(57)【要約】【課題】  自由な形状の測定領域を設定できるアパーチャを備えた顕微分析装置を提供する。【解決手段】  ａ）試料を載置するための試料ステージと、ｂ）前記試料ステージを水平方向に移動させる試料ステージ駆動手段と、ｃ）前記試料ステージの上方に配置された視野制限のためのアパーチャと、ｄ）前記試料ステージ上の載置された試料を撮影する撮像手段とを具備する顕微分析装置において、前記アパーチャとして液晶シャッターアレイを用い、オペレータの入力操作に応じてアパーチャの位置及び形状が変化するアパーチャ像を作成する。【選択図】  図１
2007085978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）試料を載置するための試料ステージと、
ｂ）前記試料ステージを水平方向及び鉛直方向に移動させる試料ステージ駆動手段と、
ｃ）前記試料ステージの上方に配置された視野制限のためのアパーチャと、
ｄ）前記アパーチャの開口部の位置及び形状の設定を行なう入力手段と、
ｅ）前記試料ステージ上の載置された試料を撮影する撮像手段と、
を具備する顕微分析装置において、
前記アパーチャとして液晶シャッターアレイを用い、
前記入力手段から入力された閉曲線をアパーチャの開口部として設定すること
を特徴とする顕微分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は顕微分析装置に関し、詳細には、試料表面における測定領域を制限するためのアパーチャを含む視野制限機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
光を照射された物質からの透過光や反射光の波長強度分布(スペクトル)は物質を組成や構造などの影響を受ける。そのため、これを測定し解析することにより物質の化学組成や構造などの情報を得ることができる。分光測定は自然科学の研究、環境計測、工業製品の研究開発など広い分野で利用されている。特に近年、半導体、生体組織、高分子材料などの微小部分について局所的分析を行なうための顕微分光の技術が進歩し、ミクロンオーダーの微小部分についての局所分析が可能になっている。そのような顕微分光分析装置として例えば、赤外顕微鏡がある。赤外顕微鏡は、電子・半導体分野の微小パーツ（ICチップなど）上のミクロな不具合箇所などに赤外光を絞り込み、定性情報を得る装置である。（非特許文献１）
【０００３】
赤外顕微鏡を用いた分析において、視野に一度に捉え得る領域の大きさは一般に１００μｍ〜１ｍｍ程度の微小領域であるが、場合によっては、その微小領域中の更に小さな領域や、該微小領域にて発見された小さな異物等に特に注目して分析を行なうこともある。このように、試料表面の微小領域や微小物の分析を行なうために、一般に赤外顕微鏡にはアパーチャ板等から成る視野制限機構が備えられている。この視野制限機構により適宜視野を制限し、目的の領域又は物体から来る反射又は透過赤外光のみを赤外検出部へ取り込むようにすれば、測定対象外の領域から来る赤外光に起因するノイズ等を抑え、より精度の高いスペクトル分析を行なうことができる。
【０００４】
視野制限機構は一般に、複数の板状部材（以下、この部材をアパーチャ板と呼ぶ）を組み合わせて成るアパーチャにより試料から来る赤外光の一部のみを通過させるアパーチャ部、前記アパーチャの形状、大きさ等を適宜変更するために前記アパーチャ板の位置や角度等を調節するためのアパーチャ駆動部、等を備えている。アパーチャ駆動部は、動力源から供給される駆動力をネジやギヤ等でアパーチャ板や他の構成部品へ伝達するもので、前記動力源の形式としては、手動式（すなわちオペレータがツマミを回すことにより駆動力を発生させる）、電動式（パルスモータ、リニアモータ等により駆動力を発生させる）等がある。
【０００５】
図３は、従来から知られている赤外顕微鏡を示す概略構成図（透過光測定用光学系のみ）、図４は赤外顕微鏡のアパーチャ部であり、アパーチャ部についてはその内部構造を示すために垂直断面図により描いている。図３及び図４を参照しながら各部の構成及び作用について説明する。
【０００６】
まず、試料ステージ１２は、ステージ駆動部（図示せず）を適宜操作することにより、２次元平面（Ｘ−Ｙ平面）内で位置を変更することができるだけでなく、高さ（Ｚ軸方向の位置）も適宜変更することができる。試料ステージ１２の直上にはレンズ等から成る対物光学系１９が配置されており、更にその直上にはアパーチャ部が、その中心軸が対物光学系１９の中心軸と一致するように配置されている。アパーチャ部にはアパーチャホルダ４１及び４枚のアパーチャ板４２Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが含まれている。アパーチャホルダ４１は、赤外顕微鏡の本体部（図示せず）に、前記中心軸を中心として回動可能な状態で保持されている。また、アパーチャホルダ４１内の４枚のアパーチャ板４２Ａ〜Ｄのうち、一対の対向するアパーチャ板４２Ａ及び４２Ｂは一の直線上を摺動可能であり、別の一対のアパーチャ板４２Ｃ及び４２Ｄは前記直線に直交する他の直線上を摺動可能である。なお、アパーチャ駆動部は、通常、対になったアパーチャ板（４２Ａと４２Ｂ、４２Ｃと４２Ｄ）を相互に同期して同じ距離だけそれぞれ逆方向に移動させるように構成される。
【０００７】
上記赤外顕微鏡により試料の分析を行なう場合、まず、試料ステージ１２上で対物光学系１９の下に試料を載置し、可視光源１５を点灯する。そして、試料ステージ１２のＺ方向の位置を適宜調節すると、アパーチャ部の結像面（上のアパーチャ板４２Ｃ，Ｄと下のアパーチャ板４２Ａ，Ｂの接触面）上に試料の拡大像が結ばれる。この拡大像を目視光学系（図示せず）を通して目視確認しながら、オペレータは、アパーチャ駆動部（図示せず）を適宜操作することにより、試料の拡大像の所望部分のみがアパーチャ開口部４６内に含まれるように、各アパーチャ板４２Ａ〜Ｄの位置、アパーチャホルダ４１の回転角、試料ステージ１２のＸ−Ｙ平面上の位置等を調節する。以上のようにアパーチャの調節が完了したら、可視光源１５を消し、赤外光源１６を点灯して、試料で反射される赤外光のスペクトル分析を行なう。赤外光源１６としては、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴＩＲ）のような分光光度計が利用される。
【０００８】
一般に、赤外顕微鏡のアパーチャ部には、図４に示したような４枚のアパーチャ板（４２Ａ〜Ｄ）を用いて矩形状のアパーチャ開口部４６を形成するように構成されたものが多い。このような赤外顕微鏡を用いる場合、オペレータは、アパーチャの調節作業として、（１）ステージ駆動部を操作して試料ステージ１２のＸ−Ｙ平面内における位置を適宜変更することにより、試料に対するアパーチャ開口部４６の相対位置（Ｘ，Ｙ）を決定する、（２）アパーチャ駆動部を操作して赤外顕微鏡の本体部に対するアパーチャホルダ４１の回転角を適宜変更することにより、試料に対するアパーチャ開口部４６の相対角度を決定する、（３）アパーチャ駆動部を操作して第１の対のアパーチャ板４２Ａ−４２Ｂ間の距離ｄ１及び第２の対のアパーチャ板４２Ｃ−４２Ｄ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４６の各辺の長さを決定する、という各作業を行なう必要がある。ただし、各作業を行なう順序は上記に限らず、適宜変更することもできる。また、アパーチャの開口部について測定領域又は物体に対応した位置、大きさ及び角度を設定できる赤外顕微鏡が提案されている。（特許文献１）
【特許文献１】特開平１１−１０９２４９号
【非特許文献１】株式会社島津製作所、“赤外顕微鏡 AIM-8800”、[online]、[平成17年9月10日検索]、インターネット＜URL:http://www.an.shimadzu.co.jp/products/ir/aim8800.htm＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のアパーチャでは、測定領域の形状は矩形や傾斜付矩形のように、ごく限られた種類の形状にしか設定することができない。したがって、測定領域が複雑な形状をしているとアパーチャで設定する測定領域に関係ない部分が入ったり、逆に一部が測定領域からはみ出したりする。また、アパーチャを設定するアパーチャ駆動部は、機械的に複雑でありコスト高を招き、その動作はメカニカルノイズの原因ともなる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、鋭意研究の結果、本発明者は液晶シャッターに着目した。液晶シャッターは液晶分子への電界の印加あるいは除去により液晶分子の配列変化を起こさせることにより、光の透過や遮断を行なう素子である。
【００１１】
すなわち本発明は、ａ）試料を載置するための試料ステージと、ｂ）前記試料ステージを水平方向及び鉛直方向に移動させる試料ステージ駆動手段と、ｃ）前記試料ステージの上方に配置された視野制限のためのアパーチャと、ｄ）前記アパーチャの開口部の位置及び形状の設定を行なう入力手段と、ｅ）前記試料ステージ上の載置された試料を撮影する撮像手段と、を具備する顕微分析装置において、前記アパーチャとして液晶シャッターアレイを用い、前記入力手段から入力された閉曲線をアパーチャの開口部として設定することを特徴とする。
【００１２】
アパーチャとして液晶シャッターアレイを採用することにより、アパーチャ開口部の形状を測定したい領域の位置や形状に略一致させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
測定したい領域が複雑な形状である場合にも、測定領域に関係がない部分が入る割合を少なくして測定をすることができるようになる。また、アパーチャの設定のために複数のアパーチャ板を動作させる機構がなくなり、アパーチャを設定するための複雑な機構が不要となり、アパーチャを設定する際の機械音をなくすことができる。
【００１４】
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指定した閉曲線状に不透過部分を設定す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なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図２に沿って、本発明を赤外顕微鏡に適用した例について説明する。試料１３が試料ステージ１２に載置され、可視光源１５からの光を試料１３に入射するようにミラーＭ１が設定される。図において実線で示した側は可視光源１５及びＣＣＤカメラ１７を使用する時、破線で示した側は赤外光源１６及び赤外検出器１８を使用する時のミラーＭ１の設定位置である。
【００１６】
試料１３からの透過光は、対物光学系１９及びアパーチャ１４を経て、ミラーＭ２で反射され、ＣＣＤカメラ１７に導かれる。ＣＣＤカメラ１７により得られた光は、中央制御部２２に送られ、画像として表示装置２１に表示される。測定したい領域が画面上に適切に表示されるようにオペレータは試料ステージ駆動部１１をＸＹＺの３軸に沿って移動させ、測定に好適な位置を決定する。この状態で表示装置２１の画面上には、図１(ａ)のように、試料１３について測定したい領域（測定対象部分２５）を含む領域が表示されている。図では説明の便のため、多数の方眼型セルに分割された液晶シャッターアレイを格子状に破線で表示している。
【００１７】
ここでオペレータは、表示装置２１の画面上に映し出された試料について、入力装置２３（例えばマウス）を操作し、画面の任意の場所をカーソル２４で指定・選択する。図１（ｂ）はカーソル２４により指定・選択した軌跡を格子上に実線で重ねて表示している。液晶シャッターアレイ上に描かれた閉曲線にしたがって不透明化する部分を、図１(ｃ)のように設定する。図１（ｃ）においては、カーソル２４で指定した後、格子状の破線に重ねて描かれた実線の閉曲線の内部を透明化、外側を不透明化している。透明化された部分は、複雑で歪な測定対象部分２５を全て内包させている。
【００１８】
液晶シャッターアレイの性質上、透明（或いは不透明）にする領域は、表示装置２１に映し出された試料１３の可視画像のどの位置にでも設定することが可能で、また、領域を複数設定することも可能である。そして、アパーチャの設定情報は処理制御部２０の記憶部（図示せず）に保存される。必要に応じてアパーチャの設定情報を読み出すだけで、同じ領域を設定することができる。
【００１９】
アパーチャの設定が完了すれば、次に赤外スペクトルの測定を開始する。測定開始の指令は、中央制御部２２で実行されるソフトウェアから行なう。
【００２０】
測定が開始されると、アパーチャ１４中の液晶シャッターアレイの各セルに電圧が印加され、オペレータが設定した閉曲線の外側が不透明化されて光が遮蔽される。逆に内側を不透明化するように設定手段を設けておくと様々な指定方法が容易になり有用である。閉曲線を複数設定して、それら複数の閉曲線が重複する部分が生じた場合には、重複した部分についてどのように不透明化するかを設定するかを指定する手段を設けておくとさらに有用である。液晶シャッターアレイ上で透明部分として設定された部分が開口部として光を透過し、顕微分光分析装置のアパーチャとして機能する。
【００２１】
液晶シャッターアレイに電圧が印加されアパーチャの形状が設定されると、オペレータの操作或いは自動的に可視光源１５が消灯される。併せてミラーＭ１、Ｍ２が破線側に設定され、赤外光源１６、赤外検出器１８を用いた測定が可能となる。赤外光源１６からの赤外光が試料１３に照射され、試料１３を透過した赤外光は、上述のように設定されたアパーチャの透明部分のみを透過し、赤外検出器１８に入射し、スペクトル測定が実行される。
【００２２】
液晶シャッターアレイにより試料中の測定対象部分２５からの透過光のみが赤外検出器１８に入射するので、測定対象部分２５以外の領域から来る赤外光に起因するノイズ等を抑制する。したがって、測定対象部分２５について、より精度の高い赤外スペクトル測定を行なうことが可能になる。
【００２３】
試料を設置せずに測定するバックグラウンドスペクトルが必要な場合は、試料ステージ１２から試料を取り去りって先に保存したアパーチャの設定情報を読み出して測定を行なえばよい。
【００２４】
本実施例では透過測定の場合について説明をしたが、反射測定に本発明を実施する場合にも適宜光学系を変更することで実施可能である。アパーチャの光学的な配置位置を、試料と検出器の間ではなく、光源切換のためのミラーＭ１と試料の間にすることも可能である。
【００２５】
赤外顕微鏡としての実施例を説明するために、光源として可視光源及び赤外光源を使用したが、その他の顕微分光分析装置においても光源を適宜選択することで多様な測定への利用が可能である。波長を走査して単色光を得る光源であれば、赤外光源１６に替えて用いることで連続スペクトルを得ることが可能である。また、特定の単一波長の光源を１つ以上組み合わせて光源として用いれば、特定の波長の吸光度を測定することが可能である。
【００２６】
上記実施例は本発明の単なる一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正したものも本発明に包含されることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、赤外顕微鏡などの顕微分光分析装置、詳細には試料表面における測定領域を制限するためのアパーチャを含む視野制限機構に適用することができ、微小領域の局所分析に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本願発明に係る顕微分析装置におけるアパーチャの設定方法を示す。
【図２】本願発明を赤外顕微鏡に適用した一例である。
【図３】従来の赤外顕微鏡の該略図である。
【図４】従来の赤外顕微鏡のアパーチャ部分である。
【符号の説明】
【００２９】
１０・・・・・分析部
１１・・・・・試料ステージ駆動部
１２・・・・・試料ステージ
１３・・・・・試料
１４・・・・・アパーチャ
１５・・・・・可視光源
１６・・・・・赤外光源
１７・・・・・ＣＣＤカメラ
１８・・・・・赤外検出器
１９・・・・・対物光学系
２０・・・・・処理制御部
２１・・・・・中央制御部
２２・・・・・表示装置
２３・・・・・入力装置
２４・・・・・カーソル
２５・・・・・試料中の測定対象部分
４１・・・・・アパーチャホルダ
４２Ａ〜Ｄ・・アパーチャ板
４３・・・・・中心軸
４６・・・・・アパーチャ開口部
Ｍ１，Ｍ２・・ミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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