(57)【要約】【課題】断面試料を作製することなく、記録媒体や記録物の任意の位置におけるＸＹ断面、ＸＺ断面などを広範囲に亘って容易に観察することができ、その内部構造や形成材料の分布状態、記録物におけるインクの浸透状態などを短時間で正確に解析し得る記録媒体又は記録物の観察方法を提供すること。【解決手段】レーザ光の点光源を、記録媒体又は記録物（試料４）の表面に２次元走査させ、励起した蛍光又は反射光を共焦点光学系を用いて抽出し、この抽出した蛍光又は反射光を光検出手段６を用いて電気信号に変換し、該電気信号を輝度情報として像形成手段（ＣＰＵ８）を用いて試料４の任意の位置における２次元像データ及び／又は３次元像データを作成し、該データを２次元像及び／又は３次元像としてディスプレイ表示あるいは印刷出力する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紙などの記録媒体又は記録物の観察方法であって、レーザ光の点光源を、試料である記録媒体又は記録物の表面に２次元走査させ、且つこの走査光の光軸方向に沿って該試料中にある該走査光の焦点位置を移動させ、該走査光により該試料から励起した蛍光又は反射光を共焦点光学系を用いて抽出し、この抽出した蛍光又は反射光を光検出手段を用いて電気信号に変換し、該電気信号を輝度情報として像形成手段を用いて該試料の任意の位置における２次元像データ及び／又は３次元像データを作成し、該データを出力手段を用いて表示出力あるいは印刷出力することにより、該試料の任意の位置における２次元像及び／又は３次元像を得、該像を観察して、記録媒体又は記録物の内部構造や形成材料の分布状態、記録物におけるインクの浸透状態などを解析することを特徴とする記録媒体又は記録物の観察方法。
【請求項２】
上記試料の表面と上記共焦点光学系を構成する対物レンズとの間に水又は油を付与し、上記蛍光又は反射光が、この付与された水又は油中を通過して該対物レンズに達するようにすることを特徴とする請求項１記載の記録媒体又は記録物の観察方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紙などの記録媒体又は記録物の観察方法に関し、詳しくは、従来の記録媒体等の観察方法のように断面試料を作製する必要がなく、記録媒体や記録物の任意の位置におけるＸＹ断面、ＸＺ断面などの２次元像あるいは３次元像を容易に観察することができ、その内部構造や形成材料の分布状態、記録物におけるインクの浸透状態などを正確に解析し得る記録媒体又は記録物の観察方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
紙などの記録媒体、又は該記録媒体にインクジェット記録方式などの記録方式により記録を行って得られる記録物の内部構造や形成材料の分布状態、記録物におけるインクの浸透状態などは、その用紙特性、印刷適性などを知る上で重要な要素となるものであり、これらについての正確な情報は、記録媒体や記録物の断面観察により得ることができる。
【０００３】
これまで、記録媒体又は記録物（以下、これらを総称して「記録媒体等」ともいう）の断面観察は、記録媒体等を物理的に切断して断面試料を作製し、切り出した断面を光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などを用いて観察することにより行われてきた。断面試料の作製法としては、記録媒体等をカミソリなどの刃物で直接切断する方法が簡便であるが、この方法は、切り出した断面の微細部分での構造破壊が著しく、高倍率の観察には不向きなため、試料を樹脂で包埋してから切断する方法（樹脂包埋法）が一般に用いられている。しかしながら、試料が、包埋樹脂の浸透性の低いもの（例えば、紙の両面をポリエチレン等のポリオレフィン樹脂でコーティングした樹脂被覆紙（ＲＣペーパー）。ＲＣペーパーは、銀塩写真やインクジェット記録用コート紙の基材などに使用される。）である場合、これを樹脂で包埋するのは困難であり、仮に樹脂で包埋できても包埋樹脂が剥離しやすいため、樹脂包埋法を適用することができない。また、記録物におけるインクの浸透状態などを解析する場合には、記録物を樹脂包埋すると、インクが溶出又は移動したり、インク成分が変質したり、表面の塗工材料が溶出したりするため、記録物に対しても樹脂包埋法を適用することはできない。
【０００４】
そこで、特許文献１及び２には、集束イオンビーム（ＦＩＢ：Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ）装置を用い、試料である記録媒体等にイオンビームを照射してこれを切断し、得られた断面をＳＥＭなどの顕微鏡を用いて観察する方法が開示されている。この方法によれば、紙層、塗工層及び用紙に転移した印刷インキ層などの構造破壊を起こすことなく、従来技術とは比較にならない程の精度で紙や印刷物の断面を切り出すことができるので、断面作製作業や、断面観察に要していた時間や労力を大幅に軽減させることができ、紙や印刷物の内部構造や形成材料の分布状態、記録物におけるインクの浸透状態などを正確に解析することができるとされている。
【０００５】
しかしながら、このようにＦＩＢ装置を用いて断面試料を作製しても、結局は記録媒体等を物理的に切断するため、切り出した断面の構造破壊を完全に排除することはできず、記録媒体等の内部構造や形成材料の分布状態を正確に解析するには限界があった。また、ＦＩＢ装置による切断作業は、切断する試料を真空下に置いた状態で行われるため、例えば、試料が水分を多量に含んだ塗工紙である場合には、真空下における急激な水分蒸発によりその塗工層に亀裂が生じてしまい、イオンビームによる切断自体とは別の原因で試料の構造破壊を招くおそれがあった。また、記録物を試料とした場合には、イオンビームのエネルギーによるインク成分や塗工材料へのダメージが懸念されるため、上記の方法を採用すると、記録物におけるインクの浸透状態などについての情報の正確性に欠けるおそれがある。さらに、上記の方法は、観察対象である記録媒体等のうち、断面試料を作製した微小な一部しか観察することができず、しかも、１つの断面試料の作製には少なくとも１時間程度かかるため、数百μｍ以上の広い範囲について観察を行うとなれば多大な時間と労力を要し、広範囲の観察は極めて困難であった。
【０００６】
本発明は、このような従来の記録媒体等の断面観察方法の問題点に鑑みてなされたものであり、断面試料を作製することなく、記録媒体や記録物の任意の位置におけるＸＹ断面、ＸＺ断面などの２次元像あるいは３次元像を広範囲に亘って容易に観察することができ、その内部構造やの浸透状態などを短時間で正確に解析し得る、紙などの記録媒体又は記録物の観察方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【特許文献１】
特許第３０４４２９８号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開２００２−３１０９５６号公報
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、紙などの記録媒体又は記録物の内部構造や形成材料の分布状態、記録物におけるインクの浸透状態などを、正確且つ簡便に解析し得る観察方法について種々検討した結果、共焦点光学系を採用したレーザ走査型顕微鏡（共焦点レーザ走査型顕微鏡）を用いることにより、断面試料を作製することなく、従って試料の構造破壊を招くことなく、記録媒体等の任意の位置におけるＸＹ断面、ＸＺ断面などを観察することが可能となり、観察に要する時間や労力やコスト、観察、解析の精度、観察可能な試料の範囲の広さなどの点で、断面試料の作製を必要とする従来技術とは比較にならない程の格段の改善を図ることができることを知見した。
【００１０】
共焦点光学系は、焦点位置で反射された光又は励起した蛍光が結像する位置（合焦位置）に共焦点ピンホールを置くことで、合焦位置以外からの光を一切排除するようにした光学系であり、光学顕微鏡に比べてフレアのないコントラストの良い像（共焦点画像）を得ることができるという特長を有している。このような共焦点光学系の特長を活かし、試料を走査光の光軸（ｚ軸）方向に所定ピッチで移動させつつ共焦点画像を観察することにより、厚い試料内の任意のレベルで、薄い光学的切片像、即ち、断層像を得ることができ、該試料を３次元的に画像解析することができる。共焦点レーザ走査型顕微鏡は、医療分野や生命科学などの研究分野において利用されており、該顕微鏡の光軸方向に対する分解能を用いて試料の内部構造を観察する場合には、蛍光色素などで試料を染色するのが常法であるが、本発明のように、染色を施すことができない紙などの記録媒体等（記録媒体等を染色すれば、形成材料やインクなどに大きな影響を与えることとなり、正確な解析ができなくなる）の内部構造を解析する手段として、共焦点レーザ走査型顕微鏡を利用することは未だ知られていない。
【００１１】
本発明は、上記知見に基づきなされたもので、紙などの記録媒体又は記録物の観察方法であって、レーザ光の点光源を、試料である記録媒体又は記録物の表面に２次元走査させ、且つこの走査光の光軸方向に沿って該試料中にある該走査光の焦点位置を移動させ、該走査光により該試料から励起した蛍光又は反射光を共焦点光学系を用いて抽出し、この抽出した蛍光又は反射光を光検出手段を用いて電気信号に変換し、該電気信号を輝度情報として像形成手段を用いて該試料の任意の位置における２次元像データ及び／又は３次元像データを作成し、該データを出力手段を用いて表示出力あるいは印刷出力することにより、該試料の任意の位置における２次元像及び／又は３次元像を得、該像を観察して、記録媒体又は記録物の内部構造や形成材料の分布状態、記録物におけるインクの浸透状態などを解析することを特徴とする記録媒体又は記録物の観察方法を提供することにより、上記目的を達成したものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の記録媒体又は記録物の観察方法の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施に使用する共焦点レーザ走査型顕微鏡の概略構成を示している。図１において、１はレーザ発振器で、レーザ光の点光源からなっている。このレーザ発振器１からのレーザ光（走査光）は２次元走査スキャナ２に導かれるようになっている。２次元走査スキャナ２は、レーザ発振器１からの走査光を、対物レンズ３を通して、試料４の表面にＸ軸とＹ軸の２次元方向に走査させるためのもので、例えばＸ軸方向走査用のガルバノミラー又はレゾナントスキャナとＹ軸方向走査用のガルバノミラーを有し、これらＸスキャナとＹスキャナをＸ軸方向及びＹ軸方向に振ることにより、走査光を試料４上でＸＹ方向に振らせるようになっている。
【００１４】
対物レンズ３を通り２次元走査された走査光はステージ５上の試料４に照射される。対物レンズ３及びステージ５は、それぞれＺ軸方向（走査光の光軸方向）に移動可能になしてあり、対物レンズ３及びステージ５の一方あるいは双方をＺ軸方向に移動させることにより、試料４中にある走査光の焦点位置をその光軸方向に沿って移動できるようになっている。
【００１５】
この走査光により試料４から励起した蛍光又は反射光は、対物レンズ３を通して２次元走査スキャナ２に戻り、光検出手段６に導かれるようになっている。光検出手段６に導かれる蛍光又は反射光は、図２に示す如き共焦点光学系により抽出されたものである。
【００１６】
共焦点光学系による光の抽出は、例えば次のようにして行われる。先ず、レーザ発振器１からの走査光（レーザ光）は、ビームエキスパンダ２０を通過し、光路分割素子３０で反射されて対物レンズ３に入射し、試料４の表面に照射される。このように走査光を試料面にピンポイントで照射することで、測定点以外からの散乱光が抑制される。走査光の照射により試料４から励起した蛍光又は反射光は、走査光と同一の光路を辿って光路分割素子３０に達し、さらに光路分割素子３０を透過してピンホール４０に到達する。ここで、測定点と同一面内にあるノイズ光をピンホール４０周辺に結像させ、また、光軸方向にずれた面からの光を対物レンズ３によってピンホール４０の前で広げピンホール４０を通過する光を抑制することにより、測定点以外からの蛍光又は反射光をカットし、測定点からの蛍光又は反射光のみを抽出して、光検出手段６による３次元空間中の一点だけの測定を可能にしている。
【００１７】
光検出手段６により受光される蛍光又は反射光の光量は、光軸上で焦点の合ったときに増大し、焦点から外れた点では、光量がほぼゼロになることから、試料面で走査光を２次元走査し、且つＺ軸方向に所定ピッチで焦点位置をずらすことで、試料の３次元空間のスライス像が得られることになる。例えば、走査光が透過しないような試料については、光量が最大の光軸位置が試料表面と考えられるので、複数枚のスライス像の中で光軸方向に最大光量を与える高さを、その試料の表面とした３次元の表面形状画像が得られることになる。尚、このような表面形状画像を表示するときは、２次元的に表示するだけでなく、斜めから見た３次元像として表示することもでき、表面形状がさらに認識し易くなっている。
【００１８】
光検出手段６は、フォトマルチプライヤあるいはフォトダイオード等からなり、受光した試料４からの蛍光又は反射光を、その光量に対応した輝度情報を示す電気信号に変換する。この電気信号化された輝度情報は、Ａ／Ｄ変換器７によりデジタルデータに変換される。
【００１９】
ＣＰＵ８は各部の制御指令を行うもので、ＣＰＵ８には光検出手段６がＡ／Ｄ変換器７を介して接続されている他、２次元走査スキャナ２、ステージ５、メモリ９、フレームメモリ１０を介在させた表示部１１、プリントメモリ１２を介在させたプリンタ１３が接続されている。ＣＰＵ８は、像形成手段としての役割を担っており、例えば、２次元走査スキャナ２に対しレーザ走査の開始やステージ５のＺ軸（光軸）方向の走査を指示するとともに、光検出手段６によって検出される試料４の光情報に基づいて、光量最大の画素の輝度情報や高さ情報などを求め、これらの結果から試料４の任意の位置における２次元像データ、３次元像データを作成する。
【００２０】
メモリ９は、ＣＰＵ８で決定されるピーク光量情報やＣＰＵ８で演算される高さ情報などを記憶するとともに、あらかじめ光量（輝度）に対し所定の色を割り当てたカラーテーブルを記憶している。このカラーテーブルを用いて２次元像又は３次元像の出力時の色情報が設定され、像の色付けがなされる。
【００２１】
表示部１１及び印刷部１３は、それぞれ、ＣＰＵ８で作成された２次元像データ及び３次元データを、視覚的に認識可能な２次元像又は３次元像として出力する出力手段であり、フレームメモリ１０又はプリントメモリ１２を介してＣＰＵ８に接続されている。表示部１１としては、ＣＲＴモニタ、液晶モニタ、プラズマディスプレイなどを用いることができる。また、印刷部１３としては、カラーレーザープリンタ、カラーインクジェットプリンタなどを用いることができる。像の出力形式の選択（表示出力するか、あるいは印刷出力するか、あるいは両方行うか）はオペレーターが適宜選択でき、その選択に基づきＣＰＵ８により実行される。
【００２２】
以上のような構成の共焦点レーザ走査型顕微鏡を用いて試料（記録媒体又は記録物）を観察する場合、適当な大きさにカットされた試料を、スライドガラス上に固定した状態で、上記ステージ５上に載置する。精度の高い観察、解析を可能とするため、試料のスライドガラスへの固定には両面テープなどの粘着剤を用い、シワなどのないように平らに固定することが好ましい。
【００２３】
また、出力画像の解像度を高める観点から、上記試料４の表面と共焦点光学系を構成する対物レンズ３との間に水又は油を付与し、走査光により該試料４から励起した蛍光又は反射光が、この付与された水又は油中を通過して該対物レンズ３に達するようにすることが好ましい。このように試料と対物レンズとの間を水又は油で満たすことで、両者間に空気が介在する場合に比して、光の屈折率差を少なくすることができ、光検出手段６によって検出される光情報の損失を少なくすることができる。この油としては、顕微鏡用の油浸オイル（インマージョンオイル、セダー油などとも言う）等を用いることができる。また、ここで使用する水又は油の選択に当たっては、試料に対する影響が最も少なくなる点を考慮する。例えば、試料が、水性インクで印字された記録物である場合、水を使用すると、インク成分や塗工材料などが溶解、溶出するおそれがあるので、油を使用することが好ましい。尚、観察時における試料と対物レンズとの間の距離は極めて短いため、試料の表面に１〜２滴程度の水又は油を付着させれば、その表面張力により、試料と対物レンズとの間における蛍光又は反射光の光路（走査光の光路と同じ）を該水又は油で満たすことができる。
【００２４】
【実施例】
次に、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例により何等制限されるものではない。
〔実施例１〕
共焦点レーザ走査型顕微鏡（ライカマイクロシステムズ製「ＴＣＳ  ＳＰ２」）を用いて、下記試料を観察した。励起波長３５０〜７５０ｎｍ（最適範囲４８８〜５４３ｎｍ）、検出波長３５０〜６３３ｎｍ（最適範囲５５０〜６５０ｎｍ）とし、全測定領域で蛍光が飽和しないように感度を調整した。また、１００倍の対物レンズを使用し、試料の表面と対物レンズとの間にライカマイクロシステムズ製のインマージョンオイル（低自家蛍光）を付与した（いわゆるオイルレンズを採用）。
【００２５】
試料：インクジェット記録用紙（コニカ製「ＰｈｏｔｏｌｉｋｅＱＰ」（フォト光沢厚手）の被記録面のおよそ右半分を、インクジェットプリンタにより赤色水性顔料インクで印字したもの。
〔実施例２〕
実施例１において、上記試料の表面と上記対物レンズとの間に何も付与しなかった（試料表面と対物レンズとの間に空気を介在させた、いわゆるドライレンズを採用）以外は、実施例１と同様にして上記試料を観察した。
【００２６】
図３は、実施例１により得られた上記試料の共焦点画像であり、図４は、実施例２により得られた上記試料の共焦点画像であり、図５は、図３のａｂ線断面図の拡大図である。図３〜図５は、モノクロ印刷画像となっているが、実際にはカラー画像が得られる。図３及び図４それぞれにおいて、略正方形状の画像１は、試料表面のＸＹ平面図であり、画像１の下にある長方形状の画像２は、画像１のａｂ線断面図であり、画像１の右にある長方形状の画像３は、画像１のｃｄ線断面図である。図３（実施例１）と図４（実施例２）との対比から明らかなように、実施例１により得られた画像の方が、実施例２により得られた画像よりも鮮明であり、このことから、いわゆるオイルレンズを採用することにより高解像度の画像が得られることがわかる。以上のように、本実施例では、断面試料を作製せずに、試料の任意の位置における２次元像及び３次元像を同時に観察することができ、また、図５に示すように画像の実寸法を表示させることもでき、インクの浸透状態などを短時間で正確に解析することができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、共焦点光学系を採用したレーザ走査型顕微鏡を用いることにより、断面試料を作製することなく、従って試料の構造破壊を招くことなく、記録媒体又は記録物の任意の位置における２次元像、３次元像を観察することができ、試料観察に要する時間や労力やコスト、観察、解析の精度、観察可能な試料の範囲の広さなどの点で、断面試料の作製を必要とする従来技術とは比較にならない程の格段の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に使用する共焦点レーザ走査型顕微鏡の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す顕微鏡における共焦点光学系を説明する図である。
【図３】実施例１により得られた試料の共焦点画像（ＸＹ断面及びＸＺ断面）である。
【図４】実施例２により得られた試料の共焦点画像（ＸＹ断面及びＸＺ断面）である。
【図５】図３のａｂ線断面（ＸＺ断面）の拡大図である。
【符号の説明】
１…レーザ発振器
２…二次元走査スキャナ
３…対物レンズ
４…試料
５…ステージ
６…光検出手段
７…Ａ／Ｄ変換器
８…ＣＰＵ
９…メモリ
１０…フレームメモリ
１１…表示部
１２…プリントメモリ
１３…プリンタ
２０…ビームエキスパンダ
３０…光路分割素子
４０…ピンホール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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