線束を形成し、前記赤外顕微鏡に導入する手段を備えていることを特徴とする赤外顕微システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１１７９３６（Ｐ２０１２−１１７９３６Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６８５９２（Ｐ２０１０−２６８５９２）
【出願日】平成２２年１２月１日（２０１０．１２．１）
【出願人】（５９３００６６３０）学校法人立命館 (359)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１日（２０１０．１２．１）
【出願人】（５９３００６６３０）学校法人立命館 (359)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]