(57)【要約】      （修正有）【課題】一つの装置により、異なる波長帯域の光に対する分析を行うことができる試料分析装置を提供する。【解決手段】試料分析装置は、試料が載置され且つ試料を幅方向及び奥行き方向に移動可能な第一の可動ステージと、試料にＸ線、紫外線、可視光、赤外線のいずれかを照射する光源と、光の照射により生じる透過光又は蛍光を検出する検出器と、検出器が取り付けられ、検出器を幅方向及び高さ方向に移動可能とする第二の可動ステージと、第一の可動ステージと光源と検出器と第二の可動ステージとを内部に包含する筐体とを備える。光源は、Ｘ線光源、紫外線光源、可視光光源、赤外線光源のうちの一つであり、いずれか一つの光源が他の光源と交換可能に筐体の内部に取り付けられ、検出器は、光源に応じて、第二の可動ステージ上に設定される透過光検出用取付位置又は蛍光検出用取付位置のいずれか一方に付け替え可能に取り付けられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料が載置され且つ前記試料を幅方向及び奥行き方向に移動可能な第一の可動ステージと、
試料にＸ線、紫外線、可視光、赤外線のいずれかを照射する光源と、
光の照射により生じる透過光又は蛍光を検出する第一の検出器と、
前記第一の検出器が取り付けられ、前記第一の検出器を幅方向及び高さ方向に移動可能とする第二の可動ステージと、
前記第一の可動ステージと前記光源と前記第一の検出器と前記第二の可動ステージとを内部に包含する筐体とを備え、
前記光源は、Ｘ線光源、紫外線光源、可視光光源、赤外線光源のうちの一つであり、いずれか一つの光源が他の光源と交換可能に前記筐体の内部に取り付けられ、
前記第一の検出器は、前記筐体の内部に取り付けられた光源に応じて、前記第二の可動ステージに交換可能に取り付けられ、さらに、前記第二の可動ステージ上に設定される透過光検出用取付位置又は蛍光検出用取付位置のいずれか一方に付け替え可能に取り付けられることを特徴とする試料分析装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記光源は、前記筐体内部の底部に取り付けられ、前記光源の上部に前記第一の可動ステージが設けられ、前記光源は、第一の可動ステージの下方から光を試料に照射し、前記第一の可動ステージの上部に前記第一の検出器が取り付けられた前記第二の可動ステージが設けられることを特徴とする試料分析装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記筐体は、前記筐体の正面を開閉するための第一の扉と前記筐体の側面を開閉するための第二の扉とを有することを特徴とする試料分析装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記蛍光を検出するための取付部位は、前記第一の検出器の前記試料に対する角度を調整可能であることを特徴とする試料分析装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記第二の可動ステージに取り付けられ、前記試料の表面高さを検出する第二の検出器を備えることを特徴とする試料分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からＸ線、紫外線、可視光線又は赤外線などを試料に照射し、その透過光又は蛍光を検出して分析する試料分析装置に関し、特に、光源及び検出器を試料に照射する光の波長に合わせて交換可能な試料分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料にさまざまな波長の光を照射し、そこから生じる蛍光や透過光を分析することで、試料の特性を分析する装置が知られている。
【０００３】
例えば、光源にＸ線を用いる分析装置は、Ｘ線を試料に照射し、これに応じて試料から発生する蛍光Ｘ線を検出器で検出し、この蛍光Ｘ線の波長スペクトルから、試料に含まれる元素を判別することができる。蛍光Ｘ線の波長は元素に固有なので、蛍光Ｘ線の波長を分析することによって、試料に含まれる元素を判別することができる（特許文献１−６）。
【０００４】
また、Ｘ線透過光を検出することにより、試料内部の透視画像が撮影され、非破壊により内部状態を可視化することができる。
【０００５】
さらに、光源に紫外線を用いる分析装置は、光源から紫外線を試料に照射し、その蛍光スペクトルを分析することにより、試料の成分の検出に用いることができる。また、遺伝子の損傷の情報を得ることもできる。
【０００６】
また、光源に赤外線を用いる分析装置は、例えば、内部に血管などの生体物を含む試料に赤外線を試料に照射し、例えばその透過光を検出することにより、試料内部の血管の画像化などの用途に用いることができる。
【０００７】
このように、光源の波長により検出可能な対象物は異なり、分析対象となる試料の種類、分析目的などに応じて、光源の種類、波長を変える必要がある。また、蛍光や透過光を検出する検出器も光源の波長に対応するものを用意する必要がある。また、検出器の感度、特性に応じて、検出器の配置位置も個別に設定する必要がある。
【特許文献１】特開平２００２−３９９７２号公報
【特許文献２】特開平１０−２６５９３号公報
【特許文献３】特開平４−１７５６４７号公報
【特許文献４】特開平２−１０６３９号公報
【特許文献５】特開平２−２３８３４９号公報
【特許文献６】特開平５−１２６７７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そのため、従来においては、光源の種類毎（Ｘ線、紫外線、可視光線、赤外線などの波長帯域毎）に別々の試料分析装置が製造され、光源の種類（波長帯域）別に専用の装置を用意する必要がある。
【０００９】
また、蛍光や透過光を検出する検出器も光源の波長に合ったものを用意する必要があり、検出器の種類毎に、その特性、感度などは異なるため、設置された光源に合わせて最適な位置にあらかじめ固定化されて、それぞれの試料分析装置に搭載される。
【００１０】
そこで、本発明は、一つの装置により、異なる波長帯域の光に対する分析を行うことができる試料分析装置を提供することにある。なお、本明細書では、「光」という用語は、可視光に限らず、赤外線、紫外線、Ｘ線など可視光以外の波長帯域の電磁波を含むものとして用いる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための本発明の試料分析装置の第一の構成は、試料が載置され且つ前記試料を幅方向及び奥行き方向に移動可能な第一の可動ステージと、試料にＸ線、紫外線、可視光、赤外線のいずれかを照射する光源と、光の照射により生じる透過光又は蛍光を検出する第一の検出器と、前記第一の検出器が取り付けられ、前記第一の検出器を幅方向及び高さ方向に移動可能とする第二の可動ステージと、前記第一の可動ステージと前記光源と前記第一の検出器と前記第二の可動ステージとを内部に包含する筐体とを備え、前記光源は、Ｘ線光源、紫外線光源、可視光光源、赤外線光源のうちの一つであり、いずれか一つの光源が他の光源と交換可能に前記筐体の内部に取り付けられ、前記第一の検出器は、前記筐体の内部に取り付けられた光源に応じて、前記第二の可動ステージに交換可能に取り付けられ、さらに、前記第二の可動ステージ上に設定される透過光検出用取付位置又は蛍光検出用取付位置のいずれか一方に付け替え可能に取り付けられることを特徴とする。
【００１２】
本発明の試料分析装置の第二の構成は、上記第一の構成において、前記光源は、前記筐体内部の底部に取り付けられ、前記光源の上部に前記第一の可動ステージが設けられ、前記光源は、第一の可動ステージの下方から光を試料に照射し、前記第一の可動ステージの上部に前記第一の検出器が取り付けられた前記第二の可動ステージが設けられることを特徴とする。
【００１３】
本発明の試料分析装置の第三の構成は、上記第一又は第二の構成において、前記筐体は、前記筐体の正面を開閉するための第一の扉と前記筐体の側面を開閉するための第二の扉とを有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の試料分析装置の第四の構成は、上記第一乃至第三の構成のいずれかにおいて、前記蛍光を検出するための取付部位は、前記第一の検出器の前記試料に対する角度を調整可能であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の試料分析装置の第五の構成は、上記第一乃至第四の構成のいずれかにおいて、前記第二のステージに取り付けられ、前記試料の表面高さを検出する第二の検出器を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の試料分析装置では、波長帯域の異なる光源を交換可能に取り付けられ、取り付けられた光源に対応する検出器を最適な位置に位置決めして取り付けることが可能であるので、１台の試料分析装置により、異なる波長帯域の光を用いた汎用の分析装置として用いることができる。
【００１７】
すなわち、波長帯域毎に別々の試料分析装置を用意する必要はなく、本発明の試料分析装置の光源と検出器を交換するだけで、異なる波長帯域による測定を行うことができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態における試料分析装置の外観斜視図である。試料分析装置の筐体１は、幅５０ｃｍ程度、奥行き５０ｃｍ程度、高さ７０ｃｍ程度の大きさのほぼ直方体形状を有し、その正面に窓を有する正面扉２が設けられる。正面扉２を開けることで、筐体内部の試料ステージに試料を載せる作業や、筐体内部の光源や検出器の交換作業が行える程度の広さの開口部が形成される。また、筐体１の側面にも、補助扉３が設けられる。補助扉３を開けることで、作業者の手が筐体内部に挿入できる程度の広さの開口部となり、作業者は、一方の手を正面扉２から筐体内部に入れ、他方の手を補助扉３から筐体内部に入れることで、異なる方向から筐体内部に手を入れることができるため、正面扉２から両手を筐体内部に入れる場合に比べて、筐体内部での光源や検出器の交換のための取付作業、取り外し作業を容易に行うことができる。補助扉３には、窓が設けられてもよい。また、補助扉３は、左右いずれの側面に設けられてもよく、さらに、左右両側面に設けられてもよい。正面扉２及び補助扉３の開く方向は、開く方向は、上下開き、左右開きの何れでもよい。また、Ｘ線光源を利用可能とするために、筐体は鉛や鉄でシールドされ、窓も鉛入りガラスとする。
【００２０】
図２は、本発明の実施の形態における試料分析装置の第一の内部構成例を示す図である。図２において、試料は試料ステージ１０に載せられる。試料ステージ１０は、幅方向（Ｘ方向）及び奥行き方向（Ｙ方向）に可動ないわゆるＸＹステージであり、試料ステージ１０の移動に伴い、試料ステージ１０の可動範囲内において試料を光源１２に対して移動させることができる。可動距離は、例えば幅方向及び奥行き方向それぞれ２５ｍｍ程度であり、位置決め精度は例えば１０μｍ以上である。
【００２１】
本発明の試料分析装置と電気的に接続するコンピュータ装置（図示せず）からの制御信号により、試料に対する光の照射位置を幅方向（Ｘ方向）及び奥行き方向（Ｙ方向）に移動させることにより、試料の微細領域毎の蛍光スペクトルを検出することができる。例えば、蛍光Ｘ線分析装置としても用いる場合、分析対象の元素に対する蛍光Ｘ線の検出結果をマッピングすることにより、元素の試料のＸＹ平面における分布状態を知ることができる。
【００２２】
なお、試料ステージ１０の移動は、所定のインターフェースを介して、コンピュータ装置からの操作信号により制御される。コンピュータ装置は、試料ステージ１０の移動のみならず、以下に説明する検出器用ステージ１６の移動、光源１２の照射のＯＮ／ＯＦＦ、検出器１４のＯＮ／ＯＦＦなど各種操作手段、制御手段として機能する。また、コンピュータ装置は、検出器１４からの検出信号（又は所定のインターフェース装置（例えば筐体１内に内蔵されるスペクトル解析装置）を介して変換された信号）を受信し、所定の分析処理アルゴリズムによる分析処理及び画像処理を実行し、分析結果をモニタ画面に表示する。マッピング処理も、試料表面に対する座標と当該座標位置に対する検出結果を対応付けることで、特定の元素の分布状態をマッピング画像として表示することができる。コンピュータ装置は、汎用のパーソナルコンピュータを利用することができる。
【００２３】
試料ステージ１０の下部に光源１２が配置され、光源１２は、真上方向に光を照射する。すなわち、試料ステージ１０に載せられた試料の下側から試料に光が照射される。試料ステージ１０は、光源１２からの光路に対応する部分が開口した中空部１０Ａを有し、試料を試料ステージ１０に載せる場合は、その中空部１０Ａを塞ぐ板状、皿状のような試料台１１を介して、試料は試料ステージ１０に載せられる。試料台１１は、光源の波長を透過させる特性の材料で形成される必要があり、光源の種類に応じて、適宜選択される。
【００２４】
光源１２は、Ｘ線を発生するＸ線光源、紫外線を発生する紫外線光源（紫外レーザを含む）、可視光線を発生する可視光光源（発光ダイオード、可視光レーザを含む）、赤外線を発生する赤外線光源（赤外レーザ、ＹＡＧレーザを含む）など、それぞれ異なる波長帯域の光を発生する複数の光源のいずれかを選択可能であり、選ばれた光源は、試料ステージ１０の下部であって、筐体１の底部にネジなどで固定される。
【００２５】
筐体１の底部には、例えば、筐体１に固定される光源取付板（図示せず）が設けられ、光源取付板には、さまざまな大きさ、形状に対応するための複数のネジ穴を設けておく。光源１２は、この光源取付板上に載せられ、光源の大きさ、形状に合わせて、例えば、スチールベルトのような金属バンドで光源取付板に光源１２をネジ止めして固定する。固定手段は、金属バンドに限らず、他のさまざまな固定手法が適用可能である。
【００２６】
試料ステージ１０の上部には、試料への光照射に対応する蛍光又は透過光を検出する検出器１４が設けられる。検出器１４は、検出器用ステージ１６に取り付けられる。検出器用ステージ１２は、幅方向（Ｘ方向）及び高さ方向（Ｚ方向）に可動ないわゆるＸＺステージであり、検出器用ステージ１６を移動させることで、検出器１４の位置を移動させることができる。可動距離は、例えば幅方向が２００ｍｍ、高さ方向が１００ｍｍ程度である。
【００２７】
検出器用ステージ１６には、例えば、検出器用ステージ１６に固定される検出器取付板１７が設けられ、検出器取付板１７には、検出器１４のさまざまな大きさ、形状に対応するための複数のネジ穴を設けておく。検出器１４は、この検出器取付板１７に、例えばスチールベルトのような金属バンドでネジ止めして固定される。固定手段は、金属バンドに限らず、他のさまざまな固定手法が適用可能である。すなわち、検出器１４は、検出器取付板１７を介して検出器用ステージ１６に取り付けられる。光源１２の波長に対応する検出器１４が適宜選択され取り付けられ、Ｘ線を検出するための検出器１４としては、例えば、電子冷却式の高感度シリコン検出器が用いられる。
【００２８】
図示される検出器取付板１７は、一例として、蛍光検出用の取付位置と透過光検出用の取付位置の両方を有する。両方に検出器１４を取り付けることで、蛍光検出と透過光検出を同時に行うことが可能となる。もちろん、検出器１４を一つ取り付ける場合は、どちらか一方に、付け替え可能に取り付けられる。
【００２９】
蛍光検出用の取付位置に取り付けられた検出器１４は、図示されるように、透過光の光路となる試料の真上から幅方向にずれた位置で試料に向くように斜めに取り付けられる。検出器取付板１７には、蛍光検出用の角度調節機構１７Ａが設けられ、最適な角度に検出器１４を位置決めして固定する。試料の大きさ、検出器１４の大きさ、検出器１４の感度などに応じて、検出器１４と試料との間の距離が最適になるように検出器用ステージ１６を幅方向及び高さ方向に移動させて、検出器１４の位置を決定する。
透過光検出用の取付位置に取り付けられた検出器１４は、図示されるように、透過光の光路となる試料の真上の位置で試料に向くように真下に向けて取り付けられる。検出器１４が試料の真上にくるように、検出器用ステージを幅方向に移動させ、また、試料との間の距離が最適になるように高さ方向を調節する。
【００３０】
さらに、検出器取付板１７には、検出器１４とともに、カメラ１８が取り付けられてもよい。カメラ１８は例えばＣＣＤカメラであり、レンズ２１を介した撮影画像は、コンピュータ装置（上述）所定のモニタ画面に表示される。本発明の試料分析装置を制御するためのコンピュータ装置が、所定のインターフェースを介してカメラ１８からの撮影信号を受信し、所定の画像処理アルゴリズムに従い、モニタ画面に撮影画像を表示する。また、コンピュータ装置は、さらに、あらかじめ撮影画像に座標を設定可能であって、作業者がマウスなどの入力手段を操作して、画面に表示されるカーソルにより画面上の試料の位置を選択すると、選択位置に対応する座標が決定し、当該座標位置に光源１２からの光が照射されるように試料ステージ１０を移動させる。なお、モニタ画像から指定された位置に光が照射されるように試料ステージ１０を移動制御する技術は既存の技術が適用可能である。
【００３１】
第一の内部構成例では、光源１２が筐体１の底部の平らな位置に取り付けられるので、光源の種類、大きさ、形状、重量を問わず、さまざまな光源を安定して状態に容易に取り付けることができる。そして、光源からの光を真上に照射し、試料ステージ１０の下側から試料に光を照射し、検出器１４が試料ステージ１０上で透過光又は蛍光をする構成とすることで、透過光を検出するための位置と蛍光を検出するための位置とが比較的接近した位置関係となるので、一つの小型の検出器用ステージ１６に、蛍光検出用位置と透過光検出用位置を設けることができ、図１に示すような小型の筐体の装置一台で、蛍光検出と透過光検出の両方に対応することが可能となる。また、検出器１４を検出器用ステージ１６に取り付け、その位置を可動なものとすることで、光源の種類に対応した検出器をその最適な位置に取り付けることが可能となる。
図３は、第一の内部構成例に対応する筐体内での具体的な組み立て例を示す図である。  図３（ａ）は、筐体正面からの内部構成図、図３（ｂ）は、筐体側面からの内部構成図である。試料ステージ１０は、支柱１５により筐体底部に取り付けられ、検出器用ステージ１６は、筐体背面に固定されたフレーム１９に取り付けられている。また、図３では、蛍光検出用位置にのみ検出器１４が取り付けられている状態が示される。
【００３２】
また、筐体背面の後ろ側には、制御装置群を格納する領域２２が設けられる。制御装置群は、例えば、試料ステージ１０及び検出器用ステージ１６のドライバ及びコントローラ、電源装置、検出器１４用のアンプ、スペクトル解析装置などを含む。筐体１内に、これらの制御装置群が格納されるので、試料分析装置に、分析結果の画像表示手段、操作手段、制御手段としてのコンピュータ装置を接続するだけのシンプルな構成で、試料分析が実現される。
【００３３】
図４は、本発明の実施の形態における試料分析装置の第二の内部構成例を示す図である。第二の内部構成例は、第一の内部構成例に加えて、高さ計測検出器２０を備える。高さ計測検出器２０は、例えば、接触型変位センサ、非接触型レーザ変位センサ、ピエゾ変位センサなどである。高さ計測検出器２０を搭載することにより、第一の内部構成例における蛍光検出、透過光検出に加えて、試料の高さ及び表面形状が計測可能となる。高さ計測検出器２０は、検出器取付板１７に取付可能であり、検出器用ステージ１６を移動させることで、高さ計測検出器２０を所望の位置に移動させることができる。高さ計測検出器２０のプローブ（探針）２０Ａの先端をカメラ１８の中心と同軸上に配置することで、カメラ１８の画像をモニタし、試料の表面位置を確認しながら、高さ計測が可能となる。
【００３４】
また、高さ計測検出器２０として非接触型レーザ変位センサを用いる場合は、カメラ１８のレンズ２１の鏡筒内に搭載することも可能である。この場合においても、レーザの照射軸とカメラの中心とを同軸上に設定することで、カメラ１８の画像をモニタし、試料の表面位置を確認しながら、高さ計測が可能となる。なお、レンズ２１は、顕微鏡であってもよい。
【００３５】
高さ計測検出器２０を有することで、本発明の試料分析装置は、Ｘ線分析装置として用いる場合、試料の内部情報（蛍光検出により、試料に含有される元素の特定、元素分布状況、透過光検出により、試料の内部透視）の検出を可能とするともに、Ｘ線では観察できない試料の外部情報（例えば、高さや表面形状）の検出をも可能とし、一台の試料分析装置により、試料の内部及び外部を多面的に計測、分析することが可能となる。
【００３６】
上述の実施の形態例では、光源１２は、筐体１の底部に取付可能な大きさのユニットである場合について説明したが、これに限らず、例えば、筐体１に入れることができない大型の光源から照射された光を光ファイバで導き、補助扉３から光ファイバの先端を筐体１の底部に固定するようにすることで、外部の光源を本発明の試料分析装置の光源として利用することができる。この場合、外部から筐体１内に導入された光ファイバが、本発明の試料分析装置の光源に対応することとなる。
【００３７】
また、光源の波長を、Ｘ線、紫外線、可視光、赤外線と便宜上区分したが、波長の異なる光源が複数種類存在することを示すために区分したものであり、区分はこれに限られない。例えば、赤外線を遠赤外線と近赤外線にさらに区分することを妨げるものでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態における試料分析装置の外観斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態における試料分析装置の第一の内部構成例を示す図である。
【図３】第一の内部構成例に対応する筐体内での具体的な組み立て例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態における試料分析装置の第二の内部構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１：筐体、２：正面扉、３：補助扉、１０：試料ステージ、１０Ａ：中空部、１１：試料台、１２：光源、１４；検出器、１５：支柱、１６：検出器用ステージ、１７：検出器取付板、１７Ａ：角度調節機構、１８：カメラ、１９：フレーム、２０：高さ計測検出器、２１：レンズ、２２：制御装置群格納領域
【図１】
2009074934.tif 000003
【図２】
2009074934.tif 000004
【図３】
2009074934.tif 000005
【図４】
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