JP2015504161A - 分光データ表示システム及び方法 - Google Patents

Abstract

分光データがサンプル上の物理的位置に関連付けられる。サンプルチャンバ内に位置するサンプルに対してレーザビームがビーム軌道に沿って走査される。レーザビームによりビーム軌道に沿ってサンプルから材料を解離させてサンプルチャンバ内に上記解離された材料のエアロゾルを生成する。サンプルチャンバに流体を通して、上記ビーム軌道に沿って選択された元素の分光データ値を決定するための分光計に上記解離された材料が移送される。ビーム軌道に沿ったサンプルのそれぞれの位置に分光データ値が関連付けられ、レーザビームによって材料が解離されたビーム軌道に沿ったそれぞれの位置を含む、上記サンプルの少なくとも一部の画像が表示される。この画像は、関連付けられた位置での分光データ値の指標を含んでいる。

Description

本開示は、分光計システムに関するものである。特に、本開示は、分光データをサンプル上の物理的な位置に直接関連付け、上記サンプルの画像上の対応する位置に上記分光データの指標を重ねることに関するものである。

背景情報

質量分析は、例えば、試験片やサンプルの元素組成を決定するために、荷電粒子における電荷に対する質量を測定する分析手法である。レーザ支援分光法（ＬＡＳ）では、サンプルの構成部分を分離して分光計で使用できるようにするために、サンプルにレーザエネルギーを照射する。ＬＡＳシステムは、サンプルにレーザエネルギーを照射しつつ、サンプル上に流体、典型的には不活性ガスを流して分離したものを捕捉して処理用分光器に移送する。ＬＡＳシステムの例としては、レーザアブレーション誘導結合プラズマ質量分析法（ＬＡ ＩＣＰ−ＭＳ）、レーザアブレーション誘導結合プラズマ発光分光法（ＩＣＰ−ＯＥＳ／ＩＣＰ−ＡＥＳ）、及びレーザ誘起ブレークダウン分光法（ＬＩＢＳ）が挙げられる。

あるＬＡＳシステムにおいては、分析のために選択されたサンプルの１以上の部分から材料をアブレートするために、レーザビーム経路がビーム軌道に沿って移動する（例えば、レーザビームをサンプルに対して偏位させてもよく、加えて／あるいは運動ステージを使ってサンプルをレーザビームに対して移動させてもよい）。例えば、図１は、レーザビームによって形成された切溝１１０を含むサンプル１００の簡略化した模式図である。この例においては、切溝１１０に沿ったビーム軌道は、矢印１１２によって示される方向にある。サンプル１００は２種類以上の材料を含んでいてもよく、元素の組成や密度が切溝１１０に沿って変化してもよい。しかしながら、質量分析計は、一般に、サンプル１００の物理的な位置に対応していない一覧表テキストとして、あるいはスプレッドシート形式でデータを出力する。質量分析データは、数字とグラフの形態で表示され得る。例えば、図２は、図１に示されるサンプル１００に対して測定された種々の元素についての質量分析データのグラフの例を示している。この例では、硫黄（Ｓ３２）、カルシウム（Ｃａ４４）、マグネシウム（Ｍｎ５５）、亜鉛（Ｚｎ６６）、水銀（Ｈｇ２０２）、鉛（Ｐｂ２０８）、及びビスマス（Ｂｉ２０９）のうち選択された核種についての時間に対する濃度がグラフにされている。図２に示されるグラフにおける問題は、表示されたデータを生成するために抽出された材料の位置に関してサンプル１００の表面上の物理的位置に対する相関関係がないことである。

開示の概要

分光データがサンプル上の物理的な位置に関連付けられる。一実施形態における方法では、サンプル試料のレーザ支援分光データを表示する。この方法では、上記サンプルに対してレーザビームをビーム軌道に沿って走査する。上記走査中は上記サンプルがサンプルチャンバ内に位置している。上記レーザビームにより上記ビーム軌道に沿って上記サンプルから材料を解離させて上記サンプルチャンバ内に上記解離された材料のエアロゾルを生成する。また、この方法では、上記サンプルチャンバに流体を通して、上記ビーム軌道に沿って選択された元素の分光データ値を決定するための分光計に上記解離された材料を移送する。この方法は、さらに、プロセッサを用いて、上記分光データ値を上記ビーム軌道に沿った上記サンプルのそれぞれの位置に関連付け、上記レーザビームによって材料が解離された上記ビーム軌道に沿ったそれぞれの位置を含む、上記サンプルの少なくとも一部の画像を表示する。上記画像は、関連付けられた位置での上記分光データ値の指標を含んでいる。他の実施形態においては、レーザ支援分光システムは、サンプル試料を保持するためのサンプルチャンバと、レーザビームを生成するためのレーザ源と、上記サンプルに対して上記レーザビームをビーム軌道に沿って走査するための走査サブシステムとを含んでいる。上記レーザビームは、上記ビーム軌道に沿って上記サンプルから材料を解離して上記サンプルチャンバ内に上記解離した材料のエアロゾルを生成する。上記サンプルチャンバを通過する流体が、上記ビーム軌道に沿って選択された元素の分光データ値を決定するための分光計に上記解離された材料を移送する。また、このシステムは、上記走査サブシステムを制御し、上記分光データ値を上記ビーム軌道に沿った上記サンプルのそれぞれの位置に関連付けるためのプロセッサを含んでいる。さらに、このシステムは、上記レーザビームによって上記材料が解離された上記ビーム軌道に沿った上記それぞれの位置を含む上記サンプルの少なくとも一部の画像を表示するための表示装置を含んでいる。上記画像は、その関連付けられた位置での上記分光データ値の指標を含んでいる。

さらなる態様及び利点は、添付図面を参照して述べられる以下の好ましい実施形態の詳細な説明から明らかになるであろう。

図１は、レーザビームにより形成される切溝を含むサンプルの簡略化模式図である。 図２は、図１に示されるサンプルに対して測定された種々の元素についての質量分析データのグラフの例を示している。 図３は、一実施形態におけるレーザアブレーションサンプリングシステムのブロック図である。 図４Ａは、一実施形態において例えば図３に示される表示装置上に表示され得る複合画像の簡略化した模式図である。 図４Ｂは、他の実施形態において、例えば図３に示される表示装置上に表示され得る画像の簡略化された模式図である。 図５は、一実施形態において関連付けられた分光データの指標とともに、サンプルの４つの複合画像を示すものである。 図６は、一実施形態において関連付けられた分光データの指標とともに、サンプルの４つの複合画像を示すものである。 図７は、ユーザの注釈と一実施形態において関連付けられた分光データの指標とともに、サンプルの２つの複合画像を示すものである。 図８は、一実施形態におけるサンプル試料の分光データを表示するための方法のフローチャートである。 図９は、一実施形態における濃度値をビーム軌道に沿ったそれぞれの位置に関連付ける方法のフローチャートである。 図１０は、一実施形態におけるグラフィカルユーザインタフェイスを図で表すものである。

好ましい実施形態の詳細な説明

分光データは、サンプル上の物理的な位置に関連付けられる。この関連付けには、例えば、サンプルの表面に沿った（又は表面の下の）レーザビーム軌道の位置データ（例えば、Ｘ、Ｙ、及び／又はＺデータ）、走査速度データ、及び分光計出力をサンプル上の又はサンプル内の地理的な位置に正確に合わせるためのシステム遅延データを用いることができる。分光データは、元素の濃度及び／又はボルトやカウント数、毎秒のカウント数、周波数、波長など、濃度に関連付けられた検出器の応答を含んでいてもよい。また、分光データは、元素比率や異方性率などの反応の比率を含んでいてもよい。ある実施形態においては、レーザアブレーション誘導結合プラズマ質量分析法（ＬＡ ＩＣＰ−ＭＳ）、レーザアブレーション誘導結合プラズマ発光分光法（ＩＣＰ−ＯＥＳ／ＩＣＰ−ＡＥＳ）、レーザ誘起ブレークダウン分光法（ＬＩＢＳ）のようなレーザ支援分光（ＬＡＳ）システムを用いて分光データが取得される。

分光データの指標は、処理用サンプルからの材料の抽出に対応する位置でサンプルの画像上に直接表示される。表示される指標には、例えば、色彩の変化、色相の変化、明るさの変化、パターンの変化、記号、テキスト、これらの組み合わせ、及び／又はサンプル上又はサンプル内の地理的な位置に関する分光データの他のグラフィカルな表示が含まれ得る。ある実施形態においては、分光データの指標は、材料がレーザビームでアブレートされ分光計により処理されているときにリアルタイムでサンプルの画像上に重ねられる。加えて、あるいは他の実施形態においては、分光データが生成された後の任意の時点でこの指標を画像上に重ねてもよい。そのような実施形態においては、後で分光データの指標をサンプルの物理的な地理的な情報に合わせるための１以上の基準マークをサンプル及び／又はサンプルの画像に追加してもよい。

ある実施形態においては、グラフィカルユーザインタフェイスは、１以上のサンプルに対応する様々なレイヤの情報のグラフィカルな集積を選択的に表す階層化環境を含んでいる。例えば、レーザ誘起エアロゾルが生成され得る空のサンプルチャンバを表すレイヤ、サンプルチャンバ内の１以上のサンプルにロードされたインサートを表すレイヤ、１以上のシステムカメラからのサンプルマップを表すレイヤ、他のシステム又はデバイス（例えば、岩石顕微鏡、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）システム、又は他の撮像システム）からインポートされた画像を表すレイヤ、注釈を表すレイヤ、及び／又は分光データの指標を表すレイヤの表示をユーザが選択できるようにすることができる。他のレイヤを使用してもよいことは、当業者であれば本明細書の開示から理解するであろう。ある実施形態においては、階層化環境全体を保存して、後でユーザが保存された環境をロードして特定の実験に関連付けられたすべての情報（例えば、走査位置、ＳＥＭデータ、分光計の生データ、特定のサンプルの年齢のような変換データ、及び実験に用いられる他のデータ）を回復することができる。ユーザがこの環境を横断してスキャンすると、それぞれのデータ及びデータファイルを見ることができるようになり、環境の様々な側面を追跡することができ、ユーザが別個の記録を保持する必要性が減少するか、もしくはそのような必要性がなくなる。ある実施形態においては、（例えば、ラップトップコンピュータ用、タブレットコンピュータ用、スマートフォン用、又は他の携帯端末用の）携帯端末のアプリケーションにより、選択された環境をユーザはいつでも見ることが可能になる。

ここで、同様の参照符号が同様の要素を示している図面を参照する。理解を容易にするために、参照符号の最初の数字は、対応する要素が最初に用いられる図面の番号を表している。以下の説明では、本明細書に開示された実施形態が完全に理解できるように、非常にたくさんの具体的な詳細が述べられる。しかしながら、具体的な詳細のうち１つ以上のものがなくても、あるいは、他の方法、構成要素、又は材料によっても実施形態を実現できることは、当業者であれば理解できるであろう。また、実施形態の態様を不明瞭にすることを避けるために、既知の構造、材料、又は動作は、図示されていないか、あるいは詳細には述べられていない場合がある。さらに、１つ以上の実施形態においては、任意の適切な方法により、ここで述べられる特徴、構造、又は特性を組み合わせることができる。

実施形態は種々の工程を含んでいてもよく、これらの工程は、汎用又は専用コンピュータ（又は他の電子機器）により実行される機械実行可能な指令の形態で具現化され得る。あるいは、これらの工程を実施する特定のロジックを含むハードウェア要素により、あるいはハードウェア、ソフトウェア、及び／又はファームウェアの組み合わせによりこれらの工程を行ってもよい。

また、本明細書で述べられた処理を行わせるようにコンピュータ（又は他の電子機器）をプログラミングするのに使用され得る指令を格納した一時的なものではない機械読取可能な媒体を含むコンピュータプログラム製品として実施形態を実現してもよい。機械読取可能な媒体には、ハードドライブ、フロッピーディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気又は光カード、固体記憶装置、又は電子的指令の格納に好適な他の種類の媒体／コンピュータ読取可能媒体が含まれ得るが、これらに限られるものではない。

図３は、一実施形態におけるレーザアブレーションサンプリングシステム３００のブロック図である。システム３００は、サンプルチャンバ３１６内のサンプル３１４に照射されるレーザビーム３１２を生成するレーザ３１０を含んでいる。例であって、限定するものではないが、サンプル３１４は、骨、岩又は他の地質的材料、塗料、ワニス、顔料、金属、セラミック、ガラス、紙、織物、又は他の種類の材料であってもよい。レーザビーム３１２は、サンプル３１４から材料をアブレートするか、あるいは解離させるために選択されたパルス繰り返し周波数、波長、パルスエネルギー、及び他のレーザパラメータを有する複数のレーザパルスを含み得る。当業者であれば、他の実施形態においては、連続波（ＣＷ）レーザビームが用いられてもよいことは、本明細書における開示から理解できるであろう。図示されるように、キャリアガスの流れがサンプルチャンバ３１６に入って、レーザアブレーションプロセスにより生成された（例えばエアロゾルの）サンプル微粒子を捕捉し、処理用分光計（図示せず）に移送する。キャリアガスは、例えば、アルゴン、ヘリウム、又は他の不活性ガスを含み得る。

サンプルチャンバ３１６は、サンプルをレーザビーム３１２に対して３方向（Ｘ、Ｙ、及びＺ）に移動可能な運動ステージ３１８上に載置されている。ミラー３２０を用いてレーザビーム３１２をサンプル３１４に向けてもよい。図３には示されていないが、レーザビーム３１２の経路に沿って、集束光学系（例えばレンズ）やビームステアリング光学系（例えば高速ステアリングミラー、ミラーガルバノメータ偏向器、電気光学偏向器、及び／又は音響光学偏向器）など他の光学系を用いてもよい。レーザビーム３１２の光軸をカメラ３２２の視野３２３に結合させるようにミラー３２０を構成してもよい（例えば半透明鏡）。カメラ３２２は、表示装置３２４上に表示させるためのサンプル３１４及び／又はサンプルチャンバ３１６の静止画像及び／又は動画を提供するものである。図示はされていないが、他の撮像システムを用いることもできる。例えば、システム３００は、１以上の付加的なカメラ（例えば高解像度で広角な視野のもの）、岩石顕微鏡システム、及び／又は走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）システムを含んでいてもよい。さらに、２以上の表示装置３２４を用いてユーザがシステム３００を制御し、サンプル３１４及び／又はサンプルチャンバ３１６の選択された画像を観察できるようにしてもよい。

システム３００は、コントローラ３２６とメモリ装置３２８とをさらに含んでいる。コントローラ３２６は、レーザ３１０、運動ステージ３１８、カメラ３２２、及び表示装置３２４を制御するように構成されている。ある実施形態においては、コントローラ３２６を用いて、分光計、岩石顕微鏡システム、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）システム、又は他の撮像システムのような他のシステムを制御してもよい。２以上のコントローラを用いてもよいことは、当業者であれば本明細書における開示から理解できよう。メモリ装置３２８は、本明細書で述べられているようにシステム３００を機能させるための、コントローラ３２６により読取及び実行可能なコンピュータ実行可能な命令を格納している。メモリ装置３２８は、生成された分光データ、サンプル３１４上又はサンプル３１４内の地理的な位置に分光データを関連付けるためのデータ、サンプル３１４及び／又はサンプルチャンバ３１６の画像及び／又は動画、インポートされた他の画像及び／又は動画、サンプル３１４及び／又は分光データについてユーザが生成した注釈、本明細書において述べたプロセスに関連付けられた他のデータ（例えば、走査位置、サンプル３１４の年齢及び／又は出所、レポートファイル、サンプルチャンバのパラメータ、レーザのパラメータ、他の実験パラメータ又はアブレーションパラメータ）を格納してもよい。

ある実施形態においては、ユーザが、サンプル３１４の１以上の部分を選択して検査のためにアブレーティングしてもよい。例えば、サンプルが２種以上の材料からなる場合があり、ユーザが材料のうち１つのみを調べるか、あるいは選択された一群の材料を調べたいと思う場合もある。このため、ユーザがサンプル３１４の表面に対してビーム軌道に沿ったレーザビーム経路を定義してもよい。このとき、ビーム軌道をＸ−Ｙ平面で規定してもよい。加えて、あるいは他の実施形態においては、レーザビーム軌跡がＺ方向（例えば、サンプルを穿孔するレーザビームに平行な方向）であってもよい。ユーザは、１つ以上の単一スポット、別個のスポットを含むライン、別個のスポットを含むグリッド、連続アブレーションのライン（例えば、図１に示される切溝１１０のような連続切溝を生成する重畳レーザスポット）、及び／又はサンプル３１４の２次元（２Ｄ）領域をカバーするラスタパターンを定義し得る。ある実施形態においては、レーザビーム３１２の複数のパスを同一のスポット、ライン、又はラスタパターンに沿って用いて３次元（３Ｄ）分光データを生成するようにサンプル３１４をより深く切り込んでもよい。

図４Ａは、一実施形態において、例えば図３に示される表示装置３２４上に表示され得る複合画像４００の簡略化した模式図である。この複合画像４００は、図３に示されるサンプル３１４（又はサンプル３１４の一部）の画像４１０であって、分光データの指標４１２に重ねられた画像４１０を含んでいる。この分光データの指標４１２は、分光データを生成するためにレーザアブレーションが使用されたサンプル３１４の表面の２Ｄ領域にの実際の位置に関連付けられている。この２Ｄ領域は、（図１に示される切溝１１０を生成するために使用されるレーザビームのスポットサイズの幅の単一の垂直パスとは対照的であるが）例えば生成される切溝の幅を広げるために、レーザビーム３１２の複数の隣接する又は部分的に重なり合う垂直パスに対応し得る。

図４Ａに示される簡略化された例においては、２Ｄ領域内の選択された元素の分光データ（例えば、百万分率（ｐｐｍ）の濃度、カウント数、毎秒のカウント数、周波数、波長、元素比率、及び／又は異方性率）における変化を区別するために、異なる塗りつぶしパターン（例えば、ダイヤモンド形のハッチング、斜線、垂直線、正方形ハッチング、又は塗りつぶしなし）が使用されている。例えば、第１の濃度（又はカウント数など）の範囲が領域４１４で示されており、第２の濃度範囲が領域４１６で示されており、第３の濃度範囲が領域４１８で示されており、第４の濃度範囲が領域４２０で示されており、第５の濃度範囲が領域４２２で示されており、第６の濃度範囲が領域４２４で示されている。図４Ａには図示されていないが、各塗りつぶしパターンに関連付けられた特定の濃度範囲又は他の分光データの凡例又はその他の指標を表示してもよい。

ある実施形態においては、正しく分光データの指標を整列させるように、分光データが生成されている間にリアルタイムで、あるいはその後でサンプル及び／又はサンプルの画像に１以上の基準マークが追加される。例えば、サンプル（例えば、図３に示されるサンプル３１４）から材料を解離させるために使用されたレーザビームを用いて、後に参照するための基準マークをサンプルに追加してもよい。したがって、後に取得したサンプルの画像上に分光データの指標を重ねてもよい。他の例として、図４Ａは、サンプルの画像４１０に追加された基準マーク４２６（２つが示されている）を示している。ユーザの選択により分光データの生成時及び／又はその後におけるレーザアブレーションプロセス中に画像４１０上に指標４１２を整列させるために基準マーク４２６を用いてもよい。

図４Ｂは、他の実施形態において、例えば、図３に示される表示装置３２４上に表示され得る画像４３０の簡略化された模式図である。この画像４３０は、図３に示されるサンプル３１４（又はサンプル３１４の一部）の画像４１０と、（元素Ａ、元素Ｂ、元素Ｃ、元素Ｄ、及び元素Ｅのラベルが付けられた）種々の元素について深さに対する分光データ（例えば、カウント数）を示すグラフ４３２とを含んでいる。サンプル画像４１０及びグラフ４３２を例えば分割スクリーン内又はピクチャーインピクチャー形式で一緒に表示してもよい。表示されたサンプル画像４１０は、上述した基準マーク４２６を含んでいる。グラフ４３２は、Ｚ方向における異なる深さにおいて、選択されたＸＹ位置での分光データの変化を示している。図４Ｂに示される例では、ＸＹ位置は、表示されたサンプル画像４１０に対応する平面上にあり、Ｚ方向は、この平面に垂直である（例えば、サンプルの内部に延びている）。Ｚ方向は、サンプルでのレーザビームに平行であるとも考えることができる。

ある実施形態において、ユーザが、表示されたサンプル画像４３０上にカーソル４３４を位置させて、Ｚ方向における様々な深さに対して分光データを表示させるＸＹ位置を選択してもよい。そのような実施形態においては、表示されたサンプル画像４１０上でユーザがカーソル４３４を移動させる（「マウスオーバー」させる）と、表示されたグラフ４３２が変化する。例えば、同一の切溝に沿ってレーザビームの複数のパスを形成することによって、あるいは、複数のパルスを用いて選択された位置でサンプルを穿孔することによって、異なる深さでの分光データを取得してもよい。各レーザパス又は各レーザパルスにより除去される材料の量（深さ）に関する情報は、その分光データをサンプル内のＺ位置に関連付けるために使用される。

他の実施形態においては、例えば、色彩の連続スペクトル、陰影、又は色相を用いて、分光データにおける（例えば分離した範囲ではなく）連続的な変化を示してもよい。例えば、図５は、一実施形態において関連付けられた分光データ５１２，５１４，５１６，５１８の指標とともに、サンプル５１０の４つの複合画像を示すものである。説明の便宜上、図５においては、分光データ５１２，５１４，５１６，５１８は、破線で囲まれた２Ｄ領域内の灰色の様々な陰影として示されている。しかしながら、ある実施形態においては、色により分光データからサンプル画像を十分に区別することができるので、色の連続スペクトルを用いて分光データにおける変化を表して、破線（又は実線）を使用しなくてもよい。

図５の１番目の画像においては、重なった分光データ５１２がサンプル５１０の２Ｄ領域内でのランタン（Ｌａ）の濃度を表しており、表示されている凡例５２０は、２Ｄ領域内のランタンの濃度が０ｐｐｍから２５００ｐｐｍの範囲にわたることを示している。例えば、色のスペクトルを適用して、黒色により０ｐｐｍを表し、紫色により微量を表すことにしてもよい。同様に、約１２５０ｐｐｍの濃度のランタンを緑色（例えば、紫色と赤色の間の可視スペクトルの中央付近）により表してもよく、約２５００ｐｐｍのランタン濃度を赤色で表してもよい。濃度と色との間に任意の関係（例えば、線形又は非線形）があってもよく、濃度の範囲を単一の色に割り当ててもよい（例えば、２２００ｐｐｍと２５００ｐｐｍとの間の濃度をすべて赤色で表してもよい）ことは当業者であれば理解できるであろう。

サンプル５１０の２番目の画像においては、重なった分光データ５１４がサンプルの２Ｄ領域内でのサマリウム（Ｓｍ）の濃度を表しており、表示されている凡例５２２は、２Ｄ領域内のサマリウムの濃度が０ｐｐｍから７００ｐｐｍの範囲にわたることを示している。ある実施形態においては、異なる元素の濃度が同一色で表されない。例えば、赤色が１番目の画像においては最大値約２５００ｐｐｍを表し、２番目の画像においては約７００ｐｐｍの最大値を表す。サンプル５１０の３番目の画像においては、重なった分光データ５１６がサンプルの２Ｄ領域内でのイッテルビウム（Ｙｂ）の濃度を表しており、表示されている凡例５２４は、２Ｄ領域内のイッテルビウムの濃度が０ｐｐｍから４００ｐｐｍの範囲にわたることを示している。サンプル５１０の４番目の画像においては、重なった分光データ５１８がサンプルの２Ｄ領域内でのウラン（Ｕ）の濃度を表しており、表示されている凡例５２６は、２Ｄ領域内のウランの濃度が０ｐｐｍから４０ｐｐｍの範囲にわたることを示している。

図６は、一実施形態において関連付けられた分光データ６１２，６１４，６１６，６１８の指標とともに、サンプル６１０の４つの複合画像を示すものである。図５と同様に、図６において、分光データ６１２，６１４，６１６，６１８は、破線で囲まれた２Ｄ領域内の灰色の様々な陰影として示されている。しかしながら、ある実施形態においては、色の連続スペクトルを用いて分光データにおける変化を表す。図５と同様に、図６は、分光データ６１２がランタン（Ｌａ）の濃度を表している１番目の画像と、分光データ６１４がサマリウム（Ｓｍ）の濃度を表している２番目の画像と、分光データ６１６がイッテルビウム（Ｙｂ）の濃度を表している３番目の画像と、分光データ６１８がウラン（Ｕ）の濃度を表している４番目の画像とを含んでいる。複合画像のそれぞれは、それぞれの濃度に対応する凡例６２０，６２２，６２４，６２６を含んでいる。

分光データに加えて、他のデータをサンプル画像とともに、あるいはサンプル画像に重ねて表示してもよい。例えば、図７は、ユーザの注釈と一実施形態において関連付けられた分光データの指標とともに、サンプル７００の２つの複合画像７１０，７１２を示すものである。図１に示される表示装置３２４上に２つの複合画像７１０，７１２を分離して表示してもよいし、あるいは一緒に（例えば並べて）表示してもよい

この例において、サンプル７００は魚の耳小骨であり、ユーザは１番目の画像７１０上に注釈マーキング７１４，７１６，７１８及び文字を追加して様々な解剖学上の特徴を強調している。例えば、１番目のマーキング７１４は魚の耳小骨の「vatente」と「reservoir」との間の境界を表しており、２番目のマーキング７１６は魚の耳小骨の「reservoir」と「hatchery portion」との間の境界を表しており、３番目のマーキング７１８は魚の耳小骨の「hatchery portion」と「vaterite」との間の境界を表している。

２番目の画像７１２は、魚の耳小骨の２Ｄ領域内における関連付けられた分光データ７２０の指標を含んでいる。この例では、分光データ７２０の指標は、２Ｄ領域内のストロンチウム（Ｓｒ）の測定濃度に対応しており、図７においては説明の便宜上、破線内に示されている。図５及び図６に示される例と同様に、ある実施形態では、色のスペクトルを使用して濃度レベルの変化を表して、色と濃度レベルとの間の対応関係を示すために１番目の凡例７２２を表示してもよい。図７に示されるように、表示された画像７１０，７１２に対するスケール（例えば距離又は長さ）を示すために２番目の凡例７２４を表示してもよい。この例では、距離又は長さの表示が、関連付けられた分光データ７２０の指標の２Ｄ領域の水平方向又はＸ方向（例えば、１００及び２００）及び垂直方向及びＹ方向（例えば、２００，４００，６００，８００，１０００，１２００，１４００，１８００）に沿って表示されている。

図８は、一実施形態におけるサンプル試料の分光データを表示するための方法８００のフローチャートである。方法８００では、サンプルに対して（例えば、Ｘ、Ｙ、及び／又はＺ方向に）ビーム軌道に沿ってレーザビームを走査してサンプルチャンバ内に解離した材料のエアロゾルを生成し（８１０）、サンプルチャンバに流体を通過させて解離した材料を分光計に移送する（８１２）。上述したように、この流体は、アルゴンやヘリウムなどの不活性ガスを含んでいてもよい。また、方法８００では、解離した材料を分光計で処理してビーム軌道に沿って選択された元素の濃度値を決定し（８１４）、その濃度値をビーム軌道（例えば図９参照）に沿ったそれぞれの位置に関連付ける（８１６）。上述したように、決定された濃度値は、百万分率であってもよいし、ボルトや毎秒のカウント数、周波数、波長などの検出器レスポンスにより表されていてもよい。また、濃度値が、元素比率又は異方性率のような比率を含んでいてもよい。さらに、方法８００では、選択された位置に対応するサンプルの画像上に、決定された濃度の指標を重ねる（８１８）。以下に述べるように、サンプルの画像上に濃度値の指標及び／又は他のレイヤの情報を表示するか否かをユーザが選択してもよい。他の実施形態においては、指標を重ねるのではなく、サンプルの画像の保存されたコピーにおける画像データを、濃度値の指標に対応する画像データに置き換えてもよい。方法８００では、さらに、サンプル及び重なった指標の複合画像を表示装置上に表示する（８２０）。

図９は、一実施形態における濃度値をビーム軌道に沿ったそれぞれの位置に関連付ける方法９００のフローチャートである。方法９００では、システムを較正してレーザアブレーションと対応する元素濃度の決定との間の遅延時間を予測する（９１０）。この遅延時間は、例えば、（例えば、Ｘ、Ｙ及び／又はＺステージを用いて）レーザビームをビーム軌道に沿った新しい位置に向けることやその新しい位置に１以上のレーザパルスを照射するようにレーザ源に指示を送ること、レーザ源から１以上のレーザパルスをサンプルに伝搬して材料を解離させること、解離された材料をサンプルチャンバから分光計に移送すること、及び解離された材料を分析して濃度値を記録するように分光計を操作することに関連付けられた１以上の遅延を含んでいてもよい。ある実施形態では、計算されて記録された各濃度値にタイムスタンプが関連付けられる。このタイムスタンプは、測定された濃度値が記録された時刻又は計算に用いられた解離された材料が最初に分光計に入った時刻に対応し得る。以下に述べるように、タイムスタンプを（遅延調整後に）開始時間と比較して、各濃度値をビーム軌道に沿ったそれぞれの位置と関連付けてもよい。

さらに、方法９００では、サンプルの表面に対してビーム軌道の開始位置からビーム軌道に沿った特定の位置（例えば、現在関連付けられている位置）まで走査する処理時間を決定する（９１２）。開始位置は既知の開始時間に対応している。さらに、方法９００は、処理時間、開始時間、及び遅延時間を用いて特定の位置を濃度値の１つに関連付ける（９１４）。換言すれば、任意の時刻においてサンプルの表面に対してビーム軌道に沿ったレーザビームの位置を決定するために、走査速度又は他の位置データを使用してもよい。較正された遅延に基づいて、タイムスタンプをそれぞれビーム軌道に沿ったレーザビームの位置に関連付けてもよい。

本明細書において述べられた実施形態では、解離された材料を処理のために分光器に移送したが、本開示はそのようなものに限定されるものではない。任意の種類のレーザ支援分光法を用いることができる。例えば、レーザ誘起ブレークダウン分光法（ＬＩＢＳ）を用いることができ、分光データ値は波長値を含んでいてもよい。ＬＩＢＳの実施形態においては、ビーム軌道に沿ってレーザビームを走査することにより、サンプルからの発光が促進される。発された光は、レーザビームが照射された各元素の特性を示す１以上の波長を有している。発された光は、（例えば、１以上のレンズにより光ファイバに集光され）１以上の分光計に照射されて１以上の波長値が決定される。

図１０は、一実施形態におけるグラフィカルユーザインタフェイス１０００を図で表すものである。例えば、図３に示される表示装置３２４にグラフィカルユーザインタフェイス１０００を表示してもよい。グラフィカルユーザインタフェイス１０００は、ユーザ選択部１０１０とグラフィック表示部１０１２とを含んでいる。グラフィカルユーザインタフェイス１０００は、ユーザが１以上のサンプルに対応する様々なレイヤの情報を選択的に表示できるようにする階層化環境を提供するものである。

この例では、ユーザ選択部１０１０が、オプションリスト１０１４とレイヤリスト１０１６とを含んでいる。オプションリスト１０１４によって、ユーザは、サンプルチャンバ内に表示された対象物に対するスケールを正確に示すためにグラフィック表示部１０１２内にグリッドを表示するかどうかを（例えば、ハイパーテキストや表示されたグラフィックボタンを介して）選択したり、レイヤリスト１０１６を隠したり、現在の十字線を表示したり、現在のディスプレイ設定を自動保存したりすることができる。

（ユーザが選択的に表示可能な）レイヤリスト１０１６により、ユーザは、どのレイヤの情報をグラフィック表示部１０１２に表示するかを選択することができる。少なくとも部分的に重なるようにレイヤを構成することができ、表示されるレイヤの順序をユーザに選択させてもよい。図１０に示される例では、サンプルインサート１０１８のインポート画像を含むレイヤが空のサンプルチャンバ１０２０の画像に重ねて表示されるようにユーザにより選択されている。ある実施形態では、ユーザが、現在の構成又は所望の構成に基づいて、複数の異なる種類のサンプルチャンバ１０２０から表示するものを選択することができる。表示されたサンプルチャンバ１０２０が、サンプルチャンバの実際の画像、黒いグリッド、又はサンプルチャンバの概念図を含んでいてもよい。

サンプルインサート１０１８のインポートされた画像を例えばフラットヘッドスキャナやデジタルカメラから取得してもよい。この例では、サンプルインサートは、それぞれのサンプルを保持するための９個の区画１０２２ａ，１０２２ｂ，１０２２ｃ，１０２２ｄ，１０２２ｅ，１０２２ｆ，１０２２ｇ，１０２２ｈ，１０２２ｉを含んでおり、サンプルインサート１０１８のインポートされた画像は、区画１０２２ａ，１０２２ｃにサンプル１０２４，１０２６の画像を含んでいる。他のデータに重ねて示されているが、サンプルを区画１０２２ｄ，１０２２ｅ，１０２２ｈにロードすることもできる。単一のサンプル又は９個よりも多くのサンプルを保持するようにサンプルインサート１０１８を構成できることは、当業者であれば本明細書の開示から理解できるであろう。さらに、ある実施形態においては、異なるレイヤ（例えば、サンプルマップ、ＳＥＭ／岩石顕微鏡、注釈、及び／又は分光データレイヤ）を各サンプル画像に適用して同一のサンプルに関する異なるデータを並べて比較するように（例えば図７参照）、区画１０２２ａ，１０２２ｂ，１０２２ｃ，１０２２ｄ，１０２２ｅ，１０２２ｆ，１０２２ｇ，１０２２ｈ，１０２２ｉのうちの２個以上の区画が同一のサンプルの同一の画像を表示してもよい。

レイヤリスト１０１６により、ユーザは、サンプルの隣接部に対応する画像の寄せ集めである１以上のサンプルマップの表示を選択することも可能となる。サンプルマップは、サンプルチャンバ内にサンプルを配置しつつ、（例えば、図３に示されるカメラ３２２のような）１以上のカメラシステムを使って生成することができる。図１０に示されるように、ユーザは、広角サンプルマップ及び／又は高倍率サンプルマップを表示することを選択することができる。ある実施形態においては、このレイヤ内に含めて表示することができるサンプルマップの数には制限がない（例えば、説明の便宜上、それぞれのタイプのサンプルマップに対して「マップ１」と「マップ２」の双方が表示されている）。この例では、ユーザは、インポートされたサンプルインサート１０１８の区画１０２２ｄにおいて（「マップ２」に対応する）広角サンプルマップ１０２８を表示するように選択している。

レイヤリスト１０１６により、ユーザは、外部の（例えばサードパーティの）装置からインポートされた１以上の画像の表示を選択することもできる。そのような画像は、例えば、岩石顕微鏡システム、ＳＥＭシステム、又は他の撮像システムによって生成することができる。これらの画像は、各種のサンプルのタイプにおいてインポート可能であり、選択的に互いに重ねてもよい。また、ユーザは、インポートされた画像をそのレイヤで重ねる順序を選択してもよい。ある実施形態においては、サンプルの画像上の２つの基準点と別の既存の画像又はインポートされた画像上の対応する点を用いてインポートされた画像をステージ座標に対して選択的に位置合わせしてもよい。サンプルマップと同様に、そのレイヤに含まれる又は表示されるインポートされたサンプル画像の数に制限がなくてもよい（例えば、説明の便宜上、考えられる表示としてＳＥＭ及び岩石顕微鏡画像が示されている）。加えて、あるいは他の実施形態においては、任意の画像サイズ又は画像解像度のものをインポートしてもよい。この例においては、ユーザは、インポートされたサンプルインサート１０１８の部分１０２２ｅに、インポートされた岩石顕微鏡画像１０３０を表示することを選択している。

また、レイヤリスト１０１６により、ユーザは注釈レイヤの表示を選択することができる。上述したように、図７に関して、注釈レイヤによりユーザがサンプル又はグラフィック表示部１０１２の他の部分の画像上にテキスト及び／又はグラフィック（例えば、線、記号、又は他の指標）を追加できるようにしてもよい。この例では、ユーザは、注釈レイヤを含めるようには選択していない。

また、レイヤリスト１０１６によりユーザは本明細書において詳細に述べたように分光データの表示を選択することができる。分光データの指標を（例えば、レーザビームによりサンプルを走査しているときに）リアルタイムで表示してもよい。加えて、あるいは他の実施形態においては、ユーザは、グラフィック表示部１０１２内に表示するために分光データ又は以前に関連付けられた分光データの指標を選択的にインポートしてもよい。この例においては、ユーザは、インポートされたサンプルインサート１０１８の部分１０２２ｈに表示されたサンプル（「ジルコン１」）の画像上に分光データ１０３２の指標を表示するように選択している。

他のレイヤを使用してもよいことは、当業者であれば本明細書の開示から理解するであろう。ある実施形態においては、階層化環境全体を保存して、後でユーザが保存された環境をロードして特定の実験に関連付けられたすべての情報（例えば、走査位置、ＳＥＭデータ、分光計の生データ、特定のサンプルの年齢のような変換データ、及び実験に用いられる他のデータ）を回復することができる。ユーザがこの環境を横断してスキャンすると、それぞれのデータ及びデータファイルを見ることができるようになり、環境の様々な側面を追跡することができ、ユーザが別個の記録を保持する必要性が減少するか、もしくはそのような必要性がなくなる。ある実施形態においては、（例えば、ラップトップコンピュータ用、タブレットコンピュータ用、スマートフォン用、又は他の携帯端末用の）携帯端末のアプリケーションにより、選択された環境をユーザはいつでも見ることが可能になる。

本発明の根底にある原則から逸脱することなく上述した実施形態の詳細に多くの変更を加えることができることは当業者に理解されよう。したがって、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によってのみ決定されるべきである。

Claims (29)

1. サンプル試料のレーザ支援分光データを表示するための方法であって、
   レーザ加工システムを用いて、前記サンプルに対してレーザビームをビーム軌道に沿って走査し、前記走査中は前記サンプルがサンプルチャンバ内に位置し、前記レーザビームにより前記ビーム軌道に沿って前記サンプルから材料を解離させて前記サンプルチャンバ内に前記解離された材料のエアロゾルを生成し、
   前記サンプルチャンバに流体を通して、前記ビーム軌道に沿って選択された元素の分光データ値を決定するための分光計に前記解離された材料を移送し、
   プロセッサを用いて、前記分光データ値を前記ビーム軌道に沿った前記サンプルのそれぞれの位置に関連付け、
   表示装置上に、前記レーザビームによって材料が解離された前記ビーム軌道に沿ったそれぞれの位置を含む、前記サンプルの少なくとも一部の画像を表示し、前記画像は、関連付けられた位置での前記分光データ値の指標である、
   方法。
2. 前記分光データ値を前記ビーム軌道に沿った前記サンプルのそれぞれの位置に関連付ける際に、
   最初に前記レーザビームを前記サンプルに照射した時から前記分光計が前記選択された元素についての対応する分光データ値を計算する時点までの遅延時間を予測し、
   既知の開始時間に対応する前記サンプルの第１の位置から第２の位置まで前記ビーム軌道に沿って前記レーザビームを走査する加工時間を決定し、
   前記加工時間、前記開始時間、及び前記遅延時間を用いて、前記分光計により決定された前記分光データ値の１つを前記ビーム軌道に沿った前記サンプルの前記第２の位置に関連付ける、
   請求項１の方法。
3. 前記指標は複数の色彩であり、それぞれの色彩は分光データ値のそれぞれの範囲に関連付けられている、請求項１の方法。
4. 前記指標は、塗りつぶしパターン、色彩、陰影、色相、明るさ、テキスト、及び記号を含む群から選択される１以上のグラフィック要素における変化である、請求項１の方法。
5. さらに、
   前記レーザビームを使用して、前記分光データ値の前記指標をその関連付けられた位置に合わせるために前記サンプルに１以上の基準マークを追加する、
   請求項１の方法。
6. さらに、
   前記分光データ値の前記指標を前記サンプルの画像に合わせるために前記画像に１以上の基準マークを追加する、
   請求項１の方法。
7. さらに、
   前記サンプルの前記画像を複合画像の第１のレイヤとして表示し、
   前記関連付けられた位置に前記分光データ値の前記指標を前記複合画像の第１のレイヤ上に重ねられた第２のレイヤとして表示する、
   請求項１の方法。
8. さらに、
   グラフィカルユーザインタフェイスを介してユーザが前記第１のレイヤ及び前記第２のレイヤを選択的に表示できるようにする、
   請求項７の方法。
9. さらに、
   グラフィカルユーザインタフェイスを介してユーザが前記サンプルチャンバの画像、前記サンプルの隣接する画像に対応する画像の寄せ集めであるサンプルマップ、前記サンプルの顕微鏡画像、及びユーザの注釈を含む群から選択される１以上の第３のレイヤを選択的に表示できるようにする、
   請求項８の方法。
10. さらに、
    岩石顕微鏡及び走査電子顕微鏡を含む群から選択される顕微鏡を用いて前記顕微鏡画像を生成する、
    請求項９の方法。
11. 前記分光データ値は、元素の濃度、元素比率、異方性率、カウント数、毎秒のカウント数、電圧値、周波数値、及び波長値を含む群から選択される、請求項１の方法。
12. レーザ支援分光システムであって、
    サンプル試料を保持するためのサンプルチャンバと、
    レーザビームを生成するためのレーザ源と、
    前記サンプルに対して前記レーザビームをビーム軌道に沿って走査するための走査サブシステムと、を備え、前記レーザビームは、前記ビーム軌道に沿って前記サンプルから材料を解離して前記サンプルチャンバ内に前記解離した材料のエアロゾルを生成し、前記サンプルチャンバを通過する流体が、前記ビーム軌道に沿って選択された元素の分光データ値を決定するための分光計に前記解離された材料を移送し、
    前記走査サブシステムを制御し、前記分光データ値を前記ビーム軌道に沿った前記サンプルのそれぞれの位置に関連付けるためのプロセッサと、
    前記レーザビームによって前記材料が解離された前記ビーム軌道に沿った前記それぞれの位置を含む前記サンプルの少なくとも一部の画像を表示するための表示装置と、を備え、前記画像は、その関連付けられた位置での前記分光データ値の指標である、
    システム。
13. 前記走査サブシステムは、前記プロセッサにより制御される１以上のビームステアリング光学系を有する、請求項１２のシステム。
14. 前記走査サブシステムは、前記プロセッサにより制御される１以上の運動ステージを有する、請求項１２のシステム。
15. 前記プロセッサは、
    最初に前記レーザビームを前記サンプルに照射した時から前記分光計が前記選択された元素についての対応する分光データ値を計算する時点までの遅延時間を予測し、
    既知の開始時間に対応する前記サンプルの第１の位置から第２の位置まで前記ビーム軌道に沿って前記レーザビームを走査する加工時間を決定し、
    前記加工時間、前記開始時間、及び前記遅延時間を用いて、前記分光計により決定された前記分光データ値の１つを前記ビーム軌道に沿った前記サンプルの前記第２の位置に関連付ける、
    ことによって前記分光データ値を前記ビーム軌道に沿った前記サンプルのそれぞれの位置に関連付ける、
    請求項１２のシステム。
16. 前記指標は複数の色彩であり、それぞれの色彩は分光データ値のそれぞれの範囲に関連付けられている、請求項１２のシステム。
17. 前記指標は、塗りつぶしパターン、色彩、陰影、色相、明るさ、テキスト、及び記号を含む群から選択される１以上のグラフィック要素における変化である、請求項１２のシステム。
18. 前記プロセッサは、さらに、前記レーザ源及び前記走査サブシステムを制御して、前記分光データ値の前記指標をその関連付けられた位置に合わせるために前記サンプルに１以上の基準マークを追加するように構成されている、請求項１２のシステム。
19. 前記プロセッサは、さらに、前記分光データ値の前記指標を前記サンプルの画像に合わせるために前記画像に１以上の基準マークを追加するように構成されている、請求項１２のシステム。
20. 前記プロセッサは、さらに、
    前記表示装置に前記サンプルの前記画像を複合画像の第１のレイヤとして表示し、
    前記表示装置の前記関連付けられた位置に前記分光データ値の前記指標を前記複合画像の第１のレイヤ上に重ねられた第２のレイヤとして表示する
    ように構成されている、請求項１２のシステム。
21. 前記プロセッサは、さらに、
    グラフィカルユーザインタフェイスを介してユーザが前記第１のレイヤ及び前記第２のレイヤを選択的に表示できる
    ように構成されている、請求項２０のシステム。
22. 前記プロセッサは、さらに、
    グラフィカルユーザインタフェイスを介してユーザが前記サンプルチャンバの画像、前記サンプルの隣接する画像に対応する画像の寄せ集めであるサンプルマップ、前記サンプルの顕微鏡画像、及びユーザの注釈を含む群から選択される１以上の第３のレイヤを選択的に表示できる
    ように構成されている、請求項２１のシステム。
23. 前記顕微鏡画像を生成する顕微鏡であって、岩石顕微鏡及び走査電子顕微鏡を含む群から選択される顕微鏡
    をさらに備える、請求項２２のシステム。
24. 前記分光データ値は、元素の濃度、元素比率、異方性率、カウント数、毎秒のカウント数、電圧値、周波数値、及び波長値を含む群から選択される、請求項１２のシステム。
25. レーザ支援分光システムであって、
    サンプルに対してビーム軌道に沿ってレーザビームを走査するための手段を備え、前記走査中に前記サンプルはサンプルチャンバ内に配置され、前記レーザビームは、前記ビーム軌道に沿って前記サンプルから材料を解離して前記サンプルチャンバ内に前記解離した材料のエアロゾルを生成し、
    前記サンプルチャンバに流体を通過させて、前記ビーム軌道に沿って選択された元素の分光データ値を決定するための分光計に前記解離された材料を移送するための手段と、
    前記分光データ値を前記ビーム軌道に沿った前記サンプルのそれぞれの位置に関連付けるための手段と、
    前記レーザビームによって前記材料が解離された前記ビーム軌道に沿った前記それぞれの位置を含む前記サンプルの少なくとも一部の画像を表示するための手段と、を備え、前記画像は、その関連付けられた位置での前記分光データ値の指標である、
    システム。
26. サンプル試料のレーザ支援分光データを表示するための方法であって、
    レーザ加工システムを用いて、前記サンプルに対してビーム軌道に沿ってレーザビームを走査し、
    １以上の分光計を用いて、前記ビーム軌道に沿って分光データ値を生成し、
    プロセッサを用いて、前記分光データ値を前記ビーム軌道に沿った前記サンプルのそれぞれの位置に関連付け、
    表示装置に、前記ビーム軌道に沿った前記それぞれの位置を含む前記サンプルの少なくとも一部の画像を表示し、前記画像は、その関連付けられた位置での前記分光データ値の指標である、
    方法。
27. 前記方法がレーザ誘起ブレークダウン分光法（ＬＩＢＳ）であり、前記分光データ値が波長値を含む、請求項２６の方法。
28. 前記ビーム軌道に沿って前記レーザビームを走査することにより前記サンプルからの発光が促され、この発された光は、前記レーザビームにより照射されたそれぞれの元素の特性である１以上の波長を有し、前記分光計データ値を生成する際に、前記発された光を前記１以上の分光計に照射し、１以上の波長値を決定する、請求項２７の方法。
29. 前記走査中は前記サンプルがサンプルチャンバ内に位置し、前記レーザビームにより前記ビーム軌道に沿って前記サンプルから材料を解離させて前記サンプルチャンバ内に前記解離された材料のエアロゾルを生成し、前記分光データ値を生成する際に、前記サンプルチャンバに流体を通して、前記ビーム軌道に沿って選択された元素の分光データ値を決定するための分光計に前記解離された材料を移送する、請求項２６の方法。

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