JP4511713B2

JP4511713B2 - マッピング測定可能な顕微装置及びマッピング方法

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Publication number: JP4511713B2
Application number: JP2000351414A
Authority: JP
Inventors: 利之名越; 雅嗣川崎; 高雅千坂
Original assignee: Jasco Corp
Current assignee: Jasco Corp
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2020-11-17
Also published as: JP2002156328A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は顕微装置及びそれを用いた被測定試料のマッピング方法、特にマッピング測定可能な顕微装置における被測定試料のマッピング測定機構及び方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
いわゆる顕微鏡を用い、各種被測定物の物性等を測定することが広く行われており、例えば顕微鏡を用いて被測定物の赤外スペクトルを測定し、該赤外スペクトル特性より被測定物の特定微小部位の成分などを分析することが可能となっている。
【０００３】
このような顕微鏡によって、被測定試料を高倍率で拡大観察すると、その視野は非常に狭いものとなり、測定対象である被測定物の特定範囲を全体的に捕らえることが困難となる。そこで被測定試料の全体または特定の範囲を全体的に捕らえるために、高倍率で観察した観察像やスペクトルをマッピングし、前記マッピングによって高倍率観察像や物性的分布など広視野の測定データを視覚的に確認する技術などが存在した。
【０００４】
このようなマッピングは、従来では被測定物が載置されたサンプルステージを駆動し、被測定物の測定部位を１点１点測定して行く方法、或いは２次元検出器を用いる方法が採られていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
被測定物が載置されたサンプルステージを駆動し、被測定物の測定部位を１点１点測定して行く方法では、視野を制限するアパーチャが光軸に対して対称となるように動作するよう構成されていたため、測定部位が光軸と一致するようにサンプルステージを駆動して測定部位を変更することが必要とされた。この方法は１点測定からの拡張が容易でマッピング領域が広い場合に有効であったものの、サンプルステージの移動によって被測定物がずれてしまい、ステージの駆動量と被測定物の位置関係が変化してしまうことがあり、このような場合には正確なマッピングが行えず、初めから測定をやり直さなければならなかった。また、アパーチャによってマッピング測定範囲を制限すると光軸近辺にある極微小な範囲のマッピングしか行うことはできず、測定を所望する部位が同じ視野内にあっても、アパーチャを設定したときにアパーチャの開口範囲に測定を所望する部位が入るように光軸近辺に配置しなおす作業が必要とされ、広範囲なマッピング測定を行うことに非常に煩雑な作業が必要とされていた。
【０００６】
また２次元検出器を用いる方法では２次元検出器自体が顕微アパーチャの機能を兼ね備えていたため、同一視野内のある程度の範囲でマッピングを行うことができ、このため同視野内でのマッピング測定が高速となるものであった。しかし、２次元検出器は高価であり、収差なく検出器面に試料像が結像する必要があるため、光学系が難しくなると言う問題があった。さらに広い領域をマッピングする場合には前記した１点１点測定して行く方法を兼用する必要がある上、赤外に用いられる場合を例にとると、２次元検出器は読み取りスピードが通常の赤外検出器に比べて遅いため、一般的なＦＴＩＲの駆動速度でデータをサンプリングすることが困難であった。このため一般に２次元検出器を使用する場合は、ステップスキャン方式により、データをサンプリングすると言う方法が採られた。即ち、ステップ駆動が可能なＦＴＩＲが必要とされたのである。
【０００７】
このように従来の被測定物のマッピングを行う装置及び方法は、煩雑な作業が必要とされるか、装置が複雑化し、高価となってしまうと言う問題があった。
本発明は前記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、被測定物のマッピングを行うために煩雑な作業を必要とせず、光学系を複雑化させることなく、比較的安価なマッピングを行い得る装置を提供し、前記装置を用いて、比較的簡単にマッピングを行う方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明にかかる顕微装置は、被測定試料のマッピング測定を行い得る顕微装置において、被測定試料を載置するステージと、被測定試料の観察面と共役な面内に配置され、被測定試料の観察範囲を開口の大きさによって制限可能なアパーチャを備えており、前記アパーチャは、被測定試料の観察面と共役な面内で、顕微装置の光軸を中心としない開口を設定可能であり、前記アパーチャの開口位置を調整することによって、観察面と平行な面内でステージを動かすことなく被測定試料の特定範囲のマッピング測定を行うことを特徴とする。
【０００９】
また本発明の顕微装置において、被測定試料を拡大観察するための光学系と、被測定試料の観察面に光を照射するための光源と、被測定試料からの光の検知を行う検知手段と、マッピングを行う特定範囲をさらに細分化した部位に分け、前記細分化した部位の一つに該アパーチャの開口を一致させて、前記検知手段を作動させる制御手段と、を有し、該制御手段は、細分化された全てまたは複数の部位について、順次開口を一致させ、検知手段を作動させることによってマッピングを行うことが好適である。
また本発明の顕微装置において、該顕微装置が被測定試料の観察面に接触する全反射プリズムを有する全反射測定装置であることが好適である。
【００１０】
また本発明の顕微装置において、該全反射プリズムの被測定試料接触面の形状が平面型の全反射プリズムであることが好適である。
また本発明における被測定試料のマッピング方法は、前記顕微装置を用いて行うマッピング方法であって、該アパーチャの開口位置を調整することによって、観察面と平行な面内でステージを動かすことなく被測定試料の特定範囲のマッピング測定を行うことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の顕微装置の一実施形態を用いて、本発明を詳細に説明する。
図１に本発明の一実施形態である顕微装置の断面概要図を記載する。
同図に示すように、本発明における顕微装置２は被測定試料４を載置するステージ６と、被測定試料４を拡大観察するためのレンズ８、１０、半透過鏡１２からなる光学系１４と、被測定試料４の観察面ａに光を照射するための光源１６と、被測定試料４からの光の検知を行う検知手段１６と、制御手段２０とを有している。
【００１２】
本実施形態においては光源及び検出手段には分光光度計（１６）が用いられており、分光光度計が両者の役割を果たしている。またハーフミラー１２の反射光は接眼レンズ１８に導入されるようになっており、被測定試料の拡大像を目視観察可能である。
【００１３】
そして、前記顕微装置２において特徴的なことは、被測定試料４の観察面ａと共役な面ｂ内に配置され、被測定試料４の観察範囲を開口の大きさによって制限可能なアパーチャ２２を備えており、前記アパーチャ２２は、被測定試料の観察面ａと共役な面ｂ内で、顕微装置２の光軸２４を中心としない開口を設定可能であり、前記アパーチャ２２の開口位置を調整することによって、ステージ６を観察面ａと平行な面内で動かすことなく被測定試料４の特定範囲のマッピング測定を行うことができることである。
【００１４】
これは顕微アパーチャが被測定試料４の観察面ａと共役な面ｂ内にあり、顕微アパーチャで光を制限することは測定する被測定試料の観察領域を制限することと等価であることから可能となっている。
【００１５】
図２に本実施形態におけるアパーチャの構成図を記載する。
同図（ａ）に示すように本実施形態におけるアパーチャは、４枚の板２６、２８、３０、３２からなっており、左右の板２６、２８の間隔、及び上下の板３０、３２の間隔を調整することによって任意の大きさの開口が設定可能である。
【００１６】
このようなアパーチャの動作説明図を図３に記載する。
従来では図３（ａ）に示すように円形３４に示した顕微鏡における視野において、中心に位置する光軸２４に対して左右の板２６、２８及び上下の板３０、３２はそれぞれが対称に動作するように構成されていたのである。つまりアパーチャによって設定される開口は常に光軸を中心として設定することしかできないものであった。ところが本発明はそれぞれの板２６、２８、３０、３２をそれぞれ独立して動作可能とし、図３（ｂ）のように光軸２４を中心としない開口を設定可能としたのである。
【００１７】
これによって光軸を中心としない開口を設定し、その部位のマッピングを行うことができるため、ステージを動かすことなく同一視野にある部位またはある特定の範囲のマッピングを行うことができる。
【００１８】
なお本実施形態では４枚の板によるアパーチャを用いているが本発明はこれに限られるものではなく、図２（ｂ）に記載したような、円形の絞り状のアパーチャなどでもよく、光軸を中心としない開口が設定可能であればアパーチャの形態に特に限定は無い。
【００１９】
このような構成によって、マッピング測定の際に、マッピング測定部位を光軸と一致させるという煩雑な作業を軽減することができるとともに、通常の検知器で測定を行うことが可能となるため、装置のコストを下げることができるようになる。
【００２０】
本発明においてさらに特徴的なことは、制御手段２０がマッピングを行う特定範囲をさらに細分化した部位に分け、前記細分化した部位の一つに該アパーチャの開口を一致させて、前記検知手段を作動させることである。
【００２１】
本実施形態において、制御手段２０はパーソナルコンピュータによって構成されている。この制御手段２０は光源及び検知手段を兼ねる分光光度計１６と双方向で通信可能で、分光光度計から被測定試料に照射する光の波長の制御し、その制御状態を監視するとともに、照射した波長で検知される被測定物からの光の強度を制御手段であるコンピュータのハードディスクに記憶することが可能となっている。そして、測定結果を解析し、グラフ化してコンピュータのディスプレイに表示させることも可能である。
【００２２】
また制御手段２０はアパーチャ２２の動作を制御することができ、分光光度計の動作状況とあわせてアパーチャの開口を設定する位置を制御するように構成されている。
【００２３】
このような構成によって該制御手段２０は、細分化された全てまたは複数の部位について、順次開口を一致させ、検知手段を作動させることによってマッピングを行うことができる。
【００２４】
図４に制御手段によってマッピングが行われる手順を説明するための説明図を記載する。
同図（ａ）に示すように、視野３６内でマッピングを行いたい場合には、視野の全範囲において、さらに微小な範囲群３８を設定し、各微小な範囲３８にアパーチャの開口を一致させて測定を行い、微小な範囲３８それぞれで順次測定を行って行きマッピングするのである。
【００２５】
なお、このように視野内全域のマッピングでなく、図４（ｂ）に示すように、視野３６内の一部において、マッピング領域４０を定め、このマッピング領域４０内において微小な範囲群４２にアパーチャの開口を一致させて測定を行い、微小な範囲４２それぞれで順次測定を行っていきマッピングすることも可能である。
【００２６】
このように、マッピング作業にステージの移動を極力使用することがない本発明の顕微装置は、被測定試料の観察面に接触する全反射プリズムを有する全反射測定装置であることが好適である。
【００２７】
全反射測定装置は、試料面にプリズムを接触させて、プリズム−被測定試料の境界で光を反射させ、その反射光を測定するものである。これによって、吸光度の大きな測定対象であっても光学的な解析が可能となる。
【００２８】
このような全反射測定装置では、被測定試料にプリズムを接触させる必要があり、従来全反射測定装置でマッピングを行うには、プリズムを被測定試料に接触させて測定を行った後、プリズムを被測定試料から離して次の測定点に移動し、再びプリズムを接触させ測定を行うという手順でマッピングを行っていたが、本発明の顕微装置であれば、プリズムを一度被測定試料に接触させれば、特定の広い範囲でマッピングを行うことができるためマッピングの測定にかかる時間を大幅に短縮することができる。
【００２９】
また、被測定試料に対して、プリズムの接触−隔離が繰り返される従来の方法では被測定試料に多大なダメージを与えてしまうこともあったが、本発明の顕微装置では被測定試料に与えるダメージを最小限に抑えることが可能となる。
【００３０】
さらに全反射測定装置では被測定試料へのプリズムの押し付け圧力が測定結果に影響を与えるため、従来のように各測定点でプリズムを接触しなおすマッピング測定では、プリズムの押し付け圧力が変わってしまい、正確な結果が得られないこともあったが、本発明の顕微装置では一度プリズムを被測定試料に接触させると、特定の広い範囲でマッピングを行うことができるためプリズムの押し付け圧力を均一な圧力下でマッピング測定を行うことができる。
【００３１】
なお、このような全反射測定装置で用いられるプリズムには被測定試料に接触する接触面が平面型のものと、曲面型のものが存在するが、本発明の顕微装置においては、該全反射プリズムの被測定試料接触面の形状が平面型の全反射プリズムであることが好適である。
【００３２】
このように平面型の全反射プリズムを使用るすることによって、プリズムを被測定試料に接触させた際に、より広い面にプリズムが接触するため、被測定試料にプリズムを一度押し付けることで好適にマッピング測定を行うことが可能となる。
【００３３】
なお、本実施形態では被測定試料に照射する光が赤外光である顕微装置を用いて説明したが、本発明はこれに限られるものでなく、紫外光や可視光などの各種光源を使用する装置において適用が可能であり、特に限定は無い。
【００３４】
このように本発明の顕微装置は、アパーチャの開口位置を調整することによって、被測定試料の特定の範囲のマッピングを行い得るため、ステージを被測定試料の観察面と平行な面内で動かす必要が無い。よって、本発明におけるマッピング方法は、前記顕微装置を用いて行うマッピング方法であって、該アパーチャの開口位置を調整することによって、観察面と平行な面内でステージを動かすことなく被測定試料の特定範囲のマッピング測定を行うことが好適である。
【００３５】
このようなマッピング方法によって、測定時間が大幅に短縮されることはもちろん、全反射測定装置が行い得る本発明の装置で適用すれば、被測定試料に与えるダメージを最小限に抑えることが可能となる上、プリズムの押し付け圧力を均一な圧力下でマッピング測定を行うことができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の顕微装置及びマッピング方法を用いれば、測定時間を大幅に短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一実施形態である顕微装置の断面概要図である。
【図２】図２は本実施形態におけるアパーチャの構成図である。
【図３】図３は本発明の一実施形態におけるアパーチャの動作説明図である。
【図４】図４は本発明の一実施形態での制御手段によるマッピング手順を説明するための説明図である。
【符号の説明】
２顕微装置
４被測定試料
６ステージ
８、１０レンズ
１２半透過鏡
１４光学系
１６光源、検知手段（分光光度計）
２０制御手段

Claims

被測定試料のマッピング測定を行い得る顕微装置において、
被測定試料を載置するステージと、
被測定試料の観察面と共役な面に配置され、被測定試料の観察範囲を開口の大きさによって制限可能なアパーチャと、
被測定試料の観察面に接触する全反射プリズムと、
マッピングを行う特定範囲をさらに細分化した部位に分け、前記細分化した部位の一つに該アパーチャの開口を一致させて、前記検知手段を作動させる制御手段と、
を備えており、
前記アパーチャは、共役面上に対向配置され且つ独立して動作可能な２枚の板を２組有しており、対向する板の間隔を調整し、顕微装置の光軸を中心としない開口を設定可能であり、
前記制御手段は、細分化された全てまたは複数の部位について、順次開口を一致させ、検知手段を作動させることによって、ステージ及び全反射プリズムを動かすことなく、マッピング測定を行うことを特徴とする顕微装置。
請求項１に記載の顕微装置において、該全反射プリズムの被測定試料接触面の形状が平面型の全反射プリズムであることを特徴とする顕微装置。
顕微装置を用いて行うマッピング方法であって、
被測定試料の観察面に全反射プリズムを配置し、
観察面との共役面上に対向配置され且つ独立して動作可能な２枚の板を、２組有したアパーチャの、該対向する板の間隔を調整して、顕微装置の光軸を中心としない開口を設定し、
マッピングを行う特定範囲をさらに細分化した部位に分け、前記細分化した部位の一つに該アパーチャの開口を一致させて、前記検知手段を作動させ、
細分化された全てまたは複数の部位について、順次開口を一致させ、検知手段を作動させることによって、ステージ及び全反射プリズムを動かすことなく、マッピング測定を行うことを特徴とする被測定試料のマッピング方法。