(57)【要約】【課題】試料測定領域の各点で良好にフォーカスの合ったマッピング測定を行うことのできる赤外顕微鏡を提供すること。【解決手段】赤外顕微鏡１０は、測定領域からの光を集光する顕微手段１８と、測定領域の画像を取得する可視画像検出手段２４と、試料を載置するステージ２６と、顕微手段１８とステージ２６との距離を変更する駆動手段２８と、駆動手段２８を制御して顕微手段２８とステージ２６との距離を変更し、異なる複数の距離で測定領域の可視画像を取得する合焦データ取得手段３４と、複数の距離で取得した可視画像の情報から、各測定点における合焦距離を演算する合焦距離演算手段３８と、を備える。そして、赤外顕微鏡１０は各測定点の合焦距離に基いてマッピング測定を行う。【選択図】図１
2007286147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に赤外光を照射し、試料の測定領域の各測定点からの反射もしくは透過赤外光を検出することで前記測定領域の赤外マッピング測定を行う赤外顕微鏡において、
前記試料の測定領域からの反射光もしくは透過光を集光する顕微手段と、
二次元状に配列された複数の受光素子を含み、前記顕微手段を介して前記試料の測定領域からの可視光を前記各受光素子にて検出して、該測定領域の画像を取得する可視画像検出手段と、
前記試料を載置するステージと、
前記顕微手段と前記ステージとの距離を変更する駆動手段と、
前記駆動手段を制御して前記顕微手段と前記ステージとの距離を変更し、異なる複数の距離で、試料の測定領域の可視画像を前記可視画像検出手段によって取得する合焦データ取得手段と、
前記合焦データ取得手段によって取得した複数の距離に対する試料の測定領域の可視画像を記憶する可視画像記憶手段と、
前記可視画像記憶手段から、前記複数の距離に対する試料の測定領域の可視画像を読み出し、試料の測定領域の各測定点に対応する可視画像の一または複数の画素の情報から、各測定点における合焦距離を演算する合焦距離演算手段と、
前記合焦距離演算手段で演算した試料の各測定点での合焦距離を記憶する合焦距離記憶手段と、
を備えたことを特徴とする赤外顕微鏡。
【請求項２】
請求項１に記載の赤外顕微鏡において、
一次元もしくは二次元状に配列された複数の赤外受光素子を含み、該各受光素子により試料の測定領域の各測定点からの反射もしくは透過赤外光を検出する赤外光検出手段と、
前記合焦距離記憶手段に記憶された測定領域における合焦距離の最大値と最小値の間で前記顕微手段と前記ステージとの距離を一定の間隔で変更し、各距離毎に前記赤外光検出手段により測定領域の各測定点からの反射もしくは透過赤外光を検出してマッピング測定データを取得するマッピング測定データ取得手段と、
前記合焦距離記憶手段に記憶された各測定点での合焦距離に基いて、前記複数の距離におけるマッピング測定データから焦点が合った範囲を取り出して、測定領域全面で焦点の合ったマッピングデータを作成するマッピングデータ作成手段と、
を備えたことを特徴とする赤外顕微鏡。
【請求項３】
試料に赤外光を照射し、試料の測定領域の各測定点からの反射もしくは透過赤外光を検出することで前記試料の測定領域の赤外マッピング測定を行う赤外顕微鏡において、
前記試料の測定領域からの反射光もしくは透過光を集光する顕微手段と、
前記顕微手段を介して測定領域からの赤外光を検出する赤外光検出手段と、
前記試料を載置するステージと、
前記顕微手段と前記ステージとの距離を変更する駆動手段と、
前記駆動手段を制御して顕微手段とステージとの距離を変更し、異なる複数の距離における各測定点からの赤外光を前記赤外光検出手段により検出し、複数の距離での各測定点の赤外光データを取得する合焦データ取得手段と、
前記合焦データ取得手段にて取得した異なる複数の距離毎の各測定点の赤外光データを基に、試料測定領域の各測定点での合焦距離を演算する合焦距離演算手段と、
前記合焦距離演算手段にて演算した各測定点での合焦距離を記憶する合焦距離記憶手段と、
を備えたことを特徴とする赤外顕微鏡。
【請求項４】
請求項３に記載の赤外顕微鏡において、
前記赤外光検出手段は一次元もしくは二次元状に配列された複数の赤外受光素子を含んだアレイ型検出器であり、
前記合焦データ取得手段は、前記駆動手段を制御して前記顕微手段とステージとの距離を一定の間隔で変更し、各距離毎に前記赤外光検出手段によって測定領域の各測定点からの赤外光データをまとめて取得することを特徴とする赤外顕微鏡。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の赤外顕微鏡において、
試料表面に接触し、臨界角以上の入射角で試料表面に赤外光を集光するＡＴＲプリズムと、
該ＡＴＲプリズムと試料表面との間の相対的な位置を変更するプリズム位置変更手段と、
前記合焦距離記憶手段に記憶された試料測定領域の各点での合焦距離に基き、前記プリズム位置変更手段の制御を行なう移動制御手段と、
を備えたことを特徴とする赤外顕微鏡。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の赤外顕微鏡において、
前記合焦距離記憶手段に記憶された試料測定領域の各測定点の合焦距離から、各測定点の表面高さ情報を求め、該表面高さ情報と、試料測定領域の各測定点での赤外スペクトル情報とを示す三次元グラフを作成する三次元グラフ作成手段と、
前記三次元グラフ作成手段にて作成された三次元グラフを表示する表示手段と
を備え、
該三次元グラフは、そのうちの二軸が測定点の位置情報、残りの一軸が各測定点での表面高さ情報を示し、赤外スペクトル情報を色情報として表現したものであることを特徴とする赤外顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外顕微鏡、特にそのマッピング測定機構の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
固定表面に付着した有機物などの分子構造などを調べるため、各種顕微鏡が用いられる。例えば、赤外顕微鏡では一般にステージに保持された試料の測定面の特定微小部位に赤外光を照射し、その透過または反射吸収スペクトル等を測定する。また、通常の赤外測定を行なっても良好なスペクトルを取得するのが困難な試料に対しては、ＡＴＲプリズムが設けられた赤外顕微鏡を用いて、微小部位の顕微ＡＴＲ測定が行なわれる（例えば、特許文献１参照）。ＡＴＲ測定とは、試料面上に高屈折率媒体であるＡＴＲプリズムを接触させ、試料とＡＴＲプリズムの界面において全反射となる条件で、ＡＴＲプリズムを通して試料面上に光を入射し、その反射光を測定する測定方法である。
赤外顕微鏡では微小部位を高倍率で測定するため、測定対象である試料を全体的に捕らえることが困難になる。そのため、試料の全体または特定の測定領域を統一的に捕らえるために、マッピング測定が行われている(特許文献１、２参照)。
【特許文献１】特開２００１−１４７３７９号公報
【特許文献２】特開２００５−１２７９０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来、赤外顕微鏡によるマッピング測定では、試料の表面の高さに分布がある場合、例えば、表面が傾斜していたり、表面が凹凸形状である等の場合、試料表面の最も低い位置と最も高い位置の中間の位置でフォーカスをあわせて測定を行っていた。しかし、表面高さ分布の程度が大きい試料に対しては、測定領域の各点でのフォーカスのずれが大きく、良好な面分析を行なうことが困難であった。
また、従来のＡＴＲマッピング測定では、試料に接触させるためにＡＴＲプリズムを移動する際、試料ステージに設けた圧力センサからの圧力情報をモニターしながらＡＴＲプリズムの移動を行なっていた。そのため、ＡＴＲプリズムを大きな速度で移動させることができず、測定に非常に長い時間がかかってしまっていた。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、その第一の目的は試料の測定領域の各点で良好にフォーカスの合ったマッピング測定を行うことのできる赤外顕微鏡を提供することにある。また、第二の目的は、短時間でＡＴＲマッピング測定を行なうことのできる赤外顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記第一の目的を達成するため、本発明にかかる赤外顕微鏡は、試料に赤外光を照射し、試料の測定領域の各測定点からの反射もしくは透過赤外光を検出することで前記測定領域の赤外マッピング測定を行う赤外顕微鏡であって、前記試料の測定領域からの反射光もしくは透過光を集光する顕微手段と、二次元状に配列された複数の受光素子を含み、前記顕微手段を介して前記試料の測定領域からの可視光を前記各受光素子にて検出して、該測定領域の画像を取得する可視画像検出手段と、前記試料を載置するステージと、前記顕微手段と前記ステージとの距離を変更する駆動手段と、前記駆動手段を制御して前記顕微手段と前記ステージとの距離を変更し、異なる複数の距離で、試料の測定領域の可視画像を前記可視画像検出手段によって取得する合焦データ取得手段と、前記合焦データ取得手段によって取得した複数の距離に対する試料の測定領域の可視画像を記憶する可視画像記憶手段と、前記可視画像記憶手段から、前記複数の距離に対する試料の測定領域の可視画像を読み出し、試料の測定領域の各測定点に対応する可視画像の一または複数の画素の情報から、各測定点における合焦距離を演算する合焦距離演算手段と、前記合焦距離演算手段で演算した試料の各測定点での合焦距離を記憶する合焦距離記憶手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００５】
上記の赤外顕微鏡において、一次元もしくは二次元状に配列された複数の赤外受光素子を含み、該各受光素子により試料の測定領域の各測定点からの反射もしくは透過赤外光を検出する赤外光検出手段と、前記合焦距離記憶手段に記憶された測定領域における合焦距離の最大値と最小値の間で前記顕微手段と前記ステージとの距離を一定の間隔で変更し、各距離毎に前記赤外光検出手段により測定領域の各測定点からの反射もしくは透過赤外光を検出してマッピング測定データを取得するマッピング測定データ取得手段と、前記合焦距離記憶手段に記憶された各測定点での合焦距離に基いて、前記複数の距離におけるマッピング測定データから焦点が合った範囲を取り出して、測定領域全面で焦点の合ったマッピングデータを作成するマッピングデータ作成手段と、を備えることが好適である。
【０００６】
また、本発明にかかる赤外顕微鏡は、試料の測定領域からの反射光もしくは透過光を集光する顕微手段と、前記顕微手段を介して測定領域からの赤外光を検出する赤外光検出手段と、前記試料を載置するステージと、前記顕微手段と前記ステージとの距離を変更する駆動手段と、前記駆動手段を制御して顕微手段とステージとの距離を変更し、異なる複数の距離における各測定点からの赤外光を前記赤外光検出手段により検出し、複数の距離での各測定点の赤外光データを取得する合焦データ取得手段と、前記合焦データ取得手段にて取得した異なる複数の距離毎の各測定点の赤外光データを基に、試料測定領域の各測定点での合焦距離を演算する合焦距離演算手段と、前記合焦距離演算手段にて演算した各測定点での合焦距離を記憶する合焦距離記憶手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
上記の赤外顕微鏡において、前記赤外光検出手段は一次元もしくは二次元状に配列された複数の赤外受光素子を含んだアレイ型検出器であり、前記合焦データ取得手段は、前記駆動手段を制御して前記顕微手段とステージとの距離を一定の間隔で変更し、各距離毎に前記赤外光検出手段によって測定領域の各測定点からの赤外光データをまとめて取得することが好適である。
【０００８】
また、上記第二の目的を達成するため、本発明にかかる赤外顕微鏡は、上記の構成に加え、試料表面に接触し、臨界角以上の入射角で試料表面に赤外光を集光するＡＴＲプリズムと、該ＡＴＲプリズムと試料表面との間の相対的な位置を変更するプリズム位置変更手段と、前記合焦距離記憶手段に記憶された試料測定領域の各点での合焦距離に基き、前記プリズム位置変更手段の制御を行なう移動制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、上記のいずれかの赤外顕微鏡において、前記合焦距離記憶手段に記憶された試料測定領域の各測定点の合焦距離から、各測定点の表面高さ情報を求め、該表面高さ情報と、試料測定領域の各測定点での赤外スペクトル情報とを示す三次元グラフを作成する三次元グラフ作成手段と、前記三次元グラフ作成手段にて作成された三次元グラフを表示する表示手段とを備え、該三次元グラフは、そのうちの二軸が測定点の位置情報、残りの一軸が各測定点での表面高さ情報を示し、赤外スペクトル情報を色情報として表現したものであることが好適である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明にかかる赤外顕微鏡によれば、駆動手段を制御して顕微手段とステージとの距離を変更し、異なる複数の距離で、試料の測定領域の可視画像を可視画像検出手段によって取得する合焦データ取得手段と、複数の距離で取得した可視画像の一または複数の画素の情報から、各測定点における合焦距離を演算する合焦距離演算手段と、を備えているため、測定領域全面でフォーカスのあった赤外マッピングデータを得ることができる。
【００１１】
本発明にかかる赤外顕微鏡によれば、駆動手段を制御して顕微手段とステージとの距離を変更し、異なる複数の距離で、各測定点からの赤外光データを取得する合焦データ取得手段と、異なる複数の距離で取得した各測定点の赤外光データを基に、試料測定領域の各測定点での合焦距離を演算する合焦距離演算手段と、を備えているため、測定領域全面でフォーカスのあった赤外マッピングデータを得ることができる。
さらに、本発明にかかる赤外顕微鏡によれば、赤外光検出手段を一次元もしくは二次元状に配列された複数の赤外受光素子を含んだアレイ検出器とすることで、短時間で赤外マッピング測定を行うことができる。
【００１２】
また、本発明にかかる赤外顕微鏡によれば、合焦距離記憶手段に記憶された試料測定領域の各点での合焦距離に基き、ＡＴＲプリズムの移動を制御する移動制御手段をさらに備えているため、従来よりも短時間でＡＴＲマッピング測定を行うことができる。
また、本発明にかかる赤外顕微鏡によれば、得られた試料の表面情報と赤外イメージ情報とを、二軸が測定点の位置情報、残りの一軸が各測定点での表面高さ情報を示し、赤外スペクトル情報を色情報として表現した３次元グラフを作成する三次元グラフ作成手段をさらに備えているため、表面高さ情報と赤外スペクトル情報とを同時に表示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
第１実施形態
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる赤外顕微鏡の概略構成図である。図１に示した赤外顕微鏡１０は、試料の測定領域の各測定点からの反射もしくは透過赤外スペクトルを測定する測定系１２と、測定系１２の制御及び測定系１２で取得したデータ処理を行なう制御／処理系１４と、を備える。
【００１４】
測定系１２は、赤外光射出手段１６と、顕微手段１８と、赤外光検出手段２０と、可視光射出手段２２と、可視画像検出手段２４と、試料を載置するステージ２６と、ステージ２６の移動を行なう駆動手段２８と、を備える。
【００１５】
赤外光射出手段１６は赤外光源３０と、赤外光源３０からの赤外光を干渉光とする干渉計３２とで構成されており、試料に照射する赤外光を射出する。顕微手段１８（対物鏡）はカセグレン鏡等で構成されており、試料の測定領域からの透過もしくは反射赤外光を集光する。赤外光検出手段２０は、複数の赤外受光素子が一次元もしくは二次元状に配列された赤外アレイ検出器で構成されており、顕微手段１８にて集光された透過もしくは反射赤外光を検出する。可視光射出手段２２は試料の測定領域の画像を観察するための可視光を射出する。可視画像検出手段２４は、複数の可視光受光素子が二次元状に配列された可視画像検出器で構成されており、顕微手段１８を介して試料の測定領域の可視画像を検出する。駆動手段２８は、ステッピングモータ等で構成され、ステージを上下方向、水平方向に移動し、試料と顕微手段との間の距離の調整、測定点の移動等を行なう。
【００１６】
制御／処理系１４はコンピュータ等で構成されており、合焦データ取得手段３４と、可視画像記憶手段３６と、合焦距離演算手段３８と、合焦距離記憶手段４０と、を備えている。ここで、合焦データ取得手段３４と合焦距離演算手段３８は制御／処理系１４が実行するプログラムとして構成され、可視画像記憶手段４０と合焦距離記憶手段４０はコンピュータの記憶デバイスで構成されている。
【００１７】
合焦データ取得手段３４は、駆動手段２８を制御して、顕微手段１８とステージ２６との距離を変更し、異なる複数の距離における測定領域の可視画像を可視画像検出手段２４によって取得する。取得した可視画像は、可視画像記憶手段３６に記憶される。合焦距離演算手段３８では、複数の距離における可視画像に基いて、各測定点における合焦距離を演算する。合焦距離記憶手段４０では、合焦距離演算手段３８で演算した各測定点での合焦距離を、各測定点の水平方向の位置情報とともに記憶する。
【００１８】
本実施形態にかかる赤外顕微鏡１０では、あらかじめ可視光による観察により、測定領域の各測定点における最適な合焦距離を算出するという構成をとっている。そのため、本実施形態の赤外顕微鏡では、可視での合焦位置と赤外での合焦位置をあらかじめ光学調整して合わせておくことを想定している。
以下にこの合焦距離の算出機構について説明する。図１に示すように、可視光射出手段２２から射出された可視光はハーフミラー４２及びミラー４４を介して顕微手段１８へと送られ、試料の測定領域に照射される。試料の測定領域から反射された可視光は、顕微手段１８にて集光され、ハーフミラー４６を透過して可視画像検出手段２４にて検出される。検出された可視画像データは、制御／処理系１４へと送られる。
【００１９】
合焦データ取得手段１８は、図２に示すように、駆動手段１８を制御して一定の間隔でステージ２６を上下方向に移動させ、試料と顕微手段１８との間の距離を様々に変更する。そして、各距離ごとに測定領域の画像を可視画像検出手段２４によって取得する。これらの複数の可視画像は、各画像を取得したときのステージ２６と顕微手段１８との間の距離情報に関連付けられて、可視画像記憶手段３６に記憶される。
【００２０】
合焦距離演算手段３８では、可視画像記憶手段３６に記憶した可視画像から、合焦距離を求めたい測定点の位置に対応する画素の情報を読み出し、複数の距離における画素の情報から合焦距離を算出する。例えば、各測定点に対応する可視画像の画素が一つの場合、複数の距離（ステージ２６と顕微手段１８との距離）における画素の情報を比較して、画素の明度（検出した光量に対応）が最大もしくは最小となる距離を求めることで算出される。なぜなら、合焦距離で取得した可視画像が最もコントラストの良い画像となるため、画像の明るい部分では合焦距離で光量が最大となり、画像の暗い部分は合焦距離で光量が最小となると考えられるからである。また、各測定点に対応する可視画像の画素が複数の場合（赤外マッピング測定よりも可視画像が高い空間分解能をもっている場合）では、一の測定点に対応する複数の画素の情報を利用して合焦距離を求めればよい。例えば、一の測定点に含まれる複数の画素のうち、検出した光量の最大値と最小値の差をコントラストの評価値とし、この評価値が最大であった距離を合焦距離とすればよい。
このようにして求められた測定領域中の各測定点における合焦距離は、合焦距離記憶手段４０に記憶され、下記に述べる赤外マッピング測定に利用される。
【００２１】
本実施形態の赤外顕微鏡は、上記の合焦距離を利用して赤外マッピングを行なうため、制御／処理系１４として、図１に示すように、さらにマッピング測定データ取得手段４８と、マッピング測定データ記憶手段５０と、マッピングデータ作成手段５２と、マッピングデータ記憶手段５４とを備える。ここで、マッピング測定データ取得手段４８とマッピングデータ作成手段５２は制御／処理系１４が実行するプログラムとして構成され、マッピング測定データ記憶手段５０とマッピングデータ記憶手段１５４はコンピュータの記憶デバイスで構成されている。マッピング測定データ取得手段４８は、合焦距離記憶手段４０に記憶された各測定点での合焦距離に基いて駆動手段２８を制御し、ステージ２６と顕微手段１８の間の距離を変更しながらマッピング測定データの取得を行う。取得したマッピング測定データはマッピング測定データ記憶手段５０に記憶される。マッピングデータ作成手段５２は取得した複数のマッピング測定データに基いて、測定領域全面で焦点の合ったマッピングデータを作成する。作成されたマッピングデータはマッピングデータ記憶手段５４に記憶される。
【００２２】
図１に示すように、赤外光射出手段１６から射出された赤外光は、ハーフミラー４２、ミラー４４を介して顕微手段１８へと送られ、顕微手段１８により試料の測定領域に集光される。試料から反射した赤外光は、顕微手段１８によって集光され、ハーフミラー４６に反射され、アパーチャ５６を介して赤外光検出手段２０にて検出される。赤外光検出手段２０で検出した赤外検出信号は制御／処理系１４へと送られる。
【００２３】
マッピング測定データ取得手段４８は、図２で示したことと同様に、駆動手段２８を制御して顕微手段１８とステージ２６と間の距離を一定の間隔で変更する。距離を変更する範囲は、測定領域における合焦距離の最大値と最小値の間とする。そして、各距離毎に赤外光検出手段２０により測定領域の各測定点からの反射もしくは透過赤外光を検出してマッピング測定データを取得する。取得したマッピング測定データは、マッピング測定を行ったときの顕微手段１８とステージ２６の間の距離情報とともに、マッピング測定データ記憶手段５０に記憶される。
【００２４】
マッピングデータ作成手段５２は、合焦距離記憶手段４０に記憶された各測定点での合焦距離に基いて、複数の距離におけるマッピング測定データから、焦点が合った範囲を選択して、測定領域全面で焦点の合ったマッピングデータを作成する。作成されたマッピングデータはマッピングデータ記憶手段５４に記憶される。
【００２５】
本実施形態では、赤外光検出手段２０として、複数の赤外受光素子が一次元もしくは二次元状に配列したアレイ検出器を用いており、各距離（ステージ２６と顕微手段１８の間の距離）ごとに、測定領域の赤外マッピング測定データをまとめて取得するという構成をとっている。このため、通常の単素子の検出器を用いる場合よりも早く測定領域のマッピング測定を行なうことができる。なぜなら、二次元アレイ検出器では測定領域の各測定点からの赤外光を一度に検出することができ、また、一次元アレイ検出器では一方向（受光素子の整列方向と垂直な方向）にのみスキャンを行なえばよいからである。
【００２６】
第２実施形態
次に本発明にかかる第２の実施形態について説明する。第１実施形態では測定領域の可視画像に基いてフォーカス合わせを行なう構成を示したが、第２実施形態では赤外光による情報のみに基いてフォーカス合わせを行なう構成を示す。
図３に本発明の第２実施形態にかかる赤外顕微鏡の概略構成図を示す。図１に示した構成と対応する部材には符号１００を加え、説明を省略する。本実施形態の赤外顕微鏡１１０の測定系１１２は、赤外光射出手段１１６と、顕微手段１１８（対物鏡）と、赤外光検出手段１２０と、試料を載置するステージ１２６と、ステージ１２８を移動する駆動手段１２８と、を備える。本実施形態の赤外光検出手段１２０も、複数の赤外受光素子が一次元もしくは二次元状に配列された赤外アレイ検出器で構成されている。
図３に示すように、赤外光射出手段１１６（赤外光源１３０、干渉計１３２）から射出された赤外光は、ミラー１４４を介して顕微手段１１８へと送られ、顕微手段１１８により試料の測定領域に集光される。試料から反射した赤外光は、顕微手段１１８によって集光され、ミラー１４６、アパーチャ１５６を介して赤外光検出手段１２０にて検出される。赤外光検出手段１２０で検出した赤外検出信号は制御／処理系１１４へと送られる。
【００２７】
赤外顕微鏡１１０の制御／処理系１１４は、合焦データ取得手段１３４と、赤外データ記憶手段１３６と、合焦距離演算手段１３８と、合焦距離記憶手段１４０と、を備えている。ここで、合焦データ取得手段１３４と、赤外データ記憶手段１３６は制御／処理系１１４が実行するプログラムとして構成され、合焦距離演算手段１３８と合焦距離記憶手段１４０は記憶デバイスで構成される。
【００２８】
合焦データ取得手段１３４は、図２に示したものと同様に、駆動手段１２８を制御して一定の間隔でステージ１２６を上下方向に移動させ、試料と顕微手段１１８との間の距離を変更する。そして、各距離ごとに測定領域の各測定点からの赤外光データ(測定領域の赤外画像）を赤外光検出手段１２０によってまとめて検出する。これらの複数の距離における各測定点の赤外光データは、ステージ１２６と顕微手段１１８間の距離情報、および測定点の位置情報とともに、赤外データ記憶手段１３６に記憶される。
【００２９】
合焦距離演算手段１３８では、赤外データ記憶手段１３６から、合焦距離を求めたい測定点における赤外光データを読み出す。そして、複数の距離（ステージ１２６と顕微手段１１８との距離）における赤外光データを比較して、検出した光量が最大（もしくは最小）となる距離を求める。この距離がその測定点での合焦距離である。こうして求めた各測定点での合焦距離は合焦距離記憶手段１４０に記憶される。
【００３０】
このように、第２実施形態の赤外顕微鏡によれば、赤外光による測定のみで試料の表面高さ情報と赤外マッピングデータが得ることができ、第１実施形態よりも測定の簡便化、高速化を図ることができる。
【００３１】
なお、第２実施形態にかかる赤外顕微鏡１１０においても、より詳しい赤外スペクトル情報を得たい場合や、透過スペクトルを得たい場合等、合焦距離記憶手段１４０に記憶された各測定点での合焦距離に基いてさらに赤外マッピング測定を行なうことができる。
そのため、図３に示すように、本実施形態の赤外顕微鏡１１０は、第１実施形態と同様に、制御／処理系１１４としてさらにマッピング測定データ取得手段１４８と、マッピングデータ作成手段１５２と、マッピング測定データ記憶手段１５０と、マッピングデータ記憶手段１５４を備える。これらの構成及び作用は第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。
【００３２】
なお、第１及び第２実施形態では、ステージを水平に移動させることで測定点を変更し赤外マッピング測定を行なうという構成を示したが、特許文献２に記載されたように、アパーチャと顕微手段との間にスキャンミラーを設け、スキャンミラーの角度を変更することで測定点の位置を変更するといった構成としてもよい。また、図１及び図３では、反射測定の構成のみを示したが、透過測定の場合も同様に構成すればよい。
【００３３】
第３実施形態
第３実施形態ではＡＴＲマッピング測定を行う場合の赤外顕微鏡の例を示す。図４が本発明の第３の実施形態にかかる赤外顕微鏡の概略構成図である。なお、図１に示した構成と対応する要素には符号２００を加え説明を省略する。また、第１実施形態と共通する部分は、一部図示を省略している。
【００３４】
本実施形態の赤外顕微鏡２１０は、第１実施形態の構成に加え、さらにＡＴＲプリズム２５８と、プリズム位置変更手段２２８と、移動制御手段２６０とを備える。ここでは、ＡＴＲプリズム２５８として、試料との接触面と反対側の面（光の入射／出射面）が半球状であり、試料との接触面側が断面逆台形状（台形の短い片が試料との接触面）のものを示したが、これに限定されず、他の形状のものでもよい。また、移動制御手段２６０は、制御／処理系２１４が実行するプログラム等として構成されている。
【００３５】
ＡＴＲプリズム２５８は、顕微手段（対物鏡）２１８に固定され、顕微手段２１８の焦点位置に配置されている。顕微手段２１８はＡＴＲプリズム２５８へ赤外光を集光し、ＡＴＲプリズム２５８に入射した赤外光は臨界角以上の入射角で試料表面に照射される。試料表面からの全反射光は再びＡＴＲプリズム２５８を透過して、顕微手段２１８により集光され、赤外光検出手段へと送られる。
【００３６】
プリズム位置変更手段２２８は、ステージ２２６を駆動して、ＡＴＲプリズム２５８と試料との位置関係を変更する。ステージ２２６の試料載置箇所には圧力センサ２６２が設けられ、ＡＴＲプリズム２５８の試料への押圧量が検出される。
【００３７】
移動制御手段２６０は、合焦距離記憶手段２４０に記憶された各測定点での合焦距離や、圧力センサ２６２からの情報に基いてプリズム位置変更手段２２８の駆動量や駆動速度を制御する。
【００３８】
ＡＴＲマッピング測定は以下のように行われる。まず、ＡＴＲマッピング測定の前に、第１実施形態で述べたのと同様に、あらかじめ試料の測定領域での各測定点での合焦距離を求めておく。その後、ＡＴＲプリズム２５８を顕微手段２５８に取付け、ＡＴＲマッピング測定を開始する。移動制御手段２６０は、合焦距離記憶手段２４０から目的とする測定点（ＡＴＲプリズムを接触させる点）における合焦距離を読み出し、その合焦距離からその測定点での試料の表面高さ情報を求める。そして、その表面高さ情報に基き、プリズム位置変更手段２２８によるステージ２２６の上下方向への最適な移動量や移動速度を算出する。例えば、ある測定点から他の測定点にＡＴＲプリズム２５８を移動させる際、上下方向への移動量、水平方向の移動量、を試料の表面高さ形状を参照して決定する。また、ＡＴＲプリズム２５８と試料表面との距離が大きいとき、移動制御手段２６０は大きな速度でＡＴＲプリズム２５８と試料との相対的な位置を変更する。そして、ある程度ＡＴＲプリズム２５８と試料表面との距離が小さくなると、ステージ２２６に設けられた圧力センサー２６２からの情報も参照しながら微動駆動を行なう。
このように、ＡＴＲプリズム２５８の接触位置（測定点の位置）を変更しながら測定を繰り返し、測定領域全体のＡＴＲマッピングデータを取得する。
【００３９】
第３実施形態にかかる赤外顕微鏡によれば、合焦距離記憶手段に記憶された試料測定領域の各測定点における合焦距離に基いてＡＴＲプリズムの移動を制御しているため、プリズムを従来よりも高速かつ効率的に移動させることができる。その結果、マッピング測定全体の測定時間の短縮を図ることが可能となる。
【００４０】
マッピングデータの表示
次に赤外顕微鏡によって取得したマッピングデータの表示に関する説明を行う。上記の各実施形態にかかる赤外顕微鏡では、各測定点の赤外スペクトルだけでなく、各測定点での試料の表面高さ情報を得ることができる。これらの情報を同時に分かり易く表示するため、図５に示すように、制御／処理系１４はさらに、三次元グラフ作成手段６４と、表示手段６６とを備えることが好適である。なお、図５は、図１と同一の構成要素に対して同一の符号を用いており、共通する構成要素を一部省略して示している。
【００４１】
三次元グラフ作成手段６４は、合焦距離記憶手段４０に記憶された試料の測定領域の各測定点の合焦距離から、各測定点での高さ情報を求める。そして、この測定領域の表面高さ情報と、マッピングデータ記憶手段５４に記憶された各測定点での赤外スペクトル情報とを示す三次元グラフを作成する。この三次元グラフは、ディスプレイ等で構成された表示手段６６に表示される。
図６に三次元グラフの例を示す。三次元グラフは、そのうちの二軸（Ｘ軸、Ｙ軸）が測定点の位置情報、残りの一軸（Ｚ軸）が各測定点での表面高さ情報を示している。また、各測定点での赤外スペクトル情報は色情報として表現している。例えば、図６に示した例では、格子によって区切られた区域が各測定点に対応しており、各測定点での赤外スペクトル情報を各区域の色で表現している。ここで、赤外スペクトル情報を色情報として表示する方法としては、特に限定されないが、例えば、赤外スペクトルの３つの異なる波数でのピーク高さを、三原色のＲＧＢの強度にそれぞれ対応させる等といった方法が好適である。
【００４２】
以上のように、本発明にかかる赤外顕微鏡によれば、試料の表面の高さに分布がある場合でも、各測定点で焦点の合ったマッピングデータを得ることができ、また試料の表面高さ情報も同時に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる赤外顕微鏡の概略構成図である。
【図２】合焦距離を求める際の赤外顕微鏡の動作を説明する図である。
【図３】本発明の第２実施形態にかかる赤外顕微鏡の概略構成図である。
【図４】本発明の第３実施形態にかかる赤外顕微鏡の概略構成図である。
【図５】本発明の実施形態にかかる赤外顕微鏡によって取得した赤外マッピングデータ及び試料の表面高さ情報を三次元グラフ表示するための構成を示した図である。
【図６】試料の表面高さ情報及び各測定点での赤外スペクトル情報を表した３次元グラフの一例を示した図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０        赤外顕微鏡
１２        測定系
１４        制御／処理系
１６        赤外光射出手段
１８        顕微手段（対物鏡）
２０        赤外光検出手段
２２        可視光射出手段
２４        可視画像検出手段
２６        ステージ
２８        駆動手段
３４        合焦データ取得手段
３６        可視画像記憶手段
３８        合焦距離演算手段
４０        合焦点距離記憶手段
【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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【図６】
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