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JP4910131B2 - Surface information acquisition apparatus and surface information acquisition method - Google Patents

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JP4910131B2 JP2006187102A JP2006187102A JP4910131B2 JP 4910131 B2 JP4910131 B2 JP 4910131B2 JP 2006187102 A JP2006187102 A JP 2006187102A JP 2006187102 A JP2006187102 A JP 2006187102A JP 4910131 B2 JP4910131 B2 JP 4910131B2
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Description

本発明は、表面情報取得装置及び表面情報取得方法に関するものである。   The present invention relates to a surface information acquisition device and a surface information acquisition method.

従来、試料の表面情報を取得する方法として、原子間力顕微鏡(Atomic-Force Microscopy;以下、AFMという)を用いる方法、あるいは一対のマイクロ電極を用いる方法などが一般に知られている(例えば、特許文献1、非特許文献1、2参照)。AFMを用いた取得では、探針を装着したカンチレバーが試料表面を走査し、当該試料表面と探針との間の原子間力による探針の変位を測定することによって試料の表面情報が取得される。また、マイクロ電極を用いた取得では、一対のマイクロ電極が試料表面を走査し、当該マイクロ電極によって得られた電気伝導度から試料表面の電位分布が求められ、試料の表面情報が取得される。
米国特許第4724318号明細書 G.Binning, et al., Atomic Force Microscope, Phys. Rev. Letters, 56,930 (1986) 青木幸一、森田雅夫、堀内勉、丹羽修共著、「微小電極を用いる電気化学測定法」(電子情報通信学会編)、平成10年発行、第2及び第3章
Conventionally, as a method for acquiring surface information of a sample, a method using an atomic force microscope (hereinafter referred to as AFM) or a method using a pair of microelectrodes is generally known (for example, a patent). Reference 1, Non-Patent Documents 1 and 2). In acquisition using AFM, the cantilever equipped with the probe scans the sample surface, and the surface information of the sample is acquired by measuring the displacement of the probe due to the atomic force between the sample surface and the probe. The In acquisition using a microelectrode, a pair of microelectrodes scans the sample surface, the potential distribution on the sample surface is obtained from the electrical conductivity obtained by the microelectrode, and the surface information of the sample is acquired.
US Pat. No. 4,724,318 G. Binning, et al., Atomic Force Microscope, Phys. Rev. Letters, 56,930 (1986) Koichi Aoki, Masao Morita, Tsutomu Horiuchi, Osamu Niwa, "Electrochemical measurement using microelectrodes" (edited by IEICE), 1998, Chapters 2 and 3

しかし、これらを用いた表面情報の取得においては、試料表面上に液体あるいは気体などが存在して流動している場合に情報の取得が困難となってしまうという問題が発生してしまう。すなわち、AFMを用いた場合、カンチレバーが液体等の流れによる力の作用を受けてしまうため、表面の正確な計測ができなくなってしまう。また、マイクロ電極を用いた場合もやはり、マイクロ電極が液体等の流れによる力の作用を受けてしまうため、正確な計測ができなくなってしまう。   However, in the acquisition of surface information using these, there is a problem that acquisition of information becomes difficult when a liquid or gas exists on the sample surface and is flowing. That is, when the AFM is used, the cantilever is subjected to a force due to the flow of liquid or the like, so that accurate measurement of the surface cannot be performed. In addition, when a microelectrode is used, the microelectrode is also subjected to a force due to a flow of liquid or the like, so that accurate measurement cannot be performed.

本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、試料表面において液体等が流動している場合であっても表面情報を取得することが可能な表面情報取得装置及び表面情報取得方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and a surface information acquisition apparatus and surface information capable of acquiring surface information even when a liquid or the like is flowing on the surface of the sample. The purpose is to provide an acquisition method.

このような目的を達成するために、本発明による表面情報取得装置は、試料の表面上方においてプローブ粒子を浮遊させ、当該浮遊しているプローブ粒子の像を撮像して得られたプローブ画像に基づいて試料の表面情報を取得する表面情報取得装置であって、プローブ画像におけるプローブ粒子の大きさを規定する測定値を求める大きさ規定値特定手段と、プローブ画像におけるプローブ粒子の大きさを規定する値と基準面からのプローブ粒子の距離との関係を示す校正データと、大きさ規定値特定手段で求められた測定値と、に基づいてプローブ粒子の基準面からの位置情報を取得する位置情報取得手段と、プローブ粒子の位置情報に基づいて試料の表面情報を取得する表面情報取得手段と、を備えることを特徴とする。   In order to achieve such an object, the surface information acquisition apparatus according to the present invention is based on a probe image obtained by floating a probe particle above the surface of a sample and capturing an image of the floating probe particle. A surface information acquisition apparatus for acquiring surface information of a sample, and a size specification value specifying means for obtaining a measurement value for specifying a size of the probe particle in the probe image, and a size of the probe particle in the probe image Position information that acquires position information from the reference surface of the probe particle based on calibration data indicating the relationship between the value and the distance of the probe particle from the reference surface, and the measured value obtained by the size specification value specifying means It comprises an acquisition means and a surface information acquisition means for acquiring the surface information of the sample based on the position information of the probe particles.

一方、本発明による表面情報取得方法は、試料の表面上方においてプローブ粒子を浮遊させ、当該浮遊しているプローブ粒子の像を撮像して得られたプローブ画像に基づいて試料の表面情報を取得する表面情報取得方法であって、プローブ画像におけるプローブ粒子の大きさを規定する値と基準面からのプローブ粒子の距離との関係を示す校正データを用意する校正データ準備ステップと、プローブ画像におけるプローブ粒子の大きさを規定する測定値を求める大きさ規定値測定ステップと、校正データと、大きさ規定値特定手段で求められた測定値と、に基づいてプローブ粒子の基準面からの位置情報を取得する位置情報取得ステップと、プローブ粒子の位置情報に基づいて試料の表面情報を取得する表面情報取得ステップと、を備えることを特徴とする。   On the other hand, the surface information acquisition method according to the present invention acquires probe surface information based on a probe image obtained by floating a probe particle above the surface of the sample and capturing an image of the floating probe particle. A method for obtaining surface information, comprising preparing calibration data indicating a relationship between a value defining the size of a probe particle in a probe image and a distance of the probe particle from a reference surface, and a probe particle in the probe image The position information from the reference plane of the probe particle is acquired based on the size specified value measurement step for obtaining the measured value that defines the size of the probe, the calibration data, and the measured value obtained by the size specified value specifying means. And a surface information acquisition step for acquiring surface information of the sample based on the position information of the probe particles. The features.

上記表面情報取得装置及び表面情報取得方法では、プローブ粒子は、例えば試料表面と相互作用を及ぼし合って分布する、あるいは試料表面の形状に則って分布する等、試料表面と有機的に関連して位置する。そのため、上記表面情報取得装置及び表面情報取得方法では、プローブ粒子の位置情報から試料表面の情報を取得することが可能となる。また、試料表面上に液体あるいは気体が存在し当該液体等が流動している場合であっても、プローブ粒子は浮遊しているため、流動によって妨げられることなく試料の表面情報を取得することが可能となる。また、プローブ粒子の大きさを変えることで所望のスケールで表面情報を取得することが可能となる。また、マイクロ電極などの電極を用いての計測と異なり、試料に対し電流を流す必要がないため、試料表面が電流による影響を受けることなく取得することができる。   In the surface information acquisition apparatus and the surface information acquisition method, the probe particles are organically related to the sample surface, for example, interact with the sample surface and distribute according to the shape of the sample surface. To position. Therefore, in the surface information acquisition apparatus and the surface information acquisition method, it is possible to acquire information on the sample surface from the position information of the probe particles. Even when a liquid or gas is present on the sample surface and the liquid or the like is flowing, the probe particles are floating, so that the surface information of the sample can be acquired without being hindered by the flow. It becomes possible. Moreover, it becomes possible to acquire surface information on a desired scale by changing the size of the probe particles. Further, unlike the measurement using an electrode such as a microelectrode, since it is not necessary to pass a current through the sample, the sample surface can be obtained without being affected by the current.

試料及びプローブ粒子は、同符号で荷電していることが好ましい。この場合、プローブ粒子は、当該プローブ粒子の電位と試料表面の電位との間の相互作用による影響を受けて位置する。そのため、プローブ粒子の位置情報を得ることで、試料表面の表面電位を取得することが可能となる。   The sample and the probe particle are preferably charged with the same sign. In this case, the probe particle is located under the influence of the interaction between the potential of the probe particle and the potential of the sample surface. Therefore, the surface potential of the sample surface can be acquired by obtaining the position information of the probe particles.

プローブ粒子が球体であることが好ましい。この場合、プローブ画像によって得られるプローブ粒子の像は円となるので、プローブ粒子の大きさを規定する値として当該円の直径を採用することができる。これにより、プローブ粒子を撮像する方向に依存せずにプローブ粒子の大きさを規定する値を得ることができ、表面情報の取得が容易になる。   The probe particles are preferably spheres. In this case, since the image of the probe particle obtained by the probe image is a circle, the diameter of the circle can be adopted as a value that defines the size of the probe particle. As a result, a value that defines the size of the probe particle can be obtained without depending on the direction in which the probe particle is imaged, and surface information can be easily acquired.

表面情報取得装置は、プローブ粒子を照射する光を出力する光源をさらに備えてもよい。あるいは、表面情報取得方法は、プローブ粒子が光源から出力される光によって照射されていてもよい。この場合、自身で光を発しないプローブ粒子を用いて表面情報を取得することが可能となる。   The surface information acquisition apparatus may further include a light source that outputs light for irradiating the probe particles. Alternatively, in the surface information acquisition method, the probe particles may be irradiated with light output from the light source. In this case, it is possible to acquire surface information using probe particles that do not emit light by themselves.

本発明によれば、試料表面において液体等が流動している場合であっても表面情報を取得することが可能な表面情報取得装置及び表面情報取得方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a surface information acquisition apparatus and a surface information acquisition method capable of acquiring surface information even when a liquid or the like is flowing on the sample surface.

以下、添付図面を参照して、好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。   Hereinafter, preferred embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description, the same reference numerals are used for the same elements or elements having the same function, and redundant description is omitted.

(第1実施形態)
図1は第1実施形態に係る表面情報取得装置1Aの構成を示す図である。図1に示すように表面情報取得装置1Aは、光源2と、結像装置(結像手段)3と、撮像装置(撮像手段)4と、画像処理装置(画像処理手段)10と、表示装置(表示手段)5とを備え、試料である透明な基板Sの表面情報を複数のプローブ粒子Pを利用して取得する。表面情報取得装置1Aは、透明な基板Sに対する透過型の顕微鏡として構成されている。透明な基板Sは、例えば透明ガラスプレートであり、試料ステージ6上に載置されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a surface information acquisition apparatus 1A according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, a surface information acquisition device 1A includes a light source 2, an imaging device (imaging means) 3, an imaging device (imaging means) 4, an image processing device (image processing means) 10, and a display device. (Display means) 5, and obtains surface information of a transparent substrate S as a sample by using a plurality of probe particles P. The surface information acquisition apparatus 1A is configured as a transmission microscope for the transparent substrate S. The transparent substrate S is a transparent glass plate, for example, and is placed on the sample stage 6.

基板SとカバーガラスGとの間には溶液が満たされており、当該溶液中には複数のプローブ粒子Pが含まれている。プローブ粒子Pは何れも球体であり、それぞれ試料の表面から所定距離離れて溶液中を浮遊している。基板Sは結像装置3の焦点面Fとは一致せず、本実施形態では基板Sは結像装置3の焦点面Fが当該基板SとカバーガラスGとの間に位置するように配置される。プローブ粒子Pとして例えば、径が約1μmのポリスチレンラテックス微粒子を用いる。基板S及びプローブ粒子Pは、同符号で荷電していてもよい。   A solution is filled between the substrate S and the cover glass G, and the probe particle P is contained in the solution. Each of the probe particles P is a sphere, and is suspended in the solution at a predetermined distance from the surface of the sample. The substrate S does not coincide with the focal plane F of the imaging device 3, and in this embodiment, the substrate S is disposed so that the focal plane F of the imaging device 3 is located between the substrate S and the cover glass G. The For example, polystyrene latex fine particles having a diameter of about 1 μm are used as the probe particles P. The substrate S and the probe particles P may be charged with the same sign.

光源2は、試料ステージ6の下方に、すなわち基板Sのプローブ粒子Pが配置されていない側に位置する。光源2は、基板S及びプローブ粒子Pを照射する光lを出力する。   The light source 2 is positioned below the sample stage 6, that is, on the side where the probe particles P of the substrate S are not disposed. The light source 2 outputs light l that irradiates the substrate S and the probe particles P.

結像装置3は、基板Sのプローブ粒子Pが配置されている側に位置する。結像装置3は、結像光学系を有し、光源2から出力された光lによって照射されたプローブ粒子Pの像(プローブ像)を撮像装置4の受光面上に結ぶ。   The imaging device 3 is located on the side of the substrate S where the probe particles P are arranged. The imaging device 3 has an imaging optical system, and connects an image (probe image) of the probe particle P irradiated with the light 1 output from the light source 2 on the light receiving surface of the imaging device 4.

撮像装置4は、結像装置3によって結像されたプローブ像を撮像するCCDカメラである。撮像装置4は、プローブ像を撮像して得られたプローブ画像を画像処理装置10に出力する。   The imaging device 4 is a CCD camera that captures the probe image formed by the imaging device 3. The imaging device 4 outputs the probe image obtained by imaging the probe image to the image processing device 10.

画像処理装置10は、撮像されたプローブ画像を撮像装置4から入力する。画像処理装置10は、撮像装置4から出力されたプローブ画像からプローブ粒子Pの位置情報を取得し、当該位置情報から基板Sの表面情報を取得する。画像処理装置10は、取得した基板Sの表面情報を表示装置5へ出力する。なお、画像処理装置10は、必要に応じてプローブ画像を表示装置5へ出力してもよい。   The image processing apparatus 10 inputs the captured probe image from the imaging apparatus 4. The image processing device 10 acquires the position information of the probe particles P from the probe image output from the imaging device 4, and acquires the surface information of the substrate S from the position information. The image processing apparatus 10 outputs the acquired surface information of the substrate S to the display device 5. Note that the image processing apparatus 10 may output a probe image to the display device 5 as necessary.

表示装置5は、画像処理装置10から入力された基板Sの表面情報あるいはプローブ画像を表示する。この表示装置5としては、例えば、CRTモニタや、液晶ディスプレイなどを用いることができる。   The display device 5 displays the surface information or the probe image of the substrate S input from the image processing device 10. As the display device 5, for example, a CRT monitor, a liquid crystal display, or the like can be used.

次に、図2を参照して画像処理装置10の機能について説明する。図2に示すように、画像処理装置10は、校正データ格納部11と、大きさ規定値特定部12と、位置情報取得部13と、表面情報取得部14とを有する。   Next, functions of the image processing apparatus 10 will be described with reference to FIG. As illustrated in FIG. 2, the image processing apparatus 10 includes a calibration data storage unit 11, a size specification value specifying unit 12, a position information acquisition unit 13, and a surface information acquisition unit 14.

校正データ格納部11には、プローブ画像におけるプローブ粒子Pの大きさを規定する値とプローブ粒子Pの基板S表面からの距離との関係を示す校正データが格納されている。本実施形態ではプローブ粒子Pは球体であるため、プローブ粒子Pの大きさを規定する値を、画像上におけるプローブ粒子Pの直径とする。   The calibration data storage unit 11 stores calibration data indicating the relationship between the value that defines the size of the probe particle P in the probe image and the distance of the probe particle P from the surface of the substrate S. In this embodiment, since the probe particle P is a sphere, the value that defines the size of the probe particle P is defined as the diameter of the probe particle P on the image.

図3に校正データによって得られるグラフを示す。図3のグラフの横軸は試料である基板Sの表面に直交する方向(以下、z方向という)での焦点面Fからの距離Z(μm)を表し、縦軸はプローブ画像におけるプローブ粒子Pの直径の大きさd(μm)を表す。結像装置3の焦点面Fは、プローブ粒子の位置を特定するための基準面として機能する。図3のグラフにおける円は実際の測定データを表し、曲線はこれらの測定データに対してフィッティングを行った結果である。校正データ格納部11は、例えばフィッティングによって得られた関係式を校正データとして格納する。あるいは、校正データ格納部11は、例えば実際の測定データを校正データとして格納する。図4に、校正データ格納部11が実際の測定データを校正データとして格納する場合における校正データの表を示す。   FIG. 3 shows a graph obtained from the calibration data. The horizontal axis of the graph in FIG. 3 represents the distance Z (μm) from the focal plane F in the direction orthogonal to the surface of the substrate S as the sample (hereinafter referred to as the z direction), and the vertical axis represents the probe particle P in the probe image. Represents the diameter d (μm). The focal plane F of the imaging device 3 functions as a reference plane for specifying the position of the probe particle. The circle in the graph of FIG. 3 represents actual measurement data, and the curve is the result of fitting to these measurement data. The calibration data storage unit 11 stores, for example, a relational expression obtained by fitting as calibration data. Alternatively, the calibration data storage unit 11 stores, for example, actual measurement data as calibration data. FIG. 4 shows a table of calibration data when the calibration data storage unit 11 stores actual measurement data as calibration data.

結像装置3の焦点面Fの基板S表面からの位置は既知である。したがって図3のグラフから理解されるように、校正データによれば、プローブ粒子Pの直径の大きさdを得ることによって、プローブ粒子Pの基板S表面からの距離Zを求めることができる。ここで、焦点面Fからそれぞれ距離Z、Z、Zだけ離れているプローブ粒子P、P、Pの、距離Z、Z、Zとプローブ画像における直径d、d、dとの関係を説明する。説明に際し、図5〜6を参照する。 The position of the focal plane F of the imaging device 3 from the surface of the substrate S is known. Therefore, as understood from the graph of FIG. 3, according to the calibration data, the distance Z from the surface of the substrate S of the probe particle P can be obtained by obtaining the diameter d of the probe particle P. Here, each distance Z from the focal plane F 0, Z 1, Z 2 only separated probe particles P 0, the P 1, P 2, the distance Z 0, Z 1, Z 2 and the diameter d 0 of the probe image, The relationship between d 1 and d 2 will be described. In the description, reference is made to FIGS.

図5は、プローブ粒子P、P、Pと焦点面Fとの関係を説明するための図である。図5に示されているように、プローブ粒子Pは焦点面Fに位置し、焦点面FからZ(=0)だけ離れている。プローブ粒子Pは焦点面Fに対しZ(<Z)の位置にある。プローブ粒子Pは焦点面Fに対しZ(>Z)の位置にある。 FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the probe particles P 0 , P 1 , P 2 and the focal plane F. FIG. As shown in FIG. 5, the probe particle P 0 is located at the focal plane F and is separated from the focal plane F by Z 0 (= 0). The probe particle P 1 is at a position Z 1 (<Z 0 ) with respect to the focal plane F. The probe particle P 2 is at a position Z 2 (> Z 0 ) with respect to the focal plane F.

図6は、撮像されたプローブ画像におけるプローブ粒子P、P、Pの画像である。図6(a)はプローブ粒子Pの、図6(b)はプローブ粒子Pの、図6(c)はプローブ粒子Pの画像である。図6に示されるように、焦点面Fに位置するプローブ粒子Pの画像(図6(b))における円の大きさ(直径の大きさ)は、他のプローブ粒子P、Pの画像(図6(a)、(c))における円(直径)に比べて小さくなる。図6(a)に示された二点鎖線T、図6(b)に示された二点鎖線T、図6(c)に示された二点鎖線Tはそれぞれプローブ画像におけるプローブ粒子の中心点を通り、各プローブ粒子の画像を横断する線である。また、図6(a)に示された直径d12、図6(b)に示された直径d10、図6(c)に示された直径d11はそれぞれプローブ画像におけるプローブ粒子の白い輪で表される像の直径である。図6(a)に示された直径d22、図6(b)に示された直径d20、図6(c)に示された直径d21はそれぞれプローブ画像におけるプローブ粒子の黒い輪で表される像の直径である。 FIG. 6 is an image of probe particles P 0 , P 1 , P 2 in the captured probe image. 6A is an image of the probe particle P 0 , FIG. 6B is an image of the probe particle P 1 , and FIG. 6C is an image of the probe particle P 2 . As shown in FIG. 6, the size (diameter size) of the circle in the image of the probe particle P 0 located in the focal plane F (FIG. 6B) is that of the other probe particles P 1 and P 2 . It becomes smaller than the circle (diameter) in the image (FIGS. 6A and 6C). The two-dot chain line T 2 shown in FIG. 6A, the two-dot chain line T 0 shown in FIG. 6B, and the two-dot chain line T 1 shown in FIG. A line that passes through the center point of the particle and traverses the image of each probe particle. Further, the diameter d 12 shown in FIG. 6A, the diameter d 10 shown in FIG. 6B, and the diameter d 11 shown in FIG. 6C are white circles of probe particles in the probe image, respectively. The diameter of the image represented by The diameter d 22 shown in FIG. 6 (a), the diameter d 20 shown in FIG. 6 (b), and the diameter d 21 shown in FIG. 6 (c) are each represented by a black ring of probe particles in the probe image. Is the diameter of the image to be made.

図7は、プローブ画像における各プローブ粒子P、P、Pの強度を示すグラフである。図7(a)はプローブ粒子Pの、図7(b)はプローブ粒子Pの、図7(c)はプローブ粒子Pのグラフである。各グラフの横軸は図6(a)、(b)、(c)に示された横断線T、T、T上の位置T、縦軸はプローブ画像における強度I(T)を表す。各グラフにおける強度Iは、背景画像の平均強度に相当する。プローブ画像における各プローブ粒子P、P、Pの直径d、d、dは、例えば各横断線上であって画像上のプローブ粒子の円内に位置する強度I(T)の0次のピーク(凸部)の両脇にある1次のピーク(凸部)の頂点間の距離(図6(a)〜(c)の各画像における白い輪の直径)d10、d11、d12とする。あるいは、プローブ画像における各プローブ粒子P、P、Pの直径d、d、dは、例えば各横断線上であって画像上のプローブ粒子の円内に位置する強度I(T)の0次のピーク(凸部)の両脇にある凹部の頂点間の距離(図6(a)〜(c)の各画像における黒い輪の直径)d20、d21、d22であってもよい。 FIG. 7 is a graph showing the intensity of each probe particle P 0 , P 1 , P 2 in the probe image. 7A is a graph of the probe particle P 0 , FIG. 7B is a graph of the probe particle P 1 , and FIG. 7C is a graph of the probe particle P 2 . The horizontal axis of each graph is the position T on the transverse lines T 2 , T 0 , and T 1 shown in FIGS. 6A, 6B, and 6C, and the vertical axis is the intensity I (T) in the probe image. To express. The intensity I 0 in each graph corresponds to the average intensity of the background image. The diameters d 0 , d 1 , d 2 of each probe particle P 0 , P 1 , P 2 in the probe image are, for example, of the intensity I (T) located on each transverse line and within the circle of the probe particle on the image The distance between the vertices of the primary peak (convex portion) on both sides of the zero-order peak (convex portion) (the diameter of the white ring in each image of FIGS. 6A to 6C) d 10 , d 11 , and d 12. Alternatively, the diameters d 0 , d 1 , d 2 of the probe particles P 0 , P 1 , P 2 in the probe image are, for example, the intensities I (T) located on the respective transverse lines and within the circle of the probe particles on the image. ) Between the vertices of the concave portions on both sides of the 0th-order peak (convex portion) (diameter of the black ring in each image of FIGS. 6A to 6C) d 20 , d 21 , d 22. May be.

また、0次のピークの強度が平均強度Iより小さい場合というのはプローブ粒子が焦点面Fより上に位置することを意味する。一方、0次のピークの強度I(T=0)が平均強度Iより大きい場合というのはプローブ粒子が焦点面Fより下に位置することを意味する。したがって、図7(a)〜(c)より、プローブ粒子Pが焦点面Fより上に位置し、プローブ粒子P、Pが焦点面Fより下に位置することが示される。 Further, the case where the intensity of the zero-order peak is smaller than the average intensity I 0 means that the probe particles are located above the focal plane F. On the other hand, the case where the intensity I (T = 0) of the zero-order peak is larger than the average intensity I 0 means that the probe particles are located below the focal plane F. Thus, from FIG. 7 (a) ~ (c) , the probe particles P 2 is positioned above the focal plane F, probe particles P 0, P 1 is shown to be positioned below the focal plane F.

再び図2を参照して画像情報処理装置10の機能についての説明を続ける。大きさ規定値特定部12は、撮像されたプローブ画像を撮像装置4から入力し、プローブ画像における複数のプローブ粒子Pそれぞれの大きさを規定する値の測定値である直径dを求める。すなわち、直径dは、図6に示したような画像に基づいて得られるグラフ(図7参照)に基づき、1次ピーク間の距離として求められる。大きさ規定値特定部12は、直径dを位置情報取得部13に出力する。   The description of the function of the image information processing apparatus 10 will be continued with reference to FIG. The size specification value specifying unit 12 inputs the captured probe image from the imaging device 4 and obtains a diameter d that is a measurement value of a value that specifies the size of each of the plurality of probe particles P in the probe image. That is, the diameter d is obtained as a distance between primary peaks based on a graph (see FIG. 7) obtained based on an image as shown in FIG. The size specification value specifying unit 12 outputs the diameter d to the position information acquisition unit 13.

位置情報取得部13は、大きさ規定値特定部12からプローブ粒子Pの直径dを入力する。位置情報取得部13は、校正データ格納部11に格納された校正データとプローブ粒子Pの直径dとに基づいて、プローブ粒子Pの基板S表面からの位置情報を取得する。すなわち、位置情報取得部13は、校正データ格納部11から得た図3に示す校正データに基づき、大きさ規定値特定部12で求められたプローブ粒子Pの直径の大きさがdの時の焦点面Fからの距離(位置情報)Zを求める。また、焦点面Fの基板S表面からの距離をZFとすると、ZFは既知であるから、位置情報取得部13は必要に応じて、ZFをこうして求められたZに加えることによりプローブ粒子Pの基板S表面からの距離ZPを取得する。   The position information acquisition unit 13 inputs the diameter d of the probe particle P from the size specification value specifying unit 12. The position information acquisition unit 13 acquires position information from the surface of the substrate S of the probe particles P based on the calibration data stored in the calibration data storage unit 11 and the diameter d of the probe particles P. That is, the position information acquisition unit 13 is based on the calibration data shown in FIG. 3 obtained from the calibration data storage unit 11 when the diameter of the probe particle P obtained by the size specification value specifying unit 12 is d. A distance (positional information) Z from the focal plane F is obtained. If the distance of the focal plane F from the surface of the substrate S is ZF, the ZF is known. Therefore, the position information acquisition unit 13 adds the ZF to the Z thus obtained, as necessary. A distance ZP from the surface of the substrate S is acquired.

さらに、位置情報取得部13は、2次元のプローブ画像から各プローブ粒子の当該2次元上、すなわち基板Sの表面に投影させた場合の位置座標(x、y)を得ることもできる。したがって、位置情報取得部13は焦点面Fからの距離に基づき、所望の位置を原点にとり、各プローブ粒子Pの3次元座標(x、y、z)(例えば、z=Z、あるいはz=ZP)を得ることができる。位置情報取得部13は、こうして得た各プローブ粒子Pの位置情報である3次元座標(x、y、z)を表面情報取得部14に出力する。   Furthermore, the position information acquisition unit 13 can also obtain position coordinates (x, y) when each probe particle is projected onto the surface of the substrate S, that is, on the surface of the substrate S, from a two-dimensional probe image. Therefore, based on the distance from the focal plane F, the position information acquisition unit 13 takes the desired position as the origin, and the three-dimensional coordinates (x, y, z) (for example, z = Z or z = ZP) of each probe particle P. ) Can be obtained. The position information acquisition unit 13 outputs the three-dimensional coordinates (x, y, z) that are the position information of each probe particle P thus obtained to the surface information acquisition unit 14.

表面情報取得部14は、位置情報取得部13からプローブ粒子Pの位置情報(x、y、z)を入力する。表面情報取得部14は、複数のプローブ粒子Pの位置情報(x、y、z)から基板Sの表面情報を取得し、表示装置5へ出力する。以下に表面情報を取得する具体的な例を示す。   The surface information acquisition unit 14 inputs the position information (x, y, z) of the probe particle P from the position information acquisition unit 13. The surface information acquisition unit 14 acquires the surface information of the substrate S from the position information (x, y, z) of the plurality of probe particles P and outputs it to the display device 5. The specific example which acquires surface information below is shown.

例えば、基板S及びプローブ粒子Pは、同符号で荷電している場合であって、表面情報取得部14が表面情報として基板Sの表面電位を取得する場合について説明する。この場合まず、表面情報取得部14は、複数のプローブ粒子Pの位置情報(x、y、z)から基板S表面上を浮遊している複数のプローブ粒子Pの位置分布関数n(x、y、z)を求める。位置分布関数n(x、y、z)は、基板S表面上であって、座標(x、y、z)の位置におけるプローブ粒子Pの個数の分布を表す関数である。さらに、表面情報取得部14は、プローブ粒子Pの位置分布関数に基づき、以下の式(1)からプローブ粒子Pと基板Sとの間の静電的相互作用φ(x、y、z)を求める。

Figure 0004910131


A:定数
φ(x、y、z):静電的相互作用
:φ(x、y、z)=0におけるプローブ粒子の個数
k:Boltzmann定数
T:絶対温度 For example, the case where the substrate S and the probe particle P are charged with the same sign and the surface information acquisition unit 14 acquires the surface potential of the substrate S as surface information will be described. In this case, first, the surface information acquisition unit 14 determines the position distribution function n (x, y) of the plurality of probe particles P floating on the surface of the substrate S from the position information (x, y, z) of the plurality of probe particles P. , Z). The position distribution function n (x, y, z) is a function that represents the distribution of the number of probe particles P on the surface of the substrate S at the coordinates (x, y, z). Furthermore, the surface information acquisition unit 14 calculates the electrostatic interaction φ (x, y, z) between the probe particle P and the substrate S from the following equation (1) based on the position distribution function of the probe particle P. Ask.
Figure 0004910131


A: Constant φ (x, y, z): Electrostatic interaction n 0 : Number of probe particles at φ (x, y, z) = 0 k: Boltzmann constant T: Absolute temperature

なお、この場合、表面情報取得部14は、プローブ粒子の位置情報に基づいて浮遊しているプローブ粒子Pの位置分布を求める位置分布算出部を有し、当該位置分布算出部において位置分布関数n(x、y、z)を算出してもよい。   In this case, the surface information acquisition unit 14 includes a position distribution calculation unit that obtains the position distribution of the floating probe particles P based on the position information of the probe particles, and the position distribution function n in the position distribution calculation unit. (X, y, z) may be calculated.

表面情報取得部14は、式(1)で求めた静電的相互作用に基づいて、基板S表面の表面情報である表面電位を以下の式(2)により求める。

Figure 0004910131

The surface information acquisition part 14 calculates | requires the surface potential which is the surface information of the board | substrate S surface by the following formula | equation (2) based on the electrostatic interaction calculated | required by Formula (1).
Figure 0004910131

こうして、表面情報取得部14は、表面情報として基板Sの表面電位を算出して取得する。   In this way, the surface information acquisition unit 14 calculates and acquires the surface potential of the substrate S as the surface information.

あるいは、例えば基板S及びプローブ粒子Pが荷電していない場合であって、表面情報取得部14が表面情報として基板Sの表面形状(z方向の凹凸)を取得する場合について説明する。プローブ粒子Pは一定の確率分布(密度)に則って溶液中にばらまかれることにより、基板Sの表面形状にしたがって分布される。そのため、表面情報取得部14は、プローブ粒子Pの位置情報である各プローブ粒子Pの3次元座標(x、y、z)に基づいて基板Sの表面形状を算出して取得する。   Alternatively, for example, a case where the substrate S and the probe particles P are not charged and the surface information acquisition unit 14 acquires the surface shape (unevenness in the z direction) of the substrate S as surface information will be described. The probe particles P are distributed according to the surface shape of the substrate S by being dispersed in the solution according to a certain probability distribution (density). Therefore, the surface information acquisition unit 14 calculates and acquires the surface shape of the substrate S based on the three-dimensional coordinates (x, y, z) of each probe particle P that is the position information of the probe particle P.

あるいは、例えば基板S及びプローブ粒子Pが荷電していない場合であって、表面情報取得部14が表面情報として基板Sの表面形状(z方向の凹凸)を取得する他の場合について説明する。まず、位置情報取得部13において所定時間間隔をあけてプローブ粒子Pの位置情報を取得する。表面情報取得部14は、所定時間間隔をあけたプローブ粒子Pの位置情報(各プローブ粒子Pの3次元座標(x、y、z))から、基板S上の溶液の流速を求める。これは、例えば所定時間経過後に、特定のプローブ粒子Pについてx座標及びy座標だけでなくz座標も変わっていた場合、当該特定のプローブ粒子Pにはz軸方向に移動する流速が働いたことになり、z座標の変化から基板Sの表面の凹凸を取得することが可能となる。こうして、表面情報取得部14は、プローブ粒子Pの位置情報に基づいて溶液の流速分布を求め、基板Sの表面形状を算出して取得する。 Alternatively, for example, another case where the substrate S and the probe particles P are not charged and the surface information acquisition unit 14 acquires the surface shape (unevenness in the z direction) of the substrate S as surface information will be described. First, the position information acquisition unit 13 acquires the position information of the probe particles P with a predetermined time interval. The surface information acquisition unit 14 obtains the flow velocity of the solution on the substrate S from the position information (three-dimensional coordinates (x, y, z) of each probe particle P) of the probe particles P with a predetermined time interval. This, for example, after a predetermined time has elapsed, if the z-coordinate was also changed not only x and y coordinates for a particular probe particles P 1, worked velocity of moving in the z-axis direction to the specific probe particles P 1 As a result, it is possible to obtain the unevenness of the surface of the substrate S from the change of the z coordinate. Thus, the surface information acquisition unit 14 obtains the flow velocity distribution of the solution based on the position information of the probe particles P, and calculates and acquires the surface shape of the substrate S.

次に、図8及び図9を参照して、本実施形態に係る表面情報取得装置1Aを用いる表面情報取得方法について説明し、併せて表面情報取得装置1Aの動作についても説明する。図8は、表面情報取得方法の手順を示す図である。   Next, with reference to FIG.8 and FIG.9, the surface information acquisition method using 1 A of surface information acquisition apparatuses which concern on this embodiment is demonstrated, and operation | movement of 1 A of surface information acquisition apparatuses is also demonstrated collectively. FIG. 8 is a diagram illustrating a procedure of the surface information acquisition method.

まず、撮像装置4によって撮像された画像におけるプローブ粒子Pの大きさを規定する値である直径dと、基準面である焦点面Fからのプローブ粒子Pの距離Zとの関係を示す校正データ(図3及び図4参照)を用意する(校正データ準備ステップS01)。図9は、校正データを求めることについて説明するための図である。校正データは以下の手順で取得される。   First, calibration data (relationship between the diameter d which is a value defining the size of the probe particle P in the image captured by the imaging device 4 and the distance Z of the probe particle P from the focal plane F which is the reference plane) ( 3 and 4) are prepared (calibration data preparation step S01). FIG. 9 is a diagram for explaining how to obtain calibration data. Calibration data is acquired by the following procedure.

すなわち、図9に示されるように、2枚のカバーガラスG1、G2の間に溶液と共に挟まれたプローブ粒子Pを試料ステージ6上に配置した上で、試料ステージ6をz方向に移動する。すなわち、焦点面Fと一致する場合を基準(Z=0)とし、当該基準に対して上下方向(Z<0、Z>0)にステージ6をプローブ粒子Pとともに移動する。その際、各位置でのプローブ粒子Pのプローブ像が撮像装置4によって撮像され、プローブ画像におけるプローブ粒子Pの直径dが求められる。こうして、z方向における焦点面Fからの距離に対するプローブ画像におけるプローブ粒子Pの直径dが求められ、校正データが得られる。得られた校正データは、画像処理装置10の校正データ格納部11に格納される。   That is, as shown in FIG. 9, after the probe particles P sandwiched with the solution between the two cover glasses G1 and G2 are arranged on the sample stage 6, the sample stage 6 is moved in the z direction. That is, the case where it coincides with the focal plane F is set as a reference (Z = 0), and the stage 6 is moved together with the probe particles P in the vertical direction (Z <0, Z> 0) with respect to the reference. At that time, a probe image of the probe particle P at each position is picked up by the image pickup device 4, and the diameter d of the probe particle P in the probe image is obtained. Thus, the diameter d of the probe particle P in the probe image with respect to the distance from the focal plane F in the z direction is obtained, and calibration data is obtained. The obtained calibration data is stored in the calibration data storage unit 11 of the image processing apparatus 10.

再び図8に戻って、表面情報取得方法について説明を続ける。次に、複数のプローブ粒子Pが含まれた溶液を基板SとカバーガラスGとの間に満たす。これにより、基板Sの表面から所定距離離れてプローブ粒子Pが浮遊するように基板S及びプローブ粒子Pが配置される(プローブ粒子準備ステップS02)。基板Sは、表面情報取得装置1Aの試料ステージ6上に配置される。   Returning to FIG. 8 again, the description of the surface information acquisition method will be continued. Next, a solution containing a plurality of probe particles P is filled between the substrate S and the cover glass G. Thereby, the substrate S and the probe particles P are arranged so that the probe particles P float at a predetermined distance from the surface of the substrate S (probe particle preparation step S02). The substrate S is disposed on the sample stage 6 of the surface information acquisition apparatus 1A.

続いて、結像装置3によって結ばれた複数のプローブ粒子Pの像が、撮像装置4によって撮像される(撮像ステップS03)。プローブ画像には様々な位置座表を有する複数のプローブ粒子Pが撮像されていてもよい。撮像されたプローブ画像は、撮像装置4から画像処理装置10の大きさ規定値特定部12へ出力される。   Subsequently, images of the plurality of probe particles P connected by the imaging device 3 are captured by the imaging device 4 (imaging step S03). A plurality of probe particles P having various position maps may be imaged in the probe image. The captured probe image is output from the imaging device 4 to the size specification value specifying unit 12 of the image processing device 10.

プローブ画像が入力された大きさ規定値特定部12では、撮像装置4で撮像されたプローブ画像におけるプローブ粒子Pの大きさを規定する測定値である直径dが求められる(大きさ規定値特定ステップS04)。複数のプローブ粒子Pが撮像されている場合には、それらについての直径dが求められる。こうして求められた直径の大きさdは、大きさ規定値特定部12から位置情報取得部13へ出力される。   The size specification value specifying unit 12 to which the probe image is input obtains a diameter d that is a measurement value that specifies the size of the probe particle P in the probe image captured by the imaging device 4 (size specification value specifying step). S04). When a plurality of probe particles P are imaged, the diameter d is obtained for them. The diameter d thus obtained is output from the size specification value specifying unit 12 to the position information acquiring unit 13.

直径dが入力された位置情報取得部13では、校正データ格納部11に格納された校正データと、大きさ規定値特定ステップS04で求められたプローブ粒子Pの直径dと、に基づいて、基準面である焦点面Fからのプローブ粒子Pの位置情報(x、y、z)が取得される(位置情報取得ステップS05)。こうして求められた各プローブ粒子Pの位置情報(x、y、z)は、位置情報取得部13から表面情報取得部14へ出力される。   In the position information acquisition unit 13 to which the diameter d is input, based on the calibration data stored in the calibration data storage unit 11 and the diameter d of the probe particle P obtained in the size specification value specifying step S04, a reference is made. Position information (x, y, z) of the probe particle P from the focal plane F, which is a plane, is acquired (position information acquisition step S05). The position information (x, y, z) of each probe particle P thus obtained is output from the position information acquisition unit 13 to the surface information acquisition unit 14.

各プローブ粒子Pの位置情報(x、y、z)が入力された表面情報取得部14では、位置情報(x、y、z)に基づいて基板Sの表面情報が取得される(表面情報取得ステップS06)。表面情報取得ステップS06では、例えば各プローブ粒子Pの位置情報(x、y、z)から溶液中に浮遊しているプローブ粒子Pの位置分布関数n(x、y、z)を算出して表面情報の取得に用いてもよい。取得される表面情報としては、例えば表面電位、あるいは表面形状などである。本実施形態に係る表面情報取得装置1A及び表面情報取得方法では、こうして基板Sの表面情報が取得される。   The surface information acquisition unit 14 to which the position information (x, y, z) of each probe particle P is input acquires the surface information of the substrate S based on the position information (x, y, z) (surface information acquisition). Step S06). In the surface information acquisition step S06, for example, the position distribution function n (x, y, z) of the probe particles P floating in the solution is calculated from the position information (x, y, z) of each probe particle P to calculate the surface. You may use for acquisition of information. The acquired surface information is, for example, a surface potential or a surface shape. In the surface information acquisition apparatus 1A and the surface information acquisition method according to the present embodiment, the surface information of the substrate S is thus acquired.

本実施形態に係る表面情報取得装置1A及び表面情報取得方法では、プローブ粒子Pは、基板S表面と有機的に関連して位置している。したがって、本実施形態に係る表面情報取得装置1A及び表面情報取得方法では、プローブ粒子Pの位置情報(x、y、z)から試料である基板S表面の表面情報を求めることが可能となる。   In the surface information acquisition apparatus 1A and the surface information acquisition method according to the present embodiment, the probe particles P are positioned in organic relation with the surface of the substrate S. Therefore, in the surface information acquisition apparatus 1A and the surface information acquisition method according to the present embodiment, it is possible to obtain the surface information of the surface of the substrate S that is a sample from the position information (x, y, z) of the probe particles P.

具体的には、例えばプローブ粒子P及び基板Sが何れも同符号に荷電しているときには、プローブ粒子Pと基板S表面とは静電的相互作用を及ぼし合い、この静電的相互作用に影響を受けてプローブ粒子Pは位置することとなる。したがって、プローブ粒子Pの位置分布関数n(x、y、z)を求めることにより、式(1)及び(2)から、本実施形態に係る表面情報取得装置1A及び表面情報取得方法では、試料である基板Sの表面電位を求めることが可能となる。   Specifically, for example, when the probe particle P and the substrate S are both charged with the same sign, the probe particle P and the surface of the substrate S interact with each other and affect the electrostatic interaction. In response, the probe particle P is positioned. Therefore, by obtaining the position distribution function n (x, y, z) of the probe particle P, the surface information acquisition device 1A and the surface information acquisition method according to the present embodiment can be obtained from the equations (1) and (2). It is possible to obtain the surface potential of the substrate S.

なお、この場合、プローブ粒子の位置分布関数は鋭い立ち上がり部分を有し、この鋭い立ち上がり部分は、わずかな表面電位変化に敏感に応答するため、極微量しか存在しない貴重なバイオ関連分子が特異的に基板S表面に吸着したときのような、表面電位の微小変化を高感度に検出することができ、有効である。また、この場合、バイオ関連分子に標識分子を化学的・物理的に結合する必要がないため、測定のための前処理を省略することが可能となる。さらに、プローブ粒子Pの3次元での位置分布関数n(x、y、z)に基づくため基板Sの表面電位として電位分布を求めることもできる。これにより、基板S上に複数の異なる病変に対応した生体分子を結合しておくことで、一回の測定で複数の項目について検査することが可能となり、医療分野における生化学検査に要する時間の大幅な短縮が実現される。   In this case, the position distribution function of the probe particle has a sharp rising part, and this sharp rising part responds sensitively to a slight change in surface potential. It is possible to detect a minute change in the surface potential with high sensitivity, such as when adsorbed on the surface of the substrate S. In this case, since it is not necessary to chemically and physically bind the label molecule to the bio-related molecule, it is possible to omit the pretreatment for measurement. Furthermore, since it is based on the three-dimensional position distribution function n (x, y, z) of the probe particle P, the potential distribution can be obtained as the surface potential of the substrate S. Thus, by binding biomolecules corresponding to a plurality of different lesions on the substrate S, it is possible to inspect a plurality of items in one measurement, and the time required for biochemical examination in the medical field is reduced. Significant shortening is realized.

あるいは、例えばプローブ粒子P及び基板Sが何れも荷電していない場合であっても、一定の確率分布でばらまかれたプローブ粒子Pは基板S表面の形状に則って分布する。これにより、本実施形態に係る表面情報取得装置1A及び表面情報取得方法では、試料である基板Sの表面形状を求めることができる。   Alternatively, for example, even when the probe particles P and the substrate S are not charged, the probe particles P dispersed with a certain probability distribution are distributed according to the shape of the surface of the substrate S. Thereby, in the surface information acquisition apparatus 1A and the surface information acquisition method according to the present embodiment, the surface shape of the substrate S that is a sample can be obtained.

あるいは、例えばプローブ粒子P及び基板Sが何れも荷電していない場合であっても、プローブ粒子Pは基板S表面の形状に則った流速によって移動する。本実施形態に係る表面情報取得装置1A及び表面情報取得方法ではプローブ粒子Pの流速分布を求めることができ、これにより試料である基板Sの表面形状を求めることができる。   Alternatively, for example, even when neither the probe particle P nor the substrate S is charged, the probe particle P moves at a flow velocity according to the shape of the surface of the substrate S. In the surface information acquisition apparatus 1A and the surface information acquisition method according to the present embodiment, the flow velocity distribution of the probe particles P can be obtained, and thereby the surface shape of the substrate S that is a sample can be obtained.

また、本実施形態に係る表面情報取得装置1A及び表面情報取得方法では、基板S表面上に液体である溶液が存在し、当該溶液内に測定を担うプローブ粒子Pが浮遊している。そのため、従来の表面情報取得装置(例えば、AFM)と異なり、溶液の流動によっても表面情報の取得は妨げられることがない。したがって、本実施形態に係る表面情報取得装置1A及び表面情報取得方法では、基板S表面上において溶液が流動している場合であっても基板Sの表面情報を取得することが可能となる。   In the surface information acquisition apparatus 1A and the surface information acquisition method according to the present embodiment, a solution that is a liquid exists on the surface of the substrate S, and probe particles P that are responsible for measurement float in the solution. Therefore, unlike conventional surface information acquisition devices (for example, AFM), acquisition of surface information is not hindered by the flow of the solution. Therefore, in the surface information acquisition apparatus 1A and the surface information acquisition method according to the present embodiment, it is possible to acquire the surface information of the substrate S even when the solution is flowing on the surface of the substrate S.

さらに、プローブ粒子Pが浮遊していることから、微弱な力に呼応することができる。これにより、例えば微弱な表面電位の影響も計測することが可能となる。   Furthermore, since the probe particle P is floating, it can respond to a weak force. Thereby, for example, the influence of a weak surface potential can be measured.

加えて、プローブ粒子Pが浮遊していることから、本実施形態に係る表面情報取得装置1A及び表面情報取得方法によれば、焦点面Fから離れた(例えば数十μm以上)ところに位置するプローブ粒子Pの位置情報を取得することも可能である。したがって、例えば基板S表面が高電位の場合であっても、プローブ粒子Pを捕捉するための外力を加えることなく位置情報を取得することができる。   In addition, since the probe particles P are floating, according to the surface information acquisition device 1A and the surface information acquisition method according to this embodiment, the probe particles P are located away from the focal plane F (for example, several tens of μm or more). It is also possible to acquire position information of the probe particle P. Therefore, for example, even when the surface of the substrate S has a high potential, the position information can be acquired without applying an external force for capturing the probe particles P.

また、プローブ粒子Pの大きさを変えることで所望のスケールで基板Sの表面情報を取得することが可能となる。すなわち、より小さいプローブ粒子Pを選択することで非常にミクロなスケールの表面情報を取得することが可能となる一方、より大きいプローブ粒子Pを選択することでマクロなスケールの表面情報を取得することが可能となる。   Further, by changing the size of the probe particle P, it is possible to acquire the surface information of the substrate S at a desired scale. That is, it is possible to acquire surface information on a very micro scale by selecting a smaller probe particle P, while acquiring surface information on a macro scale by selecting a larger probe particle P. Is possible.

また、本実施形態に係る表面情報取得装置1A及び表面情報取得方法では、基板Sに対し電流を流す必要がない。そのため、電流による影響を受けることなく、基板Sの表面情報を取得することが可能となる。   Further, in the surface information acquisition apparatus 1A and the surface information acquisition method according to the present embodiment, it is not necessary to pass a current through the substrate S. Therefore, the surface information of the substrate S can be acquired without being affected by the current.

また、本実施形態に係る表面情報取得装置1A及び表面情報取得方法では、プローブ画像における各プローブ粒子の直径さえ算出できればそのプローブ粒子の位置情報(座標)は取得可能である。そのため、プローブ画像に撮像されたプローブ粒子の数が複数であっても、当該撮像された複数のプローブ粒子の位置情報を取得することができる。すなわち、一度の撮像で複数のプローブ粒子の位置情報を取得することが可能となり、表面情報の取得に要する時間を短縮することが可能となる。   In the surface information acquisition apparatus 1A and the surface information acquisition method according to the present embodiment, the position information (coordinates) of the probe particles can be acquired as long as the diameter of each probe particle in the probe image can be calculated. Therefore, even if there are a plurality of probe particles captured in the probe image, position information of the plurality of probe particles captured can be acquired. That is, it is possible to acquire the position information of a plurality of probe particles with one imaging, and it is possible to shorten the time required for acquiring the surface information.

本実施形態では、プローブ粒子Pは球体であるため、プローブ画像によって得られるプローブ粒子Pの直径(プローブ粒子Pの大きさを規定する値)はプローブ粒子Pを撮像する方向に依存しない。その結果、プローブ粒子Pを如何なる方向からも撮像でき、表面情報の取得が容易になる。   In this embodiment, since the probe particle P is a sphere, the diameter of the probe particle P obtained from the probe image (a value that defines the size of the probe particle P) does not depend on the direction in which the probe particle P is imaged. As a result, the probe particle P can be imaged from any direction, and surface information can be easily acquired.

本実施形態では、プローブ粒子Pを照射する光lを出力する光源2を備えているため、自身で光を発しないプローブ粒子Pを用いて表面情報を取得することが可能となる。   In the present embodiment, since the light source 2 that outputs the light 1 that irradiates the probe particle P is provided, it is possible to acquire surface information using the probe particle P that does not emit light by itself.

なお、本実施形態に係る表面情報取得装置1A及び表面情報取得方法では、プローブ粒子Pの位置情報に基づいて、基板Sの表面電位及び表面形状以外の情報を表面情報として取得することもできる。   In the surface information acquisition apparatus 1A and the surface information acquisition method according to the present embodiment, information other than the surface potential and the surface shape of the substrate S can be acquired as surface information based on the position information of the probe particles P.

(第2実施形態)
図10を参照して、第2実施形態に係る表面情報取得装置1Bの構成について説明する。図10は第2実施形態に係る表面情報取得装置1Bの構成を示す図である。第2実施形態に係る表面情報取得装置1Bは、試料が基板ではなく透明管Sである点で第1実施形態に係る表面情報取得装置1Aと異なる。
(Second Embodiment)
With reference to FIG. 10, the structure of the surface information acquisition apparatus 1B which concerns on 2nd Embodiment is demonstrated. FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a surface information acquisition apparatus 1B according to the second embodiment. The surface information acquisition apparatus 1B according to the second embodiment differs from the surface information acquisition apparatus 1A according to the first embodiment in that the sample is not a substrate but a transparent tube S.

透明管Sは例えばガラス管であり、試料ステージ6上に管の長手方向が結像装置3の光軸と直交するように載置されている。透明管Sの管内には溶液が満たされており、当該溶液中には複数のプローブ粒子Pが含まれている。プローブ粒子Pは球体であり、何れも試料である管の内壁から所定距離離れて溶液中を浮遊している。結像装置3は、その焦点面Fが透明管Sの内部を横切るように位置する。透明管S及びプローブ粒子Pは、同符号で荷電していてもよい。   The transparent tube S is a glass tube, for example, and is placed on the sample stage 6 so that the longitudinal direction of the tube is perpendicular to the optical axis of the imaging device 3. The transparent tube S is filled with a solution, and the solution contains a plurality of probe particles P. The probe particles P are spherical and all float in the solution at a predetermined distance from the inner wall of the sample tube. The imaging device 3 is positioned such that its focal plane F crosses the inside of the transparent tube S. The transparent tube S and the probe particle P may be charged with the same sign.

本実施形態に係る表面情報取得装置1Bを用いる表面情報取得方法も、表面情報取得装置1Aを用いる表面情報取得方法と同様、図8に示すような校正データ準備ステップS01、プローブ粒子準備ステップS02、撮像ステップS03、大きさ規定値特定ステップS04、位置情報取得ステップS05、及び表面情報取得ステップS06を備える。   Similarly to the surface information acquisition method using the surface information acquisition device 1A, the surface information acquisition method using the surface information acquisition device 1B according to the present embodiment also has a calibration data preparation step S01, a probe particle preparation step S02, as shown in FIG. An imaging step S03, a size specification value specifying step S04, a position information acquisition step S05, and a surface information acquisition step S06 are provided.

本実施形態に係る表面情報取得装置1B及び表面情報取得方法では、プローブ粒子Pは、例えば透明管S内壁表面と静電的相互作用を及ぼし合って分布する、あるいは透明管S内壁表面の形状に則って分布する等、透明管S内壁表面と有機的に関連して位置している。したがって、本実施形態に係る表面情報取得装置1B及び表面情報取得方法では、プローブ粒子Pの位置情報(x、y、z)から試料である透明管S内壁表面の表面情報(例えば、表面電位、あるいは表面形状等)を求めることが可能となる。   In the surface information acquisition apparatus 1B and the surface information acquisition method according to the present embodiment, the probe particles P are distributed by, for example, electrostatic interaction with the inner wall surface of the transparent tube S or the shape of the inner wall surface of the transparent tube S. It is located in an organically related manner with the inner wall surface of the transparent tube S, such as being distributed along the line. Therefore, in the surface information acquisition device 1B and the surface information acquisition method according to the present embodiment, the surface information (for example, surface potential, surface potential, etc.) of the inner surface of the transparent tube S that is the sample from the position information (x, y, z) of the probe particle P. Alternatively, the surface shape or the like can be obtained.

特に、透明管Sは管状であるため、内壁の表面情報を取得することは通常の測定方法では困難である。しかし、本実施形態に係る表面情報取得装置1B及び表面情報取得方法では、管状の透明管S内に浮遊するプローブ粒子の位置情報を取得さえすれば当該透明管S内壁の表面情報を取得することができる。すなわち、本実施形態に係る表面情報取得装置1B及び表面情報取得方法では、複雑な形状をした試料についても、その表面情報を取得することが可能である。   In particular, since the transparent tube S is tubular, it is difficult to obtain surface information on the inner wall with a normal measurement method. However, in the surface information acquisition apparatus 1B and the surface information acquisition method according to the present embodiment, the surface information of the inner wall of the transparent tube S is acquired as long as the position information of the probe particles floating in the tubular transparent tube S is acquired. Can do. That is, in the surface information acquisition apparatus 1B and the surface information acquisition method according to the present embodiment, it is possible to acquire the surface information of a sample having a complicated shape.

また、本実施形態に係る表面情報取得装置1B及び表面情報取得方法では、透明管S内に液体である溶液が存在する。本実施形態に係る表面情報取得装置1Bでは、プローブ粒子Pが試料である透明管S内を浮遊しているため、溶液の流動によっても表面情報(管内壁の表面情報)の取得が妨げられることはない。したがって、本実施形態に係る表面情報取得装置1B及び表面情報取得方法では、透明管S内壁表面上において溶液が流動している場合であっても透明管S内壁の表面情報を取得することが可能となる。   Moreover, in the surface information acquisition apparatus 1B and the surface information acquisition method according to the present embodiment, a liquid solution exists in the transparent tube S. In the surface information acquisition apparatus 1B according to the present embodiment, since the probe particles P are floating in the transparent tube S that is a sample, acquisition of surface information (surface information on the inner wall of the tube) is hindered by the flow of the solution. There is no. Therefore, in the surface information acquisition device 1B and the surface information acquisition method according to the present embodiment, it is possible to acquire the surface information of the inner wall of the transparent tube S even when the solution is flowing on the inner wall surface of the transparent tube S. It becomes.

また、プローブ粒子Pの大きさを変えることで所望のスケールで透明管S内壁の表面情報を取得することが可能となる。   In addition, by changing the size of the probe particle P, it is possible to acquire the surface information of the inner wall of the transparent tube S at a desired scale.

また、本実施形態に係る表面情報取得装置1B及び表面情報取得方法では、透明管Sに対し電流を流す必要がない。そのため、電流による影響を受けることなく透明管S内壁の表面情報を取得することが可能となる。   Moreover, in the surface information acquisition apparatus 1B and the surface information acquisition method according to the present embodiment, it is not necessary to pass a current through the transparent tube S. Therefore, it becomes possible to acquire the surface information of the inner wall of the transparent tube S without being affected by the current.

また、一度の撮像で複数のプローブ粒子について位置情報を取得することができるため、実際の計測が容易となり、表面情報の取得に要する時間を短縮することが可能となる。   In addition, since position information can be acquired for a plurality of probe particles with one imaging, actual measurement is facilitated, and the time required for acquiring surface information can be shortened.

本実施形態では、プローブ粒子Pは球体であるため、プローブ粒子Pを如何なる方向からも撮像でき、実際の計測が容易になる。その結果、表面情報の取得が容易になる。   In this embodiment, since the probe particle P is a sphere, the probe particle P can be imaged from any direction, and actual measurement becomes easy. As a result, it is easy to obtain surface information.

本実施形態では、プローブ粒子Pを照射する光lを出力する光源2を備えているため、自身で光を発しないプローブ粒子Pを用いて表面情報を取得することが可能となる。   In the present embodiment, since the light source 2 that outputs the light 1 that irradiates the probe particle P is provided, it is possible to acquire surface information using the probe particle P that does not emit light by itself.

なお、本実施形態に係る表面情報取得装置1B及び表面情報取得方法では、プローブ粒子Pの位置情報に基づいて、透明管S内壁の表面電位及び表面形状以外の情報を表面情報として取得することもできる。   In the surface information acquisition device 1B and the surface information acquisition method according to the present embodiment, information other than the surface potential and the surface shape of the inner wall of the transparent tube S may be acquired as surface information based on the position information of the probe particles P. it can.

(第3実施形態)
図11を参照して、第3実施形態に係る表面情報取得装置1Cの構成について説明する。図11は第3実施形態に係る表面情報取得装置1Cの構成を示す図である。第3実施形態に係る表面情報取得装置1Cは、試料が不透明な基板Sであって、当該不透明基板Sに対する反射型の顕微鏡として構成されている点で第1実施形態に係る表面情報取得装置1Aと異なる。
(Third embodiment)
With reference to FIG. 11, the structure of 1 C of surface information acquisition apparatuses which concern on 3rd Embodiment is demonstrated. FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a surface information acquisition apparatus 1C according to the third embodiment. The surface information acquisition apparatus 1C according to the third embodiment is a surface information acquisition apparatus 1A according to the first embodiment in that the sample is an opaque substrate S and is configured as a reflective microscope with respect to the opaque substrate S. And different.

不透明な基板Sは、例えば半導体デバイス、あるいは着色されたガラス基板等であり、基板Sの被計測面が結像装置3の光軸と直交するように試料ステージ6上に載置されている。基板SとカバーガラスGとの間には溶液が満たされており、当該溶液中には複数のプローブ粒子Pが含まれている。プローブ粒子Pは何れも球体であり、基板Sの表面から所定距離離れて溶液中を浮遊している。結像装置3は、その焦点面Fが基板S表面上の溶液を横切るように、すなわち基板SとカバーガラスGとの間に位置するように配置される。基板S及びプローブ粒子Pは、同符号で荷電していてもよい。   The opaque substrate S is, for example, a semiconductor device or a colored glass substrate, and is placed on the sample stage 6 so that the surface to be measured of the substrate S is orthogonal to the optical axis of the imaging device 3. A solution is filled between the substrate S and the cover glass G, and the probe particle P is contained in the solution. The probe particles P are all spherical and float in the solution at a predetermined distance from the surface of the substrate S. The imaging device 3 is arranged so that its focal plane F crosses the solution on the surface of the substrate S, that is, between the substrate S and the cover glass G. The substrate S and the probe particles P may be charged with the same sign.

表面情報取得装置1Cは、限外照明系を採用し、結像装置3の光軸と所定角度を有して基板S及びプローブ粒子Pを照射する光lを出力する光源(図11において図示を省略)を備える。また、限外照明系を用いる場合、例えば作動距離の長い高倍率対物レンズを用いる方法、あるいは低倍率対物レンズにズーム光学系を組み合わせる方法、あるいは暗視野対物レンズを用いる方法などがある。   The surface information acquisition device 1C employs an ultra-illumination system, and has a predetermined angle with the optical axis of the imaging device 3 and outputs a light source 1 for irradiating the substrate S and the probe particles P (illustrated in FIG. 11). (Omitted). When using an ultra-illumination system, for example, there are a method using a high-power objective lens having a long working distance, a method combining a low-power objective lens with a zoom optical system, or a method using a dark-field objective lens.

本実施形態に係る表面情報取得装置1Cを用いる表面情報取得方法も、表面情報取得装置1Aを用いる表面情報取得方法と同様、図8に示すような校正データ準備ステップS01、プローブ粒子準備ステップS02、撮像ステップS03、大きさ規定値特定ステップS04、位置情報取得ステップS05、及び表面情報取得ステップS06を備える。   Similarly to the surface information acquisition method using the surface information acquisition device 1A, the surface information acquisition method using the surface information acquisition device 1C according to the present embodiment also has a calibration data preparation step S01, a probe particle preparation step S02, as shown in FIG. An imaging step S03, a size specification value specifying step S04, a position information acquisition step S05, and a surface information acquisition step S06 are provided.

反射型の顕微鏡に同軸(明視野)照明系を用いると背景反射が対物レンズに入射されてしまいプローブ粒子の像が不明瞭となってしまう。表面情報取得装置1Cでは、限外(暗視野)照明系を用いているため、不透明な基板Sを計測する場合であっても、プローブ粒子Pの像を撮像することができる。これにより、プローブ画像におけるプローブ粒子Pの直径を特定することが可能となるため、基板Sの表面情報を取得することが可能となる。このように、本実施形態に係る表面情報取得装置1C及び表面情報取得方法では不透明な基板Sの表面情報を取得することが可能となる。   When a coaxial (bright field) illumination system is used in a reflection type microscope, background reflection is incident on the objective lens and the image of the probe particle becomes unclear. Since the surface information acquisition apparatus 1C uses an extreme (dark field) illumination system, an image of the probe particle P can be taken even when the opaque substrate S is measured. As a result, the diameter of the probe particle P in the probe image can be specified, so that the surface information of the substrate S can be acquired. As described above, the surface information acquisition apparatus 1 </ b> C and the surface information acquisition method according to the present embodiment can acquire the surface information of the opaque substrate S.

本実施形態に係る表面情報取得装置1C及び表面情報取得方法では、プローブ粒子Pは、例えば不透明基板S表面と静電的相互作用を及ぼし合って分布する、あるいは基板S表面の形状に則って分布する等、基板S表面と有機的に関連して位置している。したがって、本実施形態に係る表面情報取得装置1C及び表面情報取得方法では、プローブ粒子Pの位置情報(x、y、z)から試料である基板Sの表面情報(例えば、表面電位、あるいは表面形状等)を求めることが可能となる。   In the surface information acquisition apparatus 1C and the surface information acquisition method according to the present embodiment, the probe particles P are distributed by, for example, exerting an electrostatic interaction with the opaque substrate S surface, or distributed according to the shape of the substrate S surface. For example, it is organically related to the surface of the substrate S. Therefore, in the surface information acquisition apparatus 1C and the surface information acquisition method according to the present embodiment, the surface information (for example, the surface potential or the surface shape) of the substrate S as the sample from the position information (x, y, z) of the probe particles P. Etc.) can be obtained.

また、本実施形態に係る表面情報取得装置1C及び表面情報取得方法では、基板S上に液体である溶液が存在する。本実施形態に係る表面情報取得装置1Cでは、プローブ粒子Pが試料である基板S上を浮遊しているため、溶液の流動によっても表面情報の取得が妨げられるない。したがって、本実施形態に係る表面情報取得装置1C及び表面情報取得方法では、基板S表面上において溶液が流動している場合であっても基板Sの表面情報を取得することが可能となる。   In the surface information acquisition apparatus 1C and the surface information acquisition method according to the present embodiment, a liquid solution exists on the substrate S. In the surface information acquisition apparatus 1C according to the present embodiment, since the probe particles P are floating on the substrate S that is a sample, acquisition of surface information is not hindered by the flow of the solution. Therefore, in the surface information acquisition apparatus 1C and the surface information acquisition method according to the present embodiment, it is possible to acquire the surface information of the substrate S even when the solution is flowing on the surface of the substrate S.

また、プローブ粒子Pの大きさを変えることで所望のスケールで基板Sの表面情報を取得することが可能となる。   Further, by changing the size of the probe particle P, it is possible to acquire the surface information of the substrate S at a desired scale.

また、本実施形態に係る表面情報取得装置1C及び表面情報取得方法では、基板Sに対し電流を流す必要がない。そのため、電流による影響を受けることなく基板Sの表面情報を取得することが可能となる。   In the surface information acquisition apparatus 1C and the surface information acquisition method according to the present embodiment, it is not necessary to pass a current through the substrate S. Therefore, it is possible to acquire the surface information of the substrate S without being affected by the current.

また、一度の撮像で複数のプローブ粒子について位置情報を取得することができるため、実際の計測が容易となり、表面情報の取得に要する時間を短縮することが可能となる。   In addition, since position information can be acquired for a plurality of probe particles with one imaging, actual measurement is facilitated, and the time required for acquiring surface information can be shortened.

本実施形態では、プローブ粒子Pは球体であるため、プローブ粒子Pを如何なる方向からも撮像でき、実際の計測が容易になる。その結果、表面情報の取得が容易になる。   In this embodiment, since the probe particle P is a sphere, the probe particle P can be imaged from any direction, and actual measurement becomes easy. As a result, it is easy to obtain surface information.

本実施形態では、プローブ粒子Pを限外照射する光lを出力する光源を備えているため、自身で光を発しないプローブ粒子Pを用いて表面情報を取得することが可能となる。   In the present embodiment, since the light source that outputs the light l for irradiating the probe particles P is provided, surface information can be acquired using the probe particles P that do not emit light by themselves.

なお、本実施形態に係る表面情報取得装置1C及び表面情報取得方法では、プローブ粒子Pの位置情報に基づいて、不透明基板Sの表面電位及び表面形状以外の情報を表面情報として取得することもできる。   In the surface information acquisition apparatus 1C and the surface information acquisition method according to the present embodiment, information other than the surface potential and surface shape of the opaque substrate S can be acquired as surface information based on the position information of the probe particles P. .

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、プローブ粒子Pの形状は球状に限らず、例えば棒状であってもよい。棒状プローブ粒子を用いた場合における、プローブ画像におけるプローブ粒子Pの大きさを規定する値というのは、プローブ粒子の長手方向の両端での短手方向の長さとなる。すなわち、例えば、プローブ画像においてプローブ粒子の長手方向の両端での短手方向の長さが同じである場合には、棒状のプローブ粒子は、長手方向と試料表面とが平行になるように分布している。一方、プローブ画像においてプローブ粒子の長手方向の両端での短手方向の長さが異なる場合には、棒状のプローブ粒子は、長手方向が試料表面に対して角度を有して分布している。したがって、プローブ画像におけるプローブ粒子の長手方向の両端での短手方向の長さを求めることによって、プローブ粒子Pの試料表面に対する位置情報としてプローブ粒子Pの試料表面に対する傾きが得られる。棒状のプローブ粒子Pは、試料表面と有機的に関連することによりその傾きが決定する。したがって、プローブ粒子Pの試料表面に対する傾きに基づいて、例えば表面電位、あるいは表面形状等の表面情報を取得することができる。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made. For example, the shape of the probe particle P is not limited to a spherical shape, and may be, for example, a rod shape. The value that defines the size of the probe particle P in the probe image when the rod-shaped probe particle is used is the length in the short direction at both ends in the longitudinal direction of the probe particle. That is, for example, when the lengths in the short direction at both ends of the probe particles in the longitudinal direction are the same in the probe image, the rod-like probe particles are distributed so that the longitudinal direction and the sample surface are parallel. ing. On the other hand, when the lengths in the short direction at both ends in the longitudinal direction of the probe particles are different in the probe image, the rod-like probe particles are distributed with the longitudinal direction having an angle with respect to the sample surface. Therefore, the inclination of the probe particle P with respect to the sample surface can be obtained as positional information of the probe particle P with respect to the sample surface by obtaining the length in the short direction at both ends in the longitudinal direction of the probe particle in the probe image. The inclination of the rod-like probe particle P is determined by being organically related to the sample surface. Therefore, based on the inclination of the probe particle P with respect to the sample surface, surface information such as surface potential or surface shape can be acquired.

また、プローブ粒子Pはポリスチレンラテックスに限らず、他の材料からなるものであってもよい。ただし、ポリスチレンラテックス微粒子を用いると、プローブ粒子Pを真球度の高い球にすることができ、また密度(1.05g/cm)が水(軽水HOと重水DOとの混合液)の密度と略同じであるため好ましい。密度が水も密度と略同じであることにより、プローブ粒子を水中に浮遊させたときの重力の影響を小さくすることが可能となる。 The probe particles P are not limited to polystyrene latex, and may be made of other materials. However, when polystyrene latex fine particles are used, the probe particles P can be made into spheres with high sphericity, and the density (1.05 g / cm 3 ) is water (mixed of light water H 2 O and heavy water D 2 O). (Liquid) is almost the same as the density. Since the density of water is substantially the same as the density, the influence of gravity when the probe particles are suspended in water can be reduced.

また、試料の表面情報として、表面電位及び表面形状以外の情報を取得することもできる。また、プローブ粒子と試料表面との相互作用に基づいて取得される表面情報も、静電的相互作用によって得られる試料の表面電位に限らず、例えば表面が磁気を帯びている場合における磁場強度分布情報、表面が電磁波を発振している場合における電磁波発振情報、あるいは表面が音波(疎密波)を発振している場合における音波発振情報、あるいは表面温度分布などであってもよい。表面が磁気を帯びている場合、帯びている磁気の強度分布に応じてプローブ粒子が分布するため、プローブ粒子の分布(位置情報)から表面が帯びている磁気(磁場)の強度分布が磁場強度分布情報として取得される。表面から電磁波が発振されている場合、発振される電磁波の波長分布及び強度分布に応じてプローブ粒子が分布するため、プローブ粒子の分布(位置情報)から発振される電磁波の波長分布あるいは強度分布が電磁波発振情報として取得される。表面から音波が発振されている場合、発振される音波の波長分布及び強度分布に応じてプローブ粒子が分布するため、プローブ粒子の分布(位置情報)から発振される音波の波長分布あるいは強度分布が音波発振情報として取得される。表面温度分布は、表面温度の違いにより表面と接触した液体又は気体の密度が変化することに応じてプローブ粒子の分布が変わることから求められる。また、プローブ粒子は液体に限らず、例えば気体中に浮遊していても、あるいは真空中に浮遊していてもよい。   Further, information other than the surface potential and the surface shape can be acquired as the surface information of the sample. In addition, the surface information acquired based on the interaction between the probe particle and the sample surface is not limited to the surface potential of the sample obtained by electrostatic interaction. For example, the magnetic field strength distribution when the surface is magnetized. It may be information, electromagnetic wave oscillation information when the surface oscillates electromagnetic waves, acoustic wave oscillation information when the surface oscillates sound waves (dense wave), or surface temperature distribution. When the surface is magnetized, the probe particles are distributed according to the intensity distribution of the magnetism. Therefore, the intensity distribution of the magnetism (magnetic field) from the surface of the probe particles (position information) is the magnetic field strength. Obtained as distribution information. When electromagnetic waves are oscillated from the surface, the probe particles are distributed according to the wavelength distribution and intensity distribution of the oscillated electromagnetic waves. Therefore, the wavelength distribution or intensity distribution of the electromagnetic waves oscillated from the probe particle distribution (position information) is Acquired as electromagnetic wave oscillation information. When sound waves are oscillated from the surface, the probe particles are distributed according to the wavelength distribution and intensity distribution of the oscillated sound waves, so the wavelength distribution or intensity distribution of the sonic waves oscillated from the probe particle distribution (position information) is Acquired as sound wave oscillation information. The surface temperature distribution is obtained because the distribution of the probe particles changes according to the change in the density of the liquid or gas in contact with the surface due to the difference in the surface temperature. The probe particles are not limited to liquids, and may be suspended in a gas or in a vacuum, for example.

また、光源を有さず、例えばプローブ粒子P自身が蛍光を発光し、その像を撮像して試料Sの表面情報を取得してもよい。光源に限定はなく、可視光、紫外線、赤外線、X線、電子線、あるいは中性子線など、どのような波長の光を出す光源であってもよい。結像装置としては、光学顕微鏡に限らず、例えば望遠鏡、カメラ、虫眼鏡、あるいは電子顕微鏡等であってもよい。   Further, for example, the probe particle P itself may emit fluorescence, and an image thereof may be captured to acquire the surface information of the sample S without having a light source. The light source is not limited and may be a light source that emits light of any wavelength, such as visible light, ultraviolet light, infrared light, X-rays, electron beams, or neutron beams. The imaging device is not limited to an optical microscope, and may be, for example, a telescope, a camera, a magnifying glass, or an electron microscope.

第1実施形態に係る表面情報取得装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the surface information acquisition apparatus which concerns on 1st Embodiment. 画像処理部の機能について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the function of an image process part. 校正データによって得られるグラフの図である。It is a figure of the graph obtained by calibration data. 実際の測定データを校正データとする場合における校正データの表を示す。A table of calibration data when actual measurement data is used as calibration data is shown. プローブ粒子と結像装置の焦点面との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between probe particle | grains and the focal plane of an imaging device. 撮像されたプローブ画像におけるプローブ粒子の画像を表す図である。It is a figure showing the image of the probe particle in the imaged probe image. プローブ画像における各プローブ粒子の強度を示すグラフの図である。It is a figure of the graph which shows the intensity | strength of each probe particle in a probe image. 第1実施形態に係る表面情報取得方法の手順を示す図である。It is a figure which shows the procedure of the surface information acquisition method which concerns on 1st Embodiment. 校正データを求めることについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating calculating | requiring calibration data. 第2実施形態に係る表面情報取得装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the surface information acquisition apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る表面情報取得装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the surface information acquisition apparatus which concerns on 3rd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1A、1B、1C…表面情報取得装置、S…試料、P…プローブ粒子、2…光源、3…結像装置、4…撮像装置、5…表示装置、10…画像処理装置、11…校正データ格納部、12…大きさ規定値特定部、13…位置情報取得部、14…表面情報取得部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A, 1B, 1C ... Surface information acquisition device, S ... Sample, P ... Probe particle, 2 ... Light source, 3 ... Imaging device, 4 ... Imaging device, 5 ... Display device, 10 ... Image processing device, 11 ... Calibration data Storage unit, 12 ... Size specification value specifying unit, 13 ... Position information acquisition unit, 14 ... Surface information acquisition unit

Claims (8)

試料の表面上方においてプローブ粒子を浮遊させ、当該浮遊しているプローブ粒子の像を撮像して得られたプローブ画像に基づいて前記試料の表面情報を取得する表面情報取得装置であって、
前記プローブ画像における前記プローブ粒子の大きさを規定する測定値を求める大きさ規定値特定手段と、
前記プローブ画像における前記プローブ粒子の大きさを規定する値と基準面からの前記プローブ粒子の距離との関係を示す校正データと、前記大きさ規定値特定手段で求められた前記測定値と、に基づいて前記プローブ粒子の前記基準面からの位置情報を取得する位置情報取得手段と、
前記プローブ粒子の位置情報に基づいて前記試料の前記表面情報を取得する表面情報取得手段と、を備えることを特徴とする表面情報取得装置。
A surface information acquisition device that floats probe particles above the surface of the sample and acquires surface information of the sample based on a probe image obtained by capturing an image of the floating probe particles,
A size specification value specifying means for obtaining a measurement value that specifies the size of the probe particle in the probe image;
Calibration data indicating a relationship between a value defining the size of the probe particle in the probe image and a distance of the probe particle from a reference plane, and the measured value obtained by the size defining value specifying means Position information acquisition means for acquiring position information from the reference surface of the probe particles based on,
A surface information acquisition device comprising: surface information acquisition means for acquiring the surface information of the sample based on positional information of the probe particles.
前記試料及び前記プローブ粒子は、同符号で荷電していることを特徴とする請求項1記載の表面情報取得装置。   The surface information acquisition apparatus according to claim 1, wherein the sample and the probe particles are charged with the same sign. 前記プローブ粒子が球体であることを特徴とする請求項1又は2記載の表面情報取得装置。   The surface information acquisition apparatus according to claim 1, wherein the probe particle is a sphere. 前記プローブ粒子を照射する光を出力する光源をさらに備えることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項記載の表面情報取得装置。   The surface information acquisition apparatus according to claim 1, further comprising a light source that outputs light that irradiates the probe particles. 試料の表面上方においてプローブ粒子を浮遊させ、当該浮遊しているプローブ粒子の像を撮像して得られたプローブ画像に基づいて前記試料の表面情報を取得する表面情報取得方法であって、
前記プローブ画像における前記プローブ粒子の大きさを規定する値と基準面からの前記プローブ粒子の距離との関係を示す校正データを用意する校正データ準備ステップと、
前記プローブ画像における前記プローブ粒子の大きさを規定する測定値を求める大きさ規定値測定ステップと、
前記校正データと、前記大きさ規定値特定手段で求められた前記測定値と、に基づいて前記プローブ粒子の前記基準面からの位置情報を取得する位置情報取得ステップと、
前記プローブ粒子の前記位置情報に基づいて前記試料の前記表面情報を取得する表面情報取得ステップと、を備えることを特徴とする表面情報取得方法。
A surface information acquisition method for obtaining surface information of the sample based on a probe image obtained by floating probe particles above the surface of the sample and capturing an image of the floating probe particles,
A calibration data preparation step of preparing calibration data indicating a relationship between a value defining a size of the probe particle in the probe image and a distance of the probe particle from a reference plane;
A size prescribed value measuring step for obtaining a measured value defining the size of the probe particle in the probe image;
A position information acquisition step of acquiring position information from the reference surface of the probe particles based on the calibration data and the measurement value obtained by the size prescribed value specifying means;
A surface information acquisition method comprising: a surface information acquisition step of acquiring the surface information of the sample based on the position information of the probe particles.
前記試料及び前記プローブ粒子は、同符号で荷電していることを特徴とする請求項5記載の表面情報取得方法。   The surface information acquisition method according to claim 5, wherein the sample and the probe particles are charged with the same sign. 前記プローブ粒子が球体であることを特徴とする請求項5又は6記載の表面情報取得方法。   The surface information acquisition method according to claim 5 or 6, wherein the probe particles are spherical. 前記プローブ粒子が光源から出力される光によって照射されていることを特徴とする請求5〜7の何れか一項記載の表面情報取得方法。   The surface information acquisition method according to claim 5, wherein the probe particles are irradiated with light output from a light source.
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