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JP6842750B2 - Scanning probe microscope and its control method - Google Patents
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Description

本発明は、走査型プローブ顕微鏡及び走査型プローブ顕微鏡の制御方法に関する。 The present invention relates to a scanning probe microscope and a method for controlling a scanning probe microscope.

走査型プローブ顕微鏡は、鋭い探針(プローブ)を使用し、探針を試料に近接させた際に両者の相互作用で生じる物理情報や化学的性質を信号として取得し、その信号を制御しながら探針で試料表面を走査することで、試料表面の立体形状を画像化する装置である。 The scanning probe microscope uses a sharp probe (probe) to acquire the physical information and chemical properties generated by the interaction between the two when the probe is brought close to the sample, and controls the signal. It is a device that images the three-dimensional shape of the sample surface by scanning the sample surface with a probe.

近年、走査型プローブ顕微鏡の中でも、生細胞等を含む生物試料の観察を可能にした走査型イオンコンダクタンス顕微鏡(Scanning Ion-Conductance Microscope, SICM、以下、「SICM」ともいう)が着目されている。SICMは、ナノピペットと呼ばれるガラス細管を探針として利用し、電解質液が満たされたナノピペット内の電極と試料を浸した電解質液中の電極との間に生じるイオン電流の変化を利用して試料表面の立体形状を画像化するもので、柔らかい生物試料の液中観察が可能である。特に、ナノピペットを上下に大きく振りながら走査を行うホッピンングモードによって、神経細胞等の複雑な形状の試料について、非常に鮮明な画像化が可能になっている(例えば、非特許文献1参照)。 In recent years, among scanning probe microscopes, a scanning ion-conductance microscope (SICM, hereinafter also referred to as "SICM"), which enables observation of biological samples including living cells and the like, has attracted attention. SIMM uses a glass tube called a nanopipette as a probe, and utilizes the change in ionic current that occurs between the electrode in the nanopipette filled with the electrolyte solution and the electrode in the electrolyte solution in which the sample is immersed. It images the three-dimensional shape of the sample surface and enables observation of soft biological samples in liquid. In particular, the hopping mode, in which scanning is performed while shaking the nanopipette up and down, enables extremely clear imaging of a sample having a complicated shape such as a nerve cell (see, for example, Non-Patent Document 1). ..

Yasufumi Takahashi et al.、「Topographic imaging of convoluted surface of live cells by scanning ion conductance microscopy in a standing approach mode」、Physical Chemistry Chemical Physics、第12巻(第34号)、2010年9月14日、p10012−10017Yasufumi Takahashi et al., "Topographic imaging of convoluted surface of live cells by scanning ion conductance microscopy in a standing approach mode", Physical Chemistry Chemical Physics, Vol. 12 (No. 34), September 14, 2010, p10012- 10017

しかしながら、上記非特許文献1の技術では、鮮明な画像化が可能になるものの、測定時間が長いという問題がある。特に、動きのある生細胞の画像化を繰り返す連続撮影モードでは、1枚の画像を得るのに要する時間を短縮することが期待されている。 However, although the technique of Non-Patent Document 1 enables clear imaging, there is a problem that the measurement time is long. In particular, in the continuous imaging mode in which the imaging of moving living cells is repeated, it is expected that the time required to obtain one image will be shortened.

そこで、本発明は、連続撮影モードにおいて、従来よりも短い測定時間で画像化を繰り返すことが可能な走査型プローブ顕微鏡及びその制御方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a scanning probe microscope capable of repeating imaging in a shorter measurement time than before in a continuous photographing mode and a control method thereof.

上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る走査型プローブ顕微鏡は、プローブと、試料に対して相対的にプローブを2次元的に走査するXYスキャナと、XYスキャナによる走査面と直交するZ軸方向にプローブを駆動するZスキャナと、XYスキャナ及びZスキャナを制御することによって試料の表面における立体形状を画像化する制御部とを備え、制御部は、画像化を繰り返す連続撮影モードにおいて、過去の画像化で得られた画像に基づいて、次の画像化のためのプローブの走査及びプローブのZ軸方向の駆動の少なくとも一方に関する走査条件を決定し、決定した走査条件に従ってXYスキャナ及びZスキャナを制御することで次の画像化を行うことを繰り返し、過去の画像化で得られた画像において前記試料が存在する領域である試料領域を特定し、特定した試料領域に基づいて、次の画像化において前記プローブが走査すべき領域である測定領域を決定し、決定した測定領域にだけ前記プローブが走査するように、前記XYスキャナを制御し、過去の画像化で得られた画像の試料領域に対して所定幅だけ広げた領域を、前記測定領域として決定するIn order to achieve the above object, the scanning probe microscope according to one embodiment of the present invention is orthogonal to the probe, the XY scanner that scans the probe two-dimensionally relative to the sample, and the scanning surface by the XY scanner. A Z scanner that drives the probe in the Z-axis direction and a control unit that images a three-dimensional shape on the surface of the sample by controlling the XY scanner and the Z scanner are provided, and the control unit is a continuous photographing mode that repeats imaging. In, the scanning conditions for at least one of scanning the probe and driving the probe in the Z-axis direction for the next imaging are determined based on the images obtained in the past imaging, and the XY scanner is determined according to the determined scanning conditions. and to repeatedly to perform the following imaging by controlling the Z scanner, identifies the sample area in the obtained image is a region where the sample is present in the past imaging, based on the specified sample area Then, in the next imaging, the measurement area, which is the area to be scanned by the probe, is determined, and the XY scanner is controlled so that the probe scans only in the determined measurement area, which is obtained by past imaging. A region widened by a predetermined width with respect to the sample region of the image is determined as the measurement region .

また、上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る走査型プローブ顕微鏡の制御方法は、XYスキャナ及びZスキャナを制御することによって試料の表面における立体形状を画像化する制御ステップを含み、制御ステップでは、画像化を繰り返す連続撮影モードにおいて、過去の画像化で得られた画像に基づいて、次の画像化のためのプローブの走査及びプローブのZ軸方向の駆動の少なくとも一方に関する走査条件を決定し、決定した走査条件に従ってXYスキャナ及びZスキャナを制御することで次の画像化を行うことを繰り返し、過去の画像化で得られた画像において前記試料が存在する領域である試料領域を特定し、特定した試料領域に基づいて、次の画像化において前記プローブが走査すべき領域である測定領域を決定し、決定した測定領域にだけ前記プローブが走査するように、前記XYスキャナを制御し、過去の画像化で得られた画像の試料領域に対して所定幅だけ広げた領域を、前記測定領域として決定するFurther, in order to achieve the above object, the control method of the scanning probe microscope according to one embodiment of the present invention includes a control step of imaging a three-dimensional shape on the surface of a sample by controlling an XY scanner and a Z scanner. In the control step, in a continuous shooting mode in which imaging is repeated, scanning of the probe for the next imaging and scanning of at least one of driving the probe in the Z-axis direction based on the images obtained in the past imaging. determining the condition, to by controlling the XY scanner and the Z scanner in accordance with the determined scanning condition repeatedly to perform the following imaging, it is the region where the sample is present in the image obtained by past imaging The sample region is specified, and based on the identified sample region, the measurement region which is the region to be scanned by the probe in the next imaging is determined, and the probe scans only the determined measurement region. The scanner is controlled, and a region widened by a predetermined width with respect to the sample region of the image obtained in the past imaging is determined as the measurement region .

このような走査型プローブ顕微鏡及び制御方法により、走査型プローブ顕微鏡による連続撮影モードにおいて、過去の画像化で得られた画像に基づいて次の画像化におけるプローブの走査条件が決定されるので、具体的な試料に依存した好適な走査条件で画像化を繰り返すことが可能となり、過去の画像を再利用しない従来の技術に比べ、測定時間が短縮される。 With such a scanning probe microscope and a control method, in the continuous shooting mode by the scanning probe microscope, the scanning conditions of the probe in the next imaging are determined based on the images obtained in the past imaging. It is possible to repeat the imaging under suitable scanning conditions depending on the standard sample, and the measurement time is shortened as compared with the conventional technique in which the past image is not reused.

本発明により、連続撮影モードにおいて、従来よりも短い測定時間で画像化を繰り返すことが可能な走査型プローブ顕微鏡及びその制御方法が提供される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention provides a scanning probe microscope capable of repeating imaging in a shorter measurement time than before in a continuous photographing mode, and a control method thereof.

よって、生細胞等の動きある試料の連続撮影における測定時間が短縮化され、バイオサイエンスの発展が期待される今日において、本発明の実用的価値は極めて高い。 Therefore, the practical value of the present invention is extremely high in the present day when the measurement time in continuous imaging of a moving sample such as a living cell is shortened and the development of bioscience is expected.

実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡の構成を示すブロック図A block diagram showing a configuration of a scanning probe microscope according to an embodiment. 実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡の連続撮影モードにおける基本動作を示すフローチャートA flowchart showing the basic operation of the scanning probe microscope according to the embodiment in the continuous shooting mode. 実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡による連続撮影モードにおける測定領域の設定例を示す図The figure which shows the setting example of the measurement area in the continuous photography mode by the scanning probe microscope which concerns on embodiment. 実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡による連続撮影モードにおけるホッピング量の設定例を示す図The figure which shows the setting example of the hopping amount in the continuous shooting mode by the scanning probe microscope which concerns on embodiment. 実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡のプローブの具体的な走査軌跡を示す図The figure which shows the specific scanning locus of the probe of the scanning probe microscope which concerns on embodiment. 実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡による連続撮影モードで得られた動画の一例を示す図The figure which shows an example of the moving image obtained in the continuous shooting mode by the scanning probe microscope which concerns on embodiment. 実施の形態の変形例に係る走査型プローブ顕微鏡の動作を示すフローチャートA flowchart showing the operation of the scanning probe microscope according to the modified example of the embodiment.

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that all of the embodiments described below show a specific example of the present invention. The numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions and connection forms of the components, steps, the order of steps, etc. shown in the following embodiments are examples, and are not intended to limit the present invention. Further, among the components in the following embodiments, the components not described in the independent claims indicating the highest level concept of the present invention will be described as arbitrary components.

図1は、本実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡10の構成を示すブロック図である。走査型プローブ顕微鏡10は、本実施の形態では、容器20に入れられた電解質液21に浸された生細胞等の試料22を観察するSICMであり、プローブ11、XYスキャナ12、Zスキャナ13、スキャナコントローラ14、電流アンプ15、ピペット電極16、対照電極17、電圧源18、及び、制御部19で構成される。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a scanning probe microscope 10 according to the present embodiment. In the present embodiment, the scanning probe microscope 10 is a SIMM for observing a sample 22 such as a living cell immersed in an electrolyte solution 21 placed in a container 20, and the probe 11, the XY scanner 12, the Z scanner 13, and the Z scanner 13. It is composed of a scanner controller 14, a current amplifier 15, a pipette electrode 16, a control electrode 17, a voltage source 18, and a control unit 19.

プローブ11は、ナノピペットと呼ばれるガラス細管である。 The probe 11 is a glass tube called a nanopipette.

XYスキャナ12は、試料22に対して相対的にプローブ11を2次元的に(XY面で)走査するデバイスであり、例えば、圧電素子である。 The XY scanner 12 is a device that scans the probe 11 two-dimensionally (on the XY plane) relative to the sample 22, and is, for example, a piezoelectric element.

Zスキャナ13は、XYスキャナ12による走査面(XY面)と直交するZ軸方向にプローブ11を駆動するデバイスであり、例えば、圧電素子である。 The Z scanner 13 is a device that drives the probe 11 in the Z-axis direction orthogonal to the scanning plane (XY plane) of the XY scanner 12, and is, for example, a piezoelectric element.

ピペット電極16は、電解質液21が満たされたプローブ11内に設けられる電極である。 The pipette electrode 16 is an electrode provided in the probe 11 filled with the electrolyte solution 21.

対照電極17は、試料22が浸された容器20内の電解質液21中に設けられる電極である。 The control electrode 17 is an electrode provided in the electrolyte solution 21 in the container 20 in which the sample 22 is immersed.

電圧源18は、ピペット電極16と対照電極17との間にイオン電流を発生させるためにそれらの電極間に印加する直流電圧を供給する電源である。 The voltage source 18 is a power source that supplies a DC voltage applied between the pipette electrode 16 and the control electrode 17 to generate an ionic current between the electrodes.

電流アンプ15は、ピペット電極16と対照電極17との間に流れるイオン電流を増幅するとともにそのイオン電流を測定する回路である。 The current amplifier 15 is a circuit that amplifies the ionic current flowing between the pipette electrode 16 and the control electrode 17 and measures the ionic current.

スキャナコントローラ14は、XYスキャナ12を制御することで、試料22に対して相対的にプローブ11を2次元的に走査させるとともに、電流アンプ15で測定されたイオン電流が一定(コンダクタンスが一定)となるようにZスキャナ13をフィードバック制御することで、Z軸方向にプローブ11を、試料22に対して近接し、かつ、非接触状態を維持するように、駆動させる駆動装置である。 By controlling the XY scanner 12, the scanner controller 14 scans the probe 11 two-dimensionally relative to the sample 22, and the ion current measured by the current amplifier 15 is constant (conductance is constant). This is a drive device that drives the probe 11 in the Z-axis direction so as to be close to the sample 22 and maintain a non-contact state by feedback-controlling the Z scanner 13 so as to be.

制御部19は、画像化を繰り返す連続撮影モードにおいて、過去の画像化で得られた画像に基づいて、次の画像化のためのプローブ11の走査及びプローブ11のZ軸方向の駆動の少なくとも一方に関する走査条件を決定し、決定した走査条件に従ってスキャナコントローラ14を介してXYスキャナ12及びZスキャナ13を制御することで次の画像化を行うことを繰り返す装置であり、例えば、スキャナコントローラ14と接続されたコンピュータ装置である。そのコンピュータ装置は、ディスプレイ、キーボード等の入力デバイス、CPU、ROM、RAM、入出力インタフェース、ハードディスク等を備え、CPUがハードディスク等に格納されたプログラムをRAMにロードして実行することで、制御部19としての機能を発揮する。なお、制御部19は、連続撮影モードだけでなく、1回の画像化だけを行う撮影モードも有する。 The control unit 19 scans the probe 11 for the next imaging and drives the probe 11 in the Z-axis direction based on the images obtained in the past imaging in the continuous shooting mode in which the imaging is repeated. It is a device that repeats the next imaging by determining the scanning conditions with respect to the above and controlling the XY scanner 12 and the Z scanner 13 via the scanner controller 14 according to the determined scanning conditions. For example, it is connected to the scanner controller 14. It is a computer device. The computer device includes an input device such as a display and a keyboard, a CPU, a ROM, a RAM, an input / output interface, a hard disk, etc., and the CPU loads a program stored in the hard disk or the like into the RAM and executes the control unit. Demonstrate the function as 19. The control unit 19 has not only a continuous shooting mode but also a shooting mode in which imaging is performed only once.

図2は、図1に示された走査型プローブ顕微鏡10の連続撮影モードにおける基本動作(制御ステップ)を示すフローチャートである。 FIG. 2 is a flowchart showing a basic operation (control step) of the scanning probe microscope 10 shown in FIG. 1 in the continuous photographing mode.

連続撮影モードにおいて、制御部19は、まず、1回目の撮影として、試料22を含む予め設定された2次元領域(例えば、128画素×128画素)全体をプローブ11で走査して画像化する(S10)。 In the continuous shooting mode, the control unit 19 first scans the entire preset two-dimensional region (for example, 128 pixels × 128 pixels) including the sample 22 with the probe 11 and images it as the first shooting (for example, 128 pixels × 128 pixels). S10).

次に、制御部19は、過去の画像化(ここでは、ステップS10での画像化)で得られた画像に基づいて、次の画像化のためのプローブ11の走査及びプローブ11のZ軸方向の駆動の少なくとも一方に関する走査条件を決定する(S11)。具体的には、制御部19は、(1)測定領域の絞り込み、及び、(2)ホッピング量の最適化を行う。 Next, the control unit 19 scans the probe 11 for the next imaging and the Z-axis direction of the probe 11 based on the image obtained in the past imaging (here, the imaging in step S10). The scanning conditions for at least one of the drives of the are determined (S11). Specifically, the control unit 19 performs (1) narrowing down the measurement area and (2) optimizing the hopping amount.

より詳しくは、(1)測定領域の絞り込みでは、制御部19は、過去の画像化(ここでは、ステップS10での画像化)で得られた画像において試料22が存在する領域である試料領域を特定し、特定した試料領域に基づいて、次の画像化においてプローブ11が走査すべき領域である測定領域を決定する。このとき、制御部19は、図3の測定領域の設定例に示されるように、過去の画像化(ここでは、ステップS10での画像化)で得られた画像の試料領域30(図3の(a)参照)に対して所定幅(例えば、輪郭から外側に5画素分の大きさ)だけ広げた領域を、測定領域31(図3の(b)の破線で囲まれた領域)として決定する。なお、図3では、神経細胞を試料とする試料領域30(図3の(a))と測定領域31(図3の(b))の例が示されている。 More specifically, in (1) narrowing down the measurement area, the control unit 19 sets the sample area, which is the area where the sample 22 exists in the image obtained in the past imaging (here, the image in step S10). Identify and determine the measurement region, which is the region to be scanned by the probe 11 in the next imaging, based on the identified sample region. At this time, as shown in the setting example of the measurement area in FIG. 3, the control unit 19 uses the sample area 30 (in FIG. 3) of the image obtained in the past imaging (here, imaging in step S10). A region widened by a predetermined width (for example, a size of 5 pixels outward from the contour) with respect to (a)) is determined as a measurement region 31 (a region surrounded by a broken line in FIG. 3B). To do. Note that FIG. 3 shows an example of a sample region 30 ((a) in FIG. 3) and a measurement region 31 ((b) in FIG. 3) using nerve cells as a sample.

ここで、試料領域30の具体的な特定方法としては、例えば、得られた画像に対して、画素値の空間分布において微分演算を施すことで試料の輪郭(エッジ)を検出したり、画素値ごとの度数分布(ヒストグラム)から特定した背景色(電解質液21の領域)を画像から除外することで試料領域30を特定したりする。 Here, as a specific method for specifying the sample region 30, for example, the contour (edge) of the sample can be detected by performing a differential operation on the obtained image in the spatial distribution of the pixel values, or the pixel value can be detected. The sample region 30 is specified by excluding the background color (region of the electrolyte solution 21) specified from the frequency distribution (histogram) for each from the image.

また、(2)ホッピング量の最適化では、制御部19は、過去の画像化(ここでは、ステップS10での画像化)で得られた画像において試料22が存在する領域である試料領域を特定し、特定した試料領域に基づいて、次の画像化においてプローブ11のZ軸方向の駆動における振幅であるホッピング量を決定する。このとき、制御部19は、図4のホッピング量11aの設定例に示されるように、画像における試料領域33と試料領域33以外の領域(非試料領域34a及び34b)との境界を含む領域において、境界を含まない領域よりも、ホッピング量11aが大きくなるように、ホッピング量11aを決定する。なお、境界を含む領域とは、境界と、境界から所定画素(例えば、3画素)だけ離れた範囲とからなる領域である。 Further, in (2) optimization of the hopping amount, the control unit 19 identifies a sample region in which the sample 22 exists in the image obtained in the past imaging (here, imaging in step S10). Then, based on the specified sample region, the hopping amount, which is the amplitude in driving the probe 11 in the Z-axis direction, is determined in the next imaging. At this time, as shown in the setting example of the hopping amount 11a in FIG. 4, the control unit 19 is in a region including the boundary between the sample region 33 and the region other than the sample region 33 (non-sample regions 34a and 34b) in the image. , The hopping amount 11a is determined so that the hopping amount 11a is larger than the region not including the boundary. The area including the boundary is an area including the boundary and a range separated from the boundary by a predetermined pixel (for example, 3 pixels).

次に、図2に戻り、制御部19は、2回目の撮影として、ステップS11で決定された走査条件に従って、測定領域に対してプローブ11を走査して画像化する(S12)。より詳しくは、制御部19は、ステップS11で絞り込まれた測定領域にだけプローブ11が走査するように、スキャナコントローラ14を介してXYスキャナ12を制御する。また、制御部19は、ステップS11で最適化されたホッピング量に従って、試料領域と試料領域以外の領域との境界を含む領域において、境界を含まない領域よりも、ホッピング量が大きくなるようにプローブ11がZ軸方向に駆動されるように、スキャナコントローラ14を介してZスキャナ13を制御する。 Next, returning to FIG. 2, as the second photographing, the control unit 19 scans the probe 11 with respect to the measurement region and images it according to the scanning conditions determined in step S11 (S12). More specifically, the control unit 19 controls the XY scanner 12 via the scanner controller 14 so that the probe 11 scans only the measurement region narrowed down in step S11. Further, the control unit 19 probes so that the hopping amount is larger in the region including the boundary between the sample region and the region other than the sample region than in the region not including the boundary according to the hopping amount optimized in step S11. The Z scanner 13 is controlled via the scanner controller 14 so that the 11 is driven in the Z-axis direction.

次に、制御部19は、連続撮影モードとして予め設定された回数の撮影が終了したか否かを判断し(S13)、その結果、撮影が終了したと判断した場合には(S13でYes)、連続撮影モードを終了し、撮影が終了していないと判断した場合には(S13でNo)、再びステップS11及びS12を繰り返す。 Next, the control unit 19 determines whether or not the shooting has been completed a preset number of times as the continuous shooting mode (S13), and if it is determined that the shooting has been completed as a result (Yes in S13). If it is determined that the continuous shooting mode is finished and the shooting is not finished (No in S13), steps S11 and S12 are repeated again.

ステップS11及びS12の繰り返しにおいては、ステップS11では、過去の画像化(ここでは、直前のステップS12での画像化)で得られた画像に基づいて、次の画像化のためのプローブ11の走査及びプローブ11のZ軸方向の駆動の少なくとも一方に関する走査条件を決定する(S11)。具体的には、制御部19は、前回での処理と同様にして、(1)測定領域の絞り込み、及び、(2)ホッピング量の最適化を行う。そして、ステップS12では、制御部19は、3回目の撮影として、直前のステップS11で決定された走査条件に従って、測定領域に対してプローブ11を走査して画像化する(S12)。より詳しくは、制御部19は、直前のステップS11で絞り込まれた測定領域にだけプローブ11が走査するように、スキャナコントローラ14を介してXYスキャナ12を制御する。また、制御部19は、直前のステップS11で最適化されたホッピング量に従って、試料領域と試料領域以外の領域との境界を含む領域において、境界を含まない領域よりも、ホッピング量が大きくなるようにプローブ11がZ軸方向に駆動されるように、スキャナコントローラ14を介してZスキャナ13を制御する。 In the repetition of steps S11 and S12, in step S11, the scanning of the probe 11 for the next imaging is performed based on the image obtained in the past imaging (here, the imaging in the immediately preceding step S12). And the scanning conditions for at least one of the driving of the probe 11 in the Z-axis direction (S11). Specifically, the control unit 19 performs (1) narrowing down the measurement area and (2) optimizing the hopping amount in the same manner as in the previous process. Then, in step S12, as the third photographing, the control unit 19 scans the probe 11 with respect to the measurement region and images it according to the scanning conditions determined in the immediately preceding step S11 (S12). More specifically, the control unit 19 controls the XY scanner 12 via the scanner controller 14 so that the probe 11 scans only the measurement area narrowed down in the immediately preceding step S11. Further, the control unit 19 makes the hopping amount larger in the region including the boundary between the sample region and the region other than the sample region than in the region not including the boundary according to the hopping amount optimized in the immediately preceding step S11. The Z scanner 13 is controlled via the scanner controller 14 so that the probe 11 is driven in the Z-axis direction.

このように、連続撮影モードでは、過去(ここでは、直前)の画像化で得られた画像に基づいて次の画像化における(1)測定領域の絞り込み、及び、(2)ホッピング量の最適化を含む走査条件が決定され、決定された走査条件で次の画像化が行われる。 In this way, in the continuous shooting mode, (1) narrowing down the measurement area and (2) optimizing the hopping amount in the next imaging based on the image obtained in the past (here, immediately before) imaging. The scanning conditions including the above are determined, and the next imaging is performed under the determined scanning conditions.

これにより、過去の画像において試料22が存在した領域である試料領域に基づいて、次の画像化においてプローブ11が走査すべき領域である測定領域を決定し、決定した測定領域にだけ選択的にプローブ11が走査されるので、固定的な2次元領域全体を走査する従来に比べ、測定時間が短縮される。特に、神経細胞等の画像化では、プローブ11が走査可能な2次元領域全体に対して必要となる測定領域が非常に限られている(一部の領域だけが測定領域となる)ので、測定時間が大幅に短縮される。 As a result, the measurement region, which is the region to be scanned by the probe 11 in the next imaging, is determined based on the sample region, which is the region where the sample 22 existed in the past image, and only the determined measurement region is selectively selected. Since the probe 11 is scanned, the measurement time is shortened as compared with the conventional case of scanning the entire fixed two-dimensional region. In particular, in the imaging of nerve cells and the like, the measurement area required for the entire two-dimensional region that can be scanned by the probe 11 is very limited (only a part of the region is the measurement region). Time is greatly reduced.

また、大きなホッピング量が必要となる試料領域と試料領域以外の領域との境界においてだけホッピング量が大きくなり、試料22の場所に依存することなく固定的なホッピング量でプローブ11を駆動する従来に比べ、測定時間が短縮される。 Further, the hopping amount is increased only at the boundary between the sample region requiring a large hopping amount and the region other than the sample region, and the probe 11 is driven by a fixed hopping amount regardless of the location of the sample 22. In comparison, the measurement time is shortened.

なお、上記図2に示されたフローチャートの説明では、次の走査条件の決定において(S11)、(1)測定領域の絞り込み、及び、(2)ホッピング量の最適化の両方が行われたが、必ずしも両方を行う必要はなく、事前の設定に応じて、(1)測定領域の絞り込み、及び、(2)ホッピング量のいずれかだけが行われてもよい。 In the explanation of the flowchart shown in FIG. 2, both (S11), (1) narrowing down the measurement area, and (2) optimizing the hopping amount were performed in determining the next scanning condition. , It is not always necessary to perform both, and only one of (1) narrowing down the measurement area and (2) hopping amount may be performed according to the preset setting.

また、プローブ11が測定領域だけに選択的に走査する際の具体的な走査方法としては、図5に示される軌跡(実線及び破線)の通りである。測定領域が図5の(a)に示されるような単純な形状である場合には、図5の(a)に示される実線のように、プローブ11が測定領域31だけについて、X軸方向への走査をY軸方向にずらしながら繰り返す。また、測定領域が図5の(b)に示されるような複雑な形状である場合には、図5の(b)に示される実線(測定のための走査)及び破線(測定しない移動だけの走査)ように、測定領域31を包含する最小限の領域について、X軸方向への走査(測定のための走査と測定しない移動だけの走査を含む)をY軸方向にずらしながら繰り返す。 The specific scanning method when the probe 11 selectively scans only the measurement region is as shown in FIG. 5 (solid line and broken line). When the measurement area has a simple shape as shown in FIG. 5A, the probe 11 extends in the X-axis direction only for the measurement area 31 as shown by the solid line shown in FIG. 5A. Is repeated while shifting in the Y-axis direction. When the measurement area has a complicated shape as shown in FIG. 5 (b), the solid line (scanning for measurement) and the broken line (only movement without measurement) shown in FIG. 5 (b). Scanning), scanning in the X-axis direction (including scanning for measurement and scanning only for movement without measurement) is repeated while shifting in the Y-axis direction for the minimum area including the measurement area 31.

図6は、本実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡10による連続撮影モードで得られた動画の一例を示す図である。ここでは、海馬を試料22とし、測定領域の絞り込みによる連続撮影モードで得られた動画における開始時点での画像(図6の(a))と、終了時点での画像(図6の(b))とが示されている。いずれの画像も15μm×15μmの領域画像であり、4分/画像の画像化レートで、細胞上の動きが鮮明に可視化された。このことから、測定領域の絞り込みによる連続撮影モードにより、測定領域の絞り込みを行わない従来の連続撮影モードに比べ、測定時間について、2〜4倍の高速化が可能になったといえる。 FIG. 6 is a diagram showing an example of a moving image obtained in the continuous shooting mode by the scanning probe microscope 10 according to the present embodiment. Here, the hippocampus is used as the sample 22, and the image at the start time ((a) in FIG. 6) and the image at the end time ((b) in FIG. 6) in the moving image obtained in the continuous shooting mode by narrowing down the measurement area. ) Is shown. All images were 15 μm × 15 μm region images, and the movement on the cells was clearly visualized at the imaging rate of 4 minutes / image. From this, it can be said that the continuous shooting mode by narrowing down the measurement area enables the measurement time to be 2 to 4 times faster than the conventional continuous shooting mode in which the measurement area is not narrowed down.

なお、上記図2に示されたフローチャートの説明では、過去の1枚の画像だけを用いて次の画像化における走査条件が決定されたが、過去の少なくとも2枚の画像を用いて次の画像化における走査条件を決定してもよい。 In the explanation of the flowchart shown in FIG. 2, the scanning conditions for the next imaging are determined using only one past image, but the next image is determined by using at least two past images. The scanning conditions in the conversion may be determined.

図7は、過去の少なくとも2枚の画像を用いて次の画像化における走査条件を決定する、上記実施の形態の変形例に係る走査型プローブ顕微鏡の動作を示すフローチャートである。図2のステップS11における測定領域の絞り込み(測定領域の決定)の変形例に相当する。ここでは、連続撮影モードにおいて、過去の2枚の画像を用いて次の画像化における走査条件を決定する処理の流れが示されている。 FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the scanning probe microscope according to the modification of the above embodiment, which determines the scanning conditions in the next imaging using at least two past images. This corresponds to a modified example of narrowing down the measurement area (determining the measurement area) in step S11 of FIG. Here, in the continuous shooting mode, the flow of processing for determining the scanning conditions in the next imaging using the past two images is shown.

この変形例では、まず、制御部19は、過去の2枚の画像のうちの古い画像の試料領域に対して予め定めた第1幅(例えば、輪郭から外側に5画素分の大きさ)だけ広げることで、暫定的な測定領域を決定する(S20)。 In this modification, first, the control unit 19 has only a predetermined first width (for example, a size of 5 pixels outward from the contour) with respect to the sample area of the old image of the past two images. By expanding, a provisional measurement area is determined (S20).

次に、制御部19は、いま決定した暫定的な測定領域に、過去の2枚の画像のうちの新しい画像の試料領域が収まるか否かを判断する(S21)。 Next, the control unit 19 determines whether or not the sample region of the new image of the two past images fits in the provisional measurement region just determined (S21).

その結果、制御部19は、収まると判断した場合には(S21でYes)、暫定的な測定領域を最終的な測定領域と決定し、一方、収まらないと判断した場合には(S21でNo)、過去の2枚の画像のうちの古い画像の試料領域に対して第1幅よりも大きな第2幅(例えば、輪郭から外側に10画素分の大きさ、あるいは、新しい画像の試料領域をカバーできる大きさ)だけ広げた領域を、最終的な測定領域として決定する(S22)。 As a result, the control unit 19 determines that the provisional measurement area is the final measurement area when it is determined that it fits (Yes in S21), while the control unit 19 determines that it does not fit (No in S21). ), The second width larger than the first width with respect to the sample area of the old image of the past two images (for example, the size of 10 pixels outside the contour, or the sample area of the new image The area expanded by the size that can be covered) is determined as the final measurement area (S22).

これにより、過去の2枚の画像のうちの古いほうの画像における試料領域を基準とし、新しいほうの画像を次の画像化における測定領域の確認用として用いることで、より確実に試料22の動きが予測され、適切な測定領域が決定され得る。 As a result, the movement of the sample 22 can be more reliably performed by using the sample area in the oldest image of the two past images as a reference and using the newer image as a confirmation of the measurement area in the next imaging. Can be predicted and an appropriate measurement area can be determined.

以上のように、本実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡10は、プローブ11と、試料22に対して相対的にプローブ11を2次元的に走査するXYスキャナ12と、XYスキャナ12による走査面と直交するZ軸方向にプローブ11を駆動するZスキャナ13と、XYスキャナ12及びZスキャナ13を制御することによって試料22の表面における立体形状を画像化する制御部19とを備える。制御部19は、画像化を繰り返す連続撮影モードにおいて、過去の画像化で得られた画像に基づいて、次の画像化のためのプローブ11の走査及びプローブ11のZ軸方向の駆動の少なくとも一方に関する走査条件を決定し、決定した走査条件に従ってXYスキャナ12及びZスキャナ13を制御することで次の画像化を行うことを繰り返す。 As described above, the scanning probe microscope 10 according to the present embodiment has the probe 11, the XY scanner 12 that scans the probe 11 two-dimensionally with respect to the sample 22, and the scanning surface by the XY scanner 12. It includes a Z scanner 13 that drives the probe 11 in the Z-axis direction orthogonal to the XY scanner 12, and a control unit 19 that images a three-dimensional shape on the surface of the sample 22 by controlling the XY scanner 12 and the Z scanner 13. In the continuous shooting mode in which imaging is repeated, the control unit 19 scans the probe 11 for the next imaging and drives the probe 11 in the Z-axis direction based on the images obtained in the past imaging at least one of them. The scanning conditions for the above are determined, and the next imaging is repeated by controlling the XY scanner 12 and the Z scanner 13 according to the determined scanning conditions.

これにより、走査型プローブ顕微鏡による連続撮影モードにおいて、過去の画像化で得られた画像に基づいて次の画像化におけるプローブ11の走査条件が決定されるので、具体的な試料22に依存した好適な走査条件で画像化を繰り返すことが可能となり、過去の画像を再利用しない従来の技術に比べ、測定時間が短縮される。 As a result, in the continuous imaging mode by the scanning probe microscope, the scanning conditions of the probe 11 in the next imaging are determined based on the images obtained in the past imaging, so that it is suitable depending on the specific sample 22. It is possible to repeat imaging under various scanning conditions, and the measurement time is shortened as compared with the conventional technique in which past images are not reused.

また、制御部19は、過去の画像化で得られた画像において試料22が存在する領域である試料領域を特定し、特定した試料領域に基づいて、次の画像化においてプローブ11が走査すべき領域である測定領域を決定し、決定した測定領域にだけプローブ11が走査するように、XYスキャナ12を制御する。 Further, the control unit 19 should specify the sample region in which the sample 22 exists in the image obtained in the past imaging, and the probe 11 should scan in the next imaging based on the specified sample region. A measurement region, which is a region, is determined, and the XY scanner 12 is controlled so that the probe 11 scans only in the determined measurement region.

これにより、過去の画像において試料22が存在した領域である試料領域に基づいて、次の画像化においてプローブ11が走査すべき領域である測定領域を決定し、決定した測定領域にだけ選択的にプローブ11が走査されるので、固定的な2次元領域全体を走査する従来に比べ、測定時間が短縮される。 As a result, the measurement region, which is the region to be scanned by the probe 11 in the next imaging, is determined based on the sample region, which is the region where the sample 22 existed in the past image, and only the determined measurement region is selectively selected. Since the probe 11 is scanned, the measurement time is shortened as compared with the conventional case of scanning the entire fixed two-dimensional region.

また、制御部19は、過去の画像化で得られた画像の試料領域に対して所定幅だけ広げた領域を、測定領域として決定する。 Further, the control unit 19 determines as a measurement region a region widened by a predetermined width with respect to the sample region of the image obtained in the past imaging.

これにより、過去の画像における試料領域よりも広い領域が次の画像化における測定領域となるので、生細胞等の動きのある試料22であっても、試料22の全体が観察され得る。 As a result, a region wider than the sample region in the past image becomes the measurement region in the next imaging, so that the entire sample 22 can be observed even in the moving sample 22 such as a living cell.

また、制御部19は、過去の少なくとも2回の画像化で得られた少なくとも2枚の画像を用いて、測定領域を決定する。 In addition, the control unit 19 determines the measurement area using at least two images obtained in the past at least two imagings.

これにより、過去の少なくとも2枚の画像を用いて次の画像化における測定領域が決定されるので、生細胞等の動きのある試料22であっても、試料22の動きを予測したうえで測定領域を決定することが可能となり、より確実に試料22の全体が観察され得る。 As a result, the measurement area in the next imaging is determined using at least two images in the past. Therefore, even if the sample 22 has a movement such as a living cell, the movement of the sample 22 is predicted and then measured. The region can be determined and the entire sample 22 can be observed more reliably.

また、制御部19は、2枚の画像のうちの古い画像の試料領域に対して第1幅だけ広げた領域に2枚の画像のうちの新しい画像の試料領域が収まるか否かを判断し、収まらない場合に、古い画像の試料領域に対して第1幅よりも大きな第2幅だけ広げた領域を測定領域として決定する。 Further, the control unit 19 determines whether or not the sample area of the new image of the two images fits in the area widened by the first width with respect to the sample area of the old image of the two images. If it does not fit, a region widened by a second width larger than the first width with respect to the sample region of the old image is determined as the measurement region.

これにより、過去の2枚の画像のうちの古いほうの画像における試料領域を基準とし、新しいほうの画像を次の画像化における測定領域の確認用として用いることで、より確実に試料22の動きが予測され、適切な測定領域が決定され得る。 As a result, the movement of the sample 22 can be more reliably performed by using the sample area in the oldest image of the two past images as a reference and using the newer image as a confirmation of the measurement area in the next imaging. Can be predicted and an appropriate measurement area can be determined.

また、制御部19は、過去の画像化で得られた画像において試料22が存在する領域である試料領域を特定し、特定した試料領域に基づいて、次の画像化においてプローブ11のZ軸方向の駆動における振幅であるホッピング量を決定し、決定したホッピング量でプローブ11がZ軸方向に駆動されるように、Zスキャナ13を制御する。 Further, the control unit 19 identifies a sample region in which the sample 22 exists in the image obtained in the past imaging, and based on the identified sample region, in the next imaging, the Z-axis direction of the probe 11 The hopping amount, which is the amplitude in driving the probe 11, is determined, and the Z scanner 13 is controlled so that the probe 11 is driven in the Z-axis direction by the determined hopping amount.

これにより、過去の画像において試料22が存在した領域である試料領域に基づいて、次の画像化におけるホッピング量を決定し、決定したホッピング量でプローブ11がZ軸方向に駆動されるので、固定的なホッピング量でプローブ11を駆動する従来に比べ、測定時間が短縮される。 As a result, the hopping amount in the next imaging is determined based on the sample region in which the sample 22 has existed in the past image, and the probe 11 is driven in the Z-axis direction by the determined hopping amount, so that the probe 11 is fixed. The measurement time is shortened as compared with the conventional case in which the probe 11 is driven with a standard hopping amount.

また、制御部19は、画像における試料領域と試料領域以外の領域との境界を含む領域において、境界を含まない領域よりも、ホッピング量が大きくなるように、ホッピング量を決定する。 Further, the control unit 19 determines the hopping amount so that the hopping amount is larger in the region including the boundary between the sample region and the region other than the sample region in the image than in the region not including the boundary.

これにより、大きなホッピング量が必要となる試料領域と試料領域以外の領域との境界においてだけホッピング量を大きくすることが可能となり、試料22の場所に依存することなく固定的なホッピング量でプローブ11を駆動する従来に比べ、測定時間が短縮される。 As a result, the hopping amount can be increased only at the boundary between the sample region requiring a large hopping amount and the region other than the sample region, and the probe 11 has a fixed hopping amount regardless of the location of the sample 22. The measurement time is shortened as compared with the conventional method of driving.

また、本実施の形態に係る走査型プローブ顕微鏡10における制御方法は、XYスキャナ12及びZスキャナ13を制御することによって試料22の表面における立体形状を画像化する制御ステップを含む。制御ステップでは、画像化を繰り返す連続撮影モードにおいて、過去の画像化で得られた画像に基づいて、次の画像化のためのプローブ11の走査及びプローブ11のZ軸方向の駆動の少なくとも一方に関する走査条件を決定し(S11)、決定した走査条件に従ってXYスキャナ12及びZスキャナ13を制御することで次の画像化を行う(S12)ことを繰り返す(S11〜S13)。 Further, the control method in the scanning probe microscope 10 according to the present embodiment includes a control step of imaging a three-dimensional shape on the surface of the sample 22 by controlling the XY scanner 12 and the Z scanner 13. The control step relates to at least one of scanning the probe 11 and driving the probe 11 in the Z-axis direction for the next imaging based on the images obtained in the past imaging in the continuous imaging mode in which the imaging is repeated. The scanning conditions are determined (S11), and the next imaging (S12) is repeated by controlling the XY scanner 12 and the Z scanner 13 according to the determined scanning conditions (S11 to S13).

これにより、連続撮影モードにおいて、過去の画像化で得られた画像に基づいて次の画像化におけるプローブ11の走査条件が決定されるので、具体的な試料22に依存した好適な走査条件で画像化を繰り返すことが可能となり、過去の画像を再利用しない従来の技術に比べ、測定時間が短縮される。 As a result, in the continuous shooting mode, the scanning conditions of the probe 11 in the next imaging are determined based on the images obtained in the past imaging, so that the images are imaged under suitable scanning conditions depending on the specific sample 22. It becomes possible to repeat the conversion, and the measurement time is shortened as compared with the conventional technique in which the past image is not reused.

以上、本発明の走査型プローブ顕微鏡について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、実施の形態における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本発明の範囲内に含まれる。 Although the scanning probe microscope of the present invention has been described above based on the embodiment, the present invention is not limited to this embodiment. As long as the gist of the present invention is not deviated, various modifications that can be conceived by those skilled in the art are applied to the present embodiment, and other embodiments constructed by combining some components in the embodiment are also within the scope of the present invention. Included in.

例えば、上記実施の形態では、SICMを例として本発明が説明されたが、本発明は、このタイプの走査型プローブ顕微鏡への適用に限られず、原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope; AFM))、走査型トンネル顕微鏡(Scanning Tunneling Microscope; STM)等の他のタイプの走査型プローブ顕微鏡にも適用してもよい。 For example, in the above embodiment, the present invention has been described by taking SIMM as an example, but the present invention is not limited to application to this type of scanning probe microscope (Atomic Force Microscope (AFM)). , Scanning Tunneling Microscope (STM) and other types of scanning probe microscopes.

また、上記実施の形態では、直前の1枚の画像、又は、直前の2枚の画像を用いて次の画像化における走査条件を決定する例が説明されたが、走査条件の決定に用いる過去の画像は、直前の1枚又は2枚に限られず、直前の画像よりも古い画像であってもよいし、3枚以上の画像であってもよい。さらに、過去の複数の画像を用いる場合には、直前に近い画像ほど大きな重みをつけることで、次の画像化における走査条件を決定してもよい。 Further, in the above embodiment, an example of determining the scanning conditions in the next imaging using the immediately preceding one image or the immediately preceding two images has been described, but the past used for determining the scanning conditions has been described. The image of is not limited to the immediately preceding one or two images, and may be an image older than the immediately preceding image, or may be three or more images. Further, when a plurality of past images are used, the scanning condition in the next imaging may be determined by giving a larger weight to the image closer to the immediately preceding image.

また、本発明は、走査型プローブ顕微鏡及びその制御方法として実現できるだけでなく、図2のフローチャートに示されたような制御方法に含まれるステップをもつプログラムとして実現したり、そのようなプログラムが格納されたCD−ROM等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体として実現したりしてもよい。 Further, the present invention can be realized not only as a scanning probe microscope and a control method thereof, but also as a program having steps included in the control method as shown in the flowchart of FIG. 2, or such a program is stored. It may be realized as a computer-readable recording medium such as a CD-ROM.

本発明は、走査型プローブ顕微鏡として、例えば、動きのある生物試料を連続撮影モードで高速に観察するSICMとして、利用できる。 The present invention can be used as a scanning probe microscope, for example, as a SIMM for observing a moving biological sample at high speed in a continuous imaging mode.

10 走査型プローブ顕微鏡
11 プローブ
11a ホッピング量
12 XYスキャナ
13 Zスキャナ
14 スキャナコントローラ
15 電流アンプ
16 ピペット電極
17 対照電極
18 電圧源
19 制御部
20 容器
21 電解質液
22 試料
30、33 試料領域
31 測定領域
34a、34b 非試料領域
10 Scanning probe microscope 11 Probe 11a Hopping amount 12 XY scanner 13 Z scanner 14 Scanner controller 15 Current amplifier 16 Pipet electrode 17 Control electrode 18 Voltage source 19 Control unit 20 Container 21 Electrolyte solution 22 Sample 30, 33 Sample area 31 Measurement area 34a , 34b Non-sample area

Claims (6)

プローブと、
試料に対して相対的に前記プローブを2次元的に走査するXYスキャナと、
前記XYスキャナによる走査面と直交するZ軸方向に前記プローブを駆動するZスキャナと、
前記XYスキャナ及び前記Zスキャナを制御することによって前記試料の表面における立体形状を画像化する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記画像化を繰り返す連続撮影モードにおいて、過去の画像化で得られた画像に基づいて、次の画像化のための前記プローブの走査及び前記プローブのZ軸方向の駆動の少なくとも一方に関する走査条件を決定し、決定した走査条件に従って前記XYスキャナ及び前記Zスキャナを制御することで次の画像化を行うことを繰り返し、
過去の画像化で得られた画像において前記試料が存在する領域である試料領域を特定し、特定した試料領域に基づいて、次の画像化において前記プローブが走査すべき領域である測定領域を決定し、決定した測定領域にだけ前記プローブが走査するように、前記XYスキャナを制御し、
過去の画像化で得られた画像の試料領域に対して所定幅だけ広げた領域を、前記測定領域として決定する
走査型プローブ顕微鏡。
With the probe
An XY scanner that scans the probe two-dimensionally relative to the sample,
A Z scanner that drives the probe in the Z-axis direction orthogonal to the scanning surface of the XY scanner, and
A control unit for imaging a three-dimensional shape on the surface of the sample by controlling the XY scanner and the Z scanner is provided.
The control unit
In the continuous shooting mode in which the imaging is repeated, the scanning conditions regarding at least one of the scanning of the probe and the driving of the probe in the Z-axis direction for the next imaging are set based on the images obtained in the past imaging. determined, the XY scanner and to repeatedly to perform the following imaging by controlling the Z scanner in accordance with the determined scanning condition,
The sample region, which is the region where the sample exists, is specified in the image obtained by the past imaging, and the measurement region, which is the region to be scanned by the probe in the next imaging, is determined based on the specified sample region. Then, the XY scanner is controlled so that the probe scans only in the determined measurement area.
A scanning probe microscope in which a region widened by a predetermined width with respect to a sample region of an image obtained by past imaging is determined as the measurement region.
前記制御部は、過去の少なくとも2回の画像化で得られた少なくとも2枚の画像を用いて、前記測定領域を決定する
請求項記載の走査型プローブ顕微鏡。
Wherein, past using at least two images obtained by imaging at least twice, scanning probe microscope according to claim 1, wherein determining the measurement area.
プローブと、
試料に対して相対的に前記プローブを2次元的に走査するXYスキャナと、
前記XYスキャナによる走査面と直交するZ軸方向に前記プローブを駆動するZスキャナと、
前記XYスキャナ及び前記Zスキャナを制御することによって前記試料の表面における立体形状を画像化する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記画像化を繰り返す連続撮影モードにおいて、過去の画像化で得られた画像に基づいて、次の画像化のための前記プローブの走査及び前記プローブのZ軸方向の駆動の少なくとも一方に関する走査条件を決定し、決定した走査条件に従って前記XYスキャナ及び前記Zスキャナを制御することで次の画像化を行うことを繰り返し、
過去の画像化で得られた画像において前記試料が存在する領域である試料領域を特定し、特定した試料領域に基づいて、次の画像化において前記プローブが走査すべき領域である測定領域を決定し、決定した測定領域にだけ前記プローブが走査するように、前記XYスキャナを制御し、
過去の少なくとも2回の画像化で得られた少なくとも2枚の画像のうちの古い画像の試料領域に対して第1幅だけ広げた領域に前記2枚の画像のうちの新しい画像の試料領域が収まるか否かを判断し、収まらない場合に、前記古い画像の試料領域に対して前記第1幅よりも大きな第2幅だけ広げた領域を前記測定領域として決定す
査型プローブ顕微鏡。
With the probe
An XY scanner that scans the probe two-dimensionally relative to the sample,
A Z scanner that drives the probe in the Z-axis direction orthogonal to the scanning surface of the XY scanner, and
A control unit for imaging a three-dimensional shape on the surface of the sample by controlling the XY scanner and the Z scanner is provided.
The control unit
In the continuous shooting mode in which the imaging is repeated, the scanning conditions regarding at least one of the scanning of the probe and the driving of the probe in the Z-axis direction for the next imaging are set based on the images obtained in the past imaging. The next imaging is repeated by controlling the XY scanner and the Z scanner according to the determined scanning conditions.
The sample region, which is the region where the sample exists, is specified in the image obtained by the past imaging, and the measurement region, which is the region to be scanned by the probe in the next imaging, is determined based on the specified sample region. Then, the XY scanner is controlled so that the probe scans only in the determined measurement area.
The sample area of the new image of the two images is located in the area widened by the first width with respect to the sample area of the old image of the at least two images obtained by at least two imagings in the past. determines whether fit, if it does not fit, that determine the area widened by the large second width greater than the first width to the sample area of the old image as the measurement region
Run査型probe microscope.
前記制御部は、過去の画像化で得られた画像において前記試料が存在する領域である試料領域を特定し、特定した試料領域に基づいて、次の画像化において前記プローブのZ軸方向の駆動における振幅であるホッピング量を決定し、決定したホッピング量で前記プローブがZ軸方向に駆動されるように、前記Zスキャナを制御する
請求項1〜のいずれか1項に記載の走査型プローブ顕微鏡。
The control unit identifies a sample region in which the sample exists in an image obtained by past imaging, and drives the probe in the Z-axis direction in the next imaging based on the identified sample region. The scanning probe according to any one of claims 1 to 3 , wherein the hopping amount, which is the amplitude in the above, is determined, and the Z scanner is controlled so that the probe is driven in the Z-axis direction by the determined hopping amount. microscope.
プローブと、
試料に対して相対的に前記プローブを2次元的に走査するXYスキャナと、
前記XYスキャナによる走査面と直交するZ軸方向に前記プローブを駆動するZスキャナと、
前記XYスキャナ及び前記Zスキャナを制御することによって前記試料の表面における立体形状を画像化する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記画像化を繰り返す連続撮影モードにおいて、過去の画像化で得られた画像に基づいて、次の画像化のための前記プローブの走査及び前記プローブのZ軸方向の駆動の少なくとも一方に関する走査条件を決定し、決定した走査条件に従って前記XYスキャナ及び前記Zスキャナを制御することで次の画像化を行うことを繰り返し、
前記制御部は、
過去の画像化で得られた画像において前記試料が存在する領域である試料領域を特定し、特定した試料領域に基づいて、次の画像化において前記プローブのZ軸方向の駆動における振幅であるホッピング量を決定し、決定したホッピング量で前記プローブがZ軸方向に駆動されるように、前記Zスキャナを制御し、
前記画像における前記試料領域と前記試料領域以外の領域との境界を含む領域において、前記境界を含まない領域よりも、前記ホッピング量が大きくなるように、前記ホッピング量を決定す
査型プローブ顕微鏡。
With the probe
An XY scanner that scans the probe two-dimensionally relative to the sample,
A Z scanner that drives the probe in the Z-axis direction orthogonal to the scanning surface of the XY scanner, and
A control unit for imaging a three-dimensional shape on the surface of the sample by controlling the XY scanner and the Z scanner is provided.
The control unit
In the continuous shooting mode in which the imaging is repeated, the scanning conditions regarding at least one of the scanning of the probe and the driving of the probe in the Z-axis direction for the next imaging are set based on the images obtained in the past imaging. The next imaging is repeated by controlling the XY scanner and the Z scanner according to the determined scanning conditions.
The control unit
The sample region, which is the region where the sample exists, is specified in the image obtained by the past imaging, and based on the specified sample region, hopping, which is the amplitude in driving the probe in the Z-axis direction in the next imaging, is performed. The amount is determined, and the Z scanner is controlled so that the probe is driven in the Z-axis direction by the determined hopping amount.
In a region including a boundary between the sample area and the area other than the sample area in the image, than the region not including the boundary, so that the amount of the hopping increases, that determine the hopping quantity
Run査型probe microscope.
走査型プローブ顕微鏡における制御方法であって、
前記走査型プローブ顕微鏡は、
プローブと、
試料に対して相対的に前記プローブを2次元的に走査するXYスキャナと、
前記XYスキャナによる走査面と直交するZ軸方向に前記プローブを駆動するZスキャナとを備え、
前記制御方法は、
前記XYスキャナ及び前記Zスキャナを制御することによって前記試料の表面における立体形状を画像化する制御ステップを含み、
前記制御ステップでは、
前記画像化を繰り返す連続撮影モードにおいて、過去の画像化で得られた画像に基づいて、次の画像化のための前記プローブの走査及び前記プローブのZ軸方向の駆動の少なくとも一方に関する走査条件を決定し、決定した走査条件に従って前記XYスキャナ及び前記Zスキャナを制御することで次の画像化を行うことを繰り返し、
過去の画像化で得られた画像において前記試料が存在する領域である試料領域を特定し、特定した試料領域に基づいて、次の画像化において前記プローブが走査すべき領域である測定領域を決定し、決定した測定領域にだけ前記プローブが走査するように、前記XYスキャナを制御し、
過去の画像化で得られた画像の試料領域に対して所定幅だけ広げた領域を、前記測定領域として決定する
走査型プローブ顕微鏡の制御方法。
It is a control method in a scanning probe microscope.
The scanning probe microscope
With the probe
An XY scanner that scans the probe two-dimensionally relative to the sample,
A Z scanner that drives the probe in the Z-axis direction orthogonal to the scanning surface of the XY scanner is provided.
The control method is
A control step of imaging a three-dimensional shape on the surface of the sample by controlling the XY scanner and the Z scanner is included.
In the control step,
In the continuous shooting mode in which the imaging is repeated, the scanning conditions regarding at least one of the scanning of the probe and the driving of the probe in the Z-axis direction for the next imaging are set based on the images obtained in the past imaging. determined, the XY scanner and to repeatedly to perform the following imaging by controlling the Z scanner in accordance with the determined scanning condition,
The sample region, which is the region where the sample exists, is specified in the image obtained by the past imaging, and the measurement region, which is the region to be scanned by the probe in the next imaging, is determined based on the specified sample region. Then, the XY scanner is controlled so that the probe scans only in the determined measurement area.
A control method for a scanning probe microscope in which a region widened by a predetermined width with respect to a sample region of an image obtained by past imaging is determined as the measurement region.
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