显微分析装置的制作方法

本发明涉及一种收集从试样的微小的测定区域发出的光并利用椭圆凹面镜聚光到光检测器而进行分析的显微分析装置，尤其涉及一种红外显微镜。

背景技术：

显微分析装置在试样表面的微小的测定区域的分析中使用。在作为显微分析装置之一的红外显微镜中，通过将红外光照射到试样，得到其透射红外光或者反射红外光的光谱，从而分析试样(例如，专利文献1)。

在图1中示出作为以往使用的红外显微镜之一的透射型红外显微镜的主要部分构成。从红外光源101照射并透过了试样102的红外光(测定光)利用由在中央设置有贯通孔的凹面镜103以及凸面镜104的组构成的卡塞格林镜105而聚光到光阑板的小径的开口(光阑)106。通过了该光阑106的测定光一边再次扩展一边前进，由使可见光透射并使红外光反射的半透半反镜(也被称为热镜)107反射，接下来利用椭圆凹面镜108再次聚光到红外检测器109。在红外检测器109中，对测定光进行波长分离而测定。

椭圆凹面镜108在包含入射的测定光的光轴和经反射的测定光的光轴的面内，具有以光阑106和红外检测器109内部的聚光位置为焦点的椭圆弧状的剖面。另外，在面外，形成使该弧绕连接两个焦点的直线旋转而得到的旋转椭圆体面。由此，椭圆凹面镜108使从一个焦点(光阑106)扩展的光聚光到另一个焦点(红外检测器109的内部)。一般来说，对于聚光光学元件，要求(1)透过的波段宽、并且在其范围内没有吸收大的波段、(2)折射率不过大、(3)由容易加工且容易制造的材料构成、(4)廉价、以及(5)环境抵抗力良好，但在红外光的波段中全部满足这些的透镜不存在，所以，往往将椭圆凹面镜用于红外光的聚光。此外，设置于试样102的上方的成像透镜110以及摄像部111用于从未图示的可见光源将可见光照射到试样102的表面而确认其状态。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平7－63994号公报

技术实现要素：

发明要解决的技术问题

图2是从半透半反镜107至红外检测器109的测定光的光路的放大图。在红外显微镜中，如果来自测定区域外的红外光入射到红外检测器109，则测定的精度会降低。因此，如图2所示，将设置有圆筒状的贯通孔(冷光阑，Cold aperture)109a的遮蔽板(冷光阑板)设置于红外检测器109的入射面，仅使入射到该冷光阑109a的光入射到红外检测器109内部，切断来自测定区域外的光。

如上所述，通过了光阑106的测定光一边扩展一边前进，在椭圆凹面镜108处反射，聚光到红外检测器109内部。此时，利用椭圆凹面镜108而反射了的测定光的光束成为大致圆锥状而聚光到红外检测器109内部，但准确地说，是关于其主轴(光轴)而歪斜的圆锥状(下面称为“变形圆锥状”)。具体来说，在图2所示的纸面，在将相对于测定光的光轴(通过锥体的顶点的铅垂线)而通过左侧的端部的测定光线的角度设为θa、将通过右侧的端部的测定光线的角度设为θb时，具有θb＞θa的非对称的形状的剖面。

如上所述，冷光阑109a是圆筒状，其入射侧端面是圆形。因此，如果想要使全部测定光束入射到受光部，则如图3的(a)所示，测定区域外的光也会从光轴的左方侧入射到受光部。另外，如果想要切断测定区域外的光，则如图3的(b)所示，存在测定光的一部分也会被切断这样的问题。

在这里，以作为典型的装置的红外显微镜为例进行了说明，但不限于红外光，对于具有将从试样的测定区域发出的光聚光到光阑、并利用椭圆凹面镜使通过了该光阑的光再次聚光到光检测器的构成的所有装置，都存在与上述相同的问题。

本发明要解决的技术问题在于，在利用椭圆凹面镜使从试样的测定区域发出的测定光聚光到光检测器的显微分析装置中，不使来自测定区域外的光入射到光检测器地、使更多的测定光入射到光检测器。

解决技术问题的技术手段

为了解决上述技术问题而完成的本发明的显微分析装置，其特征在于，具备：

a)聚光光学系统，其使从测定区域的试样发出的测定光聚光到第1聚光点；

b)光阑板，其具有位于所述第1聚光点的开口；

c)椭圆凹面镜，其使通过了所述开口的测定光反射而聚光到第2聚光点；

d)遮蔽板，其配置于所述第2聚光点之前，且形成有以下贯通孔，该贯通孔具有与该位置处的测定光的光束的横截面的形状相符合的形状的端面；以及

e)光检测器，其设置于所述第2聚光点。

在所述聚光光学系统中，例如能够使用卡塞格林镜。

另外，所述椭圆凹面镜是具有以所述第1聚光点和所述第2聚光点为2个焦点的旋转椭圆体面的凹面镜。

由所述椭圆凹面镜反射了的测定光的光束是关于主轴(光轴)而歪斜的圆锥状(变形圆锥状)。形成有具有与这样的测定光的光束的横截面的形状相符合的形状的端面的贯通孔的遮蔽板例如能够做成将以往使用的形成有圆筒状的贯通孔的遮蔽板以使所述横截面为圆形的方式配置而得到的遮蔽板。在该情况下，仅变更以往使用的光检测器以及遮蔽板的配置即可，能够廉价地构成。

另外，上述遮蔽板与以往同样地能够做成与测定光的光束的光轴垂直地配置、并且形成有具有与所述横截面的形状相符合的形状的入射侧端面的贯通孔的遮蔽板。在该情况下，能够在保持与以往相同的配置的情况下，不使来自测定区域外的光入射地、使比以往更多的测定光入射。

在本发明的显微分析装置中，变形圆锥状的测定光束的横截面与贯通孔的入射侧端面的形状相符合，所以，能够不使来自测定区域外的光入射到光检测器地、使更多的测定光入射到光检测器。

发明效果

通过使用本发明的显微分析装置，能够不使来自测定区域外的光入射到光检测器地、使更多的测定光入射到光检测器。

附图说明

图1是红外显微镜的主要部分构成图。

图2是以往的红外显微镜中的从半透半反镜至红外检测器的测定光的光路的放大图。

图3是示出在以往的红外显微镜中测定区域外的光入射到红外检测器、或者测定光的一部分被遮蔽板切断的状况的图。

图4是作为本发明的显微分析装置的一个实施例的红外显微镜的主要部分构成图。

图5是将本实施例的红外显微镜中的测定光的光路的一部分放大而得到的图。

图6是说明本实施例的红外显微镜中的红外检测器的配置以及冷光阑的形状的图。

图7是说明变形例的红外显微镜中的红外检测器的配置以及冷光阑的形状的图。

具体实施方式

下面，参照图4～图6，说明作为本发明的显微分析装置的一个实施例的红外显微镜。图4是本实施例的红外显微镜的主要部分构成图。

在本实施例的红外显微镜中，具有对来自试样2的透射光和反射光均能够进行测定的构成。在测定透射光的情况下，从作为SiC、SiN等陶瓷光源的透射测定用红外光源1a经由反射镜20从试样2的下方照射红外光。透过了试样2的红外光(透射测定光)利用由在中央设置有贯通孔的凹面镜3以及凸面镜4的组构成的卡塞格林镜5而聚光到光阑板的小径的开口(光阑)6的第1聚光点。通过了该光阑6的测定光一边再次扩展一边前进，由使可见光透过并使红外光反射的半透半反镜(热镜)7反射，接下来，利用椭圆凹面镜8而再次聚光到红外检测器9的内部的第2聚光点。

红外检测器9是高灵敏度的MCT(Mercury Cadmium Telluride，碲镉汞)检测器，与后述的冷光阑板一起，用液氮进行冷却。椭圆凹面镜8是具有以光阑6内的透射测定光的聚光点以及红外检测器9内的透射测定光的聚光点为焦点的旋转椭圆面的凹面镜。在红外检测器9中，对测定光进行波长分离而测定。

在测定反射光的情况下，从作为与上述相同的陶瓷光源的反射测定用红外光源1b经由半透半反镜21以及卡塞格林镜5从试样2的信息照射红外光。在试样2的表面反射了的红外光(反射测定光)也与上述同样地聚光到光阑6的第1聚光点，由半透半反镜7以及椭圆凹面镜8分别反射而聚光到红外检测器9的内部的第2聚光点。

设置于试样2的上方的成像透镜10以及摄像部11用于从未图示的可见光源将可见光照射到试样2的表面而确认其状态。

图5是本实施例的红外显微镜中的从半透半反镜7至红外检测器9的(透射或者反射)测定光的光路的放大图。在本实施例的红外检测器9的入射面，也与图2同样地设置有形成有圆筒形的贯通孔(冷光阑)9a的遮蔽板(冷光阑板)。

如根据图3所说明的那样，在椭圆凹面镜8反射了的测定光的光束是关于其光轴C而歪斜的圆锥状(变形圆锥状)。该变形圆锥在图5的纸面的面内，在将相对于光轴C通过左侧的端部的测定光线的角度设为θa、将通过右侧的端部的测定光线的角度设为θb时，具有θb＞θa的非对称的形状的剖面。此外，虽然在本实施例中θb＞θa，但根据各部的配置，有时也可能θb＜θa。

在本实施例中，如图6的(a)所示，红外检测器9的冷光阑板按使得该光阑板横切上述变形圆锥状的光束的面与贯通孔的入射侧端面的形状(即圆形，参照图6的(b))大致相同的角度倾斜。具体来说，按照以下方式配置：在图6的(a)的纸面的面内，红外检测器9的视野的中心轴P相对于光轴C按角度θc＝(θb-θa)/2倾斜，相对于该中心轴，相对于光轴C通过左侧的端部的测定光线的角度与通过右侧的端部的测定光线的角度相等。

这样一来，在本实施例的红外显微镜中，使用与以往同样地具有形成有圆筒状的冷光阑9a的冷光阑板的红外检测器9，使由该光阑板产生的变形圆锥状的测定光束的横截面与冷光阑9a的入射侧端面相符合。因此，能够使全部测定光入射到红外检测器9。另外，由于能够用冷光阑板可靠地切断测定区域外的光，所以，也不用担心这样的光入射到红外检测器9。因此，能够以高的S/N比来分析试样。

接下来，参照图7，说明变形例的红外显微镜。该红外显微镜的各结构要素与上述实施例相同，所以，省略各部的图示以及说明，仅说明与上述实施例的不同点。

在变形例的红外显微镜中，如图7的(a)所示，以使红外检测器9'的检测面的法线(＝冷光阑板的法线)与测定光的光轴C一致的方式，配置红外检测器9’(以及冷光阑板)。另外，如图7的(b)所示，形成有冷光阑9a’，其具有与冷光阑板横切变形圆锥状的测定光束的横截面大致相同的形状的入射侧端面。

在该变形例的红外显微镜中，也与上述实施例同样地，由于测定光束的横截面与冷光阑9a’的形状相符合，所以，能够使全部测定光入射到红外检测器9’、并且用冷光阑板可靠地切断测定区域外的光。因此，能够以高的S/N比来分析试样。

此外，如果代替上述实施例以及变形例的椭圆凹面镜而使用与卡塞格林镜5不同的卡塞格林镜，则能够使圆锥状的测定光束入射到红外检测器。但是，由于卡塞格林镜昂贵，所以，如果使用2个卡塞格林镜，则红外显微镜就会变得昂贵。即，在上述实施例以及变形例的红外显微镜中，还存在能够以比使用2个卡塞格林镜的红外显微镜低的成本进行制造这样的优点。

上述实施例以及变形例均是一个例子，能够按照本发明的主旨适当地变更。图4的主要部分构成图所示的各部的配置只不过是一个例子，能够适当地变更构成。例如，能够构成为将透射测定用红外光源1a和反射测定用红外光源1b设为1个红外光源，并适当地配置反射镜等光学元件从而能够分别从试样的上下方向照射红外光。另外，虽然在上述实施例中以使在椭圆凹面镜8反射了的测定光的光轴C为铅垂方向的方式进行了配置，但也能够设为该光轴为水平方向的配置等。

进一步地，上述实施例是红外显微镜，但本发明能够在利用椭圆凹面镜使测定光是可见光、紫外光等红外光以外的波段的测定光聚光到光检测器的内部的各种显微分析装置中使用。

符号说明

1a…透射测定用红外光源

1b…反射测定用红外光源

2…试样

20…反射镜

21…半透半反镜

3…凹面镜

4…凸面镜

5…卡塞格林镜

6…光阑

7…半透半反镜

8…椭圆凹面镜

9、9’…红外检测器

9a、9a’…冷光阑

10…成像透镜

11…摄像部。