JP2015178986A - 赤外顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】目視で確認できない試料上の異物を、簡単に且つ確実にその存在箇所を特定し、後の同定処理につなげることのできる赤外顕微鏡を提供すること。【解決手段】モニター測定ボタン２１０の押下によりモニター測定を開始し、ステージ移動ボタン２１４の押下によりモニター測定領域２１３を移動させると、モニター測定領域２１３での赤外吸収スペクトルから算出される特徴値（例えば、所定の波数における強度値）が軌跡Ｔとして画面上に表示される。それにより、異物ｉの存在箇所が特定しやすくなる。【選択図】図４

Description

本発明は、試料に赤外光を照射して透過又は反射してくる赤外光の吸収スペクトルを測定することにより試料の分析を行う赤外顕微鏡に関する。

赤外顕微鏡を用いた試料分析においては、通常、移動可能な試料ステージ上に載置した試料を可視光で観察することにより測定対象の微小領域の位置を決め、その後にフーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴＩＲ）の干渉計で生成した、時間的に強弱の変化する赤外光（インターフェログラム）を上記微小領域に照射する。そして、その反射光又は透過光を検出器で検出し、その検出信号をフーリエ変換することによってその微小領域における赤外光の吸収度を反映した赤外吸収スペクトルを求める。

上記のような赤外顕微鏡におけるマッピング測定（面分析）では、試料ステージを互いに直交するＸ軸方向及びＹ軸方向に所定距離ずつ移動させることにより、試料上に設定した２次元測定領域を走査し、赤外光を当てる部位（微小領域）を移動させつつ各部位の吸収スペクトルを取得する。そして、各微小領域の赤外吸収スペクトルに基づいて測定領域に存在する物質の定性的、定量的な分布を調べ、その結果を２次元的又は３次元的なグラフとしてモニターの画面上に表示する。

このような赤外顕微鏡を用いることにより、試料中に混入している微小な異物を分析したい場合がある。この異物がどのような形状をしており、どのような物質から成るか等を明らかにするためには、まず異物の存在する箇所を特定し、その箇所を測定領域に含めてマッピング測定を行う必要がある。従来、異物の存在箇所の特定は目視によるところが大きかった。試料の可視画像上、目視で確認することができるほど異物が明瞭である場合には、測定箇所を移動させて異物を測定領域に含ませることができる。しかし、異物を目視で確認できない場合には、従来は、測定箇所を移動させながら顕微鏡視野の中心点の赤外吸収スペクトルを取得し、それをリアルタイムにモニター画面上に表示してそのスペクトル形状の変化を画面上で確認することにより異物を探していた。以下では、目視で確認できない異物を探すために行われるこのようなサンプリング測定をモニター測定と呼ぶ。

モニター測定の一例を図３により説明する。図３は、従来の赤外顕微鏡により用いられる顕微鏡測定プログラム２０が表示画面に表示するインタフェースの一例の概略図である。この例のインタフェースは、モニター測定ボタン２００、マッピング測定ボタン２０１、試料画像表示領域２０２、ステージ移動ボタン２０４、スペクトル表示領域２０５を備える。試料画像表示領域２０２の中央にはモニター測定領域２０３が設定されている。試料画像表示領域２０２に表示されている試料Ｓには、目視で確認できない異物ｉが存在しており、いま、その異物ｉの形態及び組成を分析するものとする。

分析者がモニター測定ボタンを押下するとモニター測定が開始される。まず、試料画像表示領域２０２に表示されている試料Ｓの、モニター測定領域２０３に対応する箇所（これを「試料モニター測定領域」と呼ぶ。）に赤外光インターフェログラムが照射される。試料モニター測定領域で当該箇所の試料の物質に応じた波長で吸収を受けた赤外光は赤外光検出器で検出され、分光されてスペクトル（赤外吸収スペクトル）が生成される。生成された赤外吸収スペクトルはスペクトル表示領域２０５に表示される。
分析者は、ステージ移動ボタン２０４を押下して試料Ｓの位置を移動させることにより試料Ｓ上における試料モニター測定領域の位置を変えてゆき、その間、スペクトル表示領域２０５にリアルタイムに表示されるスペクトルの形状の変化を目視で追ってゆくことにより、異物ｉの存在箇所を特定していた。図３の例では、モニター測定領域２０３の軌跡Ｔが異物ｉ上を2回通過している。異物ｉの存在に気付くためには、軌跡Ｔが試料Ｓと異物ｉの境界線を通過した際、スペクトル表示領域２０５に表示されるスペクトルの形状が変化することに気が付く必要がある。

特開2010-276371号公報 特開2006-259326号公報

異物を目視で確認できない場合、従来のように、モニター測定によってリアルタイムに赤外吸収スペクトルを表示し、その形状の変化を目視で追うという方法では、異物と素地（マトリックス）の境界が明確に分からないことが多い。特に、異物がやや大きい場合、その全体像を捉えることが困難である。一方、全体像を捉えるためにマッピング測定のように２次元的な分析像を作成するとなると、時間がかかる。

本発明が解決しようとする課題は、目視で確認できない異物でも、モニター測定により簡単に且つ確実にその存在箇所を特定し、正しいマッピング測定につなげることのできる赤外顕微鏡を提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明に係る赤外顕微鏡は、試料に赤外光を照射して透過又は反射してくる赤外光の吸収スペクトルを測定することにより試料の分析を行う赤外顕微鏡であって、
a) 試料の所定の測定範囲内の狭い領域であるモニター領域に赤外光を照射する赤外光照射部と、
b) 前記モニター領域から出射される赤外光の吸収スペクトルを作成する吸収スペクトル作成部と、
c) 前記吸収スペクトルを、前記モニター領域の位置と関連付けて記憶部に記憶するモニター記憶部と
を備えることを特徴とする。

上記「モニター領域から出射される赤外光」には、試料のモニター領域を透過してくる赤外光、又は、試料のモニター領域で反射される赤外光が含まれる。いずれも、そのモニター領域の試料の物質に依存する吸収を受けている。

吸収スペクトル作成部によって作成された赤外吸収スペクトルは、そのモニター領域の位置と関連付けられて、モニター記憶部により記憶部に記憶されるため、リアルタイムにモニター測定を行っている間、記憶部に記憶されている測定データをその測定位置と関連付けて分析者に提示することにより、吸収スペクトルの変化と位置の関係を視覚化することが可能になる。また、記憶部に保存されているため、直ちに視覚化するのではなく、後の分析の際に利用することも可能となる。

本発明に係る赤外顕微鏡は、上記a)、b)、c)の各部に加え、さらに次の各部を備えていてもよい。
d) 試料の前記モニター領域を含む領域の画像である広域画像を作成し、表示部に表示する広域画像表示部と、
e) 前記モニター記憶部によって記憶部に記憶された赤外吸収スペクトルのデータから、該吸収スペクトルを特徴付ける値を計算する特徴値計算部と、
f) 前記モニター記憶部により、赤外吸収スペクトルと関連付けられて記憶部に記憶された前記広域画像の位置に、前記特徴値計算部によって計算された値と関連付けられた画像を表示するモニター画像重畳表示部。

特徴値計算部が計算する赤外吸収スペクトルを特徴付ける値（以下、特徴値と言う。）とは、ある波数（又は波長）のピーク強度やある波数（又は波長）範囲の面積、主成分分析による主成分値等である。

モニター画像重畳表示部によって表示される画像は、特徴値の大きさに応じたグラデーション表示がなされることが望ましい。グラデーション表示の方法は、明度、色相を段階的に変化させる方法等、変化が視覚的に認識することができる方法であればどのような方法でも構わない。このグラデーション表示により、モニター記憶部に記憶されている赤外吸収スペクトルの形状の変化の確認が容易になる。

本発明に係る赤外顕微鏡は、上記a)、b)、c)、d)、e)、f)の各部に加え、さらに次の構成部を備えていてもよい。
g) 前記モニター画像重畳表示部によって表示される画像の透明度と表示色を設定する重畳表示設定部。

前記モニター画像重畳表示部において表示される画像の透明度を設定することにより、試料の可視画像が該画像から透けて見えるため、該画像と試料の可視画像を同時に確認することができる。また、該画像の表示色を試料の色と異なる色に設定することにより、該画像を試料画像上で際立たせることができる。さらに、前記重畳表示設定部において、前記モニター画像重畳表示部が表示部に表示する画像の大きさを設定することができるようにしてもよい。該画像の大きさを試料画像上で確認するのに適した大きさに設定することにより、該画像の変化を試料画像上で確認することが容易になる。

本発明に係る赤外顕微鏡によれば、分析者がモニター領域を動かしてゆくことにより、モニター領域の赤外光の吸収スペクトルがその位置と関連付けて記憶部に逐次記憶されるため、分析者が理解しやすいような形で吸収スペクトルの変化と位置の関係を視覚化することが可能になる。そのため、目視では異物と素地（マトリックス）の境界が明確に分からない場合でも、記憶部に記憶された位置と吸収スペクトルの関係を適切な態様で出力することにより、異物の存在している場所を明瞭に特定し、後に行うマッピング測定の測定領域に含めることができる。

本発明の一実施例である赤外顕微鏡の要部の構成図。 図１に示すデータ処理部の構成を表すブロック図。 従来の赤外顕微鏡で用いられていた顕微鏡測定プログラムの画面表示インタフェースの概略図。 本発明の赤外顕微鏡で用いられる顕微鏡測定プログラムの画面表示インタフェースの概略図。 本発明の赤外顕微鏡で用いられる顕微鏡測定プログラムによるモニター測定のフローチャート。

以下、本発明の一実施例である赤外顕微鏡を図１〜図５を参照して説明する。図１は本実施例の赤外顕微鏡の要部の構成図、図２は図１に示すデータ処理部の構成を表すブロック図、図３は従来の赤外顕微鏡で用いられていた顕微鏡測定プログラムの画面表示インタフェースの概略図、図４は本発明の赤外顕微鏡で用いられる顕微鏡測定プログラムの画面表示インタフェースの概略図、図５は本発明の赤外顕微鏡で用いられる顕微鏡測定プログラムによるモニター測定のフローチャートである。

図１において、赤外光照射部１は、赤外光源、固定鏡、移動鏡、ビームスプリッタ等を含み、時間的に振幅が変動する赤外干渉光つまりインターフェログラムを出射する。この赤外干渉光はハーフミラー３で反射され、図示しない集光ミラーで微小径に絞られて、試料ステージ２上に載置されている試料Ｓに照射される。試料Ｓから反射した赤外光はハーフミラー３を通過し、反射ミラー４を経て赤外検出器５に入射し、赤外検出器５により検出される。赤外干渉光は試料Ｓの表面で反射する際に、その箇所に存在する物質に固有の波長（一般に複数）において吸収を受ける。そのため、赤外検出器５に到達する赤外光は試料Ｓ中の物質による赤外吸収が反映されたものとなる。

赤外検出器５による検出信号はデータ処理部１０に入力される。データ処理部１０ではこの検出信号に基づき、後述する吸収スペクトル作成部１００が所定波長範囲の吸光度を示す赤外吸収スペクトルを作成する。一方、可視光源６から出射される可視光は試料Ｓ上の広い範囲に照射され、試料Ｓからの可視反射光はＣＣＤカメラ７に導入される。ＣＣＤカメラ７では試料Ｓの表面可視画像が作成され、その画像データがデータ処理部１０に入力される。データ処理部１０に入力された表面可視画像は、後述する広域画像表示部１０２によって表示部１４の画面に表示される。

試料Ｓが載置される試料ステージ２は測定制御部９により制御されるステージ駆動部８により、互いに直交するＸ軸及びＹ軸の二軸方向に高い位置精度で移動可能となっている。試料ステージ２が移動されることにより、試料Ｓ上で赤外干渉光の照射位置が移動する。それにより、試料Ｓ上の１次元領域又は２次元領域内に設定された多数の測定点（微小領域）に対する測定を順次行うことができる。赤外光照射部１やステージ駆動部８の動作は測定制御部９により制御される。中央制御部１２には入力部１３及び表示部１４が接続されている。

記憶部１１には、物質同定の際に用いられるスペクトルデータベースが格納されており、データ処理部１０によって参照される。このスペクトルデータベースには、既知の各種物質の赤外光の波数（又は波長）毎の赤外吸収度を表わす標準的な赤外吸収スペクトル（以下、「標準スペクトル」という）データが予め格納されている。データ処理部１０は、測定制御部９により試料ステージ２が２次元的に駆動される際に得られる各測定点の赤外吸収スペクトルデータに対して所定のデータ処理を実行し、さらにスペクトルデータベースに格納されている標準スペクトルデータを利用して試料Ｓに含まれる物質を同定する。

なお、中央制御部１２、データ処理部１０及び測定制御部９の少なくとも一部は、パーソナルコンピュータに予めインストールされた専用の制御・データ処理プログラムを該コンピュータで実行することにより、後述するような各種機能を達成する。

図１の構成は反射赤外測定と反射可視観察とを行うものであるが、透過赤外測定を行う構成や透過可視観察を行う構成に変更することができる。また、接眼レンズを用いて、分析者が直接的に目視で試料の表面可視画像を観察することができる機構を組み込んでもよい。

次に、図２、図４及び図５を参照しながら本発明におけるモニター測定について説明する。図２にデータ処理部１０の構成を示す。データ処理部１０は、吸収スペクトル作成部１００、モニター記憶部１０１、広域画像表示部１０２、特徴値計算部１０３、モニター画像重畳表示部１０４、重畳表示設定部１０５を備える。吸収スペクトル作成部１００は、赤外検出器５による検出信号に対してフーリエ変換処理を実行することにより、所定波長範囲の吸光度を示す赤外吸収スペクトルを作成する。モニター記憶部１０１は、モニター測定の位置と、吸収スペクトル作成部１００によって作成された赤外吸収スペクトルとを関連付けて記憶部１１に記憶する。広域画像表示部１０２はＣＣＤカメラ７で作成された試料Ｓの表面可視画像を顕微鏡測定プログラム上に表示する。特徴値計算部１０３は、記憶部１１に記憶された各赤外吸収スペクトルにおける所定の波数（又は波長）のピーク強度を計算する。モニター画像重畳表示部１０４は、特徴値計算部１０３によって計算された特徴値に関連付けられた明度により、所定の色の曲線を、顕微鏡測定プログラム上に表示されている試料画像上に表示する。重畳表示設定部１０５は、モニター画像重畳表示部１０４によって表示される曲線の太さ、透明度及び色を設定する。

図４に本実施例の赤外顕微鏡において用いられる顕微鏡測定プログラム２１を示す。モニター測定ボタン２１０、マッピング測定ボタン２１１、試料画像表示領域２１２、モニター測定領域２１３、ステージ移動ボタン２１４、スペクトル表示領域２１５は、従来の赤外顕微鏡において用いられていた顕微鏡測定プログラム２０におけるモニター測定ボタン２００、マッピング測定ボタン２０１、試料画像表示領域２０２、モニター測定領域２０３、ステージ移動ボタン２０４、スペクトル表示領域２０５とそれぞれ同様である。従来の赤外顕微鏡で用いられていた顕微鏡測定プログラム２０との違いは、顕微鏡測定プログラム２１がモニター画像設定インタフェース２１６を備えている点、並びにモニター測定の軌跡Ｔがモニター画像重畳表示部によって表示される点である。なお、本実施例ではさらに、軌跡Ｔが後述する特徴値に応じてグラデーション表示される。モニター画像設定インタフェースでの設定値（線の太さ・透明度・色）は重畳表示設定部１０５によって取得され、モニター画像重畳表示部１０４によって表示される軌跡Ｔの表示に反映される。図４において、図３と同様に軌跡Ｔが異物ｉ上を2回通過しているが、異物ｉ上において軌跡の色が他の部分と明確に異なっている。このように、目視で確認することができる差異により、異物ｉの存在箇所を明瞭に特定することができる。

図５に顕微鏡測定プログラム２１によるモニター測定のフローチャートを示す。顕微鏡測定プログラム２１を開始すると、試料の表面観察画像が試料画像表示領域２１２に表示される（ステップＳ１）。モニター測定ボタン２１０が押下される（ステップＳ２）と、赤外光照射部１により、試料モニター測定領域に赤外光が照射される（ステップＳ３）。赤外検出器５によって検出された試料Ｓからの反射光に基づき、吸収スペクトル作成部１００により赤外吸収スペクトルが作成され（ステップＳ４）、この赤外吸収スペクトルは、モニター測定位置と関連付けられて、モニター記憶部１０１により記憶部１１に記憶される（ステップＳ５）。記憶部１１に記憶された赤外吸収スペクトルから、特徴値計算部１０３により特徴値（本実施例では所定の波数におけるピーク強度）が計算され（ステップＳ６）。そして、この特徴値に関連付けられた明度に基づき、特徴値が計算された赤外吸収スペクトルに関連付けられているモニター測定位置に、モニター画像重畳表示部１０４により、曲線がグラデーション表示される（ステップＳ７）。その後、ステージ移動ボタン２０４が押下された（ステップＳ８）場合、ステップＳ３からの処理が行われる。つまり、ステージ移動ボタン２１４を連続或いは継続して押下された場合には、モニター測定が連続或いは継続して行われることになる。このようにモニター測定を行い、異物ｉの存在箇所を特定できた場合には、異物ｉの同定を行うため、マッピング測定ボタンを押下し（ステップＳ９）、マッピング測定を行う。

以上、本発明の一実施例を説明したが、上記実施例は例示にすぎず、本発明の趣旨の範囲内で適宜に変形、改良、修正を行うことができる。例えば、上記実施例においては、顕微鏡測定プログラム２１においてステージ移動ボタン２１４が押下された際、モニター測定領域２１３は試料画像表示領域２１２の中心に固定されたままで、試料画像表示領域２１２中の試料画像を移動させていたが、該試料画像を固定し、モニター測定領域２１３を移動させる構成としても構わない。また、上記実施例においては、モニター測定ボタン２１０等のＧＵＩをすべて同一画面上に配置していたが、それぞれを別個の画面、或いは一部を別個の画面に配置しても構わない。

１０…データ処理部
１００…吸収スペクトル作成部
１０１…モニター記憶部
１０２…広域画像表示部
１０３…特徴値計算部
１０４…モニター画像重畳表示部
１０５…重畳表示設定部
１１…記憶部
２１…顕微鏡測定プログラム
２１０…モニター測定ボタン
２１１…マッピング測定ボタン
２１２…試料画像表示領域
２１３…モニター測定領域
２１４…ステージ移動ボタン
２１５…スペクトル表示領域
２１６…モニター画像設定インタフェース

Claims (5)

1. 試料に赤外光を照射して透過又は反射してくる赤外光の吸収スペクトルを測定することにより試料の分析を行う赤外顕微鏡において、
   a) 試料の所定の測定範囲内の狭い領域であるモニター領域に赤外光を照射する赤外光照射部と、
   b) 前記モニター領域から出射される赤外光の吸収スペクトルを作成する吸収スペクトル作成部と、
   c) 前記吸収スペクトルを、前記モニター領域の位置と関連付けて記憶部に記憶するモニター記憶部と
   を備えることを特徴とする赤外顕微鏡。
2. 請求項１に記載の赤外顕微鏡であって、さらに、
   d) 試料の前記モニター領域を含む領域の画像である広域画像を作成し、表示部に表示する広域画像表示部と、
   e) 前記モニター記憶部によって記憶部に記憶された赤外吸収スペクトルのデータから、該吸収スペクトルを特徴付ける値を計算する特徴値計算部と、
   f) 前記モニター記憶部により、赤外吸収スペクトルと関連付けられて記憶部に記憶された前記広域画像の位置に、前記特徴値計算部によって計算された値と関連付けられた画像を表示するモニター画像重畳表示部と
   を備えることを特徴とする赤外顕微鏡。
3. 請求項２に記載の赤外顕微鏡であって、前記モニター画像重畳表示部が、表示部に表示する画像の色を前記特徴値に応じて段階的に変化させることを特徴とする赤外顕微鏡。
4. 請求項３に記載の赤外顕微鏡であって、さらに、
   g) 前記モニター画像重畳表示部によって表示される画像の透明度と表示色を設定する重畳表示設定部
   を備えることを特徴とする赤外顕微鏡。
5. 請求項４に記載の赤外顕微鏡であって、前記モニター画像重畳表示部が表示部に表示する画像の大きさを、前記重畳表示設定部において設定することができることを特徴とする赤外顕微鏡。