JP2005515446A - 三次元物体の局所プローブ微視化方法と装置 - Google Patents

Abstract

本発明は三次元物体の微視化方法に係るものであり、干渉計（２）を介して試料（１）を表示する。ナノメーターの大きさの局所プローブ（９）を試料（１）に挿入する。
本発明また、三次元物体の微視化装置に係るものであり、干渉計（２）、広いスペクトル源（５）、 マトリックスセンサー（６）、干渉計（２）を介してセンサー上に三次元物体の薄いスライスの画像を形成する手段、マトリックスセンサー（６）がつくる画像を処理するユニットを備えている。この装置は局所プローブ（９）を試料に挿入する手段を含んでいる。

Description

本発明は三次元物体の局所プローブ微視化方法と装置に係るものである。

ニアフイールド微視技術（ＳＴＭスキャンニング・トンネリング・マイクロスコピー：ＡＦＭ−アトミックフオ−スマイクロスコピー；ＳＮＯＭ−スキャンニング・ニアフイールド光学顕微鏡検査）とそれの原理とは試料表面のピークを走査することにあって、従来の光学顕微鏡の解像力よりも高い画像を得ている。

これらの技術は近年急速に発展したが、表面観察にしか利用されなかった。

本発明の目的は三次元画像を視覚化して、従来の光学顕微鏡による解像力よりも高い解像力で試料の内側を視覚化できるようにすることである。

ナノメーターの解像を提供する三次元視覚化には多くの用途がある。

一般的に言って、それは構造物内の局所プローブを辿ることができる。

ある場合、この視覚化は試料の、深さを限ったスライスを表すことである。他の場合は、いくつものスライスに含まれる情報を集積して例えば斜視図として、全体の三次元視覚化を得られるようにする。

局所プローブのこの視覚化は様々に利用できる。

構造物内で限られた動きとしてプローブを動画化してもよい。

静止して分布しているプローブの位置を分析すると構造物について知ることができ、例えばプローブの運動を制限している壁について知ることができる。

本発明の視覚化の方法と装置とは間入もしくは侵入を許すタイプの物体の詳細な画像を実現することである

この方法により、生理学的要素の構造、例えばニューロンもしくは神経単位のような細胞の構造を探求することができ、２つのソリッドな粒状物間の接触を記述し、それらの進化を辿り、軟らかい材料の中での要素の動的な分散を辿り、さらにパワーエレクトロニック要素のような複雑な構造体の温度測定もできる。

プローブが静止していると、それらの位置とそれらの位置の斬新的な変化から、プローブが入り込んでいる媒体とそれらプローブが受ける外的なパラメーターとをよく知ることができる。

特に、コロイダルゲルの視覚化に利用でき、例えば均質な変形を受けるときの振舞いについて精確に知ることができる。

凝集もしくは綿状沈殿のシリカの構造を研究できる。事実、凝集から濃縮に進んでいって直径が約５０ｎｍの球体から成る非常に規則的で小さい稠密なシリカの集塊となるのを如実に見せることができる。

このための本発明は試料を干渉計を介して視覚化する三次元物体の微視化方法に係るものである。

本発明ではナノメーターの大きさの局所プローブを試料に挿入する。

プローブは数多くあり、観察分野においてその数は１００から数千である。

これらの局所プローブもしくは粒子はそれの動きをアニメ‐ト化して時間について分析しその対象物の特性画像を見られるようにする。この運動はブラウン運動であったり、もしくは磁気もしくは電気の作用によりプローブに働きかけて起こさせる運動である。

プローブはナノメーターの大きさであり、一般に２００ナノメーターよりも小さい。それらのプローブは光を拡散する。受け取った光のかなりの部分を反対方向に送り返す金属のプローブは良い結果を与える。

異なる好ましい実施例ではそれぞれが利点をもたらし、そしてそれらを組合せられる：
＊局所プローブはボールである。
＊局所プローブは金属である。
＊干渉計はマイケルソン干渉計である。
＊干渉計はリニック干渉計である。
＊干渉計はミロー干渉計である。
＊干渉計は広いスペクトル源である。

広いスペクトル源とはマイクロメーターのオーダーの波長が可干渉性の源を本文では意味している。

＊源は短い光パルスを放出する。
＊干渉計を介してマトリックス検出器に三次元物体の薄いスライスの画像を光学手段が形成する。
＊視覚化されるスライスの厚みは源の可干渉性の波長のオーダーである。

本発明はまた、三次元物体の微視化装置に係るものであり、この装置は、
＊干渉計、
＊広いスペクトル源、
＊マトリックスセンサー、
＊干渉計を介して三次元物体の薄いスライスの画像を形成する手段、
＊マトリックスセンサーがつくる画像を処理するユニット、

本発明によればその装置は局所プローブを試料に挿入する手段を含んでいる。

光源はプローブの動きを静止固定できる光源であるのが好都合である。

図１では、試料１ａを座標軸ｘ，ｙ，ｚに斜視図として、図２では平面ｘ，ｚに図１の側面図として示している。

干渉計２はマイケルソン干渉計であって半透明なブレード３、参照ミラー４、光源５そして２つのブラ（ｂｒａ）すなわち測定アーム７と参照アーム８とを規定している２次元センサー６から成っている。

本発明によれば局所プローブ９もしくはボールが試料内に挿入されている。それらはナノメーターの大きさの粒子であって、それらの平均の大きさは２００ｎｍであり、好ましくは２０から２００ｎｍの間にある。

これらのプローブは多数であり、観察視野内で一般には数千、少なくとも百はある。

解像対象の三次元ユニット内に十分な数のプローブが分散していると良い結果が得られるが、それはそんなに多くなくても十分であり、一般には３Ｄ画素内にせいぜいプローブは一つである。

これらのプローブは液体、気体もしくはゲルのような媒体内にある。この媒体は観察波長に対して透明である。

これらのプローブ９は好ましくは金属ボールであり、金もしくは銀であるのがよい。

それらはヴォリューム１０内にあってブラウン運動によって動いている。

光源５は広いパルス源であるのが好都合である。光源の干渉性幅もしくは長さが、他にもあるけど、深度の解像力を決める。パルス源はプローブ９の動きを静止させられる。

こうしてデバイスは何時でも、試料内のプローブのそれぞれの位置を獲得できる。

ＣＣＤ（電荷結合素子）カメラもしくはＣＭＯＳであるのが好ましい２次元センサー６が受ける画像は、事実、個々のプローブの画像であって、センサー６のｘ，ｙ面内の位置を図３Ａ、３Ｂ、３Ｃに示す。今日センサーの画素は１０００×１０００であるのが普通である。

図３は、試料の輪郭１０に対して個々のプローブの画像であり、図３Ｂはこれらの画像の一つの拡大図であって、図３Ｃに示す面ｘ，ｙ内で処理し、位置決めして中心位置を出したのである。

個々のプローブの中心位置を得るための処理ユニット１１が実施するデジタル処理とセンサー６の解像力とによって面ｘ、ｙ内での解像は決まる。

深度位置は干渉計技術により得られ、図２に表されている。短い方が好都合である光５の干渉性波長により深度計測範囲は決まる。

この視野深度それ自体はその位相での分析により分かつことができ、個々のプローブ９が視野内でのそれの位置に応じて異なる色の画像をつくる。さらに、参照ミラーと試料との相対位置を変えて、試料内の深さにおいて視野の位置を変えることができる。

こうして試料内のプローブの三次元視覚化をいつでもできる。プローブが受けるブラウン運動が原因となって変化する個別の情報を集積し、処理ユニットを介して試料１０の三次元輪郭を得ることができる。

視野深度は通常１ミクロンであり、そしてそれぞれの方向で数十ナノメーターのオーダーの解像力で位相分析により、プローブの空間位置を得る。同様に、分散スポットのサンプリングにより、プローブの位置を特徴付けているそれらの中心位置を高い精度で得ることができる。可視光線波長に対して約１０−５の反射係数に等しい直径で数十ナノメーターのプローブを干渉計技術は視覚化する。

様々なタイプの干渉計を使用でき、本文ではマイケルソン干渉計を使ったが、リニック干渉計でもミロー干渉計でもよい。

本発明の装置の略図である。 プローブの深度位置を見定めることができるようにするエネルギーの分布を表している。 プローブの横方向の位置を示すことのできる略図である。

符号の説明

１ 試料
１ａ 試料
２ 干渉計
３ 半透明なブレード
４ 参照ミラー
５ 光源
６ ２次元センサー
７ 測定アーム
８ 参照アーム
９ 局所プローブ
１０ ヴォリューム
１１ 処理ユニット

Claims (10)

1. 試料（１）を干渉計（２）を介して視覚化する三次元物体の微視化方法において、ナノメーターの大きさの局所プローブ（９）を試料（１）に挿入することを特徴とした三次元物体の微視化方法。
2. 局所プローブ（９）がボールである請求項１に記載の三次元物体の微視化方法。
3. 局所プローブ（９）が金属である請求項１もしくは２に記載の三次元物体の微視化方法。
4. 干渉計（２）がマイケルソン干渉計である請求項１ないし３のいずれかに記載の三次元物体の微視化方法。
5. 干渉計（２）がリニック干渉計である請求項１ないし３のいずれかに記載の三次元物体の微視化方法。
6. 干渉計（２）がミロー干渉計である請求項１ないし３のいずれかに記載の三次元物体の微視化方法。
7. 干渉計（２）が広いスペクトル源である請求項２に記載の三次元物体の微視化方法。
8. 源（５）が短い光パルスを放出する請求項７に記載の三次元物体の微視化方法。
9. 干渉計（２）を介してマトリックス検出器（６）に三次元物体の薄いスライスの画像を光学手段が形成する請求項１ないし７のいずれかに記載の三次元物体の微視化方法。
10. 干渉計（２）、
    広いスペクトル源（５）、
    マトリックスセンサー（６）、
    干渉計（２）を介して三次元物体の薄いスライスの画像を形成する手段、
    マトリックスセンサー（６）がつくる画像を処理するユニット、
    を備えた三次元物体の微視化装置において、局所プローブ（９）を試料に挿入する手段を含んでいることを特徴とする三次元物体の微視化装置。
    

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