JP2000035394A - 走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents
走査型プローブ顕微鏡Info
- Publication number
- JP2000035394A JP2000035394A JP10202585A JP20258598A JP2000035394A JP 2000035394 A JP2000035394 A JP 2000035394A JP 10202585 A JP10202585 A JP 10202585A JP 20258598 A JP20258598 A JP 20258598A JP 2000035394 A JP2000035394 A JP 2000035394A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高分子の構造解析において、自動化及び理解
しやすい表示を実現する。 【解決手段】 ＳＴＭ１からの所定範囲の走査領域のデ
ータを画像メモリ３に取り込む。その走査領域のデータ
の内、最初の走査領域のデータをパターン認識部５でパ
ターンメモリ部７のパターン群と照合しながら走査す
る。パターンメモリ部７に記憶されたパターン群に類似
するパターン群が認識された場合は、そのパターン群を
象徴する記号に変換して保存する。このとき、原画像も
保存しておく。画像メモリ３に未走査の領域がある場合
は次の走査領域を走査する。画像メモリ３のデータを走
査し終えると、パターン認識部５に保存された原画像、
保存した象徴する記号を分子構成要素の空間配列の位相
結合関係に配慮しながら表示したパターン認識画像、及
び構造解析結果を表示する。
しやすい表示を実現する。 【解決手段】 ＳＴＭ１からの所定範囲の走査領域のデ
ータを画像メモリ３に取り込む。その走査領域のデータ
の内、最初の走査領域のデータをパターン認識部５でパ
ターンメモリ部７のパターン群と照合しながら走査す
る。パターンメモリ部７に記憶されたパターン群に類似
するパターン群が認識された場合は、そのパターン群を
象徴する記号に変換して保存する。このとき、原画像も
保存しておく。画像メモリ３に未走査の領域がある場合
は次の走査領域を走査する。画像メモリ３のデータを走
査し終えると、パターン認識部５に保存された原画像、
保存した象徴する記号を分子構成要素の空間配列の位相
結合関係に配慮しながら表示したパターン認識画像、及
び構造解析結果を表示する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、走査型トンネル顕
微鏡や原子間力顕微鏡などをはじめとする走査型プロー
ブ顕微鏡に関するものである。
微鏡や原子間力顕微鏡などをはじめとする走査型プロー
ブ顕微鏡に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】走査型トンネル顕微鏡（以下、ＳＴＭと
いう）や原子間力顕微鏡（以下、ＡＦＭという）におい
ては、試料表面の分子構成要素一つ一つを実空間で直接
観察することができる。ＳＴＭやＡＦＭなどの走査型プ
ローブ顕微鏡は、ＤＮＡ等の複雑な分子配列の構造解析
に利用されうることが報告されている（日本物理学会誌
Vol.52, No.9, 667-673 (1997) 参照）。
いう）や原子間力顕微鏡（以下、ＡＦＭという）におい
ては、試料表面の分子構成要素一つ一つを実空間で直接
観察することができる。ＳＴＭやＡＦＭなどの走査型プ
ローブ顕微鏡は、ＤＮＡ等の複雑な分子配列の構造解析
に利用されうることが報告されている（日本物理学会誌
Vol.52, No.9, 667-673 (1997) 参照）。
【０００３】ＳＴＭにおいては、導電性の探針を試料の
表面に１０Å程度まで近接させ、探針と試料との間に所
定の電位差を与えたときに流れるトンネル電流を測定す
る。探針と試料を相対的に二次元的（ｘ，ｙ方向）に走
査しつつ、試料表面からのトンネル電流を測定し、その
トンネル電流が一定となるように探針と試料との距離
（ｚ方向）を制御する。探針のｚ方向への刻々の移動量
から試料表面の凹凸画像（ＳＴＭ画像）を得ることがで
きる。
表面に１０Å程度まで近接させ、探針と試料との間に所
定の電位差を与えたときに流れるトンネル電流を測定す
る。探針と試料を相対的に二次元的（ｘ，ｙ方向）に走
査しつつ、試料表面からのトンネル電流を測定し、その
トンネル電流が一定となるように探針と試料との距離
（ｚ方向）を制御する。探針のｚ方向への刻々の移動量
から試料表面の凹凸画像（ＳＴＭ画像）を得ることがで
きる。
【０００４】ＡＦＭにおいては、カンチレバー状の探針
を試料表面に接触させ、探針と試料との間に作用する原
子間力を探針の変位に基づいて測定する。探針と試料を
相対的に二次元的（ｘ，ｙ方向）に走査しつつ、その原
子間力が一定となるように探針と試料との距離（ｚ方
向）を制御する。探針のｚ方向への刻々の移動量から試
料表面の凹凸画像（ＡＦＭ画像）を得ることができる。
を試料表面に接触させ、探針と試料との間に作用する原
子間力を探針の変位に基づいて測定する。探針と試料を
相対的に二次元的（ｘ，ｙ方向）に走査しつつ、その原
子間力が一定となるように探針と試料との距離（ｚ方
向）を制御する。探針のｚ方向への刻々の移動量から試
料表面の凹凸画像（ＡＦＭ画像）を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】鎖状高分子など空間的
な配列をもつ分子の解析においては、分子構成要素の空
間配列の理解しやすい表示が要望されている。そこで、
本発明は高分子の構造解析において、自動化及び理解し
やすい表示を実現することを目的とするものである。
な配列をもつ分子の解析においては、分子構成要素の空
間配列の理解しやすい表示が要望されている。そこで、
本発明は高分子の構造解析において、自動化及び理解し
やすい表示を実現することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の走査型プローブ
顕微鏡は、探針に試料を接近させ、探針と試料との距離
を制御して探針と試料との間に作用する物理量を一定に
保ちつつ、試料表面に沿わせて探針を走査し、走査位置
及びその走査位置における上記距離の制御量から試料表
面の凹凸を検知して、試料の表面像を表示するものであ
って、種々の分子構成要素のパターン群が記憶されてい
るパターンメモリ部と、そのパターンメモリ部のパター
ン群に基づいて表面像のパターン群を分子構成要素とし
て認識するパターン認識部と、そのパターン認識部で認
識された分子構成要素の空間配列をそれぞれ象徴する記
号で表示する表示部と、を備えたものである。
顕微鏡は、探針に試料を接近させ、探針と試料との距離
を制御して探針と試料との間に作用する物理量を一定に
保ちつつ、試料表面に沿わせて探針を走査し、走査位置
及びその走査位置における上記距離の制御量から試料表
面の凹凸を検知して、試料の表面像を表示するものであ
って、種々の分子構成要素のパターン群が記憶されてい
るパターンメモリ部と、そのパターンメモリ部のパター
ン群に基づいて表面像のパターン群を分子構成要素とし
て認識するパターン認識部と、そのパターン認識部で認
識された分子構成要素の空間配列をそれぞれ象徴する記
号で表示する表示部と、を備えたものである。
【０００７】ＤＮＡなど予め分子構成要素の基本パター
ンが明らかな対象の構造解析では、パターン認識部で、
表面像の任意の領域のパターン群をパターンメモリ部の
パターン群と照合することにより、自動で認識すること
ができる。さらに、認識した分子構成要素の空間配列を
位相結合関係の情報に還元してそれぞれ象徴する記号で
表示部に表示することにより、人間が理解しやすい画像
にて表示することができる。
ンが明らかな対象の構造解析では、パターン認識部で、
表面像の任意の領域のパターン群をパターンメモリ部の
パターン群と照合することにより、自動で認識すること
ができる。さらに、認識した分子構成要素の空間配列を
位相結合関係の情報に還元してそれぞれ象徴する記号で
表示部に表示することにより、人間が理解しやすい画像
にて表示することができる。
【０００８】
【実施例】図１は一実施例を表すブロック図である。図
２は本実施例を用いてＤＮＡを測定したときの表示画面
及び用いたパターン群の例を表す模式図であり、（Ａ）
は原画像、（Ｂ）はパターン認識画像、（Ｃ）は構造解
析結果、（Ｄ）はパターン群の例を表す。ＳＴＭ１には
画像メモリ３が接続されている。ＳＴＭ１におけるｘｙ
方向への走査位置情報及びｚ方向への探針の移動量が画
像メモリ３に送られ、画像メモリ３には刻々の走査位置
における探針のｚ方向への移動量が画像データとして蓄
積されていく。
２は本実施例を用いてＤＮＡを測定したときの表示画面
及び用いたパターン群の例を表す模式図であり、（Ａ）
は原画像、（Ｂ）はパターン認識画像、（Ｃ）は構造解
析結果、（Ｄ）はパターン群の例を表す。ＳＴＭ１には
画像メモリ３が接続されている。ＳＴＭ１におけるｘｙ
方向への走査位置情報及びｚ方向への探針の移動量が画
像メモリ３に送られ、画像メモリ３には刻々の走査位置
における探針のｚ方向への移動量が画像データとして蓄
積されていく。
【０００９】画像メモリ３にはパターン認識装置５が接
続されている。パターン認識装置５には、種々のＤＮＡ
を構成する塩基（分子構成要素）のパターン群（図２
（Ｄ））が記憶されたパターンメモリ部７が接続されて
おり、画像メモリ３のパターン群をパターンメモリ部７
のパターン群と照合することにより塩基が認識され、象
徴する記号（例えばアデニン：Ａ、シトシン：Ｃ、グア
ニン：Ｇ、チミン：Ｔなど）に変換して保存される。認
識された塩基の空間配列を位相結合関係の情報に還元し
てそれぞれ象徴する記号で表示したパターン認識画像
（図２（Ｂ））、原画像（図２（Ａ））、及び象徴する
記号による構造解析結果表示（図２（Ｃ））が表示部９
に表示される。
続されている。パターン認識装置５には、種々のＤＮＡ
を構成する塩基（分子構成要素）のパターン群（図２
（Ｄ））が記憶されたパターンメモリ部７が接続されて
おり、画像メモリ３のパターン群をパターンメモリ部７
のパターン群と照合することにより塩基が認識され、象
徴する記号（例えばアデニン：Ａ、シトシン：Ｃ、グア
ニン：Ｇ、チミン：Ｔなど）に変換して保存される。認
識された塩基の空間配列を位相結合関係の情報に還元し
てそれぞれ象徴する記号で表示したパターン認識画像
（図２（Ｂ））、原画像（図２（Ａ））、及び象徴する
記号による構造解析結果表示（図２（Ｃ））が表示部９
に表示される。
【００１０】図３は本実施例の動作の一態様を表すフロ
ーチャートである。ＳＴＭ１からの所定範囲の走査領域
のデータを画像メモリ３に取り込む。その走査領域のデ
ータの内、最初の走査領域のデータをパターン認識部５
でパターンメモリ部７のパターン群と照合しながら走査
する。パターンメモリ部７に記憶されたパターン群に類
似するパターン群が認識された場合は、そのパターン群
を象徴する記号に変換して保存する。このとき、原画像
も保存しておく。
ーチャートである。ＳＴＭ１からの所定範囲の走査領域
のデータを画像メモリ３に取り込む。その走査領域のデ
ータの内、最初の走査領域のデータをパターン認識部５
でパターンメモリ部７のパターン群と照合しながら走査
する。パターンメモリ部７に記憶されたパターン群に類
似するパターン群が認識された場合は、そのパターン群
を象徴する記号に変換して保存する。このとき、原画像
も保存しておく。
【００１１】画像メモリ３に未走査の領域がある場合は
次の走査領域を走査する。試料の分子構成要素の配列に
方向性がある場合、パターン認識したデータから次の走
査領域を自動的に決定する機能を設けると、自動分析に
おいて不要な領域のデータを採取又は走査する時間を節
約できる。
次の走査領域を走査する。試料の分子構成要素の配列に
方向性がある場合、パターン認識したデータから次の走
査領域を自動的に決定する機能を設けると、自動分析に
おいて不要な領域のデータを採取又は走査する時間を節
約できる。
【００１２】画像メモリ３のデータを走査し終えると、
図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すような、パターン認識部５に
保存された原画像、保存した象徴する記号を塩基の空間
配列の位相結合関係を保って表示したパターン認識画
像、及び構造解析結果を表示する。このようにして、高
分子の構造解析を自動で行なうことができる。さらに、
ＤＮＡの塩基の空間配列を位相結合関係の情報のみに還
元することにより、人間が理解しやすい画像として表示
することができる。
図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すような、パターン認識部５に
保存された原画像、保存した象徴する記号を塩基の空間
配列の位相結合関係を保って表示したパターン認識画
像、及び構造解析結果を表示する。このようにして、高
分子の構造解析を自動で行なうことができる。さらに、
ＤＮＡの塩基の空間配列を位相結合関係の情報のみに還
元することにより、人間が理解しやすい画像として表示
することができる。
【００１３】図４は本実施例の動作の他の態様を表すフ
ローチャートである。ＳＴＭ１からの所定範囲の走査領
域のデータを画像メモリ３に取り込んだところで、その
走査領域のデータをパターン認識部５でパターンメモリ
部７のパターン群と照合する。パターンメモリ部７に記
憶されたパターン群に類似するパターン群が認識された
場合、そのパターン群を象徴する記号に変換して保存す
る。その後、画像メモリ３のデータを消去する。
ローチャートである。ＳＴＭ１からの所定範囲の走査領
域のデータを画像メモリ３に取り込んだところで、その
走査領域のデータをパターン認識部５でパターンメモリ
部７のパターン群と照合する。パターンメモリ部７に記
憶されたパターン群に類似するパターン群が認識された
場合、そのパターン群を象徴する記号に変換して保存す
る。その後、画像メモリ３のデータを消去する。
【００１４】試料に未走査の領域がある場合は、次の走
査領域を走査するために画像メモリ３に画像データを取
り込む。この場合も、試料の分子構成要素配列に方向性
があるときは、パターン認識したデータから次の走査領
域を自動的に決定する機能を設けると、自動分析におい
て不要な領域のデータを採取する時間を節約できる。試
料を走査し終えると、図２（Ｂ）〜（Ｃ）に示すよう
な、パターン認識画像及び構造解析結果を表示部９に表
示する。この動作によると、パターン認識後はＳＴＭ１
からの走査領域のデータを消去するので、記憶容量を節
約することができる。
査領域を走査するために画像メモリ３に画像データを取
り込む。この場合も、試料の分子構成要素配列に方向性
があるときは、パターン認識したデータから次の走査領
域を自動的に決定する機能を設けると、自動分析におい
て不要な領域のデータを採取する時間を節約できる。試
料を走査し終えると、図２（Ｂ）〜（Ｃ）に示すよう
な、パターン認識画像及び構造解析結果を表示部９に表
示する。この動作によると、パターン認識後はＳＴＭ１
からの走査領域のデータを消去するので、記憶容量を節
約することができる。
【００１５】図３又は図４で示した動作において、高い
確率でパターン認識がされなかったり、又はパターン認
識のパターン変形量が多い場合は、走査速度を遅くして
再走査して精度の高いデータを自動的に再採取させるよ
うにすることが好ましい。また、原画像、パターン認識
画像及び構造解析結果は、同一画面に表示してもよい
し、切り換えて表示できるようにしてもよい。この実施
例では、プローブ走査型顕微鏡としてＳＴＭを用いてい
るが、本発明はＡＦＭにも適用することができる。
確率でパターン認識がされなかったり、又はパターン認
識のパターン変形量が多い場合は、走査速度を遅くして
再走査して精度の高いデータを自動的に再採取させるよ
うにすることが好ましい。また、原画像、パターン認識
画像及び構造解析結果は、同一画面に表示してもよい
し、切り換えて表示できるようにしてもよい。この実施
例では、プローブ走査型顕微鏡としてＳＴＭを用いてい
るが、本発明はＡＦＭにも適用することができる。
【００１６】
【発明の効果】本発明では、種々の分子構成要素のパタ
ーン群が記憶されているパターンメモリ部を備え、パタ
ーン認識部で、取り込んだ画像のパターン群をパターン
メモリ部のパターン群に基づいて分子構成要素として認
識し、その分子構成要素の空間配列を位相結合関係の情
報に還元してそれぞれ象徴する記号で表示部に表示する
ようにしたので、例えばＤＮＡなど、予め分子構成要素
の基本パターンが明らかな対象の構造解析では、分子構
成要素及び配列を自動で認識することができ、人間が理
解しやすい画像にて表示することができる。
ーン群が記憶されているパターンメモリ部を備え、パタ
ーン認識部で、取り込んだ画像のパターン群をパターン
メモリ部のパターン群に基づいて分子構成要素として認
識し、その分子構成要素の空間配列を位相結合関係の情
報に還元してそれぞれ象徴する記号で表示部に表示する
ようにしたので、例えばＤＮＡなど、予め分子構成要素
の基本パターンが明らかな対象の構造解析では、分子構
成要素及び配列を自動で認識することができ、人間が理
解しやすい画像にて表示することができる。
【図１】一実施例を表すブロック図である。
【図２】同実施例を用いてＤＮＡを測定したときの表示
画面及び用いたパターン群の例を表す模式図である。
画面及び用いたパターン群の例を表す模式図である。
【図３】同実施例の動作の一態様を表すフローチャート
である。
である。
【図４】同実施例の動作の他の態様を表すフローチャー
トである。
トである。
１ ＳＴＭ ３ 画像メモリ ５ パターン認識部 ７ パターンメモリ部 ９ 表示部
Claims (1)
- 【請求項１】 探針に試料を接近させ、探針と試料との
距離を制御して探針と試料との間に作用する物理量を一
定に保ちつつ、試料表面に沿わせて探針を走査し、走査
位置及びその走査位置における前記距離の制御量から試
料表面の凹凸を検知して、試料の表面像を表示する走査
型プローブ顕微鏡において、 種々の分子構成要素のパターン群が記憶されているパタ
ーンメモリ部と、前記パターンメモリ部のパターン群に
基づいて前記表面像のパターン群を分子構成要素として
認識するパターン認識部と、そのパターン認識部で認識
された分子構成要素の空間配列をそれぞれ象徴する記号
で表示する表示部と、を備えたことを特徴とする走査型
プローブ顕微鏡。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10202585A JP2000035394A (ja) | 1998-07-17 | 1998-07-17 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10202585A JP2000035394A (ja) | 1998-07-17 | 1998-07-17 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000035394A true JP2000035394A (ja) | 2000-02-02 |
Family
ID=16459930
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10202585A Pending JP2000035394A (ja) | 1998-07-17 | 1998-07-17 | 走査型プローブ顕微鏡 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000035394A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6788601B2 (en) | 2001-12-04 | 2004-09-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor memory device and current mirror circuit |
| US7892626B2 (en) | 2004-09-13 | 2011-02-22 | Future Vision Inc. | Substrate with plane patterns and display device using the same |
| JP4697852B2 (ja) * | 2002-10-17 | 2011-06-08 | インテル・コーポレーション | 分子構造を検出および同定するための走査型プローブ顕微鏡像のモデルを用いた融合 |
| WO2017092022A1 (zh) * | 2015-12-04 | 2017-06-08 | 深圳先进技术研究院 | 一种张量模式下的有监督学习优化方法及系统 |
-
1998
- 1998-07-17 JP JP10202585A patent/JP2000035394A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6788601B2 (en) | 2001-12-04 | 2004-09-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor memory device and current mirror circuit |
| JP4697852B2 (ja) * | 2002-10-17 | 2011-06-08 | インテル・コーポレーション | 分子構造を検出および同定するための走査型プローブ顕微鏡像のモデルを用いた融合 |
| US7892626B2 (en) | 2004-09-13 | 2011-02-22 | Future Vision Inc. | Substrate with plane patterns and display device using the same |
| WO2017092022A1 (zh) * | 2015-12-04 | 2017-06-08 | 深圳先进技术研究院 | 一种张量模式下的有监督学习优化方法及系统 |
| US10748080B2 (en) | 2015-12-04 | 2020-08-18 | Shenzhen Institutes Of Advanced Technology | Method for processing tensor data for pattern recognition and computer device |
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