顕微鏡接続用分光器
【課題】本発明の目的は、試料の画像モニタおよびスペクトル測定を良好に行うことのできる顕微鏡接続用分光器を提供することにある。
【解決手段】顕微鏡１６からの光１４の結像位置に設けられ、スリット２０ａのサイズが二次元受光面サイズと一次元サイズとの間で変えられる入射スリット２０と、前段レンズ２２と、回折格子２６と、該前段レンズ２２よりも明るいＦ値の後段レンズ２８と、二次元受光面３０ａを含む二次元検出器３０と、画像モニタ用光路とスペクトル測定用光路とを切換える光路切換機構３２と、を備え、二次元受光面サイズの入射スリット２０を通った光である二次元像を回折格子２６を外して二次元検出器３０まで導光して撮像し、一次元サイズの入射スリット２０を通った光である一次元像を回折格子２６を通して二次元検出器３０まで導光してスペクトル測定を行うことを特徴とする顕微鏡接続用分光器１０。
【解決手段】顕微鏡１６からの光１４の結像位置に設けられ、スリット２０ａのサイズが二次元受光面サイズと一次元サイズとの間で変えられる入射スリット２０と、前段レンズ２２と、回折格子２６と、該前段レンズ２２よりも明るいＦ値の後段レンズ２８と、二次元受光面３０ａを含む二次元検出器３０と、画像モニタ用光路とスペクトル測定用光路とを切換える光路切換機構３２と、を備え、二次元受光面サイズの入射スリット２０を通った光である二次元像を回折格子２６を外して二次元検出器３０まで導光して撮像し、一次元サイズの入射スリット２０を通った光である一次元像を回折格子２６を通して二次元検出器３０まで導光してスペクトル測定を行うことを特徴とする顕微鏡接続用分光器１０。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は顕微鏡接続用分光器、特に顕微鏡に接続して試料の画像モニタ及びスペクトル測定を行うのに適した分光器に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料の微小な部位を拡大観察できると共に、様々な測定が行いうる顕微鏡は、鉱物や生体を扱う学術や研究分野のみならず、高分子材料や無機材料、電気、電子材料などの産業分野でも用いられるなど、非常に広範囲で利用されている。
このような顕微鏡は、ステージ上に試料が載置され、試料の観察部位の観察像はその画像がテレビカメラなどで取り込まれ、テレビモニタ上で観察されるのが一般的である（例えば特許文献１）。
ところで、このような顕微鏡では、テレビモニタ上で観察した試料の観察部位のスペクトル測定を行うことが考えられる。このために従来は、顕微鏡からの観察光を出力するポートに、一般的な分光器をそのまま接続することが考えられる。
【特許文献１】特開２００２−３５０７３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来方式、つまり顕微鏡に一般的な分光器をそのまま接続したのでは、試料の画像モニタおよびスペクトル測定の双方を良好に行うのが困難であった。
このため、従来は、試料の画像モニタ時とスペクトル測定時とでは、別々の検出器を用いていたが、画像モニタ時の観察部位をスペクトル測定しているとは必ずしも言えなかった。
したがって、顕微鏡を利用する種々の分野では、一台で、試料の画像モニタおよびスペクトル測定の双方を良好に行うことのできる技術の開発が望まれていたが、従来は、これを解決することのできる適切な技術が存在しなかった。
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、一台で、試料の画像モニタおよびスペクトル測定の双方を良好に行うことのできる顕微鏡接続用分光器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記目的を達成するために、本発明にかかる顕微鏡接続用分光器は、試料を観察して得られた光を出力する顕微鏡に接続され、該顕微鏡からの光の二次元像撮像及び該顕微鏡からの光のスペクトル測定を行うための顕微鏡接続用分光器であって、
入射スリットと、前段レンズと、回折格子と、後段レンズと、二次元検出器と、光路切換機構と、を備えることを特徴とする。
ここで、前記入射スリットは、前記顕微鏡からの光の結像位置に設けられ、該光を通すスリットのサイズが、少なくとも二次元検出器の二次元受光面と同等の二次元サイズと、スペクトル測定を行うための一次元サイズとの間で、変えられる。
また、前記前段レンズは、前記入射スリットを通った光を平行光とする。
前記回折格子は、スペクトル測定時のみに、前記前段レンズからの平行光を受けて波長に応じた角度で光を出力する。
前記後段レンズは、前記前段レンズよりも明るいＦ値を有し、スペクトル測定時に前記回折格子を通した光を集光し、画像モニタ時に該回折格子を通さない光を集光する。
前記二次元検出器は、前記後段レンズにより集光された光が結像される前記二次元受光面を有する。
前記光路切換機構は、前記顕微鏡からの光の二次元像を撮像するための画像モニタ用光路と、該顕微鏡からの光のスペクトル測定を行うためのスペクトル測定用光路とを切換える。
【０００５】
前記画像モニタ用光路は、前記顕微鏡からの光が、前記入射スリット、前記前段レンズ及び前記後段レンズを通して、前記二次元検出器に至るものを対象としている。
また、前記スペクトル測定用光路は、前記顕微鏡からの光が、前記入射スリット、前記前段レンズ、前記回折格子および前記後段レンズを通して、前記二次元検出器に至るものを対象としている。
【０００６】
前記画像モニタ時に、前記入射スリットのスリットを二次元サイズとし、かつ前記光路切換機構により前記画像モニタ用光路とすることにより、該入射スリットを通った光である二次元像を、該回折格子を通すことなく該二次元検出器まで導光して撮像する。
前記スペクトル測定時、前記入射スリットを一次元サイズとし、かつ光路切換機構により前記スペクトル測定用光路とすることにより、該入射スリットを通った光である一次元像を該回折格子を通して該二次元検出器まで導光してスペクトル測定を行う。
【０００７】
なお、本発明において、前記後段レンズのF値は、１．２〜１．４であることが好適である。
すなわち、前記後段レンズのF値が、前記範囲を外れると、試料の画像モニタおよびスペクトル測定の双方を良好に行うことができないことがあるからである。
【０００８】
また、本発明においては、前記光路切換機構が、切換鏡を備えることが好適である。
ここで、前記切換鏡は、前記入射スリットを通した光の光路中に挿入及び退避自在に設けられ、鏡面が平面のものとする。
そして、前記画像モニタ時、前記切換鏡の挿入により、前記前段レンズからの光を前記回折格子を通すことなく前記後段レンズに導光することにより、前記入射スリットを通した光の光路を前記画像モニタ用光路とする。
また、前記スペクトル測定時、前記切換鏡の退避により、前記前段レンズからの光を前記回折格子に導光することにより、前記入射スリットを通した光の光路を前記スペクトル測定用光路とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかる顕微鏡接続用分光器によれば、スリットのサイズが二次元受光面サイズと一次元サイズとの間で変えられる入射スリットと、前段レンズよりもＦ値の明るい後段レンズと、二次元検出器と、回折格子を動かすことなく回折格子を外した画像モニタ用光路と回折格子を通したスペクトル測定用光路との切換えを行うための光路切換機構とを組合せることとした。この結果、本発明においては、一台の検出器で、顕微鏡にセットされた試料の画像モニタおよびスペクトル測定の双方を良好に行うことができる。
【００１０】
本発明においては、後段レンズのF値を１．２〜１．４とすることにより、試料の画像モニタおよびスペクトル測定の双方を、より良好に行うことができる。
本発明においては、前記光路切換機構が、前記切換鏡を含むことにより、試料の画像モニタおよびスペクトル測定の双方を、より良好に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面に基づき本発明の好適な一実施形態について説明する。
図１には本発明の一実施形態にかかる顕微鏡接続用分光器の概略構成が示されている。
同図に示す顕微鏡接続用分光器１０は、試料１２を観察して得られた光１４を出力する顕微鏡１６に接続され、顕微鏡１６からの光１４の二次元像撮像（画像モニタ）、及び該顕微鏡１６からの光１４のスペクトル測定を行う。
このために顕微鏡接続用分光器１０は、入射スリット２０と、コリメータレンズ（前段レンズ）２２と、平面鏡２４と、回折格子２６と、カメラレンズ（後段レンズ）２８と、二次元検出器３０と、光路切換機構３２とを備える。
【００１２】
ここで、入射スリット２０は、顕微鏡１６のモニタ用検出器受光面位置（顕微鏡からの光の結像位置）に設けられている。入射スリット２０には、顕微鏡１６による試料１２の観察部位の画像が集光している。入射スリット２０は、顕微鏡１６からの光１４を通すスリット２０ａの幅（サイズ）が、少なくとも二次元検出器３０の二次元受光面３０ａと同等の二次元サイズと、スペクトル測定を行うための一次元サイズとの間で、変えられる。
また、コリメータレンズ２２は、入射スリット２０を通った光を平行光とする。
回折格子２６は、スペクトル測定時のみに、コリメータレンズ２２からの平行光を受けて、波長に応じた角度で光を出力する。
カメラレンズ２８は、コリメータレンズ２２よりも明るいＦ値１．２を有し、スペクトル測定時にのみ回折格子２６を通した光を集光し、画像モニタ時に回折格子２６を通さない光を集光する。
二次元検出器３０は、カメラレンズ２８により集光された光が結像される二次元受光面３０ａを有する。二次元検出器３０により撮像された画像は、テレビモニタ３４上に写される。
光路切換機構３２は、顕微鏡１６からの光１４の二次元像を撮像するための画像モニタ用光路と、顕微鏡１６からの光１４のスペクトル測定を行うためのスペクトル測定用光路とを切換える。
【００１３】
ここで、画像モニタ用光路は、顕微鏡１６からの光１４が、入射スリット２０、コリメータレンズ２２及びカメラレンズ２８を通して、二次元検出器３０に至るものを対象としている。
また、スペクトル測定用光路は、顕微鏡１６からの光１４が、入射スリット２０、コリメータレンズ２２、回折格子２６およびカメラレンズ２８を通して、二次元検出器３０に至るものを対象としている。
【００１４】
本実施形態にかかる顕微鏡接続用分光器１０によれば、前述した手段を組合せることとしたので、一台の二次元検出器３０で、顕微鏡１６にセットされた試料１２の画像モニタとスペクトル測定との双方を良好に行うことができる。
【００１５】
すなわち、画像モニタ時に、入射スリット２０のスリット２０ａを二次元サイズとし、かつ光路切換機構３２により、顕微鏡１６からの光１４の光路を画像モニタ用光路とする。これにより、入射スリット２０を通った光である二次元像を、回折格子２６を通すことなく二次元検出器３０まで導光して撮像する。この結果、明瞭な画像を得ることができる。
【００１６】
また、スペクトル測定時、入射スリット２０のスリット２０ａを一次元サイズとし、かつ光路切換機構３２により、顕微鏡１６からの光１４の光路をスペクトル測定用光路とする。すなわち、入射スリット２０を通った光である一次元像を回折格子２６を通して二次元検出器３０まで導光してスペクトル測定を行うことができる。これにより画像モニタ時に確認した観察部位を確実にスペクトル測定することができる。
【００１７】
＜顕微鏡＞
なお、本実施形態において、顕微鏡１６は、試料１２を観察するため、光源４０と、対物レンズ４２と、結像レンズ４４とを含む。
また、顕微鏡１６は、試料１２の観察部位を走査するため、試料１２が載置されるステージ４６と、ステージ移動手段４８とを含む。
この結果、顕微鏡１６は、ステージ移動手段４８により、ステージ４６を試料面方向に移動することにより、試料１２の観察部位を試料面方向に走査することができる。
【００１８】
＜光路切換機構＞
また、本実施形態において、画像モニタとスペクトル測定との両立を、より確実なものとするためには、光路切換機構３２として、下記のものを用いることが特に好ましい。
同図に示す光路切換機構３２は、第一平面鏡（切換鏡）５０及び第二平面鏡（切換鏡）５２と、第一回転手段５４及び第二回転手段５６と、リンク手段５８と、回転ツマミ６０と、ツマミ駆動手段６２とを備える。
【００１９】
ここで、第一平面鏡５０及び第二平面鏡５２は、入射スリット２０を通した光の光路中に挿入及び退避自在に設けられ、鏡面が平面のものとする。
第一回転手段５４及び第二回転手段５６は、第一平面鏡５０及び第二平面鏡５２が入射スリット２０を通した光の光路中に挿入及び退避されるように、第一平面鏡５０及び第二平面鏡５２を回転自在に保持する。
ツマミ駆動手段６２は、回転ツマミ６０を回転し、第一回転手段５４及び第二回転手段５６を回転することにより、第一平面鏡５０及び第二平面鏡５２を、コリメータレンズ２２と平面鏡２４との間の光路中に挿入、退避する。
第一平面鏡５０及び第二平面鏡５２の、コリメータレンズ２２と平面鏡２４との間の光路中への挿入、退避は、リンク手段５８によりリンクしている。
【００２０】
すなわち、画像モニタ時、第一平面鏡５０及び第二平面鏡５２により、コリメータレンズ２２からの光を回折格子２６を通すことなくカメラレンズ２８に導光することにより、入射スリット２０を通した光の光路を、画像モニタ用光路とする。
また、スペクトル測定時、第一平面鏡５０及び第二平面鏡５２により、コリメータレンズ２２からの光を回折格子２６に導光することにより、入射スリット２０を通した光の光路を、スペクトル測定用光路とする。
【００２１】
このように第二平面鏡５０と第二平面鏡５２はそれぞれ回転手段５４，５６に搭載されており、各回転手段５４，５６はベルト等のリンク手段５８によりリンクされている。これにより、分光器１０上部の回転ツマミ６０（第二回転機構５６の上部）を回転することにより、第一平面鏡５０及び第二平面鏡５２の光路への挿入及び退避が確実に行える。また、このような切換をワンタッチで容易に行うことができるので、顕微鏡１６にセットされた試料１２の画像モニタとスペクトル測定との双方を容易に行うことができる。
【００２２】
＜容易化＞
また、本実施形態においては、画像モニタとスペクトル測定とを、より容易に行うため、前記光路の切換えと共に、スリット幅の変更も自動に行うことも好適である。このために本実施形態においては、スリット駆動手段７０と、同期手段７２とを備えることも好適である。
ここで、スリット駆動手段７０は、入射スリット２０のスリット２２ａの幅を、二次元受光面サイズと一次元サイズとの間で自動に変える。
また、同期手段７２は、スリット駆動手段７０の動作とツマミ駆動手段６２の動作とを同期させる。
すなわち、同期手段７２は、画像モニタ時に、スリット駆動手段７０の動作を制御することにより入射スリット２０のスリット２０ａの幅を二次元サイズとし、かつツマミ駆動手段６２の動作を制御することにより光路を画像モニタ用光路とする。また、同期手段７２は、スペクトル測定時に、スリット駆動手段７０の動作を制御することにより入射スリット２０のスリット２０ａの幅を一次元サイズとし、かつツマミ駆動手段６２の動作を制御することにより光路をスペクトル測定用光路とする。
【００２３】
この結果、画像モニタとスペクトル測定との切換時に必要な、スリット幅の切換え及び光路の切換えを容易に行うことができるので、顕微鏡１６にセットされた試料１２の画像モニタとスペクトル測定とを、より容易に行える。
【００２４】
次に本実施形態において特徴的な測定状態について説明する。
すなわち、図２（Ａ）に示されるような画像モニタ時では、第一平面鏡５０と第二平面鏡５２を光路へ挿入しており、その光路は、入射スリット２０と、入射スリット２０を通過した光を平行光とするコリメータレンズ２２と、コリメータレンズ２２からの平行光を受けて、第二平面鏡５２へ反射させる第一平面鏡５０と、第二平面鏡５２にて反射した平行光を受けて集光させるカメラレンズ２８と、カメラレンズ２８で集光された光が結像される二次元受光面３０ａとなる。
【００２５】
このようにコリメータレンズ２２と回折格子２６へ挿入する平面鏡２４との間に第一平面鏡５０を、回折格子２６とカメラレンズ２８との間に第二平面鏡５２を挿入しているので、回折格子２６を正反射位置に回転させて波長０次光で画像をモニタするものに比較し、画像を鮮明に捉えることができる。さらに回折格子２６とは独立して第一平面鏡５０、第二平面鏡５２を挿入することができるので、回折格子２６を切換えず（波長を切換えず）に画像モニタを行うことができる。
【００２６】
一方、同図（Ｂ）に示されるようなスペクトル測定時では、第一平面鏡５０と第二平面鏡５２が光路から退避されている。この結果、スペクトル測定時の光路は、入射スリット２０と、コリメータレンズ２２と、平面鏡２４と、回折格子２６と、カメラレンズ２８と、カメラレンズ２８で集光された光が結像される二次元受光面３０ａとなる。
【００２７】
このため、入射スリット２０を通過した光は、コリメータレンズ２２により平行光とされ、平面鏡２４により反射されて回折格子２６に向かう。回折格子２６へ入射した平行光は、波長に応じた角度で出射し、カメラレンズ２８により二次元検出器３０の二次元受光面３０ａに集光される。二次元受光面３０ａに結像した波長分散された入射スリット像を、二次元検出器３０にて検出することで、入射スリット２０へ入射した光＝結像した画像のスペクトル測定を行っている。二次元受光面３０ａに結像した波長分散された入射スリット像を、二次元検出器３０にて検出することで、入射スリット２０へ入射した光＝結像した画像のスペクトル測定を行っている。
このように入射スリット２０を通った光である一次元像を回折格子２６を通して二次元検出器３０まで導光してスペクトル測定を行うことができる。これにより画像モニタ時に確認した観察部位を確実にスペクトル測定することができる。
【００２８】
分光器性能試験
次に本実施形態にかかる分光器の性能の試験を行った。
図３に入射スリット２０のスリット２０ａの幅を８ｍｍに可変し、第一平面鏡５０と第二平面鏡５２を挿入して観察した試料１２の画像を示す。
図４に入射スリット２０のスリット２０ａの幅を４ｍｍに可変し、第一平面鏡５０と第二平面鏡５２を挿入して観察した試料１２の画像を示す。
図５に入射スリット２０のスリット２０ａの幅を０．０５ｍｍに可変し、第一平面鏡５０と第二平面鏡５２を挿入して観察した試料１２の画像を示す。このような画像上で試料１２の観察部位を確認し、スペクトル測定モードに切り換え、スペクトル測定を行う。
図６に入射スリット２０のスリット２０ａの幅を０．０５ｍｍに可変し、第一平面鏡５０と第二平面鏡５２を外し、中心波長５００ｎｍにし、スペクトル測定を行った結果を示す。なお、同図（Ａ）は横軸に波長を展開し、縦軸にスリット高さをとったものである。同図（Ｂ）は同図（Ａ）のカーソル位置でのスリット高さと強度情報との関係を示し、同図（Ｃ）はカーソル位置での波長と強度情報との関係を示すものである。
【００２９】
これらの図からも明らかなように、本実施形態にかかる顕微鏡接続用分光器１０によれば、視野も十分に広く確認できると共に、画質も鮮明に確認することができる。これにより、試料１２の画像モニタおよびスペクトル測定を良好に行うことができる。
【００３０】
また、試料の二次元像撮像により、全部の色の試料面画像を得ることができるが、スペクトル測定により特定の色の試料面画像を得ることもできる。すなわち、スペクトル測定において、波長を特定波長に固定した上で、試料をステージ移動手段により水平方向にスリット幅分ごとに移動させながら、試料上の各ラインのスペクトル測定を行う。得られた各ラインのデータを繋ぎ合わせることにより、特定の色の試料面画像を得ることもできる。
【００３１】
以上のように本実施形態にかかる顕微鏡接続用分光器によれば、前記入射スリットと、前記カメラレンズと、前記二次元検出器と、前記光路切換機構とを組合せることによりはじめて、一台の検出器で、試料の画像モニタおよびスペクトル測定の双方を良好に行うことができる。
【００３２】
以下に、本実施形態のＦ値の選択、光路切換機構の重要性について説明する。
＜Ｆ値＞
本実施形態において、画像モニタとスペクトル測定との双方を良好に行うためには、コリメータレンズ２２及びカメラレンズ２８のＦ値の選択も非常に重要である。
次に本実施形態において特徴的なＦ値の選択について説明する。Ｆ値の計算には、図７に示される光学系構成部材のサイズ（ｍｍ）、光路長（ｍｍ）の条件下で求めた。同図（Ａ）はスペクトル測定用光路、同図（Ｂ）は画像モニタ用光路である。同図（Ａ）において、平面鏡２４のサイズは（縦２５ｍｍ，横２０ｍｍ）とし、回折格子２６のサイズは（縦３０ｍｍ，横２２ｍｍ）とした。また、同図（Ｂ）において、第一平面鏡５０のサイズは（縦１８ｍｍ，横２５ｍｍ）とし、第二平面鏡５２のサイズは（縦２５ｍｍ，横３２ｍｍ）とした。
【００３３】
，
すなわち、顕微鏡１６のＦ値は、１００倍の対物レンズ４２を使用すると、
１００倍対物レンズ４２の仕様は、ＮＡ＝０．９５
ＮＡ＝ｓｉｎθ
θ＝（（ｄ／２）／ｆ）ｔａｎ−１
Ｆ値＝ｆ／ｄ
より、
ＮＡｓｉｎ−１＝（（ｄ／２）／ｆ）ｔａｎ−１
ｔａｎ（ＮＡｓｉｎ−１）＝（（ｄ／２）／ｆ）
ｄ／ｆ＝２（ｔａｎ（ＮＡｓｉｎ−１））
ｆ／ｄ＝１／２（ｔａｎ（ＮＡｓｉｎ−１））
よって、
Ｆ＝０．１６４
１００倍なので、分光器１０の入射側Ｆ値は
Ｆ＝０．１６４×１００
＝１６．４
【００３４】
ただし、ＮＡ：開口数
θ：光軸上の物体または像からレンズの有効径をのぞき込んだ半角
ｆ：焦点距離
ｄ：有効口径
【００３５】
上記より、コリメータレンズ２２は、ｆ５０ｍｍ、Ｆ１６のものを使用した。
入射スリット２０での試料１２の画像の大きさは、二次元検出器３０の二次元受光面３０ａの大きさに合わせて、縦８ｍｍ、横８ｍｍである。
本実施形態において、カメラレンズ２８は、Ｆ値１．２のものを使用した。
この結果、本実施形態は、従来方式、つまりＦ値の考慮のないものに比較し、明るい画像を得ることができる。
【００３６】
Ｆ値を考慮した場合と考慮しない場合との作用効果の違いについて、図８を参照しつつ説明する。
同図にはＦ値を考慮しない場合（同図（Ａ））と、Ｆ値を考慮した場合（同図（Ｂ））との光路の比較説明図が示されている。
なお、同図（Ａ）ではＦ値を考慮しないカメラレンズサイズ（Ｆ１６）２８´を示し、同図（Ｂ）ではＦ値を考慮したカメラレンズサイズ（Ｆ１．２）２８を示している。
【００３７】
今、画像モニタを行うとする。入射スリット２０のスリット２０ａの幅を、二次元受光検出器受光面３０ａの大きさと同等の８ｍｍに可変すると（スリット２０ａの縦幅は８ｍｍ）、コリメータレンズ２２から出力される平行光は、その集まり画角の分だけ広がりを生じる。
【００３８】
ここで、同図（Ａ）に示されるようにＦ値を考慮しない場合、つまり同じＦ値（スリット幅値）のコリメータレンズ２２とカメラレンズ２８´を使用した場合、コリメータレンズ２２から出力される画角による平行光の集まりの広がりは、カメラレンズ２８´より大きくなり、全て二次元受光面３０ａに集光することができない。
このため、得られる画像も、中心は明るいが、周辺が暗く歪が生じたものとなる。このため、得られた画像の明るさ補正をソフトウェア的に行う必要もあるので、満足のゆく画像が得られなかった。
【００３９】
そこで、本発明においては、カメラレンズ２８のF値を、１．２〜１．４とすることが非常に好ましい。このために本実施形態においては、コリメータレンズ２２にはｆ５０ｍｍ、Ｆ１６のものを使用し、カメラレンズ２８にはコリメータレンズ２２よりも明るいｆ５０ｍｍ、Ｆ１．２のものを使用している。
この結果、同図（Ｂ）に示されるようにカメラレンズ２８のＦ値を１．２とした場合は、コリメータレンズ２２から出力される画角による平行光も、本実施形態のカメラレンズ２８により、全て二次元受光面３０ａに集光することができる。
【００４０】
このようなＦ値の考慮の違いは、本実施形態は、明るさ補正をすることなく、明瞭な画像を得ることができるので、試料の画像モニタとスペクトル測定との双方を良好に行うことができるのに対し、このような考慮のないものは、明瞭な画像を得ることが困難であるので、これらを良好に行うことが困難であるという作用効果の違いをもたらしている。
【００４１】
＜光路切換機構＞
次に、本実施形態の光路切換機構の重要性について図９を参照しつつ説明する。
同図に示されるように本発明の光路切換機構を考慮しない場合、顕微鏡にセットされた試料の画像モニタを行うには、回折格子２６を正反射位置に回転させて波長０次光を二次元検出器３０にて検出することが考えられる。
また、回折格子２６の裏面に平面鏡８０を設け、回折格子２６と平面鏡８０との裏表を切換えることにより、スペクトル測定と画像モニタとを切り換えて行うことも考えられる。
【００４２】
しかしながら、回折格子２６を正反射位置に回転させて波長０次光を二次元検出器３０にて検出した場合に、回折格子素子面には溝があるため、光の散乱が生じ、検出した画像が鮮明であるとは言えなかった。また、コリメータレンズ２２からカメラレンズ２８までの光路長が長いために、入射スリット２０のスリット２０ａの幅を二次元受光面３０ａの幅と同等にした場合、コリメータレンズ２２から出射された光が画角の関係でカメラレンズ２８よりも大きくなってしまい、顕微鏡にセットされた試料の視野が狭くなってしまう。検出した画像を鮮明にするため、回折格子２６と平面鏡８０とを切換えたときも同様に、視野が狭くなってしまう。また、回折格子２６を一度切換えるので、波長が変わってしまう。
このため、本実施形態の光路切換機構を採用しないと、顕微鏡にセットされた試料の画像モニタとスペクトル測定との双方を良好に行うのが困難である。
【００４３】
これに対し、本実施形態は、前述のように第一平面鏡５０及び第二平面鏡５２を用いた光路切換機構３２により、回折格子２６を動かすことなく、光路の切換えを行えるので、顕微鏡にセットされた試料の画像モニタとスペクトル測定との双方を良好に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態にかかる顕微鏡接続用分光器の概略構成の説明図である。
【図２】図1に示した顕微鏡接続用分光器のとりうる画像モニタ用光路とスペクトル測定用光路の説明図である。
【図３】図1に示した顕微鏡接続用分光器においてスリット幅を８ｍｍに可変し、第一平面鏡と第二平面鏡を挿入して観察した試料の画像である。
【図４】図1に示した顕微鏡接続用分光器においてスリット幅を４ｍｍに可変し、第一平面鏡と第二平面鏡を挿入して観察した試料の画像である。
【図５】図1に示した顕微鏡接続用分光器においてスリット幅を０．０５ｍｍに可変し、第一平面鏡と第二平面鏡を挿入して観察した試料の画像である。
【図６】図1に示した顕微鏡接続用分光器においてスリット幅を０．０５ｍｍに可変し、第一平面鏡と第二平面鏡を外した時の分散スペクトルである。
【図７】本実施形態において特徴的なＦ値の計算に用いた光学系構成部材の説明図である。
【図８】本実施形態のＦ値選択の重要性の説明図である。
【図９】本実施形態の光路切換機構の重要性の説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０ 顕微鏡接続用分光器
２０ 入射スリット
２０ａ スリット
２２ コリメータレンズ（前段レンズ）
２６ 回折格子
２８ カメラレンズ（後段レンズ）
３０ 二次元検出器
３０ａ 二次元受光面
３２ 光路切換機構
５０ 第一平面鏡（切換鏡）
５２ 第二平面鏡（切換鏡）
【技術分野】
【０００１】
本発明は顕微鏡接続用分光器、特に顕微鏡に接続して試料の画像モニタ及びスペクトル測定を行うのに適した分光器に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料の微小な部位を拡大観察できると共に、様々な測定が行いうる顕微鏡は、鉱物や生体を扱う学術や研究分野のみならず、高分子材料や無機材料、電気、電子材料などの産業分野でも用いられるなど、非常に広範囲で利用されている。
このような顕微鏡は、ステージ上に試料が載置され、試料の観察部位の観察像はその画像がテレビカメラなどで取り込まれ、テレビモニタ上で観察されるのが一般的である（例えば特許文献１）。
ところで、このような顕微鏡では、テレビモニタ上で観察した試料の観察部位のスペクトル測定を行うことが考えられる。このために従来は、顕微鏡からの観察光を出力するポートに、一般的な分光器をそのまま接続することが考えられる。
【特許文献１】特開２００２−３５０７３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来方式、つまり顕微鏡に一般的な分光器をそのまま接続したのでは、試料の画像モニタおよびスペクトル測定の双方を良好に行うのが困難であった。
このため、従来は、試料の画像モニタ時とスペクトル測定時とでは、別々の検出器を用いていたが、画像モニタ時の観察部位をスペクトル測定しているとは必ずしも言えなかった。
したがって、顕微鏡を利用する種々の分野では、一台で、試料の画像モニタおよびスペクトル測定の双方を良好に行うことのできる技術の開発が望まれていたが、従来は、これを解決することのできる適切な技術が存在しなかった。
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、一台で、試料の画像モニタおよびスペクトル測定の双方を良好に行うことのできる顕微鏡接続用分光器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記目的を達成するために、本発明にかかる顕微鏡接続用分光器は、試料を観察して得られた光を出力する顕微鏡に接続され、該顕微鏡からの光の二次元像撮像及び該顕微鏡からの光のスペクトル測定を行うための顕微鏡接続用分光器であって、
入射スリットと、前段レンズと、回折格子と、後段レンズと、二次元検出器と、光路切換機構と、を備えることを特徴とする。
ここで、前記入射スリットは、前記顕微鏡からの光の結像位置に設けられ、該光を通すスリットのサイズが、少なくとも二次元検出器の二次元受光面と同等の二次元サイズと、スペクトル測定を行うための一次元サイズとの間で、変えられる。
また、前記前段レンズは、前記入射スリットを通った光を平行光とする。
前記回折格子は、スペクトル測定時のみに、前記前段レンズからの平行光を受けて波長に応じた角度で光を出力する。
前記後段レンズは、前記前段レンズよりも明るいＦ値を有し、スペクトル測定時に前記回折格子を通した光を集光し、画像モニタ時に該回折格子を通さない光を集光する。
前記二次元検出器は、前記後段レンズにより集光された光が結像される前記二次元受光面を有する。
前記光路切換機構は、前記顕微鏡からの光の二次元像を撮像するための画像モニタ用光路と、該顕微鏡からの光のスペクトル測定を行うためのスペクトル測定用光路とを切換える。
【０００５】
前記画像モニタ用光路は、前記顕微鏡からの光が、前記入射スリット、前記前段レンズ及び前記後段レンズを通して、前記二次元検出器に至るものを対象としている。
また、前記スペクトル測定用光路は、前記顕微鏡からの光が、前記入射スリット、前記前段レンズ、前記回折格子および前記後段レンズを通して、前記二次元検出器に至るものを対象としている。
【０００６】
前記画像モニタ時に、前記入射スリットのスリットを二次元サイズとし、かつ前記光路切換機構により前記画像モニタ用光路とすることにより、該入射スリットを通った光である二次元像を、該回折格子を通すことなく該二次元検出器まで導光して撮像する。
前記スペクトル測定時、前記入射スリットを一次元サイズとし、かつ光路切換機構により前記スペクトル測定用光路とすることにより、該入射スリットを通った光である一次元像を該回折格子を通して該二次元検出器まで導光してスペクトル測定を行う。
【０００７】
なお、本発明において、前記後段レンズのF値は、１．２〜１．４であることが好適である。
すなわち、前記後段レンズのF値が、前記範囲を外れると、試料の画像モニタおよびスペクトル測定の双方を良好に行うことができないことがあるからである。
【０００８】
また、本発明においては、前記光路切換機構が、切換鏡を備えることが好適である。
ここで、前記切換鏡は、前記入射スリットを通した光の光路中に挿入及び退避自在に設けられ、鏡面が平面のものとする。
そして、前記画像モニタ時、前記切換鏡の挿入により、前記前段レンズからの光を前記回折格子を通すことなく前記後段レンズに導光することにより、前記入射スリットを通した光の光路を前記画像モニタ用光路とする。
また、前記スペクトル測定時、前記切換鏡の退避により、前記前段レンズからの光を前記回折格子に導光することにより、前記入射スリットを通した光の光路を前記スペクトル測定用光路とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかる顕微鏡接続用分光器によれば、スリットのサイズが二次元受光面サイズと一次元サイズとの間で変えられる入射スリットと、前段レンズよりもＦ値の明るい後段レンズと、二次元検出器と、回折格子を動かすことなく回折格子を外した画像モニタ用光路と回折格子を通したスペクトル測定用光路との切換えを行うための光路切換機構とを組合せることとした。この結果、本発明においては、一台の検出器で、顕微鏡にセットされた試料の画像モニタおよびスペクトル測定の双方を良好に行うことができる。
【００１０】
本発明においては、後段レンズのF値を１．２〜１．４とすることにより、試料の画像モニタおよびスペクトル測定の双方を、より良好に行うことができる。
本発明においては、前記光路切換機構が、前記切換鏡を含むことにより、試料の画像モニタおよびスペクトル測定の双方を、より良好に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面に基づき本発明の好適な一実施形態について説明する。
図１には本発明の一実施形態にかかる顕微鏡接続用分光器の概略構成が示されている。
同図に示す顕微鏡接続用分光器１０は、試料１２を観察して得られた光１４を出力する顕微鏡１６に接続され、顕微鏡１６からの光１４の二次元像撮像（画像モニタ）、及び該顕微鏡１６からの光１４のスペクトル測定を行う。
このために顕微鏡接続用分光器１０は、入射スリット２０と、コリメータレンズ（前段レンズ）２２と、平面鏡２４と、回折格子２６と、カメラレンズ（後段レンズ）２８と、二次元検出器３０と、光路切換機構３２とを備える。
【００１２】
ここで、入射スリット２０は、顕微鏡１６のモニタ用検出器受光面位置（顕微鏡からの光の結像位置）に設けられている。入射スリット２０には、顕微鏡１６による試料１２の観察部位の画像が集光している。入射スリット２０は、顕微鏡１６からの光１４を通すスリット２０ａの幅（サイズ）が、少なくとも二次元検出器３０の二次元受光面３０ａと同等の二次元サイズと、スペクトル測定を行うための一次元サイズとの間で、変えられる。
また、コリメータレンズ２２は、入射スリット２０を通った光を平行光とする。
回折格子２６は、スペクトル測定時のみに、コリメータレンズ２２からの平行光を受けて、波長に応じた角度で光を出力する。
カメラレンズ２８は、コリメータレンズ２２よりも明るいＦ値１．２を有し、スペクトル測定時にのみ回折格子２６を通した光を集光し、画像モニタ時に回折格子２６を通さない光を集光する。
二次元検出器３０は、カメラレンズ２８により集光された光が結像される二次元受光面３０ａを有する。二次元検出器３０により撮像された画像は、テレビモニタ３４上に写される。
光路切換機構３２は、顕微鏡１６からの光１４の二次元像を撮像するための画像モニタ用光路と、顕微鏡１６からの光１４のスペクトル測定を行うためのスペクトル測定用光路とを切換える。
【００１３】
ここで、画像モニタ用光路は、顕微鏡１６からの光１４が、入射スリット２０、コリメータレンズ２２及びカメラレンズ２８を通して、二次元検出器３０に至るものを対象としている。
また、スペクトル測定用光路は、顕微鏡１６からの光１４が、入射スリット２０、コリメータレンズ２２、回折格子２６およびカメラレンズ２８を通して、二次元検出器３０に至るものを対象としている。
【００１４】
本実施形態にかかる顕微鏡接続用分光器１０によれば、前述した手段を組合せることとしたので、一台の二次元検出器３０で、顕微鏡１６にセットされた試料１２の画像モニタとスペクトル測定との双方を良好に行うことができる。
【００１５】
すなわち、画像モニタ時に、入射スリット２０のスリット２０ａを二次元サイズとし、かつ光路切換機構３２により、顕微鏡１６からの光１４の光路を画像モニタ用光路とする。これにより、入射スリット２０を通った光である二次元像を、回折格子２６を通すことなく二次元検出器３０まで導光して撮像する。この結果、明瞭な画像を得ることができる。
【００１６】
また、スペクトル測定時、入射スリット２０のスリット２０ａを一次元サイズとし、かつ光路切換機構３２により、顕微鏡１６からの光１４の光路をスペクトル測定用光路とする。すなわち、入射スリット２０を通った光である一次元像を回折格子２６を通して二次元検出器３０まで導光してスペクトル測定を行うことができる。これにより画像モニタ時に確認した観察部位を確実にスペクトル測定することができる。
【００１７】
＜顕微鏡＞
なお、本実施形態において、顕微鏡１６は、試料１２を観察するため、光源４０と、対物レンズ４２と、結像レンズ４４とを含む。
また、顕微鏡１６は、試料１２の観察部位を走査するため、試料１２が載置されるステージ４６と、ステージ移動手段４８とを含む。
この結果、顕微鏡１６は、ステージ移動手段４８により、ステージ４６を試料面方向に移動することにより、試料１２の観察部位を試料面方向に走査することができる。
【００１８】
＜光路切換機構＞
また、本実施形態において、画像モニタとスペクトル測定との両立を、より確実なものとするためには、光路切換機構３２として、下記のものを用いることが特に好ましい。
同図に示す光路切換機構３２は、第一平面鏡（切換鏡）５０及び第二平面鏡（切換鏡）５２と、第一回転手段５４及び第二回転手段５６と、リンク手段５８と、回転ツマミ６０と、ツマミ駆動手段６２とを備える。
【００１９】
ここで、第一平面鏡５０及び第二平面鏡５２は、入射スリット２０を通した光の光路中に挿入及び退避自在に設けられ、鏡面が平面のものとする。
第一回転手段５４及び第二回転手段５６は、第一平面鏡５０及び第二平面鏡５２が入射スリット２０を通した光の光路中に挿入及び退避されるように、第一平面鏡５０及び第二平面鏡５２を回転自在に保持する。
ツマミ駆動手段６２は、回転ツマミ６０を回転し、第一回転手段５４及び第二回転手段５６を回転することにより、第一平面鏡５０及び第二平面鏡５２を、コリメータレンズ２２と平面鏡２４との間の光路中に挿入、退避する。
第一平面鏡５０及び第二平面鏡５２の、コリメータレンズ２２と平面鏡２４との間の光路中への挿入、退避は、リンク手段５８によりリンクしている。
【００２０】
すなわち、画像モニタ時、第一平面鏡５０及び第二平面鏡５２により、コリメータレンズ２２からの光を回折格子２６を通すことなくカメラレンズ２８に導光することにより、入射スリット２０を通した光の光路を、画像モニタ用光路とする。
また、スペクトル測定時、第一平面鏡５０及び第二平面鏡５２により、コリメータレンズ２２からの光を回折格子２６に導光することにより、入射スリット２０を通した光の光路を、スペクトル測定用光路とする。
【００２１】
このように第二平面鏡５０と第二平面鏡５２はそれぞれ回転手段５４，５６に搭載されており、各回転手段５４，５６はベルト等のリンク手段５８によりリンクされている。これにより、分光器１０上部の回転ツマミ６０（第二回転機構５６の上部）を回転することにより、第一平面鏡５０及び第二平面鏡５２の光路への挿入及び退避が確実に行える。また、このような切換をワンタッチで容易に行うことができるので、顕微鏡１６にセットされた試料１２の画像モニタとスペクトル測定との双方を容易に行うことができる。
【００２２】
＜容易化＞
また、本実施形態においては、画像モニタとスペクトル測定とを、より容易に行うため、前記光路の切換えと共に、スリット幅の変更も自動に行うことも好適である。このために本実施形態においては、スリット駆動手段７０と、同期手段７２とを備えることも好適である。
ここで、スリット駆動手段７０は、入射スリット２０のスリット２２ａの幅を、二次元受光面サイズと一次元サイズとの間で自動に変える。
また、同期手段７２は、スリット駆動手段７０の動作とツマミ駆動手段６２の動作とを同期させる。
すなわち、同期手段７２は、画像モニタ時に、スリット駆動手段７０の動作を制御することにより入射スリット２０のスリット２０ａの幅を二次元サイズとし、かつツマミ駆動手段６２の動作を制御することにより光路を画像モニタ用光路とする。また、同期手段７２は、スペクトル測定時に、スリット駆動手段７０の動作を制御することにより入射スリット２０のスリット２０ａの幅を一次元サイズとし、かつツマミ駆動手段６２の動作を制御することにより光路をスペクトル測定用光路とする。
【００２３】
この結果、画像モニタとスペクトル測定との切換時に必要な、スリット幅の切換え及び光路の切換えを容易に行うことができるので、顕微鏡１６にセットされた試料１２の画像モニタとスペクトル測定とを、より容易に行える。
【００２４】
次に本実施形態において特徴的な測定状態について説明する。
すなわち、図２（Ａ）に示されるような画像モニタ時では、第一平面鏡５０と第二平面鏡５２を光路へ挿入しており、その光路は、入射スリット２０と、入射スリット２０を通過した光を平行光とするコリメータレンズ２２と、コリメータレンズ２２からの平行光を受けて、第二平面鏡５２へ反射させる第一平面鏡５０と、第二平面鏡５２にて反射した平行光を受けて集光させるカメラレンズ２８と、カメラレンズ２８で集光された光が結像される二次元受光面３０ａとなる。
【００２５】
このようにコリメータレンズ２２と回折格子２６へ挿入する平面鏡２４との間に第一平面鏡５０を、回折格子２６とカメラレンズ２８との間に第二平面鏡５２を挿入しているので、回折格子２６を正反射位置に回転させて波長０次光で画像をモニタするものに比較し、画像を鮮明に捉えることができる。さらに回折格子２６とは独立して第一平面鏡５０、第二平面鏡５２を挿入することができるので、回折格子２６を切換えず（波長を切換えず）に画像モニタを行うことができる。
【００２６】
一方、同図（Ｂ）に示されるようなスペクトル測定時では、第一平面鏡５０と第二平面鏡５２が光路から退避されている。この結果、スペクトル測定時の光路は、入射スリット２０と、コリメータレンズ２２と、平面鏡２４と、回折格子２６と、カメラレンズ２８と、カメラレンズ２８で集光された光が結像される二次元受光面３０ａとなる。
【００２７】
このため、入射スリット２０を通過した光は、コリメータレンズ２２により平行光とされ、平面鏡２４により反射されて回折格子２６に向かう。回折格子２６へ入射した平行光は、波長に応じた角度で出射し、カメラレンズ２８により二次元検出器３０の二次元受光面３０ａに集光される。二次元受光面３０ａに結像した波長分散された入射スリット像を、二次元検出器３０にて検出することで、入射スリット２０へ入射した光＝結像した画像のスペクトル測定を行っている。二次元受光面３０ａに結像した波長分散された入射スリット像を、二次元検出器３０にて検出することで、入射スリット２０へ入射した光＝結像した画像のスペクトル測定を行っている。
このように入射スリット２０を通った光である一次元像を回折格子２６を通して二次元検出器３０まで導光してスペクトル測定を行うことができる。これにより画像モニタ時に確認した観察部位を確実にスペクトル測定することができる。
【００２８】
分光器性能試験
次に本実施形態にかかる分光器の性能の試験を行った。
図３に入射スリット２０のスリット２０ａの幅を８ｍｍに可変し、第一平面鏡５０と第二平面鏡５２を挿入して観察した試料１２の画像を示す。
図４に入射スリット２０のスリット２０ａの幅を４ｍｍに可変し、第一平面鏡５０と第二平面鏡５２を挿入して観察した試料１２の画像を示す。
図５に入射スリット２０のスリット２０ａの幅を０．０５ｍｍに可変し、第一平面鏡５０と第二平面鏡５２を挿入して観察した試料１２の画像を示す。このような画像上で試料１２の観察部位を確認し、スペクトル測定モードに切り換え、スペクトル測定を行う。
図６に入射スリット２０のスリット２０ａの幅を０．０５ｍｍに可変し、第一平面鏡５０と第二平面鏡５２を外し、中心波長５００ｎｍにし、スペクトル測定を行った結果を示す。なお、同図（Ａ）は横軸に波長を展開し、縦軸にスリット高さをとったものである。同図（Ｂ）は同図（Ａ）のカーソル位置でのスリット高さと強度情報との関係を示し、同図（Ｃ）はカーソル位置での波長と強度情報との関係を示すものである。
【００２９】
これらの図からも明らかなように、本実施形態にかかる顕微鏡接続用分光器１０によれば、視野も十分に広く確認できると共に、画質も鮮明に確認することができる。これにより、試料１２の画像モニタおよびスペクトル測定を良好に行うことができる。
【００３０】
また、試料の二次元像撮像により、全部の色の試料面画像を得ることができるが、スペクトル測定により特定の色の試料面画像を得ることもできる。すなわち、スペクトル測定において、波長を特定波長に固定した上で、試料をステージ移動手段により水平方向にスリット幅分ごとに移動させながら、試料上の各ラインのスペクトル測定を行う。得られた各ラインのデータを繋ぎ合わせることにより、特定の色の試料面画像を得ることもできる。
【００３１】
以上のように本実施形態にかかる顕微鏡接続用分光器によれば、前記入射スリットと、前記カメラレンズと、前記二次元検出器と、前記光路切換機構とを組合せることによりはじめて、一台の検出器で、試料の画像モニタおよびスペクトル測定の双方を良好に行うことができる。
【００３２】
以下に、本実施形態のＦ値の選択、光路切換機構の重要性について説明する。
＜Ｆ値＞
本実施形態において、画像モニタとスペクトル測定との双方を良好に行うためには、コリメータレンズ２２及びカメラレンズ２８のＦ値の選択も非常に重要である。
次に本実施形態において特徴的なＦ値の選択について説明する。Ｆ値の計算には、図７に示される光学系構成部材のサイズ（ｍｍ）、光路長（ｍｍ）の条件下で求めた。同図（Ａ）はスペクトル測定用光路、同図（Ｂ）は画像モニタ用光路である。同図（Ａ）において、平面鏡２４のサイズは（縦２５ｍｍ，横２０ｍｍ）とし、回折格子２６のサイズは（縦３０ｍｍ，横２２ｍｍ）とした。また、同図（Ｂ）において、第一平面鏡５０のサイズは（縦１８ｍｍ，横２５ｍｍ）とし、第二平面鏡５２のサイズは（縦２５ｍｍ，横３２ｍｍ）とした。
【００３３】
，
すなわち、顕微鏡１６のＦ値は、１００倍の対物レンズ４２を使用すると、
１００倍対物レンズ４２の仕様は、ＮＡ＝０．９５
ＮＡ＝ｓｉｎθ
θ＝（（ｄ／２）／ｆ）ｔａｎ−１
Ｆ値＝ｆ／ｄ
より、
ＮＡｓｉｎ−１＝（（ｄ／２）／ｆ）ｔａｎ−１
ｔａｎ（ＮＡｓｉｎ−１）＝（（ｄ／２）／ｆ）
ｄ／ｆ＝２（ｔａｎ（ＮＡｓｉｎ−１））
ｆ／ｄ＝１／２（ｔａｎ（ＮＡｓｉｎ−１））
よって、
Ｆ＝０．１６４
１００倍なので、分光器１０の入射側Ｆ値は
Ｆ＝０．１６４×１００
＝１６．４
【００３４】
ただし、ＮＡ：開口数
θ：光軸上の物体または像からレンズの有効径をのぞき込んだ半角
ｆ：焦点距離
ｄ：有効口径
【００３５】
上記より、コリメータレンズ２２は、ｆ５０ｍｍ、Ｆ１６のものを使用した。
入射スリット２０での試料１２の画像の大きさは、二次元検出器３０の二次元受光面３０ａの大きさに合わせて、縦８ｍｍ、横８ｍｍである。
本実施形態において、カメラレンズ２８は、Ｆ値１．２のものを使用した。
この結果、本実施形態は、従来方式、つまりＦ値の考慮のないものに比較し、明るい画像を得ることができる。
【００３６】
Ｆ値を考慮した場合と考慮しない場合との作用効果の違いについて、図８を参照しつつ説明する。
同図にはＦ値を考慮しない場合（同図（Ａ））と、Ｆ値を考慮した場合（同図（Ｂ））との光路の比較説明図が示されている。
なお、同図（Ａ）ではＦ値を考慮しないカメラレンズサイズ（Ｆ１６）２８´を示し、同図（Ｂ）ではＦ値を考慮したカメラレンズサイズ（Ｆ１．２）２８を示している。
【００３７】
今、画像モニタを行うとする。入射スリット２０のスリット２０ａの幅を、二次元受光検出器受光面３０ａの大きさと同等の８ｍｍに可変すると（スリット２０ａの縦幅は８ｍｍ）、コリメータレンズ２２から出力される平行光は、その集まり画角の分だけ広がりを生じる。
【００３８】
ここで、同図（Ａ）に示されるようにＦ値を考慮しない場合、つまり同じＦ値（スリット幅値）のコリメータレンズ２２とカメラレンズ２８´を使用した場合、コリメータレンズ２２から出力される画角による平行光の集まりの広がりは、カメラレンズ２８´より大きくなり、全て二次元受光面３０ａに集光することができない。
このため、得られる画像も、中心は明るいが、周辺が暗く歪が生じたものとなる。このため、得られた画像の明るさ補正をソフトウェア的に行う必要もあるので、満足のゆく画像が得られなかった。
【００３９】
そこで、本発明においては、カメラレンズ２８のF値を、１．２〜１．４とすることが非常に好ましい。このために本実施形態においては、コリメータレンズ２２にはｆ５０ｍｍ、Ｆ１６のものを使用し、カメラレンズ２８にはコリメータレンズ２２よりも明るいｆ５０ｍｍ、Ｆ１．２のものを使用している。
この結果、同図（Ｂ）に示されるようにカメラレンズ２８のＦ値を１．２とした場合は、コリメータレンズ２２から出力される画角による平行光も、本実施形態のカメラレンズ２８により、全て二次元受光面３０ａに集光することができる。
【００４０】
このようなＦ値の考慮の違いは、本実施形態は、明るさ補正をすることなく、明瞭な画像を得ることができるので、試料の画像モニタとスペクトル測定との双方を良好に行うことができるのに対し、このような考慮のないものは、明瞭な画像を得ることが困難であるので、これらを良好に行うことが困難であるという作用効果の違いをもたらしている。
【００４１】
＜光路切換機構＞
次に、本実施形態の光路切換機構の重要性について図９を参照しつつ説明する。
同図に示されるように本発明の光路切換機構を考慮しない場合、顕微鏡にセットされた試料の画像モニタを行うには、回折格子２６を正反射位置に回転させて波長０次光を二次元検出器３０にて検出することが考えられる。
また、回折格子２６の裏面に平面鏡８０を設け、回折格子２６と平面鏡８０との裏表を切換えることにより、スペクトル測定と画像モニタとを切り換えて行うことも考えられる。
【００４２】
しかしながら、回折格子２６を正反射位置に回転させて波長０次光を二次元検出器３０にて検出した場合に、回折格子素子面には溝があるため、光の散乱が生じ、検出した画像が鮮明であるとは言えなかった。また、コリメータレンズ２２からカメラレンズ２８までの光路長が長いために、入射スリット２０のスリット２０ａの幅を二次元受光面３０ａの幅と同等にした場合、コリメータレンズ２２から出射された光が画角の関係でカメラレンズ２８よりも大きくなってしまい、顕微鏡にセットされた試料の視野が狭くなってしまう。検出した画像を鮮明にするため、回折格子２６と平面鏡８０とを切換えたときも同様に、視野が狭くなってしまう。また、回折格子２６を一度切換えるので、波長が変わってしまう。
このため、本実施形態の光路切換機構を採用しないと、顕微鏡にセットされた試料の画像モニタとスペクトル測定との双方を良好に行うのが困難である。
【００４３】
これに対し、本実施形態は、前述のように第一平面鏡５０及び第二平面鏡５２を用いた光路切換機構３２により、回折格子２６を動かすことなく、光路の切換えを行えるので、顕微鏡にセットされた試料の画像モニタとスペクトル測定との双方を良好に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態にかかる顕微鏡接続用分光器の概略構成の説明図である。
【図２】図1に示した顕微鏡接続用分光器のとりうる画像モニタ用光路とスペクトル測定用光路の説明図である。
【図３】図1に示した顕微鏡接続用分光器においてスリット幅を８ｍｍに可変し、第一平面鏡と第二平面鏡を挿入して観察した試料の画像である。
【図４】図1に示した顕微鏡接続用分光器においてスリット幅を４ｍｍに可変し、第一平面鏡と第二平面鏡を挿入して観察した試料の画像である。
【図５】図1に示した顕微鏡接続用分光器においてスリット幅を０．０５ｍｍに可変し、第一平面鏡と第二平面鏡を挿入して観察した試料の画像である。
【図６】図1に示した顕微鏡接続用分光器においてスリット幅を０．０５ｍｍに可変し、第一平面鏡と第二平面鏡を外した時の分散スペクトルである。
【図７】本実施形態において特徴的なＦ値の計算に用いた光学系構成部材の説明図である。
【図８】本実施形態のＦ値選択の重要性の説明図である。
【図９】本実施形態の光路切換機構の重要性の説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０ 顕微鏡接続用分光器
２０ 入射スリット
２０ａ スリット
２２ コリメータレンズ（前段レンズ）
２６ 回折格子
２８ カメラレンズ（後段レンズ）
３０ 二次元検出器
３０ａ 二次元受光面
３２ 光路切換機構
５０ 第一平面鏡（切換鏡）
５２ 第二平面鏡（切換鏡）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を観察して得られた光を出力する顕微鏡に接続され、該顕微鏡からの光の二次元像撮像及び該顕微鏡からの光のスペクトル測定を行うための顕微鏡接続用分光器であって、
前記顕微鏡からの光の結像位置に設けられ、該光を通すスリットのサイズが、少なくとも二次元検出器の二次元受光面と同等の二次元サイズと、スペクトル測定を行うための一次元サイズとの間で、変えられる入射スリットと、
前記入射スリットを通った光を平行光とする前段レンズと、
スペクトル測定時のみに、前記前段レンズからの平行光を受けて波長に応じた角度で光を出力する回折格子と、
前記前段レンズよりも明るいＦ値を有し、スペクトル測定時に前記回折格子を通した光を集光し、画像モニタ時に該回折格子を通さない光を集光する後段レンズと、
前記後段レンズにより集光された光が結像される前記二次元受光面を有する前記二次元検出器と、
前記顕微鏡からの光の二次元像を撮像するための画像モニタ用光路と、該顕微鏡からの光のスペクトル測定を行うためのスペクトル測定用光路とを切換える光路切換機構と、
を備え、
前記画像モニタ用光路は、前記顕微鏡からの光が、前記入射スリット、前記前段レンズ及び前記後段レンズを通して、前記二次元検出器に至るものを対象としており、
また、前記スペクトル測定用光路は、前記顕微鏡からの光が、前記入射スリット、前記前段レンズ、前記回折格子および前記後段レンズを通して、前記二次元検出器に至るものを対象としており、
前記画像モニタ時に、前記入射スリットのスリットを二次元サイズとし、かつ前記光路切換機構により前記画像モニタ用光路とすることにより、該入射スリットを通った光である二次元像を、該回折格子を通すことなく該二次元検出器まで導光して撮像し、
前記スペクトル測定時、前記入射スリットを一次元サイズとし、かつ光路切換機構により前記スペクトル測定用光路とすることにより、該入射スリットを通った光である一次元像を該回折格子を通して該二次元検出器まで導光してスペクトル測定を行うことを特徴とする顕微鏡接続用分光器。
【請求項２】
請求項１記載の顕微鏡接続用分光器において、
前記後段レンズのF値は、１．２〜１．４であることを特徴とする顕微鏡接続用分光器。
【請求項３】
請求項１又は２記載の顕微鏡接続用分光器において、
前記光路切換機構は、前記入射スリットを通した光の光路中に挿入及び退避自在に設けられ、鏡面が平面の切換鏡を備え、
前記画像モニタ時、前記切換鏡の挿入により、前記前段レンズからの光を前記回折格子を通すことなく前記後段レンズに導光することにより、前記入射スリットを通した光の光路を前記画像モニタ用光路とし、
また、前記スペクトル測定時、前記切換鏡の退避により、前記前段レンズからの光を前記回折格子に導光することにより、前記入射スリットを通した光の光路を前記スペクトル測定用光路とすることを特徴とする顕微鏡接続用分光器。
【請求項１】
試料を観察して得られた光を出力する顕微鏡に接続され、該顕微鏡からの光の二次元像撮像及び該顕微鏡からの光のスペクトル測定を行うための顕微鏡接続用分光器であって、
前記顕微鏡からの光の結像位置に設けられ、該光を通すスリットのサイズが、少なくとも二次元検出器の二次元受光面と同等の二次元サイズと、スペクトル測定を行うための一次元サイズとの間で、変えられる入射スリットと、
前記入射スリットを通った光を平行光とする前段レンズと、
スペクトル測定時のみに、前記前段レンズからの平行光を受けて波長に応じた角度で光を出力する回折格子と、
前記前段レンズよりも明るいＦ値を有し、スペクトル測定時に前記回折格子を通した光を集光し、画像モニタ時に該回折格子を通さない光を集光する後段レンズと、
前記後段レンズにより集光された光が結像される前記二次元受光面を有する前記二次元検出器と、
前記顕微鏡からの光の二次元像を撮像するための画像モニタ用光路と、該顕微鏡からの光のスペクトル測定を行うためのスペクトル測定用光路とを切換える光路切換機構と、
を備え、
前記画像モニタ用光路は、前記顕微鏡からの光が、前記入射スリット、前記前段レンズ及び前記後段レンズを通して、前記二次元検出器に至るものを対象としており、
また、前記スペクトル測定用光路は、前記顕微鏡からの光が、前記入射スリット、前記前段レンズ、前記回折格子および前記後段レンズを通して、前記二次元検出器に至るものを対象としており、
前記画像モニタ時に、前記入射スリットのスリットを二次元サイズとし、かつ前記光路切換機構により前記画像モニタ用光路とすることにより、該入射スリットを通った光である二次元像を、該回折格子を通すことなく該二次元検出器まで導光して撮像し、
前記スペクトル測定時、前記入射スリットを一次元サイズとし、かつ光路切換機構により前記スペクトル測定用光路とすることにより、該入射スリットを通った光である一次元像を該回折格子を通して該二次元検出器まで導光してスペクトル測定を行うことを特徴とする顕微鏡接続用分光器。
【請求項２】
請求項１記載の顕微鏡接続用分光器において、
前記後段レンズのF値は、１．２〜１．４であることを特徴とする顕微鏡接続用分光器。
【請求項３】
請求項１又は２記載の顕微鏡接続用分光器において、
前記光路切換機構は、前記入射スリットを通した光の光路中に挿入及び退避自在に設けられ、鏡面が平面の切換鏡を備え、
前記画像モニタ時、前記切換鏡の挿入により、前記前段レンズからの光を前記回折格子を通すことなく前記後段レンズに導光することにより、前記入射スリットを通した光の光路を前記画像モニタ用光路とし、
また、前記スペクトル測定時、前記切換鏡の退避により、前記前段レンズからの光を前記回折格子に導光することにより、前記入射スリットを通した光の光路を前記スペクトル測定用光路とすることを特徴とする顕微鏡接続用分光器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−２４９９４５（Ｐ２００８−２４９９４５Ａ）
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−９０６１０（Ｐ２００７−９０６１０）
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【出願人】（５０１１９４１２３）分光計器株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【出願人】（５０１１９４１２３）分光計器株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]