JPS61213974A - 光散乱画像解析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の分野］ 本発明は、物体内の微細な構造または組成等を散乱光ま
たは螢光を利用して解析するための装置に関する。

［従来の技術］ 従来、この種の光散乱画像解析装置として、被検物体に
対して前記被検物体を透過する所定の径の光束を照射し
、前記光束の光軸と交叉する方向を観察光軸とすると共
にその観察光軸内に分光手段を設け、被検物体内の前記
光束による散乱光のうち特定波長の光のみ抽出してこれ
を画像情報として得るようにしたものが知られている（
特開昭５４−１０９４８８号公報参照）。

被検物体内を透過する光束による散乱光は、被検物体が
結晶体であれば、光束透過部分における結晶構造の影響
を受け、例えば屈折率変動、コロイダル粒子の混在、格
子欠陥、結晶の方位性不均一などがあれば、均質結晶に
は見られない散乱を呈する。上記装置は、この散乱光を
検出して解析し、被検物体内の結晶構造等を知ろうとす
るものである。

また、散乱光には、照射光束と同一周波数の弾性散乱光
と、周波数が遷移するラマン散乱光やプリルアン散乱光
があり、これら各種の散乱光の輝度や周波数変化量は、
その散乱光が発生した点の状況をそれぞれ異なる面から
表わしている。例えば、ラマン散乱は結晶の格子振動に
対応する周波数変化をともなうので、散乱光の分光特性
からラマン散乱光のピーク波長のずれや光量の増減を検
査すれば、結晶の格子欠陥や不純物濃度についての情報
を定量的に得ることができる。また、プリルアン散乱は
結晶格子の熱振動を反映しており、ラマン散乱と同様に
格子欠陥や含有不純物に関する情報を表わしている。

したがって、上記装置においては、散乱光の種類ごとに
周波数が異なることに着目して分光手段を用いて特定の
散乱光を検出し、より正確な解析を行なおうとしている
。　。

ところで、被検物体に光束を透過させると、被検物体か
らは上記の各種散乱光とともに螢光が発生することがあ
り、これらの螢光と散乱光とは合成されて観察光軸に入
射する（以下、この入射光を観察光という）。そして、
この螢光と散乱光の波長が分光手段の同一波長帯にある
場合、これらの螢光と散乱光は上記分光手段では分離で
きない。

すなわち、上記従来装置においては、螢光の波長および
輝度によっては、各散乱光の輝度や波長の測定精度が悪
くなり、したがって被検物体の微細な構造および組成等
の結晶解析が不正確となったり、解析不可能となるおそ
れがあった。

［発明の目的］ 本発明は、上述の従来形における問題点に鑑みてなされ
たもので、螢光と散乱光とを、たとえこれらが同一波長
帯にあっても分離可能な光散乱画像解析装置を提供する
ことを目的とする。

［発明の概要］ 本発明は、散乱光が光束照射時のみ発生するのに対し、
螢光は光束照射を停止した後もある時間かかって減衰す
ることに着目して完成されたもので、光束を断続的に照
射し、光束の休止期間の観察光を螢光として検出し、こ
の螢光の輝度に基づいて上記休止期間前の光束照射中に
おける螢光成分を算出し、光束照射中の観察光よりこの
螢光成分を差し引いて散乱光成分を得るものである。

［実施例の説明］ ゛以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る光散乱画像解析装置
の構成を示す。同図に”おいて、１は連続光を出射する
レーザ発振器、２はレーザ発振器１からの光を所定の周
期で断続するキャビティダンパ（光束遮断器）、３はミ
ラー、４は集光レンズ、５は試料、６は試料載置台、７
は試料５からの観察光を集光するレンズ、８は干渉形弁
光器である。

９はゲート付イメージインテンシファイア等の撮像管や
ＣＯＤ等の固体撮像素子□または２次元受光素子アレイ
等の２次元光検出器である。１０はＣＰＵで、この装置
全体の動作を制御するとともに２次元光検出器９の出力
を画像情報として演算処理により試料５の断層像を画像
化する。１１はフレームメモリ、１２はＣＲＴ等のディ
スプレイである。

この装置においては、２次元光検出器９上に投影される
像（分光像）をそのまま画像としてディスプレイ１２に
表示することも可能である。

第２図は、上記分光像のディスプレイ１２への表示例を
示す。同図において、水平方向の位置が波長を表わし、
垂直方向の位置は試料５内の透過光束光軸上の位置を表
わす。例えば、横線ａ、ｂ。

Ｃがそれぞれ第１図の試料５上の点ａ、ｂ、ｃに対応す
る。つまり、試料５内を透過する光束上の１点からの観
察光は分光器８により水平方向に展開され、観察光が連
続スペクトラム光であれば水平方向の直線として２次元
検出器９上に投影される。

第１図に戻って、１３は試料載置台６を水平方向に駆動
するパルスモータで、これにより、試料５を移動して試
料５の所望の断面を光束により走査させることができる
。１４は観察光の一部を目視観察用のスコープ１５に分
配するためのハーフミラ−である。スコープ１５では、
試料５の透過光束による散乱光を直線像として直接目視
観察することができる。

第１図の装置において、レーザ発振器１から出射された
光束はキャビティダンパ２で所定の周期で開閉される。

キャビティダンパ２を通過した光束は、ミラー３で光路
を定められ、必要に応じて偏光方向も決められて、レン
ズ４により細く絞られ、試料５に側面（図では下方）か
ら入射する。

入射した光束は試料５を透過するが、その過程において
散乱される。この散乱光は、試料５の上方に配置したレ
ンズ７で集光されスリット１６を介し光束の光軸に沿っ
た直線像として分光器８内に導入される。この場合、分
光器８が無いものとすれば、試料５からの上記直線像は
２次元光検出器９上に縦方向の直線上の像として投影さ
れるのであるが、分光器８ではこの直線像を波長帯別に
横方向に展開して２次元光検出器９上に投影する。２次
元光検出器９では、ＣＰ　Ｕ　１０からのパルス信号に
応答してその時の投影像に応じた画像信号を出力する。

ｃ　ｐ　ｕ　ｉｏでは、２次元光検出器９からの画像信
号を画像情報として取り込む。

但しこの場合の画像信号は、上述のように試料５内の光
束が透過する直線部分のみの情報でしかない。そこで、
この装置では、ＣＰＵ１０によりパルスモータ１３を駆
動し、試料載置台６、したがって試料５を光束の光軸と
交叉する方向（図では左右方向）に微小量ずつ移動しな
がら上記画像情報を取り込み記憶することにより、試料
５の所定の断面の全体についての画像情報を得ている。

そして、記憶した試料５内の上記断面の各部の画像情報
に基づいて画像化処理を行ない、フレームメモリ１１に
記憶し、この記憶した画像をディスプレイ１２に表示す
る。また、試料を図面垂直方向に移動させながら上記画
像情報を取り込めば、垂直方向の断面画像を得て表示す
ることもできる。また、この画像情報から、試料内５の
所望の点、線、断面または試料全体等所望部分における
散乱光の波長特性を得ることもできる。

つまり、分光器８の射出口は、第２図に示すように結晶
内のレーザビームが透過した位置と波長軸になっている
。したがって、特定の波長例えばλ１．λ２についての
み測光し、結晶を移動していくと、結晶内の分光像が得
られる。また、この測定により、３次元的な欠陥の位置
情報と波長特性が得られる。

次に、散乱光と螢光の波長帯とが同一である場合につい
て説明する。試料５に光束を入射すると、試料５からは
、非線形光、透過光、螢光および散乱光が出射される。

非線形光は、波長が透過光の１／２または１／３の光で
あり、分光手段により容易に分離することができる。ま
た、透過光は光束の光軸と交叉する方向を観察光軸とす
れば、これも分離は容易である。しかし、螢光は、上述
の゛ように波長が散乱光の波長と極めて近似している場
合がある。この場合、螢光と散乱光とは分光手段によっ
ては分離し得ない。

そこで、ここでは、試料５への透過光束を遮断したとき
、非線形光、透過光および散乱光では緩和時間がＯであ
るのに対し、螢光では寿命があるという点に着目してい
る。すなわち、キャビティダンパ２によってレーザ発振
器１からの光束を断続し、光束透過中に２次元光検出器
９の出力より各波長成分の輝度を予め測定する。一方、
光束が遮断した時（光束の休止期間中）は、第３図の示
す所定の時間ｔＩ＋　ｔ２＋・・・秒における２次元光
検出器９の出力を検査し、この時検出された波長の光を
螢光と判断して螢光の輝度を測定し螢光の減衰曲線（第
３図）を得る。そして、この減衰曲線より、光束透過中
の螢光成分の想定を行ない、光束透過中の出力信号より
この螢光弁を引き、散乱弁を求める。この螢光成分分離
方法は、散乱光の中でもうマン散乱およびプリルアン散
乱の測定に都合がよい。

これらの動作は、第１図の装置においてはＣＰＵ１０の
制御の下に行なわれる。また、上記螢光成分の想定は、
上記第３図を参照して説明すると、この減衰曲線を時間
Ｏ側に延長することによって光束透過中の時間ｔｏにお
ける螢光成分を求める。

ｃ　ｐ　ｕ　ｉｏの動作としては、例えば上記減衰曲線
を時間ｔｌ　、ｔ２のデータを用いて指数関数等で近似
し、次にこの関数に時間ｔｏを代入すればこの時間ｔｏ
の螢光成分を得ることができる。

第１図の装置においては、このような時分割分光法を採
用することにより、光束入射中の特定波長の散乱光と螢
光の輝度を分離でき、分離されたデータを基に被検物体
の螢光断面像や散乱光断面像を得ることができる。また
、螢光は波長によって寿命が異なるが、上記の寿命測定
を各波長成分について行なうことにより、第４図に示す
ような螢光寿命曲線像を得ることも可能である。さらに
、入力パルスレーザビームのパルス幅を変えて螢光強度
を測定することにより、第５図に示すような発光強度の
ファティーグ現象を観測することも可能である。これら
の曲Ｉｉ像も上記断面像と同様にディスプレイ１２に表
示することが可能である。

［発明の効果１ このように本発明によると、光散乱画像解析装置におい
て、螢光のみの輝度を検出するようにしたため、光散乱
に伴なう螢光を分離して散乱光のみの輝度を検出するこ
とが可能となり、弾性散乱、ラマン散乱、プリルアン散
乱および螢光の輝度を確実に分離して測定することがで
き、したがって、被検物体内の微細な構造あるいは組成
等をより正確に解析することができるようになうた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る光散乱画像解析装置の
概略構成図、第２図は第１図の装置の分光器出射口から
２次元光検出器へ投影される像の説明図、第３図は第１
図の装置の時分割分光動作における信号の関係を示すグ
ラフ、第４図は螢光寿命像の図、第５図は発光強度の７
アテイーグ坦象を示すグラフである。 １・：レーザ発振器、２：キャビティダンパ、５：試料
、８：分光器、９：２次元光検出器、ｉｏ：　ｃｐｕ、
１２：ディスプレイ。 特許出願人　三井金属鉱業株式会社 代即人　　弁理士　伊東辰雄

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検物体に対して該被検物体を透過する所定の径の
   光束を間欠的に照射するパルス光束照射手段と、該光束
   の光軸と交叉する方向を観察光軸として該光束により被
   検物体内で発生する散乱光および螢光からなる観察光を
   画像情報として検出する画像情報検出手段とを具備する
   光散乱画像解析装置であつて、上記パルス光束の休止期
   間中の観察光の残光成分に基づき上記パルス光束出射期
   間中の螢光成分量を算出する螢光分検出手段と、上記観
   察光から上記螢光成分量を除去する螢光分分離手段を設
   けたことを特徴とする光散乱画像解析装置。 ２、前記画像情報検出手段が、前記観察光を各波長帯成
   分に分光する分光手段を有する特許請求の範囲第１項記
   載の光散乱画像解析装置。 ３、前記螢光分検出手段が、前記分光手段かららの出力
   より波長別に前記残光成分を検出するものである特許請
   求の範囲第２項記載の光散乱画像解析装置。 ４、前記螢光検出手段が、前記残光成分を前記光束休止
   後の所定時間ごとに検出して前記螢光成分の減衰特性を
   関数で近似し、次いで、この関数に光束休止前の時間を
   間挿して前記照射期間中の螢光成分量を算出するもので
   ある特許請求の範囲第１、２または３項記載の光散乱画
   像解析装置。