JP3322227B2 - 赤外顕微鏡 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【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１
００μｍ〜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到来する赤外光
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のみを縦断面図とした正面
図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における横断面図であ
る。

【０００４】試料台４１は、図示せぬ試料台駆動機構に
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３
１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３
３、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
駆動機構は、通常、対になったアパーチャ板（３２と３
４、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、試料台駆動機構やアパー
チャ駆動機構は、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う場
合、まず、対物光学系４２直下の試料台４１上に試料４
４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
を行うことにより、試料４４の所望部分のみが該開口部
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
たならば、可視光源４５を消灯する一方、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、一般に次のような手順
による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３
１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
適宜入れ替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わなければならない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
赤外顕微鏡では、試料台４１の位置の調整とアパーチャ
開口部３６の大きさ及び角度という二段階の調節作業を
行う必要があり大変煩雑である。また、上記構成の赤外
顕微鏡では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
うに操作を行うと、回転前と回転後とではアパーチャの
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。このような場合には再び試料台４１の位置を調節
する必要が生じ、アパーチャの調節と試料台の調節とを
試行錯誤的に繰り返すため作業に時間を要する。

【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、試料の所望の
部位にアパーチャ開口を設定するための操作が簡便に行
えると共に、その位置の調節が精度よく行える赤外顕微
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)試料を載置するための試料台と、 b)該試料台を水平方向に移動させる試料台駆動手段と、 c)前記試料台の上方に配置された視野制限のためのアパ
ーチャと、 d)該アパーチャの開口部の大きさ、形状、及び試料に対
する相対角度を変更させるアパーチャ駆動手段と、 e)前記アパーチャによる視野制限を受けずに前記試料台
上に載置された試料を撮影する撮像手段と、 f)オペレータの入力操作に応じて位置、形状及び回転角
度が変化する仮想的なアパーチャ像を作成する仮想像作
成手段と、 g)前記撮像手段により取り込まれた試料像に前記仮想像
作成手段による仮想的なアパーチャ像を重畳してディス
プレイの画面上に表示する表示制御手段と、 h)該仮想的なアパーチャ像と試料像との相対位置関係に
基づいて前記試料台駆動手段及びアパーチャ駆動手段を
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】本発明に係る赤外顕微鏡では、オ
ペレータはディスプレイの画面に表示された試料像上に
おいて仮想的なアパーチャ像が所望の形状で且つ所望の
位置にくるようにマウス、キーボードなどによる入力操
作を実行する。制御手段は、仮想的なアパーチャ像と試
料像との相対位置関係に関する情報として、例えばディ
スプレイの画面における座標上でのアパーチャ像の各辺
の長さ、該像の中心位置、各頂点の位置、又は基準線か
らの回転角などを取得し、これらを実際の試料台及びア
パーチャの移動面内における座標上での値に換算する。
そして、現在の試料台及びアパーチャの位置からの移動
量を求め、これに対応した制御信号を試料台駆動手段及
びアパーチャ駆動手段へ送る。これにより、ディスプレ
イの画面上に表示された試料像と仮想的なアパーチャ像
との相対位置関係になるように、実際に試料台とアパー
チャとが連動して動く。

【００１１】

【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
１は、図１に示すように、主として分析部２と処理・制
御部３とから構成されている。

【００１２】分析部２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及び垂直方向に移動させるため
の試料台駆動部と、試料からの反射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赤外光を
受けて電気信号を出力する撮像部とを備えている。但し
図１では、試料台４１、試料４４及びアパーチャ部３０
のみを図示している。

【００１３】一方、処理・制御部３はパーソナルコンピ
ュータにより具現化され、ＣＰＵ、メモリ等を内蔵する
中央制御部４と、表示手段であるディスプレイ５と、入
力手段であるマウス６及びキーボード７とから構成され
ている。勿論、入力手段としては他のもの、例えばタブ
レットなどを利用してもよい。試料４４の分析時に上記
分析部２の撮像部から出力される電気信号は中央制御部
４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５へ送られる。而して、ディスプレイ５の画面８に
はアパーチャ部３０により視野制限された試料像９が表
示される。

【００１４】図２は、この赤外顕微鏡システム１におけ
るアパーチャ部３０の位置設定に関する要部の構成図で
ある。上述のように試料台４１の上方にはアパーチャ部
３０が備えられており、アパーチャ板（図２では符号を
付していない）で囲まれるアパーチャ開口部３６を通過
する光の光路上にはミラー２５がその光路上から退避可
能に設けられている。ミラー２５で反射された光はＣＣ
Ｄカメラ２４に導入され、ＣＣＤカメラ２４による撮像
信号はＡ／Ｄ変換器などを含んで構成される画像インタ
フェイス１６に入力されて、所定のデータ形式に変換さ
れた後に表示制御部１５へと送られるようになってい
る。

【００１５】アパーチャ部３０に関しては、互いに対向
する二組のアパーチャ板（図４中のアパーチャ板３２、
３４と３３、３５）をそれぞれ独立に摺動させる二個の
摺動モータ２０、２１と、アパーチャホルダ３１を基準
位置（Ｘ軸方向）に対して±４５°又は±９０°の角度
範囲で回動させる回動モータ１９とが備えられており、
各モータ１８〜２０はアパーチャ負荷駆動部１７から送
られる制御信号により駆動されるようになっている。一
方、試料台４１に関しては、試料台４１をＸ軸方向及び
Ｙ軸方向にそれぞれ直線的に移動させるＸ軸モータ２２
及びＹ軸モータ２３が備えられており、各モータ２２、
２３は試料台負荷駆動部１８から送られる制御信号によ
り駆動されるようになっている。なお、アパーチャ部３
０と試料台４１との距離を調節するために試料台４１を
上下方向に移動させるモータも備えられているが、アパ
ーチャ部３０の位置設定には無関係であるので図２では
省略している。上記モータ１９〜２３はいずれもステッ
ピングモータであって、送られてきた駆動パルス信号の
数に応じた角度だけ回転して所定の移動量を得るように
なっている。

【００１６】中央制御部４は、上記表示制御部１５以外
に、入力インタフェイス１１、仮想枠作成部１２、座標
指示部１３などを含んでおり、座標指示部１３は座標変
換演算部１４を含んで構成されている。入力インタフェ
イス１１には上記マウス６やキーボード７などから成る
入力部１０から入力操作信号が供給されている。

【００１７】以下、上記赤外顕微鏡におけるアパーチャ
部の位置設定に関する動作を説明する。まず、アパーチ
ャ開口部３６を最大限に開放した状態で可視光源４５が
点灯されると共に、ミラー２５が光路上に挿入される。
この状態では、試料台４１上の比較的広い範囲から反射
した光がＣＣＤカメラ２４に導入される。このＣＣＤカ
メラ２４により撮影された画像は画像インタフェイス１
６に取り込まれ、更に表示制御部１５を介してディスプ
レイ５の画面８上に表示される。入力部１０からの入力
操作により座標指示部１３、試料台負荷駆動部１８、Ｘ
軸モータ２２及びＹ軸モータ２３を介して試料台４１は
Ｘ軸及びＹ軸方向に自由に移動するから、オペレータは
入力部１０で適宜の入力操作を行うことにより、ディス
プレイ５の画面８内に所望の試料像が収まるように粗く
調整を行う。

【００１８】仮想枠作成部１２では、入力インタフェイ
ス１１を介して与えられる入力指示信号に応じて仮想的
なアパーチャ開口部である矩形状の仮想枠が作成され
る。この仮想枠は、表示制御部１５においてＣＣＤカメ
ラ２４から取り込まれた画像に重畳されてディスプレイ
５の画面８に表示される。図３（ａ）はこのときのディ
スプレイ５の表示画面の一例を示している。画面８内に
は、ＣＣＤカメラ２４により撮影された試料像５０と、
仮想枠５１とが表示される。この仮想枠５１は、一般的
な描画のソフトウエアなどで実現されている種々な作図
に関する操作、例えば、線の描出、拡大・縮小、移動、
回転などによって画面８内の任意の位置に設定すること
が可能である。そこでオペレータは、画面８上で仮想枠
５１の位置を確認しながら入力部１０を操作し、試料像
５０に対して所望の位置に仮想枠５１を設定する。

【００１９】この矩形状の仮想枠５１は画面８内で次の
ようなパラメータで表現される。 （１）画面８の中心点（図３（ａ）中のＰ）を原点
（０，０）としたドット単位でのｘ−ｙ座標系における
仮想枠５１の中心点（図３（ａ）中のＱ）の座標（Ｃ
x，Ｃy） （２）仮想枠５１の互いに直交する二辺の長さ〔Ａx，
Ａy〕（ドット単位） （３）ｘ軸に対する仮想枠５１の傾き角度θ 仮想枠５１は矩形であるという条件の下で任意の形状に
変更可能であるから、例えば図３（ａ）中に示した仮想
枠５１の一辺５１ａを５１ｂの位置まで平行移動させる
と、直交する辺の長さＡxが変わると共に中心点Ｑの座
標（Ｃx，Ｃy）も変化する。

【００２０】オペレータは所望の位置及び形状に仮想枠
５１を設定した後に、所定の操作によりその設定が確定
したことを指示する。この指示を受けて、座標変換演算
部１４では上記仮想枠５１のパラメータを実際のアパー
チャ及び試料台の座標系に変換するための演算が実行さ
れる。アパーチャ及び試料台の座標系とは、試料台４１
の移動方向であるＸ−Ｙ座標系及びそのＸ軸に対するア
パーチャホルダ３１の回転角である。ここでは、画面８
のｘ−ｙ座標系のｘ軸方向及びｙ軸方向がＸ軸方向及び
Ｙ軸方向と一致しているものとし、そのＸ−Ｙ座標系上
の長さと画面８のｘ−ｙ座標系上での長さの比はＲであ
るものとする。このＲは装置毎に相違している可能性が
はあるものの一つの装置に対しては一定に維持されるか
ら、予め測定又は計算により算出しておくことができ
る。

【００２１】仮想枠５１の設定が確定した時点での試料
台４１のＸ−Ｙ座標上での位置を（Ｓx，Ｓy）とする
と、次のようにしてアパーチャ設定用パラメータＡ
x’、Ａy’、θ’と、試料台設定用パラメータＳx’、
Ｓy’とを計算することができる。 Ａx’＝Ｒ×Ａx Ａy’＝Ｒ×Ａy θ’＝θ Ｓx’＝Ｓx＋Ｒ×Ｃx Ｓy’＝Ｓy＋Ｒ×Ｃy すなわち、Ｘ−Ｙ座標系での試料４４とアパーチャ開口
部３６との相対位置関係は図３（ｂ）に示すようにな
る。これらパラメータが試料台４１の移動及びアパーチ
ャ板３２〜３５の摺動及び回動の目標値であって、座標
変換演算部１４からアパーチャ負荷駆動部１７へはＡ
x’、Ａy’、θ’が、試料台負荷駆動部１８へはＳ
x’、Ｓy’が送られる。

【００２２】アパーチャ負荷駆動部１７及び試料台負荷
駆動部１８は、各モータ１９〜２３を駆動するために、
駆動パルス信号の数とそのときの上記Ｘ−Ｙ座標系及び
回転座標系での座標位置（又は移動量）との関係を予め
テーブルとして有している。上述のようにアパーチャ設
定用及び試料台設定用パラメータが与えられると、該テ
ーブルを参照してそれぞれ必要な駆動パルス信号の数を
求め、その数だけ駆動パルス信号を各モータ１９〜２３
へと送出する。その結果、アパーチャ板３２〜３５はそ
れぞれ前後に摺動すると共にアパーチャホルダ３１は回
動し、更に試料台４１は水平方向に移動する。すなわ
ち、試料台４１とアパーチャ部３０とは連動して動く。
このようにして、ディスプレイ５の画面８上に仮想的に
表示された仮想枠５１と試料像５０との相対位置関係と
なるように実際のアパーチャ開口部３６が設定される。

【００２３】このような設定の後に再度ＣＣＤカメラ２
４により試料４４を撮影すると、アパーチャ開口部３６
により視野制限された試料像が得られるから、これをデ
ィスプレイ５の画面８上に表示するようにすれば、実際
に所望の範囲にアパーチャ開口が設定されたか否かを確
認することができる。

【００２４】上述のようなアパーチャ設定作業を行った
後に、可視光源４５を消灯すると共に図示しない赤外光
源を点灯し、更にミラー２５を光路上から退避させてア
パーチャ部３０を通過した光を図示しない赤外撮像部へ
導入し、赤外スペクトルを取得して分析を実行する。

【００２５】なお、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えることは明らかで
ある。例えば、ＣＣＤカメラ２４はアパーチャ部３０を
通過した光でなく、試料４４から反射してくる光を直接
受ける位置に配置してもよい。但しその場合には、アパ
ーチャ開口部３６により視野制限された試料像をＣＣＤ
カメラ２４で取り込んで確認することはできない。ま
た、アパーチャ設定の際に必ずしも可視光を照射しＣＣ
Ｄカメラ２４で撮影する必要はなく、赤外光を利用した
撮像及び信号処理によって色や形状などを再現した試料
像を用いてもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明に係る赤外顕
微鏡によれば、オペレータは画面を見ながら仮想的に表
示されたアパーチャ像を試料像に対して所望の位置に設
定しさえすれば、試料台とアパーチャとが連動して自動
的にアパーチャ開口部が設定される。したがって、熟練
者でなくともアパーチャの設定が簡単に行え、作業効率
も向上する。

【００２７】また、対向する一組のアパーチャ板が互い
に逆方向に摺動してアパーチャ開口部の大きさが変化す
る構成を有する場合、従来の赤外顕微鏡では、対向する
２つの辺のうちの一方のみを試料の所望の領域に合わせ
ようとしても他の辺も同時に移動してしまうため調節が
困難であったが、本発明では画面上で矩形状の仮想枠の
各辺を独立に移動させることができるので、この点にお
いても調節がきわめて容易で且つ正確に行える。

【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
ーチャ部の位置設定に関する要部の構成図。

【図３】 ディスプレイの表示画面の一例を示す図
（ａ）及び試料台上での試料とアパーチャ開口との実際
の位置関係を示す図（ｂ）。

【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、正面図（ａ）及びＢ
−Ｂ線横断面図（ｂ）。

【符号の説明】

１…赤外顕微鏡システム ２…分析部 ３…処理・制御部 ４…中央制御部 ５…ディスプレイ ６…マウス ７…キーボード １０…入力部 １１…入力インタフェイス １２…仮想枠作成
部 １３…座標指示部 １４…座標変換演
算部 １５…表示制御部 １６…画像インタ
フェイス １７…アパーチャ負荷駆動部 １８…試料台負荷
駆動部 １９…回動モータ ２０、２１…摺動
モータ ２２…Ｘ軸モータ ２３…Ｙ軸モータ ２４…ＣＣＤカメラ ２５…ミラー ３０…アパーチャ部 ３１…アパーチャ
ホルダ ３２〜３５…アパーチャ板 ３６…アパーチャ
開口部 ４１…試料台 ４４…試料 ４５…可視光源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 21/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 a)試料を載置するための試料台と、 b)該試料台を水平方向に移動させる試料台駆動手段と、 c)前記試料台の上方に配置された視野制限のためのアパ
   ーチャと、 d)該アパーチャの開口部の大きさ、形状、及び試料に対
   する相対角度を変更させるアパーチャ駆動手段と、 e)前記アパーチャによる視野制限を受けずに前記試料台
   上に載置された試料を撮影する撮像手段と、 f)オペレータの入力操作に応じて位置、形状及び回転角
   度が変化する仮想的なアパーチャ像を作成する仮想像作
   成手段と、 g)前記撮像手段により取り込まれた試料像に前記仮想像
   作成手段による仮想的なアパーチャ像を重畳してディス
   プレイの画面上に表示する表示制御手段と、 h)該仮想的なアパーチャ像と試料像との相対位置関係に
   基づいて前記試料台駆動手段及びアパーチャ駆動手段を
   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。