JP3744166B2

JP3744166B2 - 赤外顕微鏡

Info

Publication number: JP3744166B2
Application number: JP36814397A
Authority: JP
Inventors: 靖史中田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1997-12-29
Filing date: 1997-12-29
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2017-12-29
Also published as: US6061120A; JPH11194276A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料に赤外線を照射し、透過又は反射してくる赤外線のスペクトルを測定することにより試料の分析を行なう赤外顕微鏡に関する。
【０００２】
【従来の技術】
赤外顕微鏡は、試料に赤外光を照射したときに該試料の表面で反射される赤外光（反射赤外光）又は該試料を透過して来る赤外光（透過赤外光）のスペクトル（波長強度分布）を調べることにより該試料の分析を行なうための装置である。赤外顕微鏡を用いた分析において、視野に一度に捉え得る領域の大きさは一般に１００μｍ〜１ｍｍ程度の微小領域であるが、場合によっては、その微小領域中の更に小さな領域や、該微小領域にて発見された小さな異物等に特に注目して分析を行なうこともある。このように、試料表面の微小領域や微小物の分析を行なうために、一般に赤外顕微鏡にはアパーチャ板等から成る視野制限機構が備えられている。この視野制限機構により適宜視野を制限し、目的の領域又は物体から来る反射又は透過赤外光のみを赤外検出部へ取り込むようにすれば、測定対象外の領域から来る赤外光に起因するノイズ等を抑え、より精度の高いスペクトル分析を行なうことができる。
【０００３】
図４は、従来より知られている赤外顕微鏡のアパーチャ部を中心とする要部の構成図であって、（ａ）はアパーチャ部３０のみを垂直断面図とした正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における水平断面図である。
【０００４】
試料台４１は、図示せぬ試料台駆動部によりＸ−Ｙの２次元平面内で（更には高さ（Ｚ軸）方向にも）移動可能になっている。試料台４１の直上には図示せぬレンズ等から成る対物光学系４２が配置されており、更にその直上にはアパーチャ部３０が、その中心軸が対物光学系４２の中心軸４３と一致するように配置されている。アパーチャ部３０には、アパーチャホルダ３１及び４枚のアパーチャ板３２〜３５が含まれている。アパーチャホルダ３１は、図示せぬ赤外顕微鏡の本体部に、前記中心軸４３を中心として回動可能な状態で保持されている。また、４枚のアパーチャ板３２〜３５のうち、対向する一対のアパーチャ板３２、３４はＸ軸と平行な直線上を摺動可能に、他の一対のアパーチャ板３３、３５はＹ軸と平行な直線上を摺動可能にアパーチャホルダ３１に取り付けられている。図示せぬアパーチャ駆動部は、通常、対になったアパーチャ板（３２と３４、３３と３５）を互いに同期して同じ距離だけそれぞれ逆方向に移動させるとともに、アパーチャホルダ３１全体を中心軸４３を中心にして所定角度範囲内で回動させるように構成される。なお、試料台駆動部やアパーチャ駆動部は、ツマミ等の手動操作に連動して機械的に試料台４１及びアパーチャ部３０を駆動するものと、モータ等により電動でもって駆動するものとがある。
【０００５】
上記赤外顕微鏡により試料の分析を行なう場合、まず、対物光学系４２直下の試料台４１上に試料４４を載置し、可視光源４５を点灯する。試料台４１のＺ軸方向の位置を適宜調節すると、アパーチャ部３０の結像面（上側のアパーチャ板（図４（ａ）では３３）と下側のアパーチャ板（図４（ａ）では３２と３４）の接触面）に試料４４の拡大像が結ばれる。例えば該拡大像のうちアパーチャ開口部３６を通過する部分を図示せぬモニタ等を通して目視確認しながら、使用者は適宜の操作を行なうことにより、試料４４の所望部分のみがアパーチャ開口部３６に含まれるように、各アパーチャ板３２〜３５の位置、アパーチャホルダ３１の回転角、試料台４１のＸ−Ｙ平面上の位置を調節する。以上のように調節が完了したら、可視光源４５を消す代わりに赤外光源４６を点灯し、試料４４面で反射される赤外光のスペクトル分析を行なう。
【０００６】
すなわち、上述のように４枚のアパーチャ板３２〜３５を用いて矩形状のアパーチャ開口部３６を形成する構成の赤外顕微鏡では、一般に次のような調節作業が必要になる。
（１）試料台４１のＸ−Ｙ平面内における位置を適宜変更することにより、試料４４に対するアパーチャ開口部３６の相対位置（Ｘ，Ｙ）を決定する。
（２）第１の対のアパーチャ板３２、３４間の距離ｄ１及び第２の対のアパーチャ板３３、３５間の距離ｄ２を適宜調節することにより、アパーチャ開口部３６の各辺の長さを決定する。
（３）赤外顕微鏡の本体部に対するアパーチャホルダ３１の回転角を適宜変更することにより、試料４４に対するアパーチャ開口部３６の相対角度を決定する。
以上のようなアパーチャ開口部３６の調節作業の順序は適宜変えることができるが、いずれにしても使用者はアパーチャ開口部３６により視野制限された試料像を目視確認しながら調節を行なうことになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の赤外顕微鏡において、対になったアパーチャ板（３２と３４、３３と３５）が、アパーチャ駆動部により相互に同期して同じ距離だけそれぞれ逆方向に移動される構成である場合、理想的にはアパーチャ開口部３６の中心は、その構造上、アパーチャホルダ３１の中心軸４３と一致している。しかしながら、実際には、製造時の各部品の加工精度や組立精度等により、アパーチャ開口部３６の中心と中心軸４３とは位置がずれていることがある。そのため、測定者がアパーチャホルダ３１を回転させるように操作を行なうと、回転前と回転後とではアパーチャ視野内で試料像の中心がずれてしまい、極端な場合、目的とする測定ポイントが該視野から外れてしまう恐れがある。また、このような位置ずれは部品の摩耗などの経年変化により状態が変化するため、使用の初期には問題がなくとも、長期間の使用の結果、上記問題が生じる可能性もある。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、アパーチャ開口部の中心とアパーチャの回転軸（上記中心軸４３）との位置ずれに起因する、アパーチャ回転時の試料像のずれを補正することができる赤外顕微鏡を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
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、
a)開口部の大きさ及び形状の変更が可能なアパーチャと、
b)試料に対する前記アパーチャの相対角度を変更するべく、該アパーチャの中心軸を中心に該アパーチャを回転駆動する回動手段と、
c)試料を載置する試料台と、
d)該試料台を水平方向に移動させる試料台駆動手段と、
e)予め求めておいた、回転角度に対する前記アパーチャの開口部の中心と前記中心軸とのずれ量の関係を記憶しておく記憶手段と、
f)前記回動手段により前記アパーチャの相対角度が変更されたとき、該アパーチャ開口部の中心が試料の所定位置に維持されるように、前記記憶手段の記憶内容に基づいて試料台駆動手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
まず、本発明に係る赤外顕微鏡では、アパーチャを実際に回転させたときのアパーチャ開口部の中心と中心軸とのずれ量の測定結果に基づいてずれ量補正データを作成し、該ずれ量補正データを記憶手段に格納しておく。ずれ量補正データの作成処理は、例えば当該赤外顕微鏡の工場出荷前にメーカ側にて行なって、その結果を例えばＲＯＭ等の読み出し専用のメモリに格納しておくことができる。或いは、ずれ量を自動的に測定するためのプログラムを予め赤外顕微鏡に組み込んでおいて、所定の操作によりその時点での上記ずれ量を測定し、ＲＡＭ等の読み書き自在のメモリの記憶内容を最新の状態に書き換える構成としてもよい。
【００１１】
実際の試料の測定時には、使用者はアパーチャの大きさ、形状、位置及び角度を設定すべく所定の操作を行なう。使用者によりアパーチャの相対角度が変更されるような操作がなされると、回動手段は該操作に応じて、中心軸を中心としてアパーチャを回転させる。制御手段は、そのときの回転に伴い回転角度を得て、前記記憶手段に格納されているずれ量補正データを参照して該回転角度に対する補正量、つまり回転前からの試料の中心のずれ量を算出する。そして、試料台が該補正量だけ反対方向に水平移動するように試料台駆動手段を制御する。これにより試料が移動し、該試料の所定位置が常にアパーチャの開口部の中心に維持された状態でアパーチャの相対角度が変化する。
【００１２】
なお、上記試料台駆動手段は、試料台をＸ軸及びＹ軸の互いに直交する二方向にそれぞれ直線的に移動自在の移動機構と、該二方向に対しそれぞれ設けたステッピングモータ等の適宜のモータと、該モータの回転を直線運動に変換するラックピニオン等の運動変換手段とを備える構成とすることができる。また、上記回動手段はステッピングモータ等の適宜のモータを用い、所定の操作に応じて電気的にアパーチャの相対角度を変更する構成とすることができる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明に係る赤外顕微鏡によれば、アパーチャ開口部の中心とアパーチャ中心軸とが一致していなくとも、アパーチャにより視野制限される試料像の中心を所定位置に保った状態でアパーチャを回転させることができる。このため、該試料像を目視確認しながらアパーチャの角度調節を行なう際に、試料の所望領域に視野を設定することが従来よりも格段に容易になる。また、使用開始後の適宜の時点でずれ量を再測定できる構成とすれば、部品の経時変化等により位置ずれ状態が変化した場合でも、その最新状態に合わせて位置ずれの補正が行なえる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の一実施例である赤外顕微鏡を図面を参照して説明する。図１は本実施例の赤外顕微鏡システムを示す構成図である。この赤外顕微鏡システム１０は、図１に示すように、主として赤外分析部１１とデータ処理部１２とから構成されている。
【００１５】
赤外分析部１１は、赤外光及び可視光を試料に照射するための光源部と、試料を載置するための試料台と、該試料台を水平方向（更に垂直方向）に移動させるための試料台駆動部と、試料からの光を収束させて後記アパーチャ部内に試料像を結像させるための対物光学系と、図４に示したような複数のアパーチャ板を組み合わせて成る矩形状のアパーチャ及び該アパーチャを保持する回動可能なアパーチャホルダ等から成るアパーチャ部と、該アパーチャ部の各部品を機械的に駆動するためのアパーチャ駆動部と、アパーチャ部を通過した光を受けて電気信号を出力する撮像部とを備えている。ただし、図１では、試料台４１及びアパーチャ部３０以外は図示していない。
【００１６】
一方、データ処理部１２はパーソナルコンピュータにより具現化され、ＣＰＵ等を備える中央制御部１３と、表示手段であるディスプレイ１４と、入力手段であるマウス１５及びキーボード１６とから構成されている。上記赤外分析部１１の撮像部が出力する電気信号は中央制御部１３において画像信号に変換され、該画像信号はディスプレイ１４へ送られる。而して、ディスプレイ１４の画面１７にはアパーチャ部３０により視野制限された試料像１８が表示される。
【００１７】
図２は、この赤外顕微鏡システム１０におけるアパーチャ調節関連部分の電気系の構成図である。アパーチャ駆動部２０は、ステッピングモータである第１モータ２１と該第１モータ２１に駆動パルス信号を送る回動制御部２２を含んでいる。アパーチャ駆動部２０は上述のようなアパーチャ板を摺動させる機構も含んでいるが、図２では省略している。アパーチャホルダ３１は第１モータ２１により、基準位置（画面１７上での水平方向）に対して±４５°の角度範囲で回転可能になっている。試料台駆動部２３は、ステッピングモータである二個の第２、第３モータ２４、２５と、該モータ２４、２５にそれぞれ駆動パルス信号を送る水平移動制御部２６と、回動制御部２２から与えられる角度θに応じて位置ずれ補正量を算出するずれ量算出部２７、該ずれ量算出部に付設され予め位置ずれ補正データが格納されるメモリ２８とを含んでいる。なお、試料台駆動部２３は試料台を垂直方向（Ｚ軸方向）に移動可能な機構も含むが図２では省略している。回動制御部２２と水平移動制御部２６とには、マウス１５やキーボード１６の操作に応じて入力インタフェイス部２９よりそれぞれ指示信号が与えられるようになっている。
【００１８】
まず、上記位置ずれ補正データの算出方法を図３により説明する。この算出動作時には撮像部によりアパーチャ板３２〜３５の全体を撮影し、ディスプレイ１４の画面１７上に矩形のアパーチャ像を表示させる。このとき、図３に示すように、画面１７上で適宜の位置を原点とし、水平方向にｘ軸、垂直方向にｙ軸を仮想的に設定する。アパーチャが基準位置（θ＝０°）に在るときのアパーチャ開口部を破線Ａで示す。
【００１９】
次に、所定の操作を行ないアパーチャホルダ３１を角度θ＝４５°回転させ（アパーチャ開口部はＡ1の位置）、そのときの一組の対角の頂点Ｐ１、Ｑ１のそれぞれの（ｘ、ｙ）座標を求める。このような各点を指示するには、例えばマウス１５の操作により画面１７内に表示したカーソルを該点の上に位置させ、マウス１５のクリック操作により入力を指示できるようにすればよい。次に、アパーチャホルダ３１を角度θ＝−４５°の位置まで回転させ（アパーチャ開口部はＡ2の位置）、そのときの一組の対角Ｐ２、Ｑ２のそれぞれの（ｘ、ｙ）座標を求める。次いで、Ｐ１、Ｐ２、Ｑ１、Ｑ２の各座標を利用して、線分Ｐ１−Ｐ２と線分Ｑ１−Ｑ２のそれぞれの垂直二等分線の交点Ｃの座標を計算する。アパーチャホルダ３１は中心軸に対し回転対称であると看做せるので、この交点Ｃが該中心軸の位置であると推定できる。
【００２０】
また、位置Ａ1又はＡ2におけるアパーチャ開口部の中心は、対角線Ｐ１−Ｑ１又は対角線Ｐ２−Ｑ２の中点の座標として求めることができる。従って、交点Ｃを原点とする（ｘ、ｙ）座標軸を新たに設定すれば、アパーチャ開口部の中心の座標位置（ｘ1、ｙ1）は、交点Ｃから中点Ｓ1（又はＳ2）までの距離ｒを用いて次の(1)、(2)式で求められる。
ｘ1＝ｒ・cosθ …(1)
ｙ1＝ｒ・sinθ …(2)
画面１７上でのｘ軸方向と試料台４１のＸ軸方向とは一致しているとは限らず、いま図３に示したようにその両者に角度αのずれがあるとすると、（Ｘ、Ｙ）座標上での、アパーチャ開口部の中心の座標位置（Ｘ1、Ｙ1）は次の(3)、(4)式で求まる。
Ｘ1＝ｒ・cos（θ＋α） …(3)
Ｙ1＝ｒ・sin（θ＋α） …(4)
例えば、上記ずれの大きさｒと座標軸のずれ角度αとは、当該赤外分析部１１の工場出荷前に測定されてメモリ２８に格納される。
【００２１】
実際に測定を行なうに際し、使用者がディスプレイ１４の画面１７に表示された試料像を確認しながらマウス１５又はキーボード１６により試料の位置に関する所定操作を行なうと、入力インタフェイス部２９より水平移動制御部２６に操作量が指示される。水平移動制御部２６は、その操作量よりＸ軸及びＹ軸方向の移動量を求め、更にＸ軸及びＹ軸方向それぞれの駆動パルス信号数を算出して、第２、第３モータ２４、２５にその数のパルス信号を送出する。第２、第３モータ２４、２５はこれに応じて回転し、図示しない回転／直線運動変換のための伝達機構を介して試料台４１を水平移動させる。これにより、アパーチャ開口部３６を通過する試料像の位置が変わる。
【００２２】
また、使用者がディスプレイ１４の画面１７に表示された試料像を確認しながらマウス１５又はキーボード１６によりアパーチャの角度変更に関する所定操作を行なうと、入力インタフェイス部２９より回動制御部２２に操作量が指示される。回動制御部２２は、該操作量より角度変化量Δθを求め、該角度変化量Δθに対応した駆動パルス信号数を算出する。そして、その数のパルス信号を第１モータ２１に送出する。これにより、アパーチャホルダ３１は微小角度ずつ回転して、最終的にΔθだけ回転して停止する。また、回動制御部２２は回転するに伴い回転角度θをずれ量算出部２７へ与える。ずれ量算出部２７は、メモリ２８から上記ｒ及びα値を読み出し、上記(3)、(4)式によりＸ軸及びＹ軸方向のそれぞれの位置ずれ量Ｘ1、Ｙ1を算出する。そして、アパーチャホルダ３１の回転前の位置ずれ量との差分を計算し、位置ずれ変化量（ΔＸ1、ΔＹ1）を水平移動制御部２６へ送る。
【００２３】
水平移動制御部２６は位置ずれ変化量（ΔＸ1、ΔＹ1）を受け取ると、試料台４１をＸ軸及びＹ軸のそれぞれ逆方向にΔＸ1及びΔＹ1だけ移動させるべく、駆動パルス信号数を算出する。そして、この数のパルス信号を第２、第３モータ２４、２５に送出する。これにより、試料台４１が移動し、アパーチャ開口部３６の中心が中心軸４３つまり回転前の試料４４の中心位置に来る。
【００２４】
なお、上記実施例では予めメモリ２８にずれ量補正データを格納しておく構成としたが、該メモリ２８を書換え可能なメモリとし、所定操作により上述のようにずれの大きさｒ（αは殆ど変化しないと看做せる）を再測定するような手段を備える構成としてもよい。これにより、位置ずれの状態が初期状態から変化した場合でも、再測定を行なって補正データを更新しさえすれば、常にアパーチャ開口部３６の中心と中心軸４３とが一致する状態を保つことができる。
【００２５】
また、上記実施例は一例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜修正や変形を行なえることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である赤外顕微鏡システムの構成図。
【図２】本実施例の赤外顕微鏡システムにおけるアパーチャ調節関連部分の電気系の構成図。
【図３】位置ずれ補正データの算出方法の説明図。
【図４】従来より知られている赤外顕微鏡のアパーチャ部を中心とする要部の構成図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図。
【符号の説明】
１０…赤外顕微鏡システム
１１…赤外分析部
１２…データ処理部
１３…中央制御部１４…ディスプレイ
１５…マウス
２０…アパーチャ駆動部２１、２４、２５…モータ
２２…回動制御部２６…水平移動制御部
２７…ずれ量算出部２８…メモリ
３１…アパーチャホルダ３２〜３５…アパーチャ板
４１…試料台４３…中心軸

Claims

a)開口部の大きさ及び形状の変更が可能なアパーチャと、
b)試料に対する前記アパーチャの相対角度を変更するべく、該アパーチャの中心軸を中心に該アパーチャを回転駆動する回動手段と、
c)試料を載置する試料台と、
d)該試料台を水平方向に移動させる試料台駆動手段と、
e)予め求めておいた、回転角度に対する前記アパーチャの開口部の中心と前記中心軸とのずれ量の関係を記憶しておく記憶手段と、
f)前記回動手段により前記アパーチャの相対角度が変更されたとき、該アパーチャ開口部の中心が試料の所定位置に維持されるように、前記記憶手段の記憶内容に基づいて試料台駆動手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする赤外顕微鏡。