JP4246599B2

JP4246599B2 - マッピング測定装置

Info

Publication number: JP4246599B2
Application number: JP2003364804A
Authority: JP
Inventors: 順顕曽我; 純小勝負; 寛塚田
Original assignee: Jasco Corp
Current assignee: Jasco Corp
Priority date: 2003-10-24
Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2023-10-24
Also published as: US20050088656A1; US7224460B2; JP2005127908A

Description

本発明はマッピング測定装置、特にそのマッピング機構の改良に関する。

固定表面に付着した有機物などの分子構造などを調べるため、各種顕微鏡が用いられる。例えば、赤外顕微鏡では、一般にステージに保持された試料の測定面に特定の赤外光を照射し、その透過光または反射吸収スペクトル等を測定している。試料の特定微小部位の測定を行うため、上記のような顕微鏡では光路上にアパーチャを設けて測定対象部位以外からの光をカットするという構成になっている。つまり、測定したい箇所のみを選択し、その部位からの光のみを光検出手段で受けてデータを取り込むようにしている(例えば、特許文献１を参照)。
上記のような顕微鏡では高倍率で測定を行うので、測定対象である試料を全体的に捕らえることが困難になる。そのため、試料の全体または特定範囲を統一的に捕らえるために、マッピング測定が行われている(例えば、特許文献２を参照)。
実開平４−１１０９６０号公報特開平７−６３９９４号公報

上記のマッピング測定では、駆動可能なステージ上に試料を設置し、試料自体を移動させることによって測定部位を変更していくというものが一般的な構成である。
このときのステージ駆動は非常に精密な制御を必要とするため、手動による移動ではマッピング測定を行うことは不可能である。そのため、電子制御による自動ステージによってマッピング測定が行われていた。
しかし、自動ステージによるマッピング測定では、ステージの駆動部分のため装置構成が複雑になるという欠点があった。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は簡単な装置構成でマッピング測定を行うことができるマッピング測定装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のマッピング測定装置は、試料に光を照射するための光照射手段と、試料からの反射光又は透過光をアパーチャーを介して検出する光検出手段と、を備え、試料からの反射光又は透過光を前記アパーチャーに通すことで前記光検出手段が検出する光を試料の所定測定部位からの光のみに制限し、該測定部位を変更して測定を行うことで試料の所定範囲のマッピング測定を行うマッピング測定装置において、試料から前記アパーチャーへと至る光路上に検出側スキャンミラーを備え、該検出側スキャンミラーは反射面の向きを変更可能に構成され、前記反射光又は透過光の入射方向に対して該検出側スキャンミラーの反射面が可変であることにより前記光検出手段が検出する測定部位を変更できることを特徴とする。
上記のマッピング測定装置において、前記光照射手段からの光を試料へと導くための照射側スキャンミラーを備え、該照射側スキャンミラーは反射面の向きを変更可能に構成され、前記光照射手段からの照射光の入射方向に対して該照射側スキャンミラーの反射面が可変であることにより光の試料への照射部位を変更できることが好適である。

本発明のマッピング測定装置によれば、光検出手段が検出する測定部位を制限するためのアパーチャーの前段に検出側スキャンミラーを備え、該検出側スキャンミラーはその反射面の向きが変更可能に構成されており、試料からの反射光又は透過光に対してその反射面の向きを変更することで光検出手段が検出する測定部位を変えることができるため、試料自体を移動させることなくマッピング測定を行うことが可能となる。
また、反射面の向きを変更可能に構成された照射側スキャンミラーを備えたことにより、光照射手段からの照射光に対して照射側スキャンミラーの反射面を変更でき変更光の試料への照射部位を変えることが可能となったため、効率よく測定部位に光を照射することができる。

以下に図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明を行う。図１は本発明の一実施形態に係るマッピング測定装置の概略構成図である。図１では試料からの透過光を測定する場合の光路図を示している。本実施形態のマッピング測定装置１０は、試料に光を照射するための光照射手段１２と、試料からの反射光又は透過光を検出するための光検出手段１４と、試料の特定測定部位からの透過光のみを通過させるために光検出手段１４の前段に設置されたアパーチャー１６と、試料からアパーチャー１６へと至る光路上に設置された検出側スキャンミラー１８とを備えている。
ここで、検出側スキャンミラー１８はその反射面の向きが変更可能なように構成されており、透過光の入射方向に対するミラー１８の反射面の向きを変更することができる。つまり、検出側スキャンミラー１８の反射面の向きを変えることで、アパーチャー１６を通過し得る測定部位の光を選択できるのである。

次に個々の構成要素について説明する。本実施形態では赤外吸収スペクトル測定を行う場合を想定して説明する。この場合、光照射手段１２は赤外光源とマイケルソン干渉計とを含む構成になっている。これは通常のフーリエ変換型赤外分光法の構成と同じである。もちろん、分散型の分光器を用いてもよい。
また、光照射手段１２からの光を試料２８の特定部位に集光するための集光手段(対物鏡２４)と、試料２８からの透過光を集光するための顕微手段(対物鏡２６)とを備えている。ここでは集光手段及び顕微手段として、カセグレン鏡等で構成される対物鏡２４、２６をそれぞれ用いた。光検出手段１４としては、赤外測定に通常用いられている検出器、例えば、ＭＣＴ検出器、ＩｎＳｂ検出器等を使用すればよい。

アパーチャー１６は測定部位の範囲を調節できるように開口の大きさや形が変更可能に構成されている。つまり、アパーチャー１６は測定部位以外からの透過光を遮断し、測定部位からの光のみを選択的に通過させる役割を持つ。そして、検出側スキャンミラー１８によって試料からの透過光の内、どの部分をアパーチャー１６の開口部分に向かうかが制御できるのである。
また、光照射手段１２からの光を試料へと導くための照射側スキャンミラー２０を備えることも好適である。照射側スキャンミラー２０もその反射面の向きを変更できるように構成され、光照射手段からの光に対して反射面の向きを変えることができる。その結果、測定光の試料への照射部位を様々に移動させることができる。

検出側及び照射側スキャンミラー１８、２０の反射面の向きの変更は、制御手段２２からの信号に基づき制御される。反射面の向きを変えるには、ミラーを互いに独立な２軸(互いに平行でない)に対して回転可能なように構成すればよい。例えば、図２に示すように、スキャンミラーを直交する回転軸３２、３４を中心として回転可能に構成し、各回転軸に対する回転量を制御することでミラーの向きを任意の方向に変更できるようにする。回転量の制御はステッピングモータ等を用いて任意の角度で回転し停止するよう電子的に行われる。このように、ミラーの反射面の法線Ｎの向きを精密に制御することができるため、ミラーに入射する光に対してその反射方向を精密に制御することが可能となる。

以上が本発明の概略構成であり、次に図１を参照してその作用の説明を行う。光照射手段１２から射出された光は、照射側スキャンミラー２０によって反射され、対物鏡２４へと送られる。対物鏡２４によって試料面２８の特定微小部位に光が照射される。このとき、照射側スキャンミラー２０の反射面の向きを制御手段２２によって制御して、照射部位が試料面２８上の特定位置にくるようにする。試料２８を透過した光は対物鏡２６によって集光され、検出側スキャンミラー１８へと送られる。検出側スキャンミラー１８では試料２８からの透過光を反射しアパーチャー１６へと送る。このとき、検出側スキャンミラー１８の反射面の向きは測定部位の光がアパーチャー１６の開口に向かうように調整されている。アパーチャー１６では、測定部位以外からの透過光を遮断し、測定部位からの光のみが通過する。アパーチャー１６を通過した光は検出器集光鏡３０によって集光され光検出手段１４で検出される。検出されたデータはコンピュータ等で構成されるデータ処理手段(図示せず)にて記憶及び処理される。このように、アパーチャー１６により光検出手段が受光する光を制限することで精度よく試料の微小部位の測定を行うことができる。

図３は検出側スキャンミラーによる試料の測定部位の変更についての説明図である。測定部位が符号４０の位置の場合のミラーの向き及び光束を実線で、符号４２の位置の場合を点線でそれぞれ示した。試料面２８らの光は、対物鏡２６によって集光され、検出側スキャンミラー１８へ向かう。このとき、試料２８からの光は試料面上での位置によって、その進行方向が異なる。そのため、ミラー１８の反射面の向きをある方向に固定した場合、その反射面の向きに対応した試料面上の特定箇所からの光のみがアパーチャー１６の開口部を通過し、その他の部位からの光は遮断される。つまり、試料面２８上からの光に対してミラーの向きが異なると、試料からの光のうちアパーチャー１６の開口部へ送られる部分は異なる測定部位からの光となる。そこで、ミラー１８の反射面の向きを可変とすることで、試料自体を移動させることなく光検出手段によって測定される測定部位を変更することが可能となる。

また、特定の測定部位に対応したミラーの向きの調整は、例えば次のようにして行う。まず、微小な穴を有する板を試料として設置し、その下側から光を照射する。そのとき、ミラーの向きを様々に変化させて、アパーチャーを通して検出される光量が最大になる向きを決定する。この向きと、上記の微小穴の観察面上の位置とをコンピュータ等に記憶しておく。これを微小穴の位置を変更して行うことにより、測定部位とミラーの向きとの対応関係を求めることができる。

図４は照射側スキャンミラーによって試料への光の照射部位を変更することの説明図である。図３と同様に照射部位が符号４４の位置の場合のミラーの向き及び光束を実線で、符号４６の位置の場合を点線で示した。照射光は照射側スキャンミラー２０によって反射され、対物鏡２４にて集光され、試料面２８上の特定部位に照射される。このとき、ミラー２０の反射面の向きによって対物鏡２４へ入射する光の進行方向が異なる。その結果、試料面２８上に照射される位置が異なることになる。よって、図３の場合と同様に、ミラー２０の向きを変更することで容易に光の試料への照射位置を変更することが可能である。

これらのスキャンミラーの調整は、例えば、一部に開口を設けた赤外光を透過しない材質でできた板を用いて行えばよい。つまり、図１で示した装置において、上記の板を試料面に設置し、通常の可視光観察により上記の開口の位置を所定位置、例えば観察範囲の中心、に合わせておく。そこで、通常の測定時と同じように赤外光を照射し、測定を行う。このとき、光検出手段での検出信号が最大になるように、照射側及び検出側のスキャンミラーを調整する。このときのスキャンミラーの向きは、２つの回転軸の回転角のデータとしてコンピュータ等のデータ処理装置に記憶させておけばよい。
また、装置の光軸がずれた場合の微調整もスキャンミラーを調節することで行うことができる。

次に本実施形態の装置を用いたマッピング測定について説明を行う。
図５がその説明図である。光検出手段として単素子の検出器を用いた場合を想定した。図５で丸印の部分(符号５０)が測定光が照射される照射部位、四角印の部分(符号５２)が検出器によって測定される測定部位である。図(ａ)〜(ｃ)に示すように試料の観察範囲を隈なく測定するため、照射側スキャンミラーによって照射部位５０を試料の観察面上で変更してゆく。そして、それに合わせて測定部位５２を検出側スキャンミラーによって変更して行き、試料の観察部位のマッピング測定を行う。このように、検出側スキャンミラーによって、測定部位を変更することができるため、試料自体を移動させることなくマッピング測定を行うことができる。さらに、照射側スキャンミラーによって測定したい部位に効率よく測定光を照射することができるので、精度よく測定を行うことが可能となる。

以上が本発明の装置でのマッピング測定の基本例である。次に他の例について説明する。上記では、照射部位を様々に変更させた場合を説明したが、測定光の照射部位の大きさを十分大きく取っておき、その照射範囲のなかで測定部位を移動させることによって、照射範囲のマッピング測定を行ってもよい。照射部位の大きさの調整は、顕微手段としての対物鏡の倍率や、光照射手段からの光束の径を調整することで行われる
図６がその場合の説明図である。ここでは光検出手段として受光素子を一列に並べた一次元多素子検出器を用いた場合を説明する。照射する光束の径を十分大きくとることで試料面上のマッピング測定を行いたい範囲に光が照射されるようにする。このように照射部位を固定する場合には、照射側スキャンミラーは必ずしも必要ない。図６で丸で囲んだ部分が光照射部位(符号６０)である。そして、図６(ａ)〜(ｃ)に示すように、検出側スキャンミラーの向きを変えることによって次々と測定部位(符号６２)を変更して行き、測定を行う。図６(ａ)で測定部位６２のマス目一つ一つが一次元多素子検出器の受光素子にあたり、受光素子が並んだ方向のマッピング測定は検出器自体の機能を用いて一度に行われる。また、図６(ｂ)、(ｃ)の点線部分は既に測定し終わった範囲を示している。図６(ｃ)に示すように、検出部位を一方向に移動させることによって光照射部位６０内の範囲が隈なくマッピング測定される。また、一次元多素子検出器を用いる場合、アパーチャーの開口形状は、検出器の受光部に合わせてスリット型にする。

このような多素子検出器では、図５のように単一の受光素子を持った検出器を用いて行った場合よりも、測定を高速に行うことができる。
もちろん多素子の検出器を用いた場合でも、図５のように照射部位を次々に変更してマッピング測定を行っても良い。そこで、二次元の多素子検出器を用いた場合を図７を用いて説明する。
光照射部位(符号５６)の大きさは、検出器の測定部位(符号５８)をカバーするように調整されている。そして光照射部位５６内の測定は二次元多素子検出器によるマッピング測定が行われる。さらに、図７(ａ)〜(ｃ)のように、照射部位５６と測定部位５８とを同期させて位置を変更して行き、マッピング測定を行う。このように、多素子検出器を用いることで高速に測定でき、さらにスキャンミラーを併用することでより大きな範囲のマッピング測定を行うことが可能となる。

図８は反射光を測定する場合の光路図を示した。装置構成は図１とほぼ同様である。図１と同様の部分には符号１００を加え説明を省略する。
この場合照射側スキャンミラー１２０は、試料に対して検出側スキャンミラー１１８と同じ側に設置したものが用いられる。光照射手段１１２からの光は、照射側スキャンミラー１２０によって反射され、対物鏡１２６へと送られる。対物鏡１２６によって、試料１２８の特定微小部位に光が集光される。試料１２８からの反射光は再び対物鏡１２６によって集光され、検出側スキャンミラー１１８へと送られる。そして、試料からの反射光は検出側スキャンミラー１１８からアパーチャー１１６へと送られ、測定部位の光のみが選択されて光検出手段１１４で検出される。

ここで、照射側スキャンミラー１２０は、対物鏡１２４と検出側スキャンミラー１１８を結ぶ光路上にあるため、この光路を全て塞ぐことがないように設置しておく。その他の部分は、図１で示した透過測定の場合とほぼ同様である。
なお、以上の実施形態では赤外スペクトル測定の場合を説明したが、言うまでもなく他の波長の光を用いた測定も可能である。
以上説明したように、本発明のマッピング測定装置によればスキャンミラーを用いることで、試料を移動させる必要なくマッピング測定を行うことが可能となった。ステージ駆動のための機構が必要ないため、簡単な装置構成でマッピング測定を実現できる。

本発明の一実施形態に係るマッピング測定装置の概略構成図スキャンミラーの説明図検出側スキャンミラーの説明図照射側スキャンミラーの説明図マッピング測定の一例を説明するための図マッピング測定の一例を説明するための図マッピング測定の一例を説明するための図反射光測定時の概略構成図

符号の説明

１０マッピング測定装置
１２光照射手段
１４光検出手段
１６アパーチャー
１８検出側スキャンミラー
２０照射側スキャンミラー

Claims

試料に光を照射するための光照射手段と、試料からの反射光又は透過光をアパーチャーを介して検出する光検出手段と、を備え、
試料からの反射光又は透過光を前記アパーチャーに通すことで前記光検出手段が検出する光を試料の所定測定部位からの光のみに制限し、該測定部位を変更して測定を行うことで試料の所定範囲のマッピング測定を行うマッピング測定装置において、
前記光照射手段からの光を試料へと導くための照射側スキャンミラーを備え、該照射側スキャンミラーは反射面の向きを変更可能に構成され、前記光照射手段からの照射光の入射方向に対して該照射側スキャンミラーの反射面が可変であることにより光の試料への照射部位を変更することが可能であり、
試料から前記アパーチャーへと至る光路上に検出側スキャンミラーを備え、該検出側スキャンミラーは反射面の向きを変更可能に構成され、前記反射光又は透過光の入射方向に対して該検出側スキャンミラーの反射面が可変であることにより前記光検出手段が検出する測定部位を変更することが可能であり、
該照射側スキャンミラーの反射面の向きと該検出側スキャンミラーの反射面の向きとを制御する制御手段を備え、
該制御手段によって該照射側スキャンミラーの向きを変え照射領域を変更し、前記検出側スキャンミラーの向きとを変えることにより前記照射領域内で該測定部位を移動させることを特徴とするマッピング測定装置。