JPH11109249A - 赤外顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な操作でアパーチャを試料表面の目的の
測定領域又は物体に対応した位置、形状、大きさ及び角
度に設定することのできる赤外顕微鏡を提供する。 【解決手段】 使用者が画面上で３つの点Ｐ１〜Ｐ３を
順次指定すると、表示装置の画面上には、その３点の位
置データに基づいて仮想的に生成されたアパーチャ像が
矩形２４ａとして試料像２３に重畳して表示される。こ
の矩形２４ａの形状、大きさ、試料像２３に対する位置
及び角度に基づいて、実際のアパーチャの形状、大き
さ、試料に対する位置及び角度等が自動的に調節され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は赤外顕微鏡に関し、
特に、試料表面における測定領域を制限するためのアパ
ーチャ等を含む視野制限機構に関する。

【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】視野制限機構は一般に、複数の板状部材
（以下、この部材をアパーチャ板と呼ぶ）を組み合わせ
て成るアパーチャにより試料から来る赤外光の一部のみ
を通過させるアパーチャ部、前記アパーチャの形状、大
きさ等を適宜変更するために前記アパーチャ板の位置や
角度等を調節するためのアパーチャ駆動部、等を備えて
いる。アパーチャ駆動部は、動力源から供給される駆動
力をネジやギヤ等でアパーチャ板や他の構成部品へ伝達
するもので、前記動力源の形式としては、手動式（すな
わち使用者がツマミを回すことにより駆動力を発生させ
る）、電動式（パルスモータ、リニアモータ等により駆
動力を発生させる）等がある。

【０００４】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３２、対物光学系３４、及び試料ステ
ージ３６を含む部分を示す概略構成図であり、このうち
（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断
面図である。また、図４（ａ）のうち、特にアパーチャ
部３２は、その内部構造を示すために垂直断面図により
描いている。この図４を参照しながら各部の構成及び作
用について説明する。

【０００５】まず、試料ステージ３６は、図示せぬステ
ージ駆動部を適宜操作することにより、２次元平面（図
４のＸ−Ｙ平面）内で位置を変更することができるだけ
でなく、高さ（図４のＺ軸方向の位置）も適宜変更する
ことができる。試料ステージ３６の直上には図示せぬレ
ンズ等から成る対物光学系３４が配置されており、更に
その直上にはアパーチャ部３２が、その中心軸が対物光
学系３４の中心軸３３と一致するように配置されてい
る。アパーチャ部３２にはアパーチャホルダ３８及び４
枚のアパーチャ板４０、４１、４２及び４３が含まれて
いる。アパーチャホルダ３８は、図示せぬ赤外顕微鏡の
本体部に、前記中心軸３３を中心として回動可能な状態
で保持されている。また、アパーチャホルダ３８内の４
枚のアパーチャ板４０〜４３のうち、一対の対向するア
パーチャ板４０及び４２は一の直線上を摺動可能であ
り、別の一対のアパーチャ板４１及び４３は前記直線に
直交する他の直線上を摺動可能である。なお、アパーチ
ャ駆動部は、通常、対になったアパーチャ板（４０と４
２、４１と４３）を相互に同期して同じ距離だけそれぞ
れ逆方向に移動させるように構成される。

【０００６】上記赤外顕微鏡により試料の分析を行なう
場合、まず、試料ステージ３６上で対物光学系３４の下
に試料４４を載置し、可視光源４６を点灯する。そし
て、試料ステージ３６のＺ方向の位置を適宜調節する
と、アパーチャ部３２の結像面（上のアパーチャ板と下
のアパーチャ板の接触面）上に試料４４の拡大像４５が
結ばれる。この拡大像４５を図示せぬ目視光学系を通し
て目視確認しながら、使用者は、図示せぬアパーチャ駆
動部を適宜操作することにより、試料４４の拡大像４５
の所望部分のみがアパーチャ４８内に含まれるように、
各アパーチャ板の位置、アパーチャホルダ３８の回転
角、試料ステージ３６のＸ−Ｙ平面上の位置等を調節す
る。以上のようにアパーチャ４８の調節が完了したら、
可視光源４６を消し、赤外光源４７を点灯して、試料４
４で反射される赤外光のスペクトル分析を行なう。

【０００７】一般に、赤外顕微鏡のアパーチャ部には、
図４（ｂ）に示したように、４枚のアパーチャ板を用い
て矩形状のアパーチャを形成するように構成されたもの
が多い。このような赤外顕微鏡を用いる場合、使用者
は、アパーチャの調節作業として、（１）ステージ駆動
部を操作して試料ステージのＸ−Ｙ平面内における位置
を適宜変更することにより、試料に対するアパーチャの
相対位置（Ｘ，Ｙ）を決定する、（２）アパーチャ駆動
部を操作して赤外顕微鏡の本体部に対するアパーチャホ
ルダの回転角を適宜変更することにより、試料に対する
アパーチャの相対角度を決定する、（３）アパーチャ駆
動部を操作して第１の対のアパーチャ板間の距離ｄ１及
び第２の対のアパーチャ板間の距離ｄ２を適宜調節する
ことにより、アパーチャの各辺の長さを決定する、とい
う各作業を行なう必要がある（ただし、各作業を行なう
順序は上記に限らず、適宜変更することもできる）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の赤外顕微鏡にお
いて、上記のようなアパーチャの調節作業を行なう際に
は、例えば、（ａ）ステージ操作部が有するＸ座標設定
スイッチ及びＹ座標設定スイッチを操作して試料ステー
ジの位置を決定し、（ｂ）アパーチャ駆動部が有する角
度設定ツマミを操作してアパーチャホルダの角度を決定
し、（ｃ）アパーチャ駆動部が有する第１距離設定ツマ
ミ及び第２距離設定ツマミを操作して各対のアパーチャ
板間の距離ｄ１及びｄ２を決定する、というように、各
作業毎に設けられた操作手段を一つずつ操作する必要が
あった。ところが、図４に示したような赤外顕微鏡で
は、アパーチャの大きさを試料よりも小さくすると、試
料の全体像を目視確認することができなくなるため、試
料表面上の目的の測定領域にアパーチャを正しく対応さ
せるには相当の注意が必要となり、使用者に負担を強い
ていた。また、非熟練者が上記作業を行なうとアパーチ
ャの調整に時間がかかってしまい、これにより分析効率
が低下していた。

【０００９】上記問題に鑑み、本願出願人は、撮像手段
により撮影された試料像を画像表示手段の画面上に表示
し、更に、アパーチャの実際の開度に対応する信号に基
づいてアパーチャ像を仮想的に生成し、前記試料像に重
畳して表示することにより、アパーチャが試料表面のど
の領域に対応しているかを画面上で容易に確認できる赤
外顕微鏡を先に提案した（特願平８−１４０９５２
号）。これにより、アパーチャの調節作業をそれまでよ
りも容易に行なうことができるようになった。

【００１０】本発明は、上記赤外顕微鏡に更に改良を加
えることにより、更に簡単な操作でアパーチャを試料表
面の目的の測定領域又は物体に対応した位置、形状、大
きさ及び角度に設定することのできる赤外顕微鏡を提供
することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記のような技術的背景
の下に成された本発明に係る赤外顕微鏡は、 a)大きさ及び形状の変更可能な矩形状のアパーチャを有
するアパーチャ部、 b)前記アパーチャの大きさ及び形状を変更するためのア
パーチャ駆動手段、 c)試料に対する前記アパーチャの位置及び角度を変更す
るための位置及び角度変更手段、 d)画像信号を受けて画像を表示する画像表示手段、 e)試料を撮影して試料像を前記画像表示手段に表示する
撮像手段、 f)前記画像表示手段の画面上に矩形状のアパーチャ像を
前記試料像に重畳して表示するとともに、操作者による
入力手段の操作に応じて該アパーチャ像の形状、大き
さ、位置及び角度を変更するアパーチャ像生成手段、 g)前記アパーチャの前記試料に対する形状、大きさ、位
置及び角度が、前記画像表示手段の画面上における前記
アパーチャ像の前記試料像に対する形状、大きさ、位置
及び角度と同一となるように、前記アパーチャ駆動手段
及び位置及び角度変更手段を制御する制御手段、を備え
ることを特徴としている。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明に係る赤外顕微鏡におい
て、アパーチャは、例えば、先に図４に示したように複
数のアパーチャ板を組み合わせて構成することができ
る。アパーチャ駆動手段は、パルスモータやリニアモー
タのように、電気的に制御可能な動力源を利用して構成
する。位置及び角度変更手段は、例えば、２次元平面内
で位置を変更可能な電動Ｘ−Ｙステージと、前記アパー
チャ板を内部に保持し、電気的に制御可能な動力源によ
り回動可能なアパーチャホルダを組み合わせることによ
り構成できる。画像表示手段には、通常に使用される画
像表示装置（ＣＲＴ、液晶ディスプレイ等）が利用でき
る。撮像手段には、通常に使用される撮像装置（ＣＣＤ
カメラ等）が利用できる。アパーチャ像生成手段、入力
手段及び制御手段は、例えば、マウスやキーボード等の
入力装置が接続されたパーソナルコンピュータに所定の
プログラムをインストールし、更に、上記アパーチャ駆
動手段、画像表示手段及び撮像手段を該パーソナルコン
ピュータに接続することにより構成する。

【００１３】本発明に係る赤外顕微鏡の作用は次の通り
である。まず、アパーチャの設定作業において、使用者
は、従来と同様の方法で試料を撮像手段により撮影し、
その像を画像表示手段に表示させる。これとは別に、画
像表示手段には、アパーチャ像生成手段により生成され
たアパーチャの仮想的な像が、上記試料像に重畳して表
示される。ここで、使用者が入力手段を操作すると、そ
の操作に応じてアパーチャ像生成手段が画面上における
アパーチャ像の形状、大きさ、位置及び角度を適宜変更
する。従って、使用者は、画面上に重畳して表示された
試料像とアパーチャ像を目視確認しながら入力手段を適
宜操作することにより、試料像の所望部分がアパーチャ
像内に含まれるようにすることができる。こうして、試
料像の所望部分を含むようにアパーチャ像が確定された
後、制御手段は、実際のアパーチャの試料に対する形
状、大きさ、位置及び角度が、前記画像表示手段の画面
上における前記アパーチャ像の前記試料像に対する形
状、大きさ、位置及び角度と同一となるように、前記ア
パーチャ駆動手段及び位置及び角度変更手段を適宜制御
する。

【００１４】矩形状のアパーチャ像の画面上における形
状、大きさ、位置及び角度を決定する方法としては、例
えば、入力手段により画面上の３点を指定し、その３点
の画面上における位置を示すデータに基づいて、アパー
チャの形状、大きさ、位置及び角度を算出するという方
法が挙げられる。この方法を用いる場合の作用は次のよ
うになる。

【００１５】まず、試料像とアパーチャ像とが重畳して
表示された画像表示手段の画面上において３つの点が指
定されると、アパーチャ像生成手段は、前記３つの点の
位置データに基づいて、新たなアパーチャ像の画像信号
を電気的に生成し、該画像信号を上記撮像手段が出力す
る画像信号に重畳する。すると、画像表示手段の画面上
では、新たな矩形上のアパーチャ像が試料像に重畳して
表示される。このように３点を適宜指定することによ
り、使用者は、試料像の所望部分がアパーチャ像内に含
まれるようにする。こうしてアパーチャ像を確定した
後、使用者は、入力手段を操作して制御手段に赤外スペ
クトル分析の開始を指示する。この指示を受けると、制
御手段は、上記３点の位置データに基づいて、実際のア
パーチャの形状、大きさ、試料に対する位置及び角度を
算出し、その算出結果に基づいて前記アパーチャ駆動手
段及び位置及び角度変更手段を適宜制御する。

【００１６】なお、３点を簡単に指定できるようにする
ため、上記入力手段は、例えば、マウスカーソルをディ
スプレイの画面上の所望の位置にセットしてマウスのボ
タンをクリックすることによりその点の画面上における
位置データが取得される、というような従来より一般に
知られている構成とすることが好ましい。

【００１７】アパーチャの形状、大きさ、試料に対する
位置及び角度を決定するための変数及びその算出方法に
ついて説明する。一般に、２次元平面上において矩形の
形状、大きさ、平面上における位置及び角度を決定する
には５つの変数、すなわち、矩形の基準点の位置を決定
するための第１変数及び第２変数、矩形の基準線の角度
（方向）を決定するための第３変数、及び、前記アパー
チャの形状及び大きさを決定するための第４変数及び第
５変数、が必要となる。ここで、矩形の基準点として利
用できる点としては、例えば、矩形が有する４つの頂点
のうちの１つや、矩形が有する２本の対角線の交点が挙
げられる。このうち、１頂点を矩形の基準点とする場
合、矩形の角度は、例えば、前記頂点を一端とする１辺
の、試料に対する角度と定義する。また、対角線の交点
を矩形の基準点とする場合、矩形の角度は、例えば、対
角線のうちの１本の、試料に対する角度と定義する。

【００１８】本発明において、上記５つの変数を、例え
ば、第１の点の位置データに基づいて前記第１変数及び
第２変数の値を設定する第１ステップ、第１の点及び第
２の点の位置データに基づいて前記第３変数及び第４変
数の値を設定する第２ステップ、及び、全３点の位置デ
ータに基づいて前記第５変数の値を設定する第３ステッ
プ、という３つのステップを含む行程により決定するよ
うにすると、少ない手順で簡単にアパーチャに関する各
種変数の設定を行なうことができる。なお、この行程の
より具体的な例については後述する実施例で説明するこ
ととする。

【００１９】

【発明の効果】本発明に係る赤外顕微鏡によれば、例え
ば、マウスを用いてディスプレイの画面上の３点を順次
指定する、というような簡単な操作を行なうだけで、自
動的にアパーチャの形状、大きさ、試料に対する位置及
び角度を示す変数が決定され、それに応じて実際のアパ
ーチャの調節も自動的に行なわれる。従って、赤外顕微
鏡による分析を従来よりも高い効率で行なうことができ
る。

【００２０】

【実施例】図１は本発明の一実施例である赤外顕微鏡シ
ステム１０の概略的構成を示す図である。この赤外顕微
鏡システム１０は、赤外分析部１２及びデータ処理部１
４から主として構成されている。

【００２１】赤外分析部１２は、赤外光及び可視光を試
料に照射するための光源部、試料ステージ、該試料ステ
ージの位置を変更するためのステージ駆動部、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、複数のアパーチャ板を組み合わ
せて成る矩形上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、該アパーチャ部の各部品を機械的に駆動するための
電動式アパーチャ駆動部、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、等を備えるものであ
る。ただし、図１では、試料ステージ１２ａ及びアパー
チャ部１２ｂ以外は図示していない。

【００２２】データ処理部１４は中央制御部１６にキー
ボード１８、マウス２０及び表示装置２１を接続して成
るシステムである。なお、中央制御部１６は赤外分析部
１２とも接続されている。

【００２３】以上のような赤外顕微鏡システム１０にお
いて、赤外分析部１２の撮像部が出力する電気信号は中
央制御部１６において画像信号に変換され、該画像信号
は表示装置２１へ送られる。こうして、表示装置２１の
画面２２に試料像２３が表示される。これとは別に、画
面２２には、赤外分析部１２のアパーチャ部１２ｂが有
するアパーチャ（図示せず）の像２４（破線で示した矩
形）が、試料ステージ１２ａ上の試料（図示せず）の像
２３と重畳して表示される。ただし、このアパーチャ像
２４は、その時点におけるアパーチャの実際の大きさ、
形状等を示すものではなく、画面２２上に仮想的に生成
したものである。なお、画面２２上に表示された矢印２
５はマウスカーソルである。また、画面２２の縦方向及
び横方向は、試料ステージ１２ａの上面におけるＸ方向
及びＹ方向に対応する（図４参照）。

【００２４】上記のように画面２２上に重畳して表示さ
れた試料像２３とアパーチャ像２４を目視確認しなが
ら、使用者は、マウス２０を操作して、アパーチャ像２
４の形状、大きさ、試料像２４に対する位置及び角度を
設定する。この設定方法の具体例を図２、図３を参照し
ながら説明する。

【００２５】図２（ａ）〜（ｃ）は第１の設定方法の手
順を示す図である。いま、画面２２上に表示された試料
像２３の斜線部分２６を含むような矩形２４ａを画面２
２上で形成する場合を考える。この場合、まず第１ステ
ップとして、図２（ａ）に示したように、矩形２４ａの
頂点の１つとなるべき点Ｐ１（ｐ１，ｑ１）を指定し、
これを矩形２４ａを描くための基点（第１の点）とす
る。次に、第２ステップとして、図２（ｂ）に示したよ
うに、矩形２４ａの頂点のうち上記点Ｐ１に隣接する頂
点となるべき点Ｐ２を第２の点として指定する。これに
より、矩形２４ａの１辺Ｐ１Ｐ２の長さＬ及び角度（例
えば図に示した角度φ）が決定される。最後に、第３ス
テップとして、図２（ｃ）に示したように、辺Ｐ１Ｐ２
に対向する辺の上に来るべき第３の点Ｐ３を指定する。
これにより、辺Ｐ１Ｐ２に隣接する辺の長さｌも決定さ
れる。かくして、矩形２４ａの形状、大きさ、画面２２
上での位置及び角度が完全に決定されたことになる。

【００２６】図３（ａ）〜（ｃ）は矩形の形状、大きさ
等を決定する第２の設定方法の手順を示す図である。こ
の方法では、まず第１ステップとして、描こうとする矩
形２８の対角線の交点を第１の点Ｐ１として指定する。
次に、第２ステップとして、図２（ｂ）に示したよう
に、矩形２８の頂点の１つとなるべき点Ｐ２を第２の点
として指定する。最後に第３ステップとして、図２
（ｃ）に示したように、点Ｐ１を中心とし、２点Ｐ１と
Ｐ２の間の距離に等しい半径を有する円の円周上におい
て、上記点Ｐ２に隣接する頂点となるべき点Ｐ３を第３
の点として指定する。かくして、対角線の交点Ｐ１、２
つの隣接する頂点Ｐ２及びＰ３が指定されれば、矩形２
８の形状、大きさ、平面上での位置及び角度が完全が決
定されたことになる。

【００２７】以上のような方法で表示装置２１の画面２
２上に所望のアパーチャ像２４を描き終わったら、使用
者はマウス２０又はキーボード１８を操作して中央制御
部１６に、アパーチャの設定完了を指示する信号を送
る。この操作は、例えば、画面上に表示された「設定完
了」ボタン上にマウスカーソル２５を位置させてマウス
２０のボタンをクリックする、という操作に相当する。
設定完了を指示する信号を受け取ると、中央制御部１６
は、赤外分析部１２のステージ駆動部やアパーチャ駆動
部を駆動する信号を適宜出力することにより、実際の試
料を基準としたアパーチャの相対的な位置や大きさ等
が、試料像２３を基準としたアパーチャ像２４の相対的
な位置や大きさ等と一致するようにする。

【００２８】なお、本発明に係る赤外顕微鏡の実施例は
上記に限られることはなく、本発明の精神及び範囲内で
様々に変形可能であることは言うまでもない。

【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
の概略的構成図。

【図２】 （ａ）〜（ｃ）アパーチャの形状、大きさ等
を設定する第１の方法を示す図。

【図３】 （ａ）〜（ｃ）アパーチャの形状、大きさ等
を設定する第２の方法を示す図。

【図４】 従来より知られている赤外顕微鏡の一部を示
す概略構成図であり、このうち（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 １２…赤外分析部 １４…データ処理部 １６…中央制御部 ２０…マウス ２１…表示装置 ２２…画面 ２３…試料像 ２４…アパーチャ像

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 a)大きさ及び形状の変更可能な矩形状の
   アパーチャを有するアパーチャ部、 b)前記アパーチャの大きさ及び形状を変更するためのア
   パーチャ駆動手段、 c)試料に対する前記アパーチャの位置及び角度を変更す
   るための位置及び角度変更手段、 d)画像信号を受けて画像を表示する画像表示手段、 e)試料を撮影して試料像を前記画像表示手段に表示する
   撮像手段、 f)前記画像表示手段の画面上に矩形状のアパーチャ像を
   前記試料像に重畳して表示するとともに、操作者による
   入力手段の操作に応じて該アパーチャ像の形状、大き
   さ、位置及び角度を変更するアパーチャ像生成手段、 g)前記アパーチャの前記試料に対する形状、大きさ、位
   置及び角度が、前記画像表示手段の画面上における前記
   アパーチャ像の前記試料像に対する形状、大きさ、位置
   及び角度と同一となるように、前記アパーチャ駆動手段
   及び位置及び角度変更手段を制御する制御手段、を備え
   ることを特徴とする赤外顕微鏡。