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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023020671
(43)【公開日】2023-02-09
(54)【発明の名称】レーザ誘起ブレークダウン分光装置
(51)【国際特許分類】
G01N 21/63 20060101AFI20230202BHJP
【ＦＩ】
G01N21/63 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021126162
(22)【出願日】2021-07-30
(71)【出願人】
【識別番号】000129253
【氏名又は名称】株式会社キーエンス
(74)【代理人】
【識別番号】110001427
【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】大庭 隼人
(72)【発明者】
【氏名】廣瀬 健一郎
(72)【発明者】
【氏名】近藤 亮介
【テーマコード（参考）】
2G043
【Ｆターム（参考）】
2G043AA01
2G043CA02
2G043CA05
2G043EA10
2G043HA01
2G043HA02
2G043HA09
2G043LA01
2G043LA03
2G043NA01
2G043NA06
(57)【要約】
【課題】分析対象物の深さ方向における物質の変化を容易に推定する。
【解決手段】分析観察装置は、物質を、該物質を構成する元素の種類と該元素の含有率と対応付けた物質ライブラリを保持するライブラリ保持部と、スペクトルに基づいて、物質を構成する元素の種類および該元素の含有率を推定するともに、該推定された特徴と、物質ライブラリとに基づいて物質を推定する成分分析部とを備える。成分分析部は、分析深さの異なる複数の位置の各々で、物質を構成する元素の種類および該元素の含有率、さらに、物質を推定する。
【選択図】図１６Ｃ
【解決手段】分析観察装置は、物質を、該物質を構成する元素の種類と該元素の含有率と対応付けた物質ライブラリを保持するライブラリ保持部と、スペクトルに基づいて、物質を構成する元素の種類および該元素の含有率を推定するともに、該推定された特徴と、物質ライブラリとに基づいて物質を推定する成分分析部とを備える。成分分析部は、分析深さの異なる複数の位置の各々で、物質を構成する元素の種類および該元素の含有率、さらに、物質を推定する。
【選択図】図１６Ｃ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
レーザ誘起ブレークダウン分光法を用いることにより、分析対象物の成分分析を該分析対象物の深さ方向に行うレーザ誘起ブレークダウン分光装置であって、
前記分析対象物にレーザ光を出射する出射部と、
前記出射部から出射された前記レーザ光が前記分析対象物に照射されたことによって該分析対象物において発生したプラズマ光を収集する収集ヘッドと、
前記分析対象物において発生しかつ前記収集ヘッドによって収集された前記プラズマ光を受光し、該プラズマ光の波長毎の強度分布であるスペクトルを生成する検出器と、
物質を構成する構成元素と該構成元素の含有率とを、物質を特定する情報として含む物質ライブラリを保持するライブラリ保持部と、
前記検出器により生成された前記スペクトルに基づいて、前記分析対象物を構成する構成元素および該構成元素の含有率を推定するとともに、該推定された構成元素および該構成元素の含有率と、前記ライブラリ保持部に保持された物質ライブラリと、に基づいて、前記分析対象物に含まれる物質を推定する成分分析部と、
前記成分分析部により推定された前記構成元素および該構成元素の含有率と、前記物質を特定する情報を表示部に表示させる表示制御部と、を備え、
前記出射部は、前記分析対象物に対してレーザ光を複数回出射することで、分析深さが異なる複数の位置へ前記レーザ光を照射し、
前記成分分析部は、前記分析深さの異なる複数の位置のそれぞれにおいて、前記分析対象物を構成する構成元素および該構成元素の含有率の推定と、前記分析対象物に含まれる物質の推定とを実行し、
前記表示制御部は、前記成分分析部で推定された前記分析深さの異なる複数の位置における前記構成元素および該構成元素の含有率と、前記分析対象物に含まれる物質を特定する情報とを、前記分析深さに沿って示す深さ分析画面を表示部に表示させることを特徴とするレーザ誘起ブレークダウン分光装置。
前記分析対象物にレーザ光を出射する出射部と、
前記出射部から出射された前記レーザ光が前記分析対象物に照射されたことによって該分析対象物において発生したプラズマ光を収集する収集ヘッドと、
前記分析対象物において発生しかつ前記収集ヘッドによって収集された前記プラズマ光を受光し、該プラズマ光の波長毎の強度分布であるスペクトルを生成する検出器と、
物質を構成する構成元素と該構成元素の含有率とを、物質を特定する情報として含む物質ライブラリを保持するライブラリ保持部と、
前記検出器により生成された前記スペクトルに基づいて、前記分析対象物を構成する構成元素および該構成元素の含有率を推定するとともに、該推定された構成元素および該構成元素の含有率と、前記ライブラリ保持部に保持された物質ライブラリと、に基づいて、前記分析対象物に含まれる物質を推定する成分分析部と、
前記成分分析部により推定された前記構成元素および該構成元素の含有率と、前記物質を特定する情報を表示部に表示させる表示制御部と、を備え、
前記出射部は、前記分析対象物に対してレーザ光を複数回出射することで、分析深さが異なる複数の位置へ前記レーザ光を照射し、
前記成分分析部は、前記分析深さの異なる複数の位置のそれぞれにおいて、前記分析対象物を構成する構成元素および該構成元素の含有率の推定と、前記分析対象物に含まれる物質の推定とを実行し、
前記表示制御部は、前記成分分析部で推定された前記分析深さの異なる複数の位置における前記構成元素および該構成元素の含有率と、前記分析対象物に含まれる物質を特定する情報とを、前記分析深さに沿って示す深さ分析画面を表示部に表示させることを特徴とするレーザ誘起ブレークダウン分光装置。
【請求項2】
請求項１に記載のレーザ誘起ブレークダウン分光装置であって、
前記成分分析部は、
前記分析深さの異なる複数の位置のそれぞれにおいて、前記分析対象物を構成する構成元素および該構成元素の含有率と、前記ライブラリ保持部に保持された物質ライブラリとを照合し、
前記物質ライブラリに含まれる各々の物質について、一の物質の構成元素および該構成元素の含有率と、前記分析対象物を構成する構成元素および該構成元素の含有率との一致度が予め定められた閾値以下の場合には、一の物質から他の物質へ変化中の中間物質であると推定することを特徴とするレーザ誘起ブレークダウン分光装置。
前記成分分析部は、
前記分析深さの異なる複数の位置のそれぞれにおいて、前記分析対象物を構成する構成元素および該構成元素の含有率と、前記ライブラリ保持部に保持された物質ライブラリとを照合し、
前記物質ライブラリに含まれる各々の物質について、一の物質の構成元素および該構成元素の含有率と、前記分析対象物を構成する構成元素および該構成元素の含有率との一致度が予め定められた閾値以下の場合には、一の物質から他の物質へ変化中の中間物質であると推定することを特徴とするレーザ誘起ブレークダウン分光装置。
【請求項3】
請求項１に記載のレーザ誘起ブレークダウン分光装置において、
前記成分分析部は、
第１の分析深さにおける一の構成元素の含有率と、前記第１の分析深さよりも深い第２の分析深さにおける前記一の構成元素の含有率とが所定の閾値以上相違した場合に、前記第２の分析深さにおける物質が、前記第１の分析深さにおける物質から異なる物質へ変化中の中間物質であると推定し、
前記表示制御部は、前記成分分析部により前記第２の分析深さにおける物質が中間物質であると推定された場合には、前記第２の分析深さにおける物質が前記中間物質であることを前記表示部に表示させることを特徴とするレーザ誘起ブレークダウン分光装置。
前記成分分析部は、
第１の分析深さにおける一の構成元素の含有率と、前記第１の分析深さよりも深い第２の分析深さにおける前記一の構成元素の含有率とが所定の閾値以上相違した場合に、前記第２の分析深さにおける物質が、前記第１の分析深さにおける物質から異なる物質へ変化中の中間物質であると推定し、
前記表示制御部は、前記成分分析部により前記第２の分析深さにおける物質が中間物質であると推定された場合には、前記第２の分析深さにおける物質が前記中間物質であることを前記表示部に表示させることを特徴とするレーザ誘起ブレークダウン分光装置。
【請求項4】
請求項１に記載のレーザ誘起ブレークダウン分光装置であって、
前記成分分析部は、
第１の分析深さにおける一の構成元素の含有率と、前記第１の分析深さよりも深い第２の分析深さにおける前記一の構成元素の含有率とが所定の閾値以上相違した場合に、前記第１の分析深さにおける物質から異なる物質への変化が開始したと推定し、
前記表示制御部は、前記成分分析部により異なる物質への変化開始が推定された場合には、前記第２の分析深さにおける物質として、前記第１の分析深さにおける物質を前記表示部に表示させることを特徴とするレーザ誘起ブレークダウン分光装置。
前記成分分析部は、
第１の分析深さにおける一の構成元素の含有率と、前記第１の分析深さよりも深い第２の分析深さにおける前記一の構成元素の含有率とが所定の閾値以上相違した場合に、前記第１の分析深さにおける物質から異なる物質への変化が開始したと推定し、
前記表示制御部は、前記成分分析部により異なる物質への変化開始が推定された場合には、前記第２の分析深さにおける物質として、前記第１の分析深さにおける物質を前記表示部に表示させることを特徴とするレーザ誘起ブレークダウン分光装置。
【請求項5】
請求項３または４に記載のレーザ誘起ブレークダウン分光装置において、さらに、
前記レーザ光の出射回数の設定を受け付ける分析設定部と、
前記出射部によるレーザ光の出射を制御する出射制御部と、を備え、
前記出射制御部は、前記分析設定部で設定された設定に基づく分析開始後の前記レーザ光の出射回数が、前記分析設定部で設定された出射回数未満の場合に、前記出射制御部に対して前記レーザ光の出射を許可する出射許可信号を生成することを特徴とする分析装置。
前記レーザ光の出射回数の設定を受け付ける分析設定部と、
前記出射部によるレーザ光の出射を制御する出射制御部と、を備え、
前記出射制御部は、前記分析設定部で設定された設定に基づく分析開始後の前記レーザ光の出射回数が、前記分析設定部で設定された出射回数未満の場合に、前記出射制御部に対して前記レーザ光の出射を許可する出射許可信号を生成することを特徴とする分析装置。
【請求項6】
請求項５に記載のレーザ誘起ブレークダウン分光装置において、
前記成分分析部は、
前記第２の分析深さよりも深い複数の分析深さにおいて推定した前記物質が、連続して同一であった場合に、前記第１の深さにおける物質から異なる物質への変化が完了していると推定し、
当該推定時点において、前記分析設定部で設定された設定に基づく分析開始後の前記レーザ光の出射回数が、前記分析設定部で設定された設定に基づく分析開始後の前記分析設定部で設定された出射回数未満である場合に、前記出射制御部に対して、前記レーザ光の出射を停止させる停止信号を生成することを特徴とする分析装置。
前記成分分析部は、
前記第２の分析深さよりも深い複数の分析深さにおいて推定した前記物質が、連続して同一であった場合に、前記第１の深さにおける物質から異なる物質への変化が完了していると推定し、
当該推定時点において、前記分析設定部で設定された設定に基づく分析開始後の前記レーザ光の出射回数が、前記分析設定部で設定された設定に基づく分析開始後の前記分析設定部で設定された出射回数未満である場合に、前記出射制御部に対して、前記レーザ光の出射を停止させる停止信号を生成することを特徴とする分析装置。
【請求項7】
請求項１から６のいずれか一項に記載のレーザ誘起ブレークダウン分光装置において、さらに、
前記ライブラリ保持部は、複合物質の名称と、当該複合物質を構成する複数の物質の構成情報とを対応付けた複合物質ライブラリを保持し、
前記分析深さの異なる複数の位置の各々において推定された物質と、前記ライブラリ保持部に保持されている複合物質ライブラリとに基づいて、前記分析対象物の複合物質の名称を推定する複合物質推定部と、を備えることを特徴とするレーザ誘起ブレークダウン分光装置。
前記ライブラリ保持部は、複合物質の名称と、当該複合物質を構成する複数の物質の構成情報とを対応付けた複合物質ライブラリを保持し、
前記分析深さの異なる複数の位置の各々において推定された物質と、前記ライブラリ保持部に保持されている複合物質ライブラリとに基づいて、前記分析対象物の複合物質の名称を推定する複合物質推定部と、を備えることを特徴とするレーザ誘起ブレークダウン分光装置。
【請求項8】
請求項７に記載のレーザ誘起ブレークダウン分光装置であって、さらに、
前記載置台に載置された前記分析対象物により反射された反射光を受光する撮像部と、
前記撮像部により受光された反射光に基づいて、前記分析対象物の画像を生成する撮像処理部と、を備え、
前記ライブラリ保持部は、前記複合物質ライブラリとして、前記複数の物質の複合物質中における深さ情報をさらに対応付けて保持し、
前記撮像処理部は、前記撮像部と前記分析対象物との相対距離が異なる複数の画像に基づいて、前記分析深さを算出し、
前記複合物質推定部は、前記分析深さの異なる複数の位置の各々において推定された物質と、前記撮像処理部により算出された前記分析深さと、前記ライブラリ保持部に保持されている複合物質ライブラリとに基づいて、前記分析対象物の複合物質の名称を推定することを特徴とするレーザ誘起ブレークダウン分光装置。
前記載置台に載置された前記分析対象物により反射された反射光を受光する撮像部と、
前記撮像部により受光された反射光に基づいて、前記分析対象物の画像を生成する撮像処理部と、を備え、
前記ライブラリ保持部は、前記複合物質ライブラリとして、前記複数の物質の複合物質中における深さ情報をさらに対応付けて保持し、
前記撮像処理部は、前記撮像部と前記分析対象物との相対距離が異なる複数の画像に基づいて、前記分析深さを算出し、
前記複合物質推定部は、前記分析深さの異なる複数の位置の各々において推定された物質と、前記撮像処理部により算出された前記分析深さと、前記ライブラリ保持部に保持されている複合物質ライブラリとに基づいて、前記分析対象物の複合物質の名称を推定することを特徴とするレーザ誘起ブレークダウン分光装置。
【請求項9】
請求項７または８に記載のレーザ誘起ブレークダウン分光装置において、
前記表示制御部は、前記複合物質特定部により推定された前記分析対象物の複合物質の名称を、前記深さ分析画面上に表示させることを特徴とするレーザ誘起ブレークダウン分光装置。
前記表示制御部は、前記複合物質特定部により推定された前記分析対象物の複合物質の名称を、前記深さ分析画面上に表示させることを特徴とするレーザ誘起ブレークダウン分光装置。
【請求項10】
請求項１から７のいずれか一項に記載のレーザ誘起ブレークダウン分光装置において、さらに、
前記分析対象物により反射された反射光を受光し、該受光した反射光の受光量に基づいた電気信号を生成する撮像部と、
前記撮像部により生成された前記電気信号に基づいて、前記分析対象物の画像を生成する撮像処理部と、を備え、
前記撮像処理部は、前記分析対象物の成分分析ごとに、前記分析対象物の画像を順次生成し、
前記表示制御部は、前記分析対象物の成分分析毎に順次生成された複数の画像を前記表示部に表示させることを特徴とするレーザ誘起ブレークダウン分光装置。
前記分析対象物により反射された反射光を受光し、該受光した反射光の受光量に基づいた電気信号を生成する撮像部と、
前記撮像部により生成された前記電気信号に基づいて、前記分析対象物の画像を生成する撮像処理部と、を備え、
前記撮像処理部は、前記分析対象物の成分分析ごとに、前記分析対象物の画像を順次生成し、
前記表示制御部は、前記分析対象物の成分分析毎に順次生成された複数の画像を前記表示部に表示させることを特徴とするレーザ誘起ブレークダウン分光装置。
【請求項11】
請求項１から１０のいずれか一項に記載のレーザ誘起ブレークダウン分光装置において、
前記深さ表示画面は、前記物質を構成する構成元素および該構成元素の含有率と、前記物質とが前記分析深さ順に前記表示部の上下方向に整列されることを特徴とするレーザ誘起ブレークダウン分光装置。
前記深さ表示画面は、前記物質を構成する構成元素および該構成元素の含有率と、前記物質とが前記分析深さ順に前記表示部の上下方向に整列されることを特徴とするレーザ誘起ブレークダウン分光装置。
【請求項12】
請求項１から１１のいずれか一項に記載のレーザ誘起ブレークダウン分光装置において、
前記表示制御部は、前記深さ分析画面として、前記構成元素と、該構成元素の含有率とを表形式とグラフ形式の少なくとも一方の表示形式で前記表示部に表示させることを特徴とするレーザ誘起ブレークダウン分光装置。
前記表示制御部は、前記深さ分析画面として、前記構成元素と、該構成元素の含有率とを表形式とグラフ形式の少なくとも一方の表示形式で前記表示部に表示させることを特徴とするレーザ誘起ブレークダウン分光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
ここに開示する技術は、レーザ誘起ブレークダウン分光装置に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば特許文献１には、サンプルの成分分析を行うための分析装置（分光装置）が開示されている。具体的に、特許文献１に開示されている分光装置は、レーザ誘起ブレークダウン分光法（Laser Induced Breakdown Spectroscopy：ＬＩＢＳ）を用いた成分分析を行うべく、１次電磁波（紫外レーザ光）を集光するための集光レンズと、１次電磁波に対応してサンプル表面で発生した２次電磁波（プラズマ）を収集するための収集ヘッドと、を備えている。前記特許文献１によれば、２次電磁波の信号からサンプルのスペクトルのピークを測定することで、測定されたピークに基づいたサンプルの化学分析を実行することができる。一般的なレーザ誘起ブレークダウン分光装置では、分析対象物に対してレーザ光が照射することにより、分析対象物に生じたプラズマ光を検出器により検出し、プラズマ光の波長ごとのスペクトルが生成される。そして、生成されたスペクトルに基づいて、分析対象物に含まれる元素と、その含有率が推定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２０－１１３５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
サンプルを成分分析することで得られるスペクトルには、数多くのピークが存在することが一般的であるため、スペクトルだけでは、分析に精通していないユーザにとって、そのスペクトルが有する意味を解釈することが難しい。また、スペクトルに基づいて、サンプルに含まれる元素と、その含有率が推定された場合であっても、そのような組成を有する物質が何であるかを把握することは難しい。特に、レーザ誘起ブレークダウン分光装置を用いる場合、サンプルの深さ方向に掘り進める（ドリリングする）ことができる。そのため、成分分析を行うユーザは、サンプル表面の成分分析を行うだけでなく、サンプルを深さ方向にドリリング分析して、物質がどのように変化しているかを確認したい場合がある。しかしながら、分析に精通していないユーザにとって、サンプルの深さ方向の各位置で得られたスペクトルや、サンプルに含まれる元素とその含有率に基づいて、深さ方向の物質の変化を理解することは難しい。
【0005】
ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、サンプルの深さ方向における物質の変化を容易に推定し、ひいては分析装置のユーザビリティを向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために、本発明の第１の開示は、レーザ誘起ブレークダウン分光法を用いることにより、分析対象物の成分分析を行うレーザ誘起ブレークダウン分光装置を前提とすることができる。
【0007】
レーザ誘起ブレークダウン分光装置は、分析対象物にレーザ光を出射する出射部と、出射部から出射された前記レーザ光が分析対象物に照射されたことによって、該分析対象物において発生したプラズマ光を収集する収集ヘッドと、分析対象物において発生し、かつ、収集ヘッドによって収集されたプラズマ光を受光し、該プラズマ光の波長毎の強度分布であるスペクトルを生成する検出器と、物質を構成する構成元素と該構成元素の含有率とを、物質を特定する情報として含む物質ライブラリを保持するライブラリ保持部と、検出器により生成されたスペクトルに基づいて、分析対象物を構成する構成元素および該構成元素の含有率を推定するとともに、該推定された構成元素および該構成元素の含有率と、ライブラリ保持部に保持された物質ライブラリとに基づいて、分析対象物に含まれる物質を推定する成分分析部と、成分分析部により推定された構成元素および該構成元素の含有率と、物質を特定する情報と、を表示部に表示させる表示制御部と、を備える。
【0008】
そして、出射部は、分析対象物に対してレーザ光を複数回出射することで、分析深さが異なる複数の位置へレーザ光を照射し、成分分析部は、分析深さの異なる複数の位置のそれぞれにおいて、分析対象物を構成する構成元素および該構成元素の含有率の推定と、分析対象物に含まれる物質の推定とを実行し、表示制御部は、成分分析部で推定された分析深さの異なる複数の位置における構成元素および該構成元素の含有率と、分析対象物に含まれる物質を特定する情報とを、分析深さに沿って示す深さ分析画面を表示部に表示させる。
【0009】
この構成によれば、成分分析部は、構成元素の種類と、その含有率に基づいて、物質を推定することができる。ここで、物質としては例えば、ステンレス鋼や、ＳＵＳ－３０４等があげられる。また、出射部は、分析対象物に対して複数回レーザ光を出射するため、分析対象物を深さ方向に掘り進めることができる。そのため、深さ方向の異なる位置に対してレーザ光が出射されることになるため、成分分析部は、分析深さが異なる複数の位置において、分析対象物を構成する構成元素と、その含有率とを算出することができる。これにより、スペクトルや元素の種類、元素の含有率といったユーザの解釈が必要な１次情報ではなく、１次情報に成分分析部による解釈が加わった２次情報が、分析深さが異なる複数の位置において得られる。そのため、成分分析に精通していないユーザにとっても、各分析深さにおける成分分析結果を容易に理解できる。
【0010】
さらに、表示制御部は、深さ表示画面を表示部に表示させることができる。深さ表示画面は、物質を特定する情報を深さ方向に沿って示すものであるため、分析対象物の深さ方向に、どのように物質が変化しているかを容易に把握できるようになる。
【0011】
本発明の他の開示では、成分分析部は、第１の分析深さにおける一の構成元素の含有率と、第１の分析深さよりも深い第２の分析深さにおける一の構成元素の含有率とが所定の閾値以上相違した場合に、第２の分析深さにおける物質が、第１の分析深さにおける物質から異なる物質へ変化中の中間物質であると推定できる。そして、表示制御部は、成分分析部により第２の分析深さにおける物質が中間物質であると推定された場合には、第２の分析深さにおける物質が中間物質であることを表示部に表示させる。
【0012】
この構成によれば、物質として、ニクロム線や真鍮といったいわゆる純物質であるのか、純物質であるＣｒから、純物質であるニクロム線への変化中であるのかを把握することができる。そのため、ユーザは、分析対象物に含まれる物質が変化したかということや、その変化が完了したかということを容易に把握できるようになる。
【0013】
本発明の他の開示では、レーザ誘起ブレークダウン分光装置は、分析設定部と、出射制御部とを備える。そして、成分分析部は、第２の分析深さよりも深い複数の分析深さにおいて推定した物質が、連続して同一であった場合に、第１の分析深さにおける物質から異なる物質への変化が完了していると推定することができる。そして、成分分析部は、推定時点において、分析設定部で設定された設定に基づく分析開始後のレーザ光の出射回数が、分析設定部で設定された出射回数未満である場合に、出射制御部に対して、レーザ光の出射を停止させる停止信号を生成する。
【0014】
この構成によれば、成分分析部は、一の物質から他の物質への変化が完了したことを検知できる。特に、所定回数以上連続して同一の物質が推定された場合に、他の物質への変化が完了したと推定することにより、一の物質から他の物質への変化中に偶然第３の物質の組成と一致した場合でも、第３の物質が一過性のものであれば、中間物質として推定される。そのため、より正確に他の物質への変化完了を推定することができる。
【0015】
本発明の他の開示では、ライブラリ保持部は、複合物質の名称と、当該複合物質を構成する複数の物質の構成情報とを対応付けた複合物質ライブラリを保持できる。また、レーザ誘起ブレークダウン分光装置は、さらに、分析深さの異なる複数の位置の各々において推定された物質と、ライブラリ保持部に保持されている複合物質ライブラリとに基づいて、分析対象物の複合物質の名称を推定する複合物質推定部を備える。
【0016】
この構成によれば、成分分析部により分析深さの異なる複数の位置において推定された物質に基づいて、複合物質推定部は、分析対象物の複合物質の名称を推定することができる。分析深さ順に物質が推定されるだけでは、分析に精通していないユーザにとっては、分析対象物そのものが何であるかを推定することは難しい。分析対象物の複合物質の名称をも推定することにより、分析対象物が所望の複合物質であるかや、どのような不純物が混入したかなどの特定が容易にできる。
【発明の効果】
【0017】
以上説明したように、サンプルの深さ方向における物質の変化を容易に推定し、ひいては分析装置のユーザビリティを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は例示である。
【0020】
＜分析観察装置Ａの全体構成＞
図１は、本開示の実施形態に係る分析装置としての分析観察装置Ａの全体構成を例示する模式図である。図１に例示される分析観察装置Ａは、観察対象物および分析対象物としてのサンプルＳＰの拡大観察を行うとともに、該サンプルＳＰの成分分析を行うことができる。
図１は、本開示の実施形態に係る分析装置としての分析観察装置Ａの全体構成を例示する模式図である。図１に例示される分析観察装置Ａは、観察対象物および分析対象物としてのサンプルＳＰの拡大観察を行うとともに、該サンプルＳＰの成分分析を行うことができる。
【0021】
詳しくは、本実施形態に係る分析観察装置Ａは、例えば微少物体等の試料、電子部品、被加工物等からなるサンプルＳＰを拡大して撮像することで、そのサンプルＳＰにおいて成分分析が行われるべき部位を探索したり、その外観の検査、計測等を行ったりすることができる。分析観察装置Ａは、その観察機能に着目した場合、拡大観察装置と呼称したり、単に顕微鏡と呼称したり、あるいは、デジタルマイクロスコープと呼称したりすることができる。
【0022】
分析観察装置Ａはまた、サンプルＳＰの成分分析に際し、レーザ誘起ブレークダウン法（Laser Induced Breakdown Spectroscopy：ＬＩＢＳ）、レーザ誘起プラズマ分光法（Laser Induced Plasma Spectroscopy：ＬＩＰＳ）等と呼称される手法を実施することができる。分析観察装置Ａは、その分析機能に着目した場合、成分分析装置と呼称したり、単に分析装置と呼称したり、あるいは、分光装置と呼称したりすることもできる。
【0023】
図１に示すように、本実施形態に係る分析観察装置Ａは、主要な構成要素として、光学系アセンブリ（光学系本体）１と、コントローラ本体２と、操作部３と、を備える。
【0024】
このうち、光学系アセンブリ１は、サンプルＳＰの撮像および分析を行うとともに、その撮像結果および分析結果に対応した電気信号を外部に出力することができる。
【0025】
コントローラ本体２は、第１カメラ８１等、光学系アセンブリ１を構成する種々の部品を制御するための制御部２１を有する。コントローラ本体２は、制御部２１を介して、光学系アセンブリ１にサンプルＳＰの観察および分析を行わせることができる。コントローラ本体２はまた、種々の情報を表示可能な表示部２２を有する。この表示部２２には、光学系アセンブリ１において撮像された画像、サンプルＳＰの分析結果を示すデータ等を表示することができる。
【0026】
操作部３は、ユーザによる操作入力を受け付けるマウス３１、コンソール３２などを有する。コンソール３２は、ボタン、調整ツマミ等を操作することで、コントローラ本体２に画像データの取込、明るさ調整、第１カメラ８１等のピント合わせ等を指示することができる。
【0027】
＜光学系アセンブリ１の詳細＞
図１に示すように、光学系アセンブリ１は、各種機器を支持するとともにサンプルＳＰが載置されるステージ４と、このステージ４に取り付けられるヘッド部６と、を備える。ここで、ヘッド部６は、分析光学系７が収容された分析筐体７０に、観察光学系９が収容された観察筐体９０を装着してなる。ここで、分析光学系７はサンプルＳＰの成分分析を行うための光学系である。観察光学系９はサンプルＳＰの拡大観察を行うための光学系である。ヘッド部６は、サンプルＳＰの分析機能と拡大観察機能とを兼ね備えた装置群として構成されている。
図１に示すように、光学系アセンブリ１は、各種機器を支持するとともにサンプルＳＰが載置されるステージ４と、このステージ４に取り付けられるヘッド部６と、を備える。ここで、ヘッド部６は、分析光学系７が収容された分析筐体７０に、観察光学系９が収容された観察筐体９０を装着してなる。ここで、分析光学系７はサンプルＳＰの成分分析を行うための光学系である。観察光学系９はサンプルＳＰの拡大観察を行うための光学系である。ヘッド部６は、サンプルＳＰの分析機能と拡大観察機能とを兼ね備えた装置群として構成されている。
【0028】
なお、以下の説明では、図１に示すように光学系アセンブリ１の前後方向および左右方向が定義される。すなわち、ユーザと対面する一側が光学系アセンブリ１の前側であり、これと反対側が光学系アセンブリ１の後側であり、ユーザと光学系アセンブリ１とが対面したときに、そのユーザから見て右側が光学系アセンブリ１の右側であり、ユーザから見て左側が光学系アセンブリ１の左側である。なお、前後方向および左右方向の定義は、説明の理解を助けるためのものであり、実際の使用状態を限定するものではない。いずれの方向が前となるように使用してもよい。
【0029】
また詳細は後述するが、ヘッド部６は、図１に示す中心軸Ａｃに沿って移動したり、この中心軸Ａｃまわりに揺動したりすることができる。この中心軸Ａｃは、図１等に示すように、前述の前後方向に沿って延びるように構成される。
【0030】
（ステージ４）
ステージ４は、作業台等に設置されるベース４１と、ベース４１に接続されたスタンド４２と、ベース４１またはスタンド４２によって支持された載置台５と、を有する。このステージ４は、載置台５およびヘッド部６の相対的な位置関係を規定するための部材であり、少なくとも、ヘッド部６の観察光学系９および分析光学系７を取付可能に構成される。
ステージ４は、作業台等に設置されるベース４１と、ベース４１に接続されたスタンド４２と、ベース４１またはスタンド４２によって支持された載置台５と、を有する。このステージ４は、載置台５およびヘッド部６の相対的な位置関係を規定するための部材であり、少なくとも、ヘッド部６の観察光学系９および分析光学系７を取付可能に構成される。
【0031】
図２に示すように、ベース４１の後側部分には、第１支持部４１ａと第２支持部４１ｂが、前側から順番に並んだ状態で設けられる。第１および第２支持部４１ａ，４１ｂは、双方ともベース４１から上方へ突出するように設けられる。第１および第２支持部４１ａ，４１ｂには、前記中心軸Ａｃと同心になるように配置される円形の軸受孔（不図示）が形成される。
【0032】
また、図２に示すように、スタンド４２の下側部分には、第１取付部４２ａと第２取付部４２ｂが、前側から順番に並んだ状態で設けられる。第１および第２取付部４２ａ，４２ｂは、前述の第１および第２支持部４１ａ，４１ｂに対応した構成とされている。具体的に、第１および第２支持部４１ａ，４１ｂならびに第１および第２取付部４２ａ，４２ｂは、第１取付部４２ａと第２取付部４２ｂによって第１支持部４１ａを挟み込むとともに、第１支持部４１ａと第２支持部４１ｂによって第２取付部４２ｂを挟み込むようにレイアウトされる。
【0033】
また、第１および第２取付部４２ａ，４２ｂには、第１および第２支持部４１ａ，４１ｂに形成された軸受孔と同心かつ同径に構成された円形の軸受孔（不図示）が形成される。これら軸受孔に対し、クロスローラベアリング等のベアリング（不図示）を介して軸部材４４が挿入される。この軸部材４４は、その軸心が前述の中心軸Ａｃと同心になるように配置される。軸部材４４を挿入することで、ベース４１とスタンド４２は、相対的に揺動可能に連結される。軸部材４４は、第１および第２支持部４１ａ，４１ｂならびに第１および第２取付部４２ａ，４２ｂとともに、本実施形態における傾斜機構４５を構成する。
【0034】
また、図２に示すように、傾斜機構４５を構成する軸部材４４には、俯瞰カメラ４８が内蔵されている。この俯瞰カメラ４８は、サンプルＳＰで反射された可視光を、軸部材４４の前面に設けられた貫通孔４４ａを介して受光する。俯瞰カメラ４８は、受光した反射光の受光量を検出することで、サンプルＳＰを撮像する。
【0035】
俯瞰カメラ４８の撮像視野は、後述の第１カメラ８１および第２カメラ９３の撮像視野よりも広い。言い換えると、俯瞰カメラ４８の拡大倍率は、第１カメラ８１および第２カメラ９３の拡大倍率よりも小さい。そのため、俯瞰カメラ４８は、第１カメラ８１および第２カメラ９３よりも広い範囲にわたってサンプルＳＰを撮像することができる。
【0036】
具体的に、本実施形態に係る俯瞰カメラ４８は、その受光面に配置された複数の画素によって、貫通孔４４ａを通じて入射した光を光電変換し、被写体（サンプルＳＰ）の光学像に対応した電気信号に変換する。
【0037】
俯瞰カメラ４８は、受光面に沿って複数の受光素子を並べたものとすればよい。この場合、各受光素子が画素に対応することになり、各受光素子での受光量に基づいた電気信号を生成することができるようになる。具体的に、本実施形態に係る俯瞰カメラ４８は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）からなるイメージセンサによって構成されているが、この構成には限定されない。俯瞰カメラ４８としては、例えばＣＣＤ（Charged-Coupled Device）からなるイメージセンサを使用することもできる。
【0038】
そして、俯瞰カメラ４８は、各受光素子での受光量を検出することで生成される電気信号をコントローラ本体２の制御部２１に入力する。制御部２１は、入力された電気信号に基づいて、被写体の光学像に対応した画像データを生成する。制御部２１は、そうして生成された画像データを、被写体を撮像してなる画像として表示部２２等に表示させることができる。
【0039】
なお、前述した俯瞰カメラ４８の構成は例示に過ぎない。俯瞰カメラ４８は、少なくとも第１カメラ８１および第２カメラ９３よりも撮像視野の広いものとすればよく、俯瞰カメラ４８のレイアウト、その撮像光軸の向き等については自由に変更することができる。例えば、光学系アセンブリ１またはコントローラ本体２に有線また無線で接続されたＵＳＢカメラによって俯瞰カメラ４８を構成してもよい。
【0040】
（ヘッド部６）
ヘッド部６は、ヘッド取付部材６１と、分析筐体７０に分析光学系７を収容してなる分析ユニットと、観察筐体９０に観察光学系９を収容してなる観察ユニットと、筐体連結具６４と、スライド機構（水平駆動機構）６５と、を有する。ヘッド取付部材６１は、分析筐体７０をスタンド４２に接続するための部材である。分析ユニットは、分析光学系７によってサンプルＳＰの成分分析を行うための装置である。観察ユニット６３は、観察光学系９によってサンプルＳＰの観察を行うための装置である。筐体連結具６４は、観察筐体９０を分析筐体７０に接続するための部材である。スライド機構６５は、スタンド４２に対して分析筐体７０をスライド移動させるための機構である。
ヘッド部６は、ヘッド取付部材６１と、分析筐体７０に分析光学系７を収容してなる分析ユニットと、観察筐体９０に観察光学系９を収容してなる観察ユニットと、筐体連結具６４と、スライド機構（水平駆動機構）６５と、を有する。ヘッド取付部材６１は、分析筐体７０をスタンド４２に接続するための部材である。分析ユニットは、分析光学系７によってサンプルＳＰの成分分析を行うための装置である。観察ユニット６３は、観察光学系９によってサンプルＳＰの観察を行うための装置である。筐体連結具６４は、観察筐体９０を分析筐体７０に接続するための部材である。スライド機構６５は、スタンド４２に対して分析筐体７０をスライド移動させるための機構である。
【0041】
以下、分析ユニット、観察ユニット、および、スライド機構６５の構成について順番に説明する。
【0042】
－分析ユニット－
図３は、分析光学系７の構成を例示する模式図である。
図３は、分析光学系７の構成を例示する模式図である。
【0043】
分析ユニットは、分析光学系７と、分析光学系７が収容された分析筐体７０と、を有する。分析光学系７は、分析対象物としてのサンプルＳＰの分析を行うための部品の集合であり、各部品が分析筐体７０に収容されるようになっている。分析筐体７０は、撮像部としての第１カメラ８１および検出器としての第１および第２検出器７７Ａ、７７Ｂを収容する。また、サンプルＳＰの分析を行うための要素には、コントローラ本体２の制御部２１も含まれる。
【0044】
分析光学系７は、例えばＬＩＢＳ法を用いた分析を行うことができる。この分析光学系７には、コントローラ本体２との間で電気信号を送受するための通信ケーブルＣ１が接続される。この通信ケーブルＣ１は必須ではなく、分析光学系７とコントローラ本体２とを無線通信によって接続してもよい。
【0045】
なお、ここでいう「光学系」の語は、広義で用いる。すなわち、分析光学系７は、レンズ等の光学素子に加え、光源、撮像素子等を包括したシステムとして定義される。観察光学系９についても同様である。
【0046】
図３に示すように、本実施形態に係る分析光学系７は、出射部７１と、出力調整手段７２と、偏向素子７３と、収集ヘッドとしての反射型対物レンズ７４と、分光素子７５と、第１パラボリックミラー７６Ａと、第１検出器７７Ａと、第１ビームスプリッター７８Ａと、第２パラボリックミラー７６Ｂと、第２検出器７７Ｂと、第２ビームスプリッター７８Ｂと、同軸照明７９と、結像レンズ８０と、第１カメラ８１と、側射照明８４と、を含んでなる。分析光学系７の構成要素のうちの一部は、図２にも示す。また、側射照明８４は、図５のみに示す。
【0047】
出射部７１は、サンプルＳＰに１次電磁波を出射する。特に、本実施形態に係る出射部７１は、１次電磁波としてのレーザ光をサンプルＳＰに出射するレーザ光源によって構成される。なお、本実施形態に係る出射部７１は、１次電磁波として、紫外線からなるレーザ光を出力することができる。
【0048】
出力調整手段７２は、出射部７１と偏向素子７３を結ぶ光路上に配置されており、レーザ光（１次電磁波）の出力を調整することができる。
【0049】
出力調整手段７２によってその出力が調整されたレーザ光（１次電磁波）は、不図示のミラーによって反射されて偏向素子７３に入射する。
【0050】
詳しくは、偏向素子７３は、出射部７１から出力されて出力調整手段７２を通過したレーザ光を反射させ、反射型対物レンズ７４を介してサンプルＳＰに導く一方、このレーザ光に対応してサンプルＳＰにおいて発生した光（サンプルＳＰの表面で生じるプラズマ化に伴って発せられる光であり、以下、「プラズマ光」と呼称する）を通過させ、これを第１検出器７７Ａ、第２検出器７７Ｂに導くようにレイアウトされている。偏向素子７３はまた、撮像用に集光した可視光を通過させ、その大部分を第１カメラ８１に導くようにレイアウトされている。
【0051】
偏向素子７３によって反射された紫外レーザ光は、平行光として分析光軸Ａａに沿って伝搬し、反射型対物レンズ７４に至る。
【0052】
収集ヘッドとしての反射型対物レンズ７４は、出射部７１から出射された１次電磁波がサンプルＳＰに照射されることによって該サンプルＳＰにおいて生じた２次電磁波を収集するように構成されている。特に、本実施形態に係る反射型対物レンズ７４は、１次電磁波としてのレーザ光を集光してサンプルＳＰに照射するとともに、サンプルＳＰに照射されたレーザ光（１次電磁波）に対応してサンプルＳＰにおいて発生したプラズマ光（２次電磁波）を収集するように構成されている。この場合、２次電磁波は、サンプルＳＰの表面で生じるプラズマ化に伴って発せられるプラズマ光に相当する。
【0053】
反射型対物レンズ７４は、前述の略上下方向に沿って延びる分析光軸Ａａを有する。分析光軸Ａａは、観察光学系９の対物レンズ９２が有する観察光軸Ａｏと平行になるように設けられる。
【0054】
詳しくは、本実施形態に係る反射型対物レンズ７４は、２枚のミラーからなるシュヴァルツシルト型の対物レンズである。この反射型対物レンズ７４は、図３に示すように、分円環状かつ相対的に大径の１次ミラー７４ａと、円板状かつ相対的に小径の２次ミラー７４ｂと、を有する。
【0055】
１次ミラー７４ａは、その中央部に設けた開口によってレーザ光（１次電磁波）を通過させる一方、その周囲に設けられた鏡面によってサンプルＳＰにて発生したプラズマ光（２次電磁波）を反射させる。後者のプラズマ光は、２次ミラー７４ｂの鏡面によって再び反射され、レーザ光と同軸化された状態で１次ミラー７４ａの開口を通過する。
【0056】
２次ミラー７４ｂは、１次ミラー７４ａの開口を通過したレーザ光を透過させる一方、１次ミラー７４ａによって反射されたプラズマ光を集光して反射するように構成される。前者のレーザ光はサンプルＳＰに照射される一方、後者のプラズマ光は、前述のように１次ミラー７４ａの開口を通過して偏向素子７３に至る。
【0057】
分光素子７５は、反射型対物レンズ７４の光軸方向（分析光軸Ａａに沿った方向）において偏向素子７３と第１ビームスプリッター７８Ａとの間に配置されており、サンプルＳＰで発生したプラズマ光のうちの一部を第１検出器７７Ａに導く一方、他部を第２検出器７７Ｂ等へ導く。後者のプラズマ光は、その大部分が第２検出器７７Ｂに導かれるものの、その残りは第１カメラ８１に至る。
【0058】
第１パラボリックミラー７６Ａは、いわゆる放物面鏡であり、分光素子７５と第１検出器７７Ａとの間に配置される。第１パラボリックミラー７６Ａは、分光素子７５によって反射された２次電磁波を集光し、集光された２次電磁波を第１検出器７７Ａに入射させる。
【0059】
第１検出器７７Ａは、サンプルＳＰにおいて発生しかつ反射型対物レンズ７４によって収集されたプラズマ光（２次電磁波）を受光し、該プラズマ光の波長毎の強度分布であるスペクトルを生成する。
【0060】
特に、レーザ光源によって出射部７１を構成するとともに、１次電磁波としてのレーザ光の照射に対応して発生した２次電磁波としてのプラズマ光を集光するように反射型対物レンズ７４を構成した場合、第１検出器７７Ａは、波長毎に異なる角度に光を反射させることで光を分離し、分離させた各々を複数の画素を有する撮像素子に入射させる。これにより、各画素によって受光される光の波長を相違させるとともに、波長毎に受光強度を取得することができる。この場合、スペクトルは、光の波長毎の強度分布に相当する。
【0061】
なお、スペクトルは、波数毎に取得された受光強度によって構成してもよい。波長と波数とは一意に対応しているため、波数毎に取得された受光強度を用いた場合であっても、スペクトルを波長毎の強度分布とみなすことができる。後述の第２検出器７７Ｂにおいても同様である。
【0062】
第１ビームスプリッター７８Ａは、分光素子７５を透過した光のうちの一部（可視光帯域を含む赤外側の２次電磁波）を反射して第２検出器７７Ｂに導く一方、他部（可視光帯域の一部）を透過して第２ビームスプリッター７８Ｂに導く。可視光帯域に属するプラズマ光のうち、相対的に多量のプラズマ光が第２検出器７７Ｂに導かれ、相対的に少量のプラズマ光が、第２ビームスプリッター７８Ｂを介して第１カメラ８１に導かれる。
【0063】
第２パラボリックミラー７６Ｂは、第１パラボリックミラー７６Ａと同様にいわゆる放物面鏡であり、第１ビームスプリッター７８Ａと第２検出器７７Ｂとの間に配置される。第２パラボリックミラー７６Ｂは、第１ビームスプリッター７８Ａによって反射された２次電磁波を集光し、集光された２次電磁波を第２検出器７７Ｂに入射させる。
【0064】
第２検出器７７Ｂは、第１検出器７７Ａと同様に、出射部７１から出射された１次電磁波がサンプルＳＰに照射されることによってサンプルＳＰで生じた２次電磁波を受光し、該２次電磁波の波長毎の強度分布であるスペクトルを生成する。
【0065】
制御部２１には、第１検出器７７Ａによって生成された紫外側のスペクトルと、第２検出器７７Ｂによって生成された赤外側のスペクトルと、が入力される。制御部２１は、それらのスペクトルに基づいて、後述の基本原理を用いてサンプルＳＰの成分分析を行う。制御部２１は、紫外側のスペクトルと、赤外側のスペクトルとを組合わせて用いることで、より広い周波数域を利用した成分分析を行うことができる。
【0066】
第２ビームスプリッター７８Ｂは、ＬＥＤ光源７９ａから発せられて光学素子７９ｂを通過した照明光（可視光）を反射して、これを第１ビームスプリッター７８Ａ、分光素子７５、偏向素子７３および反射型対物レンズ７４を介してサンプルＳＰに照射する。サンプルＳＰで反射された反射光（可視光）は、反射型対物レンズ７４を介して分析光学系７に戻る。
【0067】
同軸照明７９は、照明光を発するＬＥＤ光源７９ａと、ＬＥＤ光源７９ａから発せられた照明光が通過する光学素子７９ｂと、を有する。同軸照明７９は、いわゆる「同軸落射照明」として機能する。ＬＥＤ光源７９ａから照射される照明光は、出射部７１から出力されてサンプルＳＰに照射されるレーザ光（１次電磁波）、および、サンプルＳＰから戻る光（２次電磁波）と同軸に伝搬する。
【0068】
第２ビームスプリッター７８Ｂはまた、分析光学系７に戻った反射光のうち、第１ビームスプリッター７８Ａを透過した反射光と、第１および第２検出器７７Ａ，７７Ｂに到達せずに第１ビームスプリッター７８Ａを透過したプラズマ光とをさらに透過させ、結像レンズ８０を介して第１カメラ８１に入射させる。
【0069】
同軸照明７９は、図３に示す例では分析筐体７０に内蔵されているが、本開示は、そうした構成には限定されない。例えば、分析筐体７０の外部に光源をレイアウトし、その光源と分析光学系７とを光ファイバーケーブルを介して光学系に結合してもよい。
【0070】
側射照明８４は、反射型対物レンズ７４を取り囲むように配置される。図示は省略するが、側射照明８４は、サンプルＳＰの側方（言い換えると、分析光軸Ａａに対して傾斜した方向）から照明光を照射する。
【0071】
第１カメラ８１は、サンプルＳＰで反射された反射光を、反射型対物レンズ７４を介して受光する。第１カメラ８１は、受光した反射光の受光量を検出することで、サンプルＳＰを撮像する。第１カメラ８１は、本実施形態における「撮像部」の例示である。
【0072】
具体的に、本実施形態に係る第１カメラ８１は、その受光面に配置された複数の画素によって結像レンズ８０を通じて入射した光を光電変換し、被写体（サンプルＳＰ）の光学像に対応した電気信号に変換する。
【0073】
第１カメラ８１は、受光面に沿って複数の受光素子を並べたものとすればよい。この場合、各受光素子が画素に対応することになり、各受光素子での受光量に基づいた電気信号を生成することができるようになる。具体的に、本実施形態に係る第１カメラ８１は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）からなるイメージセンサによって構成されているが、この構成には限定されない。第１カメラ８１としては、例えばＣＣＤ（Charged-Coupled Device）からなるイメージセンサを使用することもできる。
【0074】
そして、第１カメラ８１は、各受光素子での受光量を検出することで生成される電気信号をコントローラ本体２の制御部２１に入力する。制御部２１は、入力された電気信号に基づいて、被写体の光学像に対応した画像データを生成する。制御部２１は、そうして生成された画像データを、被写体を撮像してなる画像として表示部２２等に表示させることができる。
【0075】
ここまでに説明した光学部品は、前述の分析筐体７０に収容される。分析筐体７０の下面には、貫通孔７０ａが設けられている。反射型対物レンズ７４は、この貫通孔７０ａを介して載置面５１ａと対峙する。
【0076】
－分析光学系７による分析の基本原理－
制御部２１は、検出器としての第１検出器７７Ａおよび第２検出器７７Ｂから入力されたスペクトルに基づいて、サンプルＳＰの成分分析を実行する。具体的な分析手法としては、前述のようにＬＩＢＳ法を用いることができる。ＬＩＢＳ法は、サンプルＳＰに含まれる成分を元素レベルで分析する手法（いわゆる元素分析法）である。
制御部２１は、検出器としての第１検出器７７Ａおよび第２検出器７７Ｂから入力されたスペクトルに基づいて、サンプルＳＰの成分分析を実行する。具体的な分析手法としては、前述のようにＬＩＢＳ法を用いることができる。ＬＩＢＳ法は、サンプルＳＰに含まれる成分を元素レベルで分析する手法（いわゆる元素分析法）である。
【0077】
ＬＩＢＳ法によれば、真空引きが不要であり、大気開放状態で成分分析を行うことができる。また、サンプルＳＰの破壊試験ではあるものの、サンプルＳＰ全体を溶解させるなどの処理は不要であり、サンプルＳＰの位置情報が残存する（局所的な破壊試験にすぎない）。
【0078】
－観察ユニット－
観察ユニットは、観察光学系９と、観察光学系９が収容された観察筐体９０と、を有する。観察光学系９は、観察対象物としてのサンプルＳＰの観察を行うための部品の集合であり、各部品が観察筐体９０に収容されるようになっている。観察筐体９０は、前述した分析筐体７０とは別体に構成されており、第２撮像部としての第２カメラ９３を収容する。また、サンプルＳＰの観察を行うための要素には、コントローラ本体２の制御部２１も含まれる。
観察ユニットは、観察光学系９と、観察光学系９が収容された観察筐体９０と、を有する。観察光学系９は、観察対象物としてのサンプルＳＰの観察を行うための部品の集合であり、各部品が観察筐体９０に収容されるようになっている。観察筐体９０は、前述した分析筐体７０とは別体に構成されており、第２撮像部としての第２カメラ９３を収容する。また、サンプルＳＰの観察を行うための要素には、コントローラ本体２の制御部２１も含まれる。
【0079】
観察光学系９は、対物レンズ９２を有するレンズユニット９ａを備える。このレンズユニット９ａは、観察筐体９０の下端側に配置された筒状のレンズ鏡筒に相当する。レンズユニット９ａは、分析筐体７０によって保持される。
【0080】
観察筐体９０には、コントローラ本体２との間で電気信号を送受するための通信ケーブルＣ２と、外部から照明光を導光するための光ファイバーケーブルＣ３と、が接続される。なお、通信ケーブルＣ２は必須ではなく、観察光学系９とコントローラ本体２とを無線通信によって接続してもよい。
【0081】
具体的に、観察光学系９は、図２に示すように、ミラー群９１と、対物レンズ９２と、第２撮像部としての第２カメラ９３と、第２同軸照明９４と、第２側射照明９５と、拡大光学系９６と、を含んでなる。
【0082】
対物レンズ９２は、略上下方向に沿って延びる観察光軸Ａｏを有し、照明光を集光して載置台本体５１に載置されたサンプルＳＰに照射するとともに、そのサンプルＳＰからの光（反射光）を集光する。観察光軸Ａｏは、分析光学系７の反射型対物レンズ７４が有する分析光軸Ａａと平行になるように設けられる。対物レンズ９２によって収集された反射光は、第２カメラ９３によって受光される。
【0083】
ミラー群９１は、対物レンズ９２によって収集された反射光を透過させ、これを第２カメラ９３に導く。本実施形態に係るミラー群９１は、図２に例示されるように全反射ミラーとビームスプリッター等を用いて構成することができる。ミラー群９１はまた、第２同軸照明９４から照射された照明光を反射して、これを対物レンズ９２に導く。
【0084】
第２カメラ９３は、サンプルＳＰで反射された反射光を、対物レンズ９２を介して受光する。第２カメラ９３は、受光した反射光の受光量を検出することで、サンプルＳＰを撮像する。第２カメラ９３は、本実施形態における「第２撮像部」の例示である。
【0085】
一方、前述のように、第１カメラ８１は、本実施形態における「撮像部」の例示である。本明細書では、第２カメラ９３を第２撮像部とみなし、第１カメラ８１を撮像部とみなした構成を中心に説明するが、後述のように、第１カメラ８１を第２撮像部とみなし、第２カメラ９３を撮像部とみなしてもよい。
【0086】
本実施形態に係る第２カメラ９３は、第１カメラ８１と同様にＣＭＯＳからなるイメージセンサによって構成されているが、ＣＣＤからなるイメージセンサを使用することもできる。
【0087】
そして、第２カメラ９３は、各受光素子での受光量を検出することで生成される電気信号をコントローラ本体２の制御部２１に入力する。制御部２１は、入力された電気信号に基づいて、被写体の光学像に対応した画像データを生成する。制御部２１は、そうして生成された画像データを、被写体を撮像してなる画像として表示部２２等に表示させることができる。
【0088】
第２同軸照明９４は、光ファイバーケーブルＣ３から導光された照明光を出射する。第２同軸照明９４は、対物レンズ９２を介して集光される反射光と共通の光路を介して照明光を照射する。つまり、第２同軸照明９４は、対物レンズ９２の観察光軸Ａｏと同軸化された「同軸落射照明」として機能することになる。なお、光ファイバーケーブルＣ３を介して外部から照明光を導光する代わりに、レンズユニット９ａの内部に光源を内蔵してもよい。その場合、光ファイバーケーブルＣ３は不要となる。
【0089】
第２側射照明９５は、図２に模式的に例示したように、対物レンズ９２を取り囲むように配置されたリング照明によって構成される。第２側射照明９５は、分析光学系７における側射照明８４と同様に、サンプルＳＰの斜め上方から照明光を照射する。
【0090】
拡大光学系９６は、ミラー群９１と第２カメラ９３との間に配置されており、第２カメラ９３によるサンプルＳＰの拡大倍率を変更可能に構成されている。本実施形態に係る拡大光学系９６は、変倍レンズと、その変倍レンズを第２カメラ９３の光軸に沿って移動させるように構成されたアクチュエータと、を有している。アクチュエータは、制御部２１から入力される制御信号に基づいて変倍レンズを移動させることで、サンプルＳＰの拡大倍率を変更することができる。
【0091】
－スライド機構６５－
図４は、スライド機構６５によるヘッド部６の水平移動について説明するための図である。
図４は、スライド機構６５によるヘッド部６の水平移動について説明するための図である。
【0092】
スライド機構６５は、観察光学系９によるサンプルＳＰの撮像と、分析光学系７によってスペクトルを生成する場合における電磁波（レーザ光）の照射（換言すれば、分析光学系７の出射部７１による電磁波の照射）と、を観察対象物としてのサンプルＳＰにおける同一箇所に対して実行可能となるように、載置台本体５１に対する観察光学系９および分析光学系７の相対位置を水平方向に沿って移動させるよう構成されている。
【0093】
スライド機構６５による相対位置の移動方向は、観察光軸Ａｏおよび分析光軸Ａａの並び方向とすることができる。図４に示すように、本実施形態に係るスライド機構６５は、載置台本体５１に対する観察光学系９および分析光学系７の相対位置を前後方向に沿って移動させる。
【0094】
本実施形態に係るスライド機構６５は、スタンド４２およびヘッド取付部材６１に対し、分析筐体７０を相対的に変位させるものである。分析筐体７０とレンズユニット９ａとは筐体連結具６４によって連結されているため、分析筐体７０を変位させることで、レンズユニット９ａも一体的に変位することになる。
【0095】
具体的に、本実施形態に係るスライド機構６５は、ガイドレール６５ａと、アクチュエータ６５ｂと、を有する、このうち、ガイドレール６５ａは、ヘッド取付部材６１の前面から前方に突出するように構成されている。
【0096】
図４に示すように、スライド機構６５が作動することで、ヘッド部６が水平方向に沿ってスライドし、載置台５に対する観察光学系９および分析光学系７の相対位置が移動（水平移動）することになる。この水平移動によって、ヘッド部６は、反射型対物レンズ７４をサンプルＳＰに対峙させた第１モードと、対物レンズ９２をサンプルＳＰに対峙させた第２モードと、の間で切り替わるようになっている。スライド機構６５は、第１モードと第２モードとの間で、分析筐体７０および観察筐体９０をスライドさせることができる。
【0097】
以上のように構成することで、第１モードと第２モードとの切替を行う前後のタイミングにおいて、観察光学系９によるサンプルＳＰの画像生成と、分析光学系７によるスペクトルの生成（具体的には、分析光学系７によってスペクトルが生成される場合における、分析光学系７による１次電磁波の照射）と、をサンプルＳＰ中の同一箇所に対して同一方向から実行することができるようになる。
【0098】
＜コントローラ本体の詳細＞
図５は、コントローラ本体２の制御部２１の構成を例示するブロック図である。なお、本実施形態では、コントローラ本体２と光学系アセンブリ１とが別体に構成されているが、本開示は、そうした構成には限定されない。コントローラ本体２の少なくとも一部を光学系アセンブリ１に設けてもよい。例えば、制御部２１を構成する処理部２１ａの少なくとも一部を光学系アセンブリ１に内蔵させることができる。
図５は、コントローラ本体２の制御部２１の構成を例示するブロック図である。なお、本実施形態では、コントローラ本体２と光学系アセンブリ１とが別体に構成されているが、本開示は、そうした構成には限定されない。コントローラ本体２の少なくとも一部を光学系アセンブリ１に設けてもよい。例えば、制御部２１を構成する処理部２１ａの少なくとも一部を光学系アセンブリ１に内蔵させることができる。
【0099】
前述のように、本実施形態に係るコントローラ本体２は、種々の処理を行う制御部２１と、制御部２１が行う処理に係る情報を表示する表示部２２と、を備える。
【0100】
制御部２１によって、アクチュエータ６５ｂ、同軸照明７９、側射照明８４、第２同軸照明９４、第２側射照明９５、第１カメラ８１、第２カメラ９３、俯瞰カメラ４８、出射部７１、第１検出器７７Ａ、第２検出器７７Ｂが電気的に制御される。
【0101】
また、第１カメラ８１、第２カメラ９３、俯瞰カメラ４８、第１検出器７７Ａ、第２検出器７７Ｂの出力信号は、制御部２１に入力される。制御部２１は、入力された出力信号に基づいた演算等を実行し、その演算結果に基づいた処理を実行する。そうした処理を行うためのハードウェアとして、本実施形態に係る制御部２１は、種々の処理を実行する処理部２１ａと、処理部２１ａが行う処理に関連したデータを記憶する１次記憶部２１ｂおよび２次記憶部２１ｃと、入出力バス２１ｄと、を有する。
【0102】
処理部２１ａは、ＣＰＵ、システムＬＳＩ、ＤＳＰ等からなる。処理部２１ａは種々のプログラムを実行することで、サンプルＳＰの分析を実行したり、表示部２２等、分析観察装置Ａの各部を制御したりする。特に、本実施形態に係る処理部２１ａは、サンプルＳＰの分析結果を示す情報、ならびに、第１カメラ８１、第２カメラ９３および俯瞰カメラ４８から入力される画像データに基づいて、表示部２２上の表示画面を制御することができる。
【0103】
なお、処理部２１ａによる制御対象としての表示部は、コントローラ本体２が有する表示部２２には限定されない。本開示に係る「表示部」には、分析観察装置Ａが非具備とした表示部も含まれる。例えば、分析観察装置Ａと有線または無線で接続されたコンピュータ、タブレット端末等のディスプレイを表示部とみなし、その表示部上にサンプルＳＰの分析結果を示す情報、および、種々の画像データを表示してもよい。このように、本開示は、分析観察装置Ａと、該分析観察装置Ａと有線または無線で接続された表示部と、を備える分析システムに適用することもできる。
【0104】
図５に示すように、本実施形態に係る処理部２１ａは、機能的な要素として、モード切替部２１１と、照明制御部２１２と、撮像処理部２１３と、出射制御部２１４と、スペクトル取得部２１５と、成分分析部２１６と、複合物質推定部２１７と、複合物質登録部２１８と、ユーザインターフェース制御部（以下、単に「ＵＩ制御部」という）２２１と、ライブラリ読出部２２５と、設定部２２６と、を有する。これらの要素は、論理回路によって実現されてもよいし、ソフトウェアを実行することによって実現されてもよい。また、これらの要素のうちの少なくとも一部を、ヘッド部６等、光学系アセンブリ１に設けることもできる。
【0105】
なお、スペクトル取得部２１５、成分分析部２１６等の分類は、便宜的なものに過ぎず、自由に変更することができる。例えば、成分分析部２１６がスペクトル取得部２１５を兼用してもよいし、スペクトル取得部２１５が成分分析部２１６を兼用してもよい。
【0106】
ＵＩ制御部２２１は、表示制御部２２１ａと、入力受付部２２１ｂとを含む。表示制御部２２１ａは、表示部２２に成分分析部２１６による成分分析結果や、撮像処理部２１３により生成された画像を表示部２２に表示させる。入力受付部２２１ｂは、操作部３を通したユーザによる操作入力を受け付ける。
【0107】
ライブラリ読出部２２５は、物質推定部２１６ｂによる物質の推定を行うために、ライブラリ保持部２３２に保持されている物質ライブラリＬｉＳを読み出す。また、ライブラリ読出部２２５は、複合物質推定部２１７による複合物質の推定を行うために、ライブラリ保持部２３２に保持されている複合物質ライブラリＬｉＭを読み出す。
【0108】
１次記憶部２１ｂは、揮発性メモリまたは不揮発性メモリによって構成される。本実施形態に係る１次記憶部２１ｂは、設定部２２６により設定された様々な設定を記憶することができる。また、１次記憶部２１ｂは、本実施形態に係る分析方法を構成する各ステップを分析観察装置Ａに実行させるための分析プログラムを保持することもできる。
【0109】
２次記憶部２１ｃは、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ等の不揮発性メモリによって構成される。２次記憶部２１ｃは、物質ライブラリＬｉＳおよび複合物質ライブラリＬｉＭを保持するライブラリ保持部２３２を含む。なお、各種データを記憶するデータ保持部がさらに含まれてもよい。２次記憶部２１ｃは、物質ライブラリＬｉＳと、複合物質ライブラリＬｉＭと、を継続的に記憶することができる。なお、物質ライブラリＬｉＳ、複合物質ライブラリＬｉＭは、２次記憶部２１ｃに記憶させる代わりに、光学ディスク等の記憶媒体に記憶させてもよいし、分析観察装置Ａと有線または無線で接続されたコンピュータ、タブレット端末等に各種データを記憶させてもよい。
【0110】
１．サンプルＳＰの成分分析
－スペクトル取得部２１５－
図５に示すスペクトル取得部２１５は、検出器としての第１および第２検出器７７Ａ，７７Ｂにより生成されたスペクトルを取得する。ここで、スペクトル取得部２１５により取得されたスペクトルは「分析データ」の一例である。
－スペクトル取得部２１５－
図５に示すスペクトル取得部２１５は、検出器としての第１および第２検出器７７Ａ，７７Ｂにより生成されたスペクトルを取得する。ここで、スペクトル取得部２１５により取得されたスペクトルは「分析データ」の一例である。
【0111】
具体的に、第１モードにおいて出射部７１から１次電磁波（例えばレーザ光）が出射されることによって２次電磁波（例えばプラズマ光）が生じる。この２次電磁波は、第１検出器７７Ａおよび第２検出器７７Ｂに到達する。
【0112】
検出器としての第１および第２検出器７７Ａ，７７Ｂは、各々に到達した２次電磁波に基づいてスペクトルを生成する。そうして生成されたスペクトルは、スペクトル取得部２１５によって取得される。スペクトル取得部２１５により取得されたスペクトルは、波長と強度の関係を示し、サンプルＳＰに含まれる特徴に対応するピークが複数存在する。スペクトル取得部２１５により取得されたスペクトルは、サンプルＳＰの成分分析を行うために、成分分析部２１６に出力される。
【0113】
－成分分析部２１６－
図５に示す成分分析部２１６は、スペクトル取得部２１５によって取得されたスペクトルに基づいて、サンプルＳＰの成分分析を実行するスペクトルのピーク位置を特定することで、そのピーク位置に対応した元素がサンプルＳＰに含まれている成分であると判定することができ、また、ピーク同士の大きさ（ピークの高さ）を比較することで、各元素の成分比を決定するとともに、決定された成分比に基づいて、サンプルＳＰの組成を推定することもできる。
図５に示す成分分析部２１６は、スペクトル取得部２１５によって取得されたスペクトルに基づいて、サンプルＳＰの成分分析を実行するスペクトルのピーク位置を特定することで、そのピーク位置に対応した元素がサンプルＳＰに含まれている成分であると判定することができ、また、ピーク同士の大きさ（ピークの高さ）を比較することで、各元素の成分比を決定するとともに、決定された成分比に基づいて、サンプルＳＰの組成を推定することもできる。
【0114】
成分分析部２１６は、特徴推定部２１６ａと、物質推定部２１６ｂと、を含む。特徴推定部２１６ａは、スペクトル取得部２１５によって取得されたスペクトルに基づいて、サンプルＳＰに含まれる物質の特徴Ｃｈを推定する。例えば、分析方法としてＬＩＢＳ法を用いた場合、特徴推定部２１６ａは、取得されたスペクトル中のピーク位置と、そのピークの高さと、を抽出する。そして、特徴推定部２１６ａは、抽出されたピーク位置およびピークの高さに基づいて、物質の特徴Ｃｈとして、サンプルＳＰの構成元素と、その構成元素の含有量と、を推定する。
【0115】
図５に示す物質推定部２１６ｂは、特徴推定部２１６ａによって推定された物質の特徴Ｃｈと、２次記憶部２１ｂに保持された物質ライブラリＬｉＳと、に基づいて、その物質を推定する。ここで、特徴推定部２１６ａにより推定された物質の特徴Ｃｈおよび、物質推定部２１６ｂにより推定された物質は、「分析データ」の一例である。
【0116】
ここで、物質ライブラリＬｉＳについて図６を用いて説明する。物質ライブラリＬｉＳは、サンプルＳＰに含有されると考えられる物質の総称を表す上位分類Ｃ１と、この上位分類Ｃ１に属する物質を表す下位分類Ｃ３と、の階層情報が記憶されることで構成されている。上位分類Ｃ１は、少なくとも、下位分類Ｃ３の１つ以上が属するように構成すればよい。ここで、上位分類Ｃ１は、物質を特定する情報の一例である。
【0117】
例えば、サンプルＳＰが鉄鋼材料だった場合、物質を特定する情報である上位分類Ｃ１は、合金鋼、炭素鋼、鋳鉄等の分類としてもよいし、それらの分類を細分化することで得られるステンレス鋼、超硬合金、ハイテン鋼等の分類としてもよい。
【0118】
また、サンプルＳＰが鉄鋼材料だった場合、下位分類Ｃ３は、オーステナイト系、析出硬化系、フェライト系等の分類としてもよいし、それらの分類を、例えば日本産業規格（Japanese Industrial Standards：ＪＩＳ）に基づいて細分化してなるＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０２等の分類としてもよい。下位分類Ｃ３は、少なくとも上位分類Ｃ１を細分化した分類であればよい。言い換えると、上位分類Ｃ１は、下位分類Ｃ３の少なくとも一部が属する分類であればよい。
【0119】
また、上位分類Ｃ１と下位分類Ｃ３の間に１つ以上の中位分類Ｃ２を設けてもよい。この場合、中位分類Ｃ２の階層情報が上位分類Ｃ１および下位分類Ｃ３の階層情報とともに記憶されることで、物質ライブラリＬｉＳが構成されることになる。この中位分類Ｃ２は、上位分類Ｃ１に属する複数の系統を表す。ここで、中位分類Ｃ２は、物質を特定する情報の一例である。
【0120】
例えば、サンプルＳＰが鉄鋼材料だった場合において、物質を特定する情報である上位分類Ｃ１としてステンレス鋼、超硬合金、ハイテン鋼等の分類を用いるとともに、下位分類Ｃ３としてＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０２、Ａ２０１７等の分類を用いた場合、物質を特定する情報である中位分類Ｃ２は、オーステナイト系、析出硬化系等の分類としてもよいし、「ＳＵＳ３００番台」等、下位分類Ｃ３の一部を総称した分類としてもよい。
【0121】
また、物質ライブラリＬｉＳを構成する下位分類Ｃ３は、サンプルＳＰに含まれると考えられる物質の特徴Ｃｈと対応づけられるように構成されている。例えば、分析方法としてＬＩＢＳ法を用いた場合、物質の特徴Ｃｈには、サンプルＳＰの構成元素と、その構成元素の含有量（または含有率）と、を１セットにまとめた情報が含まれる。
【0122】
この場合、下位分類Ｃ３を構成する物質毎に、構成元素の組み合わせと、各構成元素の含有量（または含有率）の上限値および下限値とを、物質ライブラリＬｉに組み込んでおくことで、後述のように、物質の特徴Ｃｈから下位分類Ｃ３を推定することができるようになる。
【0123】
図５に示す２次記憶部２１ｃは、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ等の不揮発性メモリによって構成される。２次記憶部２１ｃは、物質ライブラリＬｉＳを継続的に記憶することができる。なお、２次記憶部２１ｃに物質ライブラリＬｉＳを記憶させる代わりに、記憶媒体１０００等の外部から物質ライブラリＬｉＳを読み込んでもよい。
【0124】
また、コントローラ本体２は、プログラムを記憶する記憶媒体１０００を読み込むことができる（図５を参照）。特に、本実施形態に係る記憶媒体１０００は、本実施形態に係る分析方法を構成する各ステップを分析観察装置Ａに実行させるための分析プログラムを記憶する。この分析プログラムは、コンピュータであるコントローラ本体２によって読み込まれて実行される。コントローラ本体２が分析プログラムを実行することで、分析観察装置Ａは、本実施形態に係る分析方法を構成する各ステップを実行する分析装置として機能することになる。
【0125】
前述のように、物質ライブラリＬｉＳを構成する下位分類Ｃ３は、サンプルＳＰに含まれると考えられる物質の特徴Ｃｈと対応づけられるように構成されている。そこで、物質推定部２１６ｂは、特徴推定部２１６ａによって推定された物質の特徴Ｃｈを、２次記憶部２１ｂに保持された物質ライブラリＬｉＳと照合することで、特徴Ｃｈが推定された物質を下位分類Ｃ３から推定する。ここでの照合とは、物質ライブラリＬｉＳに登録された代表データとの類似度を計算することだけでなく、物質ライブラリＬｉに登録されたパラメータ群を用いて物質の確度を示す指標を獲得する行為全般を指す。
【0126】
ここで、図６に示した、「物質α」と「特徴α」のように、下位分類Ｃ３と特徴Ｃｈとが一意に紐付いているケースに加えて、「特徴α」に対応した下位分類Ｃ３の候補が複数存在する場合も考えられる。その場合、特徴推定部２１６ａは、サンプルＳＰに含まれ得る物質のうち相対的に確度が高い物質を下位分類Ｃ３の中から複数にわたり推定し、確度が高い順番に、推定された下位分類Ｃ３を出力する。ここで、確度としては、スペクトルの分析に際して得られたパラメータに基づいた指標を用いることができる。
【0127】
物質推定部２１６ｂはまた、推定された下位分類Ｃ３と物質ライブラリＬｉＳとを照合することで、その下位分類Ｃ３が属する中位分類Ｃ２、ひいては上位分類Ｃ１を推定する。
【0128】
特徴推定部２１６ａにより推定された物質の特徴Ｃｈと、物質推定部２１６ｂにより推定された特徴は、分析レコードＡＲを構成する一のデータとして分析履歴保持部２３１に出力される。また、物質の特徴Ｃｈと、特徴はＵＩ制御部２２１に出力され、表示部２２に表示される。
【0129】
－分析設定部２２６ａ－
図５に示す分析設定部２２６ａは、サンプルＳＰの分析に係る各種の設定を受け付ける。特にここでは、サンプルＳＰを構成する特徴を推定するために、特定の元素に重みづけの設定を受け付けることができる。
図５に示す分析設定部２２６ａは、サンプルＳＰの分析に係る各種の設定を受け付ける。特にここでは、サンプルＳＰを構成する特徴を推定するために、特定の元素に重みづけの設定を受け付けることができる。
【0130】
分析設定部２２６ａは、入力受付部２２１ｂにより分析設定の要求を受け付けると、分析設定画面を生成する。分析設定部２２６ａにより生成された分析設定画面は表示制御部２２１ａに出力される。そして、表示制御部２２１ａは、表示部２２上に分析設定画面を表示させる。表示部２２に表示される分析設定画面の一例を図７の左側に示す。
図７の例のように、この分析設定画面には、周期表（図例では、周期表の一部のみを示す）と、「リストから選択」と表記された第１アイコンＩｃ１と、「再計算」と表記された第２アイコンＩｃ２と、を表示することができる。
図７の例のように、この分析設定画面には、周期表（図例では、周期表の一部のみを示す）と、「リストから選択」と表記された第１アイコンＩｃ１と、「再計算」と表記された第２アイコンＩｃ２と、を表示することができる。
【0131】
ここで、入力受付部２２１ｂは、表示部に表示された周期表中の各元素に対する操作入力を受け付けるように構成されている。図７に例示されるように、元素毎になされた操作入力に基づいて、元素名を黒字で表示した標準項目と、元素名を白字で表示した必須項目と、元素名に水玉模様を重ねて表示した除外項目と、の３種類の検出レベルに各元素を分類することができる。各元素に対する検出レベルを設定した状態で第２アイコンＩｃ２に操作入力が施されると、その操作入力を受け付けた入力受付部２２１ｂは、成分分析部２１６に対して再分析の指示を行う。再分析の指示を受け付けた成分分析部２１６は、スペクトルからピーク位置とピーク高さを再抽出するとともに、特徴Ｃｈと物質の再推定を実行する。なお、成分分析部２１６によりピーク位置とピーク高さが再抽出されたことに応じて、表示制御部２２１ａは、スペクトル上に重畳表示されるピーク位置を更新して表示部２２に表示させてもよい。
【0132】
元素の分類である検出レベルについて説明する。標準項目に分類された元素は、スペクトル中にピークが見つかった場合に、検出元素として検出される。検出元素として検出された元素のピーク位置は、表示制御部２２１ａにより表示部２２に表示されるスペクトル上に識別可能に表示されてもよい。
【0133】
また、必須項目に分類された元素は、スペクトル中にピークが存在するか否かに関わらず、特徴Ｃｈを構成する検出元素として検出される。図７に示す例では、マンガンが必須項目に分類されている。この場合、特徴推定部２１６ａは、マンガンに対応した波長λ５の位置にピークがあると仮定して、特徴を推定する。さらに、表示制御部２２１ａは、マンガンに対応した波長λ５の位置を、スペクトル上に重畳表示することができる。例えば、サンプルＳＰにマンガンが含まれていない場合、図７に示すように、スペクトル中のピークが現れない位置に、前記波長λ５を示す鎖線が重畳表示されることになる。
【0134】
また、除外項目に分類された元素は、スペクトル中にピークが存在するか否かに関わらず、特徴Ｃｈを構成する検出元素から除外されることになる。図７に示す例では、ニッケルが除外項目に分類されている。この場合、特徴推定部２１６ａは、除外項目に分類された元素が含まれないと仮定して、除外項目以外の検出元素から特徴を推定する。さらに、図７に例示されるスペクトルとは異なり、ニッケルに対応するピーク位置には、ピーク高さの大きさにかかわらず、ニッケルに対応した波長を示す鎖線が非表示となる。
【0135】
すなわち、特徴推定部２１６ａは、必須項目に分類された元素が存在する場合、スペクトル中に該必須項目に対応するピークが存在するか否かに関わらず、必須項目に分類された元素が特徴を構成する検出元素として検出対象となるように、特徴Ｃｈを再推定する。また、除外項目に分類された元素が存在する場合、スペクトル中に該除外項目に対応するピークが存在するか否かに関わらず、除外項目に分類された元素が特徴Ｃｈを構成する検出元素として検出対象外となるように、特徴Ｃｈを再推定する。
【0136】
さらに、図７に示す第１アイコンＩｃ１に対する操作入力を受け付けた場合、表示制御部２２１ａは、表示部２２上に、各元素を箇条書きにしたリストを表示する（図示省略）。そして、入力受付部２２１ｂは、リスト中の各元素に対して個別に、前述の標準項目、必須項目および除外項目といった分類を受け付けることができる。
【0137】
分析設定画面において設定された分析設定は、１次記憶部２１ｂに出力される。また、成分分析部２１６は、１次記憶部２１ｂに記憶された分析設定を取得し、分析設定とスペクトルとに基づいて特徴Ｃｈの推定を実行する。このように、分析設定部２２６ａでは、分析対象物に含まれると予めユーザが認識している特徴である必須項目を抽出するように設定できる。スペクトル上には、複数のピークが表示される。そのため、必須項目に対応するピークからわずかにずれた位置にピークが存在するような場合、スペクトルから必須項目を正確に抽出することが難しい場合がある。そのような場合であっても、事前に必須項目に設定しておくことで、分析対象物に含まれると予めユーザが認識している特徴を抽出することができ、よりユーザの期待に近い成分分析結果を得ることができる。
【0138】
また、分析設定部２２６ａでは、分析対象物に含まれないと予めユーザが認識している特徴である除外項目が抽出対象外となるように設定できる。スペクトル上には、複数のピークが表示される。そのため、ピーク位置が理想的な位置からわずかにでもずれていた場合、本来抽出されるべき特徴ではなく、異なる特徴が抽出される虞がある。ユーザが予め分析対象物に含まれないと認識している特徴に関しては、事前に除外項目に設定しておくことで、該除外項目を成分分析部による抽出対象外とすることができる。これにより、分析対象物に含まれないと予めユーザが認識している特徴以外から特徴を抽出することができ、よりユーザの期待に近い成分分析結果を得ることができる。
【0139】
分析設定部２２６ａはさらに、成分分析部２１６による成分分析の条件を設定することもできる。例えば、出射部７１から出射される電磁波または１次線の強度や、スペクトル取得部２１５によりスペクトルを取得する際の積算時間を分析設定として受け付けることができる。
【0140】
＜成分分析フロー＞
図８は、処理部２１ａによるサンプルＳＰの分析手順を例示するフローチャートである。
図８は、処理部２１ａによるサンプルＳＰの分析手順を例示するフローチャートである。
【0141】
まず、ステップＳ８０１において、成分分析部２１６は、１次記憶部に記憶された分析設定を取得する。なお、分析設定が予め設定されていない場合はこのステップをスキップすることができる。
【0142】
次に、ステップＳ８０２において、分析設定部２２６ａで設定された分析設定に基づいて出射制御部２１４により出射部７１が制御され、サンプルＳＰに電磁波としてレーザ光が出射される。
【0143】
次に、ステップＳ８０３において、スペクトル取得部２１５は、第１および第２検出器７７Ａ，７７Ｂが生成したスペクトルを取得する。すなわち、出射部７１から電磁波が出射されることに起因したプラズマ光が第１および第２検出器７７Ａ、７７Ｂで受光される。第１および第２検出器７７Ａ，７７Ｂは、分析設定部２２６ａで設定された分析設定に基づいて該プラズマ光の波長毎の強度分布であるスペクトルを生成する。スペクトル取得部２１５は第１および第２検出器７７Ａ，７７Ｂが生成した分析データであるスペクトルを取得する。
【0144】
続くステップＳ８０４において、特徴推定部２１６ａは、分析設定およびスペクトル取得部２１５によって取得されたスペクトルに基づいて、サンプルＳＰに含有される物質の特徴Ｃｈを推定する。この例では、特徴推定部２１６ａは、分析データである物質の特徴Ｃｈとして、サンプルＳＰの構成元素と、その構成元素の含有率と、を推定する。この推定は、種々の物理モデルに基づいて行ってもよいし、検量線グラフを通じて行ってもよいし、重回帰分析等、統計的な手法を用いて行ってもよい。
【0145】
続くステップＳ８０５において、物質推定部２１６ｂは、特徴推定部２１６ａによって推定された物質の特徴Ｃｈに基づいて、サンプルＳＰに含まれる物質（特に、レーザ光が照射された位置における物質）を分析データとして推定する。この推定は、物質推定部２１６ｂが物質の特徴Ｃｈと物質ライブラリＬｉＳとを照合することで行うことができる。その際、物質ライブラリＬｉＳにおいて下位分類Ｃ３と区分された物質と、特徴推定部２１６ａによって推定された構成元素の含有率と、の確度（類似度）に基づいて、確度が高い順に、下位分類Ｃ３のうちの２つ以上が推定されてもよい。ステップＳ８０３～Ｓ８０５は、本実施形態における「分析ステップ」の例示である。
【0146】
続くステップＳ８０６において、特徴推定部２１６ａは、分析設定が変更されたか否かを判定する。この判定がＹＥＳ、すなわち分析設定が変更された場合は、ステップＳ８０７に進み、この判定がＮＯ、すなわち、分析設定が変更されていない場合は、ステップＳ８０８に進む。
【0147】
ステップＳ８０７では、特徴推定部２１６ａは、分析設定部２２６ａまたは１次記憶部２１ｂから変更後の分析設定を取得する。そして、変更後の分析設定を取得すると、ステップＳ８０４に戻り、特徴推定部２１６ａは、変更後の分析設定に基づいて特徴Ｃｈを再推定する。
【0148】
ステップＳ８０８では、分析を終了するか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合は、分析を終了し、この判定がＮＯの場合は、ステップＳ８０６に進む。
【0149】
２．サンプルＳＰの画像生成
－照明設定部２２６ｂ－
図５に示す照明設定部２２６ｂは、照明条件の設定を受け付ける。照明条件とは、第１カメラ８１、同軸照明７９および側射照明８４に係る制御パラメータと、第２カメラ９３、第２同軸照明９４および第２側射照明９５に係る制御パラメータとを指し、照明条件には、各照明の光量、各照明の点灯状態等が含まれる。
－照明設定部２２６ｂ－
図５に示す照明設定部２２６ｂは、照明条件の設定を受け付ける。照明条件とは、第１カメラ８１、同軸照明７９および側射照明８４に係る制御パラメータと、第２カメラ９３、第２同軸照明９４および第２側射照明９５に係る制御パラメータとを指し、照明条件には、各照明の光量、各照明の点灯状態等が含まれる。
【0150】
－照明制御部２１２－
図５に示す照明制御部２１２は、照明設定部２２６ｂにより設定された照明条件を１次記憶部２１ｂまたは２次記憶部２１ｃから読み込むとともに、読み込んだ照明条件を反映するように、同軸照明７９、側射照明８４、第２同軸照明９４、および、第２側射照明９５の少なくとも１つを制御する。この制御によって、照明制御部２１２は、同軸照明７９および側射照明８４の少なくとも一方を点灯させたり、第２同軸照明９４および第２側射照明９５の少なくとも一方を点灯させたりすることができる。
図５に示す照明制御部２１２は、照明設定部２２６ｂにより設定された照明条件を１次記憶部２１ｂまたは２次記憶部２１ｃから読み込むとともに、読み込んだ照明条件を反映するように、同軸照明７９、側射照明８４、第２同軸照明９４、および、第２側射照明９５の少なくとも１つを制御する。この制御によって、照明制御部２１２は、同軸照明７９および側射照明８４の少なくとも一方を点灯させたり、第２同軸照明９４および第２側射照明９５の少なくとも一方を点灯させたりすることができる。
【0151】
－撮像処理部２１３－
図５に示す撮像処理部２１３は、第１カメラ８１、第２カメラ９３、俯瞰カメラ４８の少なくとも１つのカメラで生成された電気信号を受信し、サンプルＳＰの画像Ｐを生成する。撮像処理部２１３により生成された画像Ｐは、分析レコードＡＲを構成する一の分析データとして分析履歴保持部２３１に出力される。
図５に示す撮像処理部２１３は、第１カメラ８１、第２カメラ９３、俯瞰カメラ４８の少なくとも１つのカメラで生成された電気信号を受信し、サンプルＳＰの画像Ｐを生成する。撮像処理部２１３により生成された画像Ｐは、分析レコードＡＲを構成する一の分析データとして分析履歴保持部２３１に出力される。
【0152】
第１カメラ８１により生成された画像Ｐの一例を図９のＦＩＧ．９Ａに示す。第１カメラ８１は、サンプルＳＰの分析箇所を詳細に観察するために、後述の第２カメラ９３と比較してより高倍率でサンプルＳＰを観察できる。サンプルＳＰを高倍率で観察する場合、第１カメラ８１の倍率に注目すると撮像処理部２１３により生成される画像Ｐは高倍画像と称することができる。またこの場合、第１カメラ８１の視野範囲（撮像視野）は第２カメラ９３と比較して狭い。そのため、第１カメラ８１の視野範囲（撮像視野）に注目すると撮像処理部２１３により生成される画像は狭域画像と称することができる。ここで、高倍画像、狭域画像といった呼称は説明のためのものであり、本実施形態をこれに限定するものではない。
【0153】
なお、第１カメラ８１で撮影された画像は、その撮像タイミングに応じて、照射前画像Ｐｂ、照射後画像Ｐａと称することもある。照射前画像Ｐｂとは、サンプルＳＰに対してレーザ光が照射される前の画像Ｐを指し、照射後画像Ｐａとは、サンプルＳＰに対してレーザ光が照射された後の画像Ｐを指す。
【0154】
第２カメラ９３により生成された画像Ｐの一例を図９のＦＩＧ．９Ｂに示す。サンプルＳＰを撮像するための撮像部は、後述のモード切替部２１１により第１カメラ８１と第２カメラ９３とで切り替えられる。第２カメラ９３は、サンプルＳＰの全体を観察するために、第１カメラ８１と比較してより低倍率でサンプルＳＰを観察できる。サンプルＳＰを低倍率で観察する場合、第２カメラ９３の倍率に注目すると撮像処理部２１３により生成される画像Ｐは低倍画像と称することができる。またこの場合、第２カメラ９３の視野範囲（撮像視野）は第１カメラ８１と比較して広い。そのため、第２カメラ９３の視野範囲（撮像視野）に注目すると撮像処理部２１３により生成される画像は広域画像と称することができる。
【0155】
なお、広域画像は第１カメラ８１により生成された電気信号に基づいて生成することもできる。一例として、第１カメラ８１により生成された電気信号に基づいて、撮像処理部２１３は高倍画像を生成する。そして、第１カメラ８１とサンプルＳＰの相対的な位置を変化させながら、撮像処理部２１３は複数の高倍画像を生成する。そして撮像処理部２１３は、一の高倍画像を生成した際の第１カメラ８１とサンプルＳＰの相対的な位置関係に基づいて複数の高倍画像を張り合わせる。これにより撮像処理部２１３は、個々の高倍画像よりも視野範囲の広い広域画像を生成することもできる。
【0156】
俯瞰カメラ４８により生成された画像の一例を図９のＦＩＧ．９Ｃに示す。本実施形態における俯瞰画像Ｐｆは、サンプルＳＰを側方から見た画像Ｐに相当する。なお、俯瞰カメラ４８は、本実施形態における「第２撮像部」の例示である。また、俯瞰画像Ｐｆは、第１カメラ８１により生成された電気信号に基づいて生成された高倍画像よりも視野範囲（撮像視野）の広い画像であるため、上記の広域画像の一種に分類することができる。
【0157】
すなわち、本明細書において広域画像と称する場合は、高倍画像を複数張り合わせて生成された画像Ｐ、第２カメラ９３により生成された受光信号に基づいて生成された画像Ｐ、俯瞰カメラ４８により生成された俯瞰画像Ｐｆの少なくとも１つを指す。
【0158】
また、撮像処理部２１３は、載置台５と、第１カメラ８１または第２カメラ９３の相対距離を変化させることで得られた複数の画像Ｐに基づいて、サンプルＳＰの分析箇所までの距離を算出することができる。ここで測定される距離は、レーザ光の照射位置までの距離であり、後述の分析深さに対応する。ＬＩＢＳ法を用いた分析を行う場合、レーザ光の照射によりサンプルＳＰの分析箇所は掘り進められる。そのため、レーザ光の照射毎に、分析箇所の深さを算出することができるため、ユーザは、サンプルＳＰのどの深さを分析しているのかを把握できる。
【0159】
－モード切替部２１１－
図５に示すモード切替部２１１は、水平方向（本実施形態では前後方向）に沿って分析光学系７および観察光学系９を進退させることで、第１モードから第２モードへと切り替えたり、第２モードから第１モードに切り替えたりする。例えば、本実施形態に係るモード切替部２１１は、載置台５に対して観察筐体９０および分析筐体７０を相対的に移動させることで、第２カメラ９３および第１カメラ８１のうちの一方に切り替えることができる。
図５に示すモード切替部２１１は、水平方向（本実施形態では前後方向）に沿って分析光学系７および観察光学系９を進退させることで、第１モードから第２モードへと切り替えたり、第２モードから第１モードに切り替えたりする。例えば、本実施形態に係るモード切替部２１１は、載置台５に対して観察筐体９０および分析筐体７０を相対的に移動させることで、第２カメラ９３および第１カメラ８１のうちの一方に切り替えることができる。
【0160】
モード切替部２１１は、サンプルＳＰを撮像するための撮像部として、第１カメラ８１および第２カメラ９３のうちの一方に切り替えることができる。例えば本実施形態では、モード切替部２１１は、第１モードでは撮像部として第１カメラ８１に設定し、第２モードでは撮像部として第２カメラ９３に設定する。
【0161】
具体的に、本実施形態に係るモード切替部２１１は、予め２次記憶部２１ｃに記憶されている観察光軸Ａｏと分析光軸Ａａとの間の距離を事前に読み込む。次いで、モード切替部２１１は、スライド機構６５のアクチュエータ６５ｂを作動させることで、分析光学系７および観察光学系９を進退させる。
【0162】
＜サンプルＳＰの画像生成と成分分析を行うフロー＞
サンプルＳＰを撮像し、画像Ｐを生成する処理と、サンプルＳＰの成分分析とを行う場合の処理を図１０のフローチャートに従って説明する。
サンプルＳＰを撮像し、画像Ｐを生成する処理と、サンプルＳＰの成分分析とを行う場合の処理を図１０のフローチャートに従って説明する。
【0163】
まず、ステップＳ１２０１において、入力受付部２２１ｂは、分析を実行する操作が行われたか否かを判定し、この判定がＹＥＳの場合は制御プロセスをステップＳ１２０２へ進める一方、ＮＯの場合はステップＳ１２０１の判定を繰り返す。
【0164】
続いて、ステップＳ１２０２において、撮像処理部２１３は、広域画像を生成する。広域画像は第１カメラ８１により生成された受光信号に基づく高倍画像を複数張り合わせることで生成してもよいし、第２カメラ９３により生成された受光信号に基づいて生成してもよい。
【0165】
続いて、ステップＳ１２０３において、撮像処理部２１３は、サンプルＳＰの照射前画像Ｐｂを生成する。照射前画像Ｐｂは、第１カメラ８１または第２カメラ９３により生成された電気信号に基づいて生成される。
【0166】
続いて、ステップＳ１２０４において、サンプルＳＰの成分分析を行う。サンプルＳＰの成分分析手順は図８と同様である。
【0167】
続いて、ステップＳ１２０５において、撮像処理部２１３は、サンプルＳＰの照射後画像Ｐａを生成する。照射後画像は、第１カメラ８１により生成された電気信号に基づいて生成される。
続いて、ステップＳ１２０６において、入力受付部２２１ｂは、俯瞰画像Ｐｆを撮影する操作が行われたか否かを判定し、この判定がＹＥＳの場合は制御プロセスをステップＳ１２０７へ進める一方、ＮＯの場合はステップＳ１２１２に進む。
続いて、ステップＳ１２０６において、入力受付部２２１ｂは、俯瞰画像Ｐｆを撮影する操作が行われたか否かを判定し、この判定がＹＥＳの場合は制御プロセスをステップＳ１２０７へ進める一方、ＮＯの場合はステップＳ１２１２に進む。
【0168】
ステップＳ１２０７において、撮像処理部２１３は、俯瞰画像Ｐｆを生成する。俯瞰画像Ｐｆは、俯瞰カメラ４８により生成された電気信号に基づいて生成される。
【0169】
続いて、ステップＳ１２０８において、入力受付部２２１ｂは、画像Ｐを更新する操作が行われたか否かを判定し、この判定がＹＥＳの場合は制御プロセスをステップＳ１２０９へ進める一方、ＮＯの場合はステップＳ１２１２に進む。
【0170】
ステップＳ１２０８において、画像Ｐを更新する操作が行われた場合、ステップＳ１２０９において表示制御部２２１ａは、図１１に示すような出力画像選択画面を表示部２２に表示させる。そして、入力受付部２２１ｂは、出力画像選択画面に表示された画像Ｐから一の画像の選択を受け付ける。
【0171】
続くステップＳ１２１０において、入力受付部２２１ｂは、画像Ｐの更新を実行する操作が行われたか否かを検知し、この判定がＹＥＳの場合は制御プロセスをステップＳ１２１１へ進める一方、ＮＯの場合は、ステップＳ１２１２に進む。
【0172】
ステップＳ１２１１において、撮像処理部２１３は、出力画像選択画面で選択された画像の更新を行う。
【0173】
続いて、ステップＳ１２１２において、分析を終了するか否かを判定し、この判定がＹＥＳの場合は分析を終了する一方、ＮＯの場合はステップＳ１２０８に戻る。
【0174】
３．サンプルＳＰの深さ方向の分析
上記の説明において、サンプルＳＰに対して電磁波であるレーザ光を出射し、電磁波が照射されたサンプルＳＰの位置における物質を推定する方法を説明した。本実施の形態においては、サンプルＳＰの略同一箇所に対して電磁波であるレーザ光を複数回出射し、サンプルＳＰを深さ方向に分析することもできる。サンプルＳＰの略同一箇所を掘り進めることでサンプルＳＰを深さ方向に分析するため、サンプルＳＰの深さ方向の分析をドリリングと称する。
上記の説明において、サンプルＳＰに対して電磁波であるレーザ光を出射し、電磁波が照射されたサンプルＳＰの位置における物質を推定する方法を説明した。本実施の形態においては、サンプルＳＰの略同一箇所に対して電磁波であるレーザ光を複数回出射し、サンプルＳＰを深さ方向に分析することもできる。サンプルＳＰの略同一箇所を掘り進めることでサンプルＳＰを深さ方向に分析するため、サンプルＳＰの深さ方向の分析をドリリングと称する。
【0175】
図１２は、サンプルＳＰを深さ方向に分析する際にユーザが各種設定を行うためのドリリング設定画面２０００を示す。ドリリング設定画面２０００には、レーザ照射ボタン２００１と、連射モードを有効にするか否かを選択するチェックボックスＣＢ３１と、連射回数入力欄２００２と、物質の変化開始を検知する閾値を設定する変化開始閾値設定欄２００３と、物質の変化完了を検知する閾値を設定する変化完了閾値設定欄２００４と、物質の変化が完了したら分析を停止するか否かを選択するチェックボックスＣＢ３２と、分析停止条件を設定するためのラジオボタンＲＢ３３およびＲＢ３４と、分析前の画像を保存するか否かを選択するチェックボックスＣＢ３５と、電磁波であるレーザ光の照射毎に画像を保存するか否かを選択するチェックボックスＣＢ３６と、が含まれる。ドリリング設定画面２０００において設定されたパラメータは、上述の分析設定部２２６ａで設定される。すなわち、分析設定部２２６ａは、レーザ光の出射回数、変化開始閾値、変化完了閾値等のドリリングに係る各種のパラメータの設定を受け付ける。
【0176】
レーザ照射ボタン２００１は、サンプルＳＰの成分分析を行うために、レーザ照射を実行するためのボタンである。レーザ照射を実行するためのトリガ信号は、出射制御部２１４に入力される。
【0177】
チェックボックスＣＢ３１は、連射モードを有効にするか否かを選択するためのチェックボックスである。また、連射回数入力欄２００２は、電磁波であるレーザ光の出射回数を入力するための入力欄である。連射モードが有効の場合、連射回数入力欄２００２に入力された出射回数を満たすまで、出射制御部２１４は、電磁波であるレーザ光を出射するよう出射部７１を制御する。すなわち、レーザ光の出射を停止させるための条件であるレーザ停止条件として、連射回数入力欄２００２に入力された出射回数を設定し、レーザ停止条件を満たすまで、出射制御部２１４は、レーザ光を出射するようにレーザ光の出射許可信号を生成する。
【0178】
変化開始閾値設定欄２００３は、物質の変化開始を検知するための閾値を設定する設定欄である。また、変化完了閾値設定欄２００４は、物質の変化完了を検知するための閾値を設定する設定欄である。詳細は後述するが、成分分析部２１６は、レーザ光が出射されることにより推定された物質に、変化があったか否かを検知することができる。この変化を検知するための条件を設定する設定欄が変化開始閾値設定欄２００３および変化完了閾値設定欄２００４である。
【0179】
図１２に示す例では、物質の構成元素であるいずれかの元素の含有率に変化開始閾値設定欄２００３で設定された１０以上の変化があった場合に、成分分析部２１６は、一の物質から他の物質へと変化が開始したことを検知する。そして、成分分析部２１６は、物質として一の物質から他の物質へと変化中であることを示す「中間物質」と推定する。また、成分分析部２１６は、レーザ光が出射されることで推定された物質が、変化完了閾値設定欄２００４で設定された回数である２回以上同一であった場合に、一の物質から他の物質への変化が完了したと判断し、物質として変化後の物質を特定する。ここで、中間物質の推定は、物質ライブラリＬｉＳ中の物質に対する不一致度、複合物質ライブラリＬｉＭ中の多層構造をもつ複合物質との一致度を加味して自動的に行うこともできる。すなわち、成分分析部２１６は、分析対象物を構成する構成元素および該構成元素の含有率と、物質ライブラリＬｉＳとを照合する。そして、物質ライブラリに含まれる各々の物質について、一の物質の構成元素および該構成元素の含有率と、分析対象物を構成する構成元素および該構成元素の含有率と、の一致度が予め定められた閾値以下の場合（閾値以上の一致度となる物質が存在しない場合）に、成分分析部２１６は、一の物質から他の物質へ変化中の中間物質と推定できる。なお、分析対象物を構成する構成元素および該構成元素の含有率と、物質ライブラリに含まれる物質との一致度が予め定められた閾値を上回るものが存在する場合は、一致度の大きさに応じて物質を推定できる。
【0180】
チェックボックスＣＢ３２は、物質の変化が完了したら分析を停止するか否かを選択するためのチェックボックスである。連射モードが有効の場合、レーザ光を複数回サンプルＳＰに照射することで得られる成分分析結果が変化する場合がある。このような場合、一の物質から他の物質への変化が開始した場合や、一の物質から他の物質への変化が完了した場合に分析を停止することができる。すなわち、成分分析部２１６は、物質の変化開始または物質の変化完了といった所定の分析停止条件を満たしたことを検知すると、出射制御部２１４に対してレーザ光の出射を停止させる停止信号を出力する。ここでは、レーザ光の出射回数が、ドリリング設定画面で設定された出射回数未満であったとしても、一の物質から他の物質への変化が開始した場合や、一の物質から他の物質への変化が完了した場合等、所定の分析停止条件を満たした場合に、停止信号を生成する。
【0181】
ラジオボタンＲＢ３３およびラジオボタンＲＢ３４は、どのような条件で分析を停止するかを選択するためのラジオボタンである。ラジオボタンＲＢ３３またはラジオボタンＲＢ３４の切り替えに応じて、分析停止条件を変更できる。ラジオボタンＲＢ３３は、元素の含有率に一定以上の変化が生じた場合に分析を停止させることを設定するラジオボタンである。すなわち、分析停止条件として、含有率の変化を設定することができる。この場合、変化開始閾値設定欄２００３で設定された閾値以上の変化が物質を構成する少なくとも１つの元素の含有率に生じた場合、成分分析部２１６は、含有率に一定以上の変化が生じていると判定し、出射制御部２１４に対して電磁波であるレーザ光の出射を停止させる停止信号を生成する。また、ラジオボタンＲＢ３４は、別の物質への変化を検知した場合に分析を停止させることを設定するラジオボタンである。すなわち、分析停止条件として、物質の変化を設定することができる。この場合、変化完了閾値設定欄２００４で設定された回数連続して同一の物質が推定された場合、成分分析部２１６は、別の物質への変化が完了していると判定し、出射制御部２１４に対して電磁波であるレーザ光の出射を停止させる停止信号を生成する。
【0182】
また、チェックボックスＣＢ３２が選択されることにより分析停止条件が設定された場合、出射制御部２１４は、連射回数入力欄２００３に入力された出射回数と、分析停止条件とに基づいて、レーザ停止条件を満たしているかを判定できる。すなわち、出射制御部２１４は、ドリリング設定画面で設定された設定に基づく分析開始後の電磁波出射回数が連射回数入力欄２００３に入力された回数未満であり、かつ、分析停止条件を満たさない場合に、出射部７１に対してレーザ光を出射するようにレーザ光の出射信号を生成する。また、分析停止条件を満たす場合、すなわち、別の物質への変化が完了していると推定された場合、当該推定時点において、ドリリング設定画面で設定された設定に基づく分析開始後のレーザ光の出射回数が、連射回数入力欄２００２に入力された出射回数未満であったとしても、出射制御部２１４は、出射部７１に対してレーザ光の出射を停止させる停止信号を生成する。これにより、ドリリング設定画面で設定された設定に基づく分析開始後のレーザ光の出射回数が連射回数入力欄２００２に入力された出射回数未満であり、かつ、成分分析部２１６により、一の物質から他の物質への変化が完了したと推定されるまでの間は、出射部７１から電磁波であるレーザ光の出射を許可することができる。換言すれば、分析開始後のレーザ光の出射回数が連射回数入力欄２００２に入力された回数以上となるか、一の物質から他の物質への変化が完了したと推定された場合には、出射制御部２１４は、出射部７１に対してレーザ停止条件を満たしていると判定し、出射部７１から電磁波であるレーザ光の出射を停止させるための停止信号を生成する。
【0183】
これにより、レーザ光の出射回数が、ドリリング設定画面で設定された出射回数未満である場合、すなわちレーザ光の出射が可能な状態でも、分析停止条件を満たしている場合には、停止信号を生成することができる。ＬＩＢＳ法を用いた分析手法は、破壊分析であるが、意図せぬレーザ光の出射により、サンプルＳＰ以外を破壊することなく、必要最低限の回数で分析を完了させることができる。
【0184】
チェックボックスＣＢ３５は、分析前の画像Ｐを取得するか否かを選択するためのチェックボックスである。チェックボックスＣＢ３５が選択された場合、入力受付部２２１ｂが、ユーザによる分析開始の指示を受け付けたことを検知すると、出射制御部２１４に対してレーザ光の出射信号を生成する前に、撮像処理部２１３を駆動することで、サンプルＳＰの分析前の画像Ｐ（照射前画像Ｐｂ）を生成する。ここで生成されるサンプルＳＰの画像は、撮像部としての第１カメラ８１により撮影された画像でもよいし、第２撮像部としての第２カメラ９３により撮影された画像でもよい。第１カメラ８１でサンプルＳＰを撮影する場合は、サンプルＳＰをより高倍率で観察することができる。さらに、第１カメラ８１は、サンプルの成分分析に係る分析光学系と同一筐体に配置されているため、画像生成と分析とをシームレスに実行することができる。第２カメラ９３によりサンプルＳＰを撮影する場合は、サンプルＳＰの広範囲を撮影することができるため、サンプルＳＰの広域画像を残すことができる。
【0185】
ＬＩＢＳを用いた分析手法は、サンプルＳＰに電磁波であるレーザ光を照射し、照射により発生したプラズマ光を検出するものであり、破壊分析に分類される。破壊分析では、サンプルＳＰの分析を行うとクレーターのような傷や穴が生じることがある。そのため、サンプルＳＰの分析前の画像Ｐである照射前画像Ｐｂを自動的に撮影することで、分析前の状態を記録することができる。
【0186】
チェックボックスＣＢ３６は、レーザ光の照射毎に画像を取得するか否かを選択するためのチェックボックスである。チェックボックスＣＢ３６が選択された場合、入力受付部２２１ｂが、出射制御部２１４に対して電磁波であるレーザ光の出射信号を生成する。そして、出射部７１がサンプルＳＰにレーザ光を照射する毎に、撮像処理部２１３が駆動されることで、サンプルＳＰの画像Ｐが複数生成される。上記の通り、ＬＩＢＳを用いた分析は破壊分析であるため、サンプルＳＰにレーザ光を照射する毎に画像Ｐを取得することで、レーザ光の出射に応じたサンプルＳＰの変化が観察できるように構成されていてもよい。このようにすることによって、各分析深さでの分析箇所の色情報を得ることができ、成分分析結果の確認や考察に有利である。また、深い部分では照明光が届きにくくなるため、ＨＤＲのような画像処理や、分析箇所の輝度にもとづいて都度照明の最適化を実行することもできる。また、照射ごとに画像のボケ情報から分析箇所の底部のフォーカス位置を求め、実際に分析を行った分析深さを測定することもできる。
【0187】
＜物質の変化検知＞
上記のように、成分分析部２１６は、電磁波であるレーザ光が出射されることで推定された物質に変化があったか否かを検知することができる。この変化の検知方法について、図１３を用いて説明する。
上記のように、成分分析部２１６は、電磁波であるレーザ光が出射されることで推定された物質に変化があったか否かを検知することができる。この変化の検知方法について、図１３を用いて説明する。
【0188】
図１３は、サンプルＳＰの略同一箇所に対して電磁波であるレーザ光を複数回照射することで得られた、サンプルＳＰの深さ方向の異なる複数の位置における成分分析結果を一覧表示した図である。
【0189】
一番左の列は、レーザ光の照射回数を表す。サンプルＳＰに対してレーザ光を照射すると、サンプルＳＰにクレーター上の穴が生じる。サンプルＳＰの略同一箇所に対して複数回レーザ光を照射すると、サンプルＳＰは深さ方向に掘り進められる。そのため、出射部７１は、サンプルＳＰに対してレーザ光が照射される深さである分析深さが異なる複数の位置へレーザ光を照射する。図１３に示す表では、表の上下方向と、サンプルの深さ方向とが一致する。すなわち、１回目の成分分析結果は、サンプルＳＰの表面の成分分析結果に対応する。そして、照射回数が増えるにつれて、サンプルＳＰの表面から分析深さがより深い箇所の成分分析を行うことになる。そのため、表の下方の成分分析結果は、サンプルＳＰの表面から分析深さがより深い箇所の成分分析結果に対応する。ここでは、説明のため、電磁波であるレーザ光が１回目に照射されたサンプルＳＰの深さを第１の分析深さと称し、レーザ光が２回目に照射されたサンプルＳＰの深さを第２の分析深さと称する。以下同様に、レーザ光がＮ回目に照射されたサンプルＳＰの深さを第Ｎの分析深さと称する。なお、この呼称は説明のためのものであり、レーザ光が３回目に照射されたサンプルＳＰの深さが第１の分析深さと称され、レーザ光が１０回目に照射されたサンプルＳＰの深さが第２の分析深さと称されてもよい。すなわち、第１、第２、・・・、第Ｎの分析深さという呼称は、分析深さの相対的な関係を表すものであり、この順に、分析深さが深くなっていればよい。
【0190】
第１の分析深さにおける成分分析結果は、特徴推定部２１６ａにより、Ｃｒ：１００％と推定されている。そのため、物質推定部２１６ｂは、第１の分析深さにおける物質としてＣｒと推定する。第２の分析深さにおける物質は、第１の分析深さにおける物質と同様である。
【0191】
第３の分析深さにおける成分分析結果は、特徴推定部２１６ａにより、Ｃｒ：９７％、Ｎｉ：３％と推定されている。直前の成分分析結果である第２の深さにおける成分分析結果からＣｒの含有率は３％減少し、Ｎｉの含有率は３％増加している。すなわち、第２の分析深さにおける成分分析結果と、第３の分析深さにおける成分分析結果との少なくとも一方に含まれるいずれの構成元素の含有率も、変化開始閾値設定欄２００３で設定された閾値である１０以上変化していない。そのため、物質推定部２１６ｂは、第３の分析深さにおける物質として、直前の物質と同じＣｒと推定する。
【0192】
第４の分析深さにおける成分分析結果は、特徴推定部２１６ａにより、Ｃｒ：７０％、Ｎｉ：３０％と推定されている。直前の成分分析結果である第３の深さにおける成分分析結果からＣｒの含有率は２７％減少し、Ｎｉの含有率は２７％増加している。すなわち、第４の分析深さにおける成分分析結果と、第３の分析深さにおける成分分析結果との少なくとも一方に含まれる構成元素の含有率には、変化開始閾値設定欄２００３で設定された閾値である１０以上の変化が生じている。そのため、物質推定部２１６ｂは、第４の分析深さにおける物質として、一の物質から他の物質への変化中である中間物質と推定する。なお、ここでは、中間物質として推定する場合を説明したが、第４の分析深さにおける物質として、第３の分析深さにおける物質であるＣｒと推定してもよい。すなわち、直前の分析深さにおける物質を、第４の分析深さにおける物質として推定できる。また、ラジオボタンＲＢ３３が選択され、含有率に一定以上の変化が生じた場合に分析を停止する場合、第４の分析深さにおける成分分析を以って成分分析を停止する。
【0193】
第５の分析深さにおける成分分析結果は、特徴推定部２１６ａにより、Ｃｒ：２０％、Ｎｉ：８０％と推定されている。そのため、物質推定部２１６ｂは、第５の分析深さにおける物質としてニクロム線と推定することができる。また、物質推定部２１６ｂは、第６の分析深さにおける成分分析結果に基づいて、第５の分析深さの物質を推定することもできる。
【0194】
第６の分析深さにおける成分分析結果は、特徴推定部２１６ａにより、Ｃｒ：５％、Ｎｉ：９５％と推定されている。変化完了閾値設定欄２００４において、一の物質から他の物質への変化が完了したと検知する閾値として２が設定されている場合、物質推定部２１６ｂにより２回以上同一の物質が推定された場合に変化が完了したと検知する。第６の分析深さにおける物質は、成分分析結果に基づいてＮｉと推定されるが、第５の分析深さにおける物質と、第６の分析深さにおける物質とが異なる。そのため、変化完了閾値設定欄２００５において設定された閾値である２回以上同一の物質が推定されていない。この場合、第５の分析深さおよび第６の分析深さにおける物質として、物質推定部２１６ｂは、一の物質であるＣｒから他の物質への変化中である中間物質と推定することができる。すなわち、物質推定部２１６ｂは、第５の分析深さにおける物質を推定するために、第５の分析深さよりも深い位置における成分分析結果を考慮することができる。
【0195】
第７の分析深さにおける成分分析結果は、特徴推定部２１６ａにより、Ｎｉ：１００％と推定されている。そのため、物質推定部２１６ｂは、第７の分析深さにおける物質として、Ｎｉと推定する。この場合、第６の分析深さにおける物質と、第７の分析深さにおける物質とが同一であり、変化完了閾値設定欄２００４において設定された閾値である２回以上同一の物質が推定されている。そのため、物質推定部２１６ｂは、第７の分析深さにおける物質としてＮｉと推定する。なお、第６の分析深さにおける物質と、第７の分析深さにおける物質とが同一であるため、物質推定部２１６ｂは、第６の分析深さにおける物質をＮｉであると再推定してもよい。
【0196】
詳細は省略するが、第８の分析深さ以降の成分分析結果および物質は図１３に示す通りとなる。さらに、上記した通り成分分析毎に分析深さを求めることもできる。この場合、図１３に示す成分分析結果の一覧表示の中に撮像処理部２１３により算出された分析深さを表示することもできる。
【0197】
以上説明したように、成分分析部２１６は、第１の分析深さにおける物質の構成元素の含有率と、該第１の分析深さよりも深い第２の分析深さにおける物質の構成元素の含有率とが、変化開始閾値設定欄２００３で設定された所定の閾値以上相違した場合に、第１の分析深さにおける一の物質から他の物質への変化が開始したと推定し、第２の分析深さにおける物質として「変化途中の物質」であることを示す中間物質と推定することができる。なお、この場合、第２の分析深さにおける物質として、「中間物質」に代えて、第１の分析深さにおける物質と同じ物質を推定することもできる。
【0198】
また、成分分析部２１６は、第２の分析深さよりも深い第３の分析深さにおける物質を、該第３の分析深さよりも深い第４の分析深さにおける物質および、変化完了閾値設定欄２００４で設定された所定の閾値に基づいて推定することができる。すなわち、変化完了閾値設定欄２００４で閾値として２以上の値が設定されていた場合、第３の分析深さにおける物質と、第４の分析深さにおける物質とが相違する場合には、成分分析部２１６は、第３の分析深さにおける物質として中間物質と推定する。
【0199】
これにより、一の物質から他の物質への変化中に、成分分析結果が該一の物質および該他の物質とは異なる第３の物質の成分分析結果と一致した場合であっても、実際に第３の物質が存在するのか、一時的に第３の物質として検出されたのかを判定し、より適切に物質を推定することができる。
【0200】
さらに、成分分析部２１６は、第４の分析深さにおける物質を、第４の分析深さよりも浅い第３の分析深さにおける物質および、変化完了閾値設定欄２００４で設定された所定の閾値に基づいて推定することができる。すなわち、変化完了閾値設定欄２００４で閾値として２が設定されていた場合、第３の深さにおける物質と第４の分析深さにおける物質とが一致する場合に、成分分析部２１６は、一の物質から、他の物質への変化が完了したと推定する。そして、第４の分析深さにおける物質として、該第４の分析深さにおいて得られた成分分析結果に対応する物質を推定する。変化完了閾値設定欄２００４で閾値として２より大きい値が設定されていた場合は、閾値回数以上連続して同一の物質が推定された場合に、一の物質から、他の物質への変化が完了したと推定する。
【0201】
これにより、所定の分析深さにおける物質を、前後の分析深さにおいて推定された物質に基づいて推定することで、一の物質から他の物質への変化中に、成分分析結果が該一の物質および該他の物質とは異なる第３の物質の成分分析結果と一致した場合であっても、実際に第３の物質が存在するのか、一時的に第３の物質として検出されたのかを判定し、より適切に一の物質から他の物質への変化が完了したことを推定することができる。
【0202】
－複合物質推定部２１７－
図５に示す複合物質推定部２１７は、成分分析部２１６により推定された物質と、ライブラリ保持部２３２に保持された複合物質ライブラリＬｉＭとに基づいて、サンプルＳＰの複合物質を推定する。サンプルＳＰが基板上に所定の金属を被膜したような複合物質であった場合、物質を推定するだけではサンプルＳＰの性質を正確に把握できない場合がある。そのため、物質推定部２１６ｂは、サンプルＳＰの物質を複数回推定する。そして、複合物質推定部２１７は、複数回推定された物質に基づいて、サンプルＳＰの複合物質名を推定する。これにより、サンプルＳＰの複合物質の名称をユーザが把握でき、サンプルＳＰをより適切に評価することができる。図１４を用いて複合物質ライブラリＬｉＭについて説明する。
図５に示す複合物質推定部２１７は、成分分析部２１６により推定された物質と、ライブラリ保持部２３２に保持された複合物質ライブラリＬｉＭとに基づいて、サンプルＳＰの複合物質を推定する。サンプルＳＰが基板上に所定の金属を被膜したような複合物質であった場合、物質を推定するだけではサンプルＳＰの性質を正確に把握できない場合がある。そのため、物質推定部２１６ｂは、サンプルＳＰの物質を複数回推定する。そして、複合物質推定部２１７は、複数回推定された物質に基づいて、サンプルＳＰの複合物質名を推定する。これにより、サンプルＳＰの複合物質の名称をユーザが把握でき、サンプルＳＰをより適切に評価することができる。図１４を用いて複合物質ライブラリＬｉＭについて説明する。
【0203】
複合物質ライブラリＬｉＭは、複合物質の名称と、当該複合物質を構成する複数の物質の構成情報とを対応付けて記憶したライブラリである。ここで、構成情報の一例としては、一の複合物質を構成する複数の物質の深さ方向における順序が挙げられる。さらに、複数の物質の各々について、複合物質中における深さ情報が含まれていてもよい。また、物質に代えてまたは物質に加えて、物質を特定する情報である上位分類や中位分類により構成情報が構築されてもよい。すなわち、図１４に示す例では、鋼板と真鍮に分類される複合物質の材料について、複合物質の名称と、該複合物質を構成する複数の物質が対応付けられている。この複合物質ライブラリＬｉＭは、図５に示すライブラリ読出部２２５により読み出される。
【0204】
例えば、複合物質ライブラリＬｉＭには、鋼板に分類される亜鉛メッキ鋼板が含まれている。亜鉛メッキ鋼板の構成情報には、Ｚｎメッキと鉄鋼とが含まれ、この構成情報と、複合物質の名称である亜鉛メッキ鋼板とが対応付けられている。一の複合物質の構成情報には、該一の複合物質の表面から下層に一の複合物質を構成する複数の物質が含まれてもよい。すなわち、亜鉛メッキ鋼板の場合、鉄鋼上にＺｎメッキが施されているものであるため、サンプルの表面からは亜鉛が検出され、分析深さが深くなるにつれて鉄鋼が検出される。このような場合には、Ｚｎメッキと、鉄鋼とがこの順に対応付けられていてもよい。図１４においては、一の複合物質を構成する物質または物質を特定する情報として、Ｚｎメッキと鉄鋼とをこの順に対応付けるために、構成物質１にＺｎメッキが、構成物質２に鉄鋼が対応付けられている。
【0205】
また、複合物質ライブラリＬｉＭには、鋼板に分類されるニッケルメッキ鋼板が含まれている。ニッケルメッキ鋼板の構成情報には、Ｎｉメッキと鉄鋼とが含まれ、この構成情報と、複合物質の名称であるニッケルメッキ鋼板とが対応付けられている。上記の亜鉛メッキ鋼板と同様、複合物質の表面から下層に存在する順に複数の物質を対応付けるため、構成物質１にＮｉメッキが、構成物質２に鉄鋼が対応付けられている。
【0206】
さらに、複合物質ライブラリＬｉＭには、真鍮に分類されるニッケルクロムメッキ真鍮が含まれている。ニッケルクロムメッキ真鍮の構成情報には、Ｃｒメッキ、Ｎｉメッキ、真鍮が含まれ、この構成情報と、複合物質の名称であるニッケルクロムメッキ真鍮とが対応付けられている。上記の亜鉛メッキ鋼板と同様、複合物質の表面から下層に存在する順に複数の物質を対応付けるため、構成物質１にＣｒメッキが、構成物質２にＮｉメッキが、構成物質３に真鍮が対応付けられている。
【0207】
このように複合物質ライブラリＬｉＭは、複合物質の表面から下層に向かう深さ方向に物質が異なる一の複合物質の名称と、該一の複合物質を構成する複数の物質の構成情報とを対応付けたデータを保持する。そして、複合物質推定部２１７は、出射部７１により分析深さが異なる複数の位置にレーザ光が照射され、物質推定部２１６ｂにより推定されたそれぞれの分析深さにおける物質と、複合物質ライブラリＬｉＭとに基づいて、サンプルＳＰの複合物質名を推定することができる。すなわち、複合物質推定部２１７は、レーザ光が照射された特定の分析深さにおける物質だけでなく、分析深さが異なる複数の位置における物質を特定する情報に基づいてサンプルＳＰの複合物質の名称を推定できる。図１３の場合、Ｃｒ、Ｎｉ、真鍮がサンプルＳＰの表面から下層に向かって存在している。そのため、複合物質推定部２１７は、複合物質ライブラリＬｉＭに基づいて、サンプルＳＰの複合材料がニッケルクロムメッキ真鍮であると推定する。ニッケルクロムメッキ真鍮の場合、ＣｒとＮｉはそれぞれメッキされたものであるため、後述の図１６Ｃに示す結果表示領域３０２０では、Ｃｒメッキと、Ｎｉメッキとして推定されている。
【0208】
また、複合物質ライブラリＬｉＭは、複合物質の名称と、該複合物質を構成する複数の物質の構成情報と、当該物質の複合物質中における深さ情報とが対応付けられていてもよい。この場合、複合物質推定部２１７は、分析深さの異なる複数の位置の各々において推定された物質と、撮像処理部２１３により算出されたレーザ光の照射位置である分析深さと、ライブラリ保持部に保持されている複合物質ライブラリとに基づいて複合物質の名称の特定を行うことで、より正確に複合物質を特定することができる。
【0209】
複数の分析深さにおける物質を特定する情報に基づいて、サンプルＳＰの複合物質名を推定することにより、分析に精通していないユーザであっても、サンプルＳＰの性質を容易に把握することができ、ユーザビリティの向上につながる。
【0210】
－複合物質登録部２１８－
複合物質登録部２１８は、物質推定部２１６ｂにより推定されたそれぞれの分析深さにおける物質または物質を特定する情報に基づいて、サンプルＳＰの複合物質の名称が推定できない場合、すなわち、サンプルＳＰの深さ方向における物質の分布または、サンプルＳＰの深さ方向における物質を特定する情報の分布に対応する複合物質の名称が複合物質ライブラリＬｉＭに登録されていない場合、複合物質ライブラリＬｉＭに、新たな複合物質を登録できる。例えば、複合物質推定部２１７によりサンプルＳＰの複合物質名が推定できなかった場合、表示制御部２２１ａは、表示部２２に複合物質を特定できなかったことを通知するエラー画面を表示できる。このエラー画面上で、入力受付部２２１ｂは、新規の複合物質として登録するか否かの選択を受け付ける。入力受付部２２１ｂが新規の複合物質としての登録を受け付けた場合、複合物質登録部２１８は、ユーザにより入力された複合物質の名称と、物質推定部２１６ｂにより推定されたそれぞれの分析深さにおける物質に基づく構成情報とを対応付けて、物質ライブラリＬｉＭに登録する。複合物質登録部２１８は、新たな複合物質を複合物質ライブラリＬｉＭに登録することで、一度でも分析された複合物質についてはその複合物質を特定できる。これにより、ユーザ環境に応じて適切な複合物質ライブラリＬｉＭを構築することができる。
複合物質登録部２１８は、物質推定部２１６ｂにより推定されたそれぞれの分析深さにおける物質または物質を特定する情報に基づいて、サンプルＳＰの複合物質の名称が推定できない場合、すなわち、サンプルＳＰの深さ方向における物質の分布または、サンプルＳＰの深さ方向における物質を特定する情報の分布に対応する複合物質の名称が複合物質ライブラリＬｉＭに登録されていない場合、複合物質ライブラリＬｉＭに、新たな複合物質を登録できる。例えば、複合物質推定部２１７によりサンプルＳＰの複合物質名が推定できなかった場合、表示制御部２２１ａは、表示部２２に複合物質を特定できなかったことを通知するエラー画面を表示できる。このエラー画面上で、入力受付部２２１ｂは、新規の複合物質として登録するか否かの選択を受け付ける。入力受付部２２１ｂが新規の複合物質としての登録を受け付けた場合、複合物質登録部２１８は、ユーザにより入力された複合物質の名称と、物質推定部２１６ｂにより推定されたそれぞれの分析深さにおける物質に基づく構成情報とを対応付けて、物質ライブラリＬｉＭに登録する。複合物質登録部２１８は、新たな複合物質を複合物質ライブラリＬｉＭに登録することで、一度でも分析された複合物質についてはその複合物質を特定できる。これにより、ユーザ環境に応じて適切な複合物質ライブラリＬｉＭを構築することができる。
【0211】
＜ドリリングのフローチャート＞
サンプルＳＰの深さ方向の分析であるドリリングを行う方法を図１５のフローチャートに従って説明する。
サンプルＳＰの深さ方向の分析であるドリリングを行う方法を図１５のフローチャートに従って説明する。
【0212】
まず、ステップＳ２５０１において、分析設定部２２６ａは、ドリリング設定を受け付ける。ドリリング設定は、例えば、表示制御部２２１ａが表示部２２上に図１２に示すようなドリリング設定画面２０００を表示させ、該ドリリング設定画面２０００上で、入力受付部２２１ｂがユーザによる入力を受け付けることで設定される。
【0213】
次に、ステップＳ２５０２において、分析設定部２２６ａは、照射前画像Ｐｂを取得するか否かを判定する。この判定は、例えば、ドリリング設定画面２０００上で、照射前の画像を取得するためのチェックボックスＣＢ１５が選択されたか否かに基づいて行うことができる。この判定がＹＥＳの場合は、制御プロセスをステップＳ２５０３へ進める一方、ＮＯの場合は、ステップＳ２５０３をスキップして制御プロセスをステップＳ２５０４に進める。
【0214】
ステップＳ２５０３において、撮像処理部２１３は、サンプルＳＰの照射前画像を生成する。サンプルＳＰの照射前画像としては、第１カメラ８１によりサンプルＳＰが撮影された画像であってもよいし、第２カメラ９３によりサンプルＳＰが撮影された画像であってもよい。
【0215】
続いて、ステップＳ２５０４において、サンプルＳＰの成分分析を行う。このステップは、図８のフローチャートと同様である。
【0216】
次にステップＳ２５０５において、分析設定部２２６ａは、出射部７１によりサンプルＳＰにレーザ光が照射されるごとに画像Ｐを取得するか否かを判定する。この判定は、例えば、ドリリング設定画面２０００上で、照射毎に画像Ｐを取得するためのチェックボックスＣＢ３６が選択されたか否かに基づいて行うことができる。この判定がＹＥＳの場合は、制御プロセスをステップＳ２５０６へ進める一方、ＮＯの場合は、ステップＳ２５０６をスキップして制御プロセスをステップＳ２５０７に進める。
【0217】
ステップＳ２５０６において、撮像処理部２１３は、サンプルＳＰの画像を生成する。サンプルＳＰの画像としては、成分分析を行うための光学系である分析光学系を収容する分析筐体に含まれる第１カメラ８１によりサンプルＳＰが撮影された画像であってもよい。また、ステップＳ２５０６において、フォーカスが合う点を探すことで、撮像処理部２１３は分析箇所の底部の深さを求めることもできる。
【0218】
次に、ステップＳ２５０７において、出射制御部２１４は、出射部７１からの電磁波であるレーザ光の出射回数が、連射回数入力欄２００２で入力された回数未満か否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合は、制御プロセスをステップＳ２５０８に進める一方、ＮＯの場合は、制御プロセスをステップＳ２５０９に進める。
【0219】
ステップＳ２５０８において、成分分析部２１６は、物質の変化開始または物質の変化完了といった分析停止条件を満たしているか否かを判定する。この判定は、ドリリング設定画面２０００において、物質の変化が完了したら分析を停止するためのチェックボックスＣＢ３２が選択され、ドリリング設定として、分析停止条件が設定されている場合のみ行ってもよい。この判定がＹＥＳの場合は、制御プロセスをステップＳ２５０９に進め、ＮＯの場合は、制御プロセスをＳ２５０４に戻し、再び成分分析を行う。
【0220】
次に、ステップＳ２５０９において、複合物質推定部２１７は、物質推定部２１６ｂにより推定された複数の物質と、該複数の物質が推定された順序と分析深さの少なくとも一方と、ライブラリ読出部２２５により読み出された複合物質ライブラリＬｉＭとに基づいて、サンプルＳＰの複合物質名を推定できたか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合は、制御プロセスをステップＳ２５１０に進め、ＮＯの場合は、制御プロセスをステップＳ２５１１に進める。ステップＳ２５１０において、ステップＳ２５０９で推定された複合物質名を表示部２２に表示させる。
【0221】
ステップＳ２５１１において、入力受付部２２１ｂは追加分析を行う操作が行われたか否かを判定する。深さ方向における情報が不足する場合は、追加分析により複合物質を推定できる可能性を高めることができる。この判定がＹＥＳの場合はステップＳ２５０４に戻り成分分析を再実行し、ＮＯの場合は、制御プロセスをステップＳ２５１２に進める。
【0222】
ステップＳ２５１２において、入力受付部２２１ｂは、新たな複合物質名を複合物質ライブラリＬｉＭに登録する操作が行われたか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合は、制御プロセスをステップＳ２５１３に進める一方、ＮＯの場合は、分析を終了する。
【0223】
ステップＳ２５１３おいて、入力受付部２２１ｂは、複合物質ライブラリＬｉＭに登録する複合物質名の入力を受け付ける。そして複合物質登録部２１８は、入力受付部２２１ｂにより受け付けた複合物質名を、物質推定部２１６ｂにより推定された複数の分析深さにおける物質と対応付けて複合物質ライブラリＬｉＭに登録する。ステップＳ２５１４において、表示制御部２２１ａは、ステップＳ２５１２で登録された複合物質名を表示部２２に表示させる。
【0224】
以上のステップＳ２５０１～Ｓ２５１４によりサンプルＳＰの深さ方向の分析を行う。
【0225】
【0226】
図１６Ａは、サンプルＳＰに対してレーザ光を照射する前のドリリング画面３０００を示す図である。ドリリング画面３０００は、画像表示領域３０１０と、結果表示領域３０２０と、関連画像表示領域３０３０とを有する。
【0227】
画像表示領域３０１０は、サンプルＳＰの画像Ｐを表示させるための領域である。画像表示領域３０１０には、分析光学系を収容する分析筐体に設けられた第１カメラ８１でサンプルＳＰを撮影した画像Ｐを表示させることができる。また、この場合、画像表示領域３０１０には、第１カメラ８１で撮影したサンプルＳＰの画像Ｐをリアルタイムで更新してなるライブ画像を表示させることもできる。サンプルＳＰのライブ画像を表示させる場合、ユーザはサンプルのどの位置を分析しようとしているのかを簡単に把握できるようになる。
【0228】
また、画像表示領域３０１０に表示されるサンプルＳＰのライブ画像には、視野中心を表す位置情報を重畳表示することができる。位置情報の重畳表示は、視野中心が交点となるような十字線をサンプルＳＰの画像上に重畳することで実現されてもよいし、視野中心に対応する位置に任意のマークを重畳することにより実現されてもよい。
【0229】
結果表示領域３０２０は、成分分析部２１６による成分分析結果および、複合物質推定部２１７による複合物質推定結果を表示するための領域であり、複合物質推定部２１７による複合物質推定結果を表示する推定複合物質表示領域３０２１と、成分分析部２１６による成分分析結果を表示する成分分析結果表示領域３０２２とを含む。
【0230】
図１６Ａは、分析前のドリリング画面３０００を示す図である。そのため、図１６Ａに示す例では、推定複合物質表示領域３０２１には、分析前であることを示す「未分析」と表示される。また、成分分析結果表示領域３０２２に表示される成分分析結果は存在しない。
【0231】
関連画像表示領域３０３０は、一の成分分析結果に対応付けて保存された画像Ｐを表示するための領域である。上記の通り一の成分分析結果には、広域画像、照射前画像Ｐｂ、照射後画像Ｐａ、俯瞰画像Ｐｆといった画像Ｐを対応付けることができる。表示制御部２２１ａは、これらの対応付けられた画像Ｐを、関連画像表示領域３０３０に表示させることができる。図１６Ａに示す例では、分析前の状態であるため。関連画像表示領域３０３０に表示される関連画像は存在しない。
【0232】
図１６Ｂは、サンプルＳＰに対してレーザ光を３回照射した後のドリリング画面３０００を示す図である。
【0233】
画像表示領域３０１０には、サンプルＳＰの照射前画像Ｐｂと、１回目、２回目、３回目のレーザ光が照射された後の照射後画像Ｐａ１、Ｐａ２、Ｐａ３とがサンプルＳＰのライブ画像に重畳して表示されている。ここで表示される照射前画像Ｐｂと照射後画像Ｐａは、分析箇所の周辺を拡大表示したものが用いられてもよい。これにより、分析箇所周辺の色合いや形状などをより詳細に確認することができる。
【0234】
ドリリング設定において、照射前の画像を取得するか否かをチェックボックスＣＢ３５の選択により選択することができる。チェックボックスＣＢ１５が選択されることにより、照射前の画像を取得するよう設定された場合、撮像処理部２１３は、出射部７１からレーザ光の出射に先立って、サンプルＳＰの画像Ｐを生成する。これにより得られた照射前画像Ｐｂを、画像表示領域３０１０上に重畳して表示する。
【0235】
また、チェックボックスＣＢ３６が選択されることにより、照射毎に画像を取得するように設定された場合、撮像処理部２１３は、出射部７１からレーザ光が出射されるごとにサンプルＳＰの画像を生成し、これにより得られた照射後画像Ｐａを画像表示領域３０１０上に重畳して表示することができる。
【0236】
深さ分析画面３０４０は、どの元素がどの割合で存在しているかをサンプルＳＰの深さ方向に示す画面である。深さ分析画面３０４０の詳細は後述する。
【0237】
図１６Ｂに示す例では、サンプルＳＰに対して電磁波であるレーザ光を３回照射した状態であり、サンプルＳＰの成分分析は完了していない。そのため、表示制御部２２１ａは、成分分析の途中である「分析中」という表示を推定複合物質表示領域３０２１に表示させる。また、成分分析結果表示領域３０２２には、サンプルＳＰに対してレーザ光が照射されることにより、成分分析部２１６により得られた成分分析結果や物質推定部２１６ｂにより推定された物質が表示される。なお、成分分析結果表示領域３０２２には、物質推定部２１６ｂにより推定された物質に代えて、または該物質に加えて、物質を特定する情報が表示されてもよい。ここで、物質を特定する情報とは、例えば、物質の上位分類や中位分類などが含まれる。すなわち、物質推定部２１６ｂにより推定された物質の一般名や総称などが含まれる。すなわち、物質推定部２１６ｂにより物質としてＳＵＳ３００番台と推定された場合、オーステナイト系、ステンレス鋼、合金といった情報が物質を特定する情報に対応する。
【0238】
図１６Ｃは、サンプルＳＰの分析深さの異なる複数の位置にレーザ光を照射し、分析が完了した状態を示す図である。この例は、連射回数入力欄２００３において、連射回数が１５回と入力されている場合の例である。また、変化開始閾値と、変化完了閾値は図２２で説明した通りであり、物質の変化が完了したら分析を停止するか否かを選択するチェックボックスＣＢ３２は選択されていないとする。
【0239】
画像表示領域３０１０には、サンプルＳＰの照射前画像Ｐｂと、照射後画像Ｐａ１、Ｐｂ２、・・・が表示されている。スペースの関係上、図１６Ｃには、９枚の照射後画像Ｐａ１～９のみ表示しているが、上下または左右方向のカーソル移動、画像の縮小表示などにより、すべての照射後画像Ｐａが表示されてもよい。
【0240】
また、深さ分析画面３０４０には、サンプルＳＰの深さ方向に、特徴推定部２１６ａにより推定された特徴Ｃｈが表示される。これにより、サンプルＳＰの表面から下層に進むにつれて、特徴を構成する元素の種類と、該元素の含有率がどのように分布しているのかを把握することができる。
【0241】
推定複合物質表示領域３０２１には、１５回の成分分析結果と、複合物質ライブラリＬｉＭとに基づいて複合物質推定部２１７により推定された複合物質が表示される。サンプルＳＰの表面から下層に進むにつれて、順にＣｒ、Ｎｉ、真鍮と物質が変化している。そのため、複合物質推定部２１７は、サンプルＳＰの複合物質名はニッケルクロムメッキ真鍮材であると推定し、表示制御部２２１ａは、推定複合物質表示領域３０１に、「ニッケルクロムメッキ真鍮材」と表示する。
【0242】
成分分析結果表示領域３０２２には、サンプルＳＰに対してレーザ光が照射される毎に、成分分析部２１６により得られた成分分析結果を表示している。それぞれの成分分析結果には、特徴推定部２１６ａにより推定された特徴Ｃｈを構成する構成元素と、該元素の含有率、物質推定部２１６ｂにより推定された物質が含まれる。これにより、分析深さが異なる複数の位置において、サンプルＳＰを構成する特徴Ｃｈがどのように変化しているかを把握することができる。
【0243】
ここで、深さ分析画面３０４０および成分分析結果表示領域３０２２の少なくとも一方には、撮像処理部２１３により算出された分析深さを示す深さ情報が表示されてもよい。これによりサンプルのどの深さを分析した結果であるのかということをより正確に把握することができる。
【0244】
関連画像表示領域３０３０には、一の成分分析結果に関連付けられた画像を表示させることができる。図１６Ｃに示す例では、一の成分分析結果として、Ｎｏ．２の成分分析結果がユーザにより選択されている。一の成分分析結果の選択を入力受付部２２１ｂが受け付けると、表示制御部２２１ａは、表示部２２上に、該一の成分分析結果に関連付けられた画像を表示させる。この例では、Ｎｏ．２の成分分析結果に関連付けて保存されたサンプルＳＰの高倍画像である照射後画像Ｐａ２と、俯瞰画像Ｐｆとが表示される。
【0245】
＜深さ分析画面３０４０＞
深さ分析画面３０４０について、図１６Ｃに基づいて説明する。
深さ分析画面３０４０について、図１６Ｃに基づいて説明する。
【0246】
サンプルＳＰの深さ方向の分析であるドリリングでは、サンプルＳＰに対して電磁波であるレーザ光が照射される毎に、分析箇所にクレーター状の穴が生じる。その結果として、サンプルＳＰを深さ方向に掘り進めることができ、異なる分析深さにおける物質を推定することができる。
【0247】
深さ分析画面３０４０は、異なる分析深さに存在する元素の種類と、該元素の含有率を、分析深さの深さ順に表示させる画面である。
【0248】
サンプルＳＰに対してレーザ光が照射されることで、サンプルＳＰはレーザ光が照射された表面から順に掘り進められる。そのため、略同一の分析箇所に繰り返しレーザ光を照射する場合、レーザ光の出射回数が増えるにつれて、サンプルＳＰの表面からより深い箇所にレーザ光が照射される。そのため、レーザ光の出射回数と、分析深さとは正の相関関係がある。
【0249】
そこで、レーザ光がサンプルＳＰに照射されることで得られた複数の成分分析結果を、該成分分析結果が得られた順に表示部２２の上から下へと整列させることで、表示部の上下方向と、分析の深さ方向とが対応する。このようにすることで、サンプルＳＰの表面から下層に進むにつれて、特徴を構成する元素の種類と、該元素の含有率がどのように分布しているのかを直感的に把握することができる。
【0250】
サンプルＳＰに対して１回目のレーザ光が照射されることで得られた成分分析結果は、Ｃｒ：１００％である。これを深さ分析画面３０４０の所定の位置に表形式およびグラフ方式で表示する。
【0251】
次に、サンプルＳＰに対して２回目のレーザ光が照射されることで得られた成分分析結果も、１回目と同様Ｃｒ：１００％である。これを深さ分析画面３０４０上で、１回目の成分分析結果の下に表示する。同様に３回目以降の成分分析結果もそれぞれ、直前の成分分析結果である２回目、３回目、・・・の成分分析結果の下に表示する。
【0252】
これにより上から下へと成分分析結果が表形式およびグラフ形式で表示されることになる。上記の通り、１回目の成分分析結果は、サンプルＳＰの表面の成分分析結果に対応し、レーザ光の照射回数が増えるにつれてサンプルＳＰの下層の成分分析結果に対応する。そのため、レーザ光の照射順に上から下へと成分分析結果を表示することは、サンプルＳＰの分析深さ順に表示することである。
【0253】
また、深さ分析画面３０４０には、複合物質推定部２１７により推定されたサンプルＳＰの複合物質名を表示することもできる。これにより、サンプルＳＰがどのような複合物質であるかを容易に把握することができる。
【0254】
このように分析深さ順に、表示部２２の上下方向に成分分析結果を表示させることで、サンプルＳＰをあたかも断面から見たような形で成分分析結果を表示させることができる。サンプルＳＰの深さ方向と、表示部２２の上下方向とが対応することにより、物質がサンプルＳＰの表面から下層にかけてどのように変化しているのかを直感的に把握できるため、ユーザビリティを向上させることができる。
【0255】
さらに、深さ分析画面３０４０には、サンプルＳＰのどの深さを分析しているかを直感的に示す分析深さ描画画面３０４１を表示させることができる。
【0256】
サンプルＳＰに対して繰り返しレーザ光を照射することにより、サンプルＳＰは深さ方向に掘り進められる。レーザ光がサンプルＳＰに照射されることで得られた複数の成分分析結果を、該成分分析結果が得られた順に表示部２２の上から下へと整列させることに加えて、サンプルＳＰのどの深さを分析しているかを示す分析深さ描画画面３０４１を対応付けて表示させることで、より簡単に、サンプルＳＰの表面から下層に進むにつれて、特徴を構成する元素の種類と、該元素の含有率がどのように分布しているのかを直感的に把握することができる。
【0257】
＜分析深さ測定＞
本実施形態では、サンプルＳＰへのレーザ光の照射前または照射後に、オートフォーカスを実行し、分析深さを測定することもできる。詳細は省略するが、サンプルＳＰとヘッド部６との間の相対距離を変化させつつ、第１カメラ８１による画像Ｐの生成を実行することにより、ヘッド部からサンプルＳＰのレーザ照射箇所までの距離を測定できる。ここで測定された距離に基づいて、分析深さ描画画面３０４１に分析深さを表示させることができる。これにより、実際の深さに基づいて特徴を構成する元素の種類と、該元素の含有率の分布を表示できるため、より正確にサンプルＳＰの分析結果を評価できる。
本実施形態では、サンプルＳＰへのレーザ光の照射前または照射後に、オートフォーカスを実行し、分析深さを測定することもできる。詳細は省略するが、サンプルＳＰとヘッド部６との間の相対距離を変化させつつ、第１カメラ８１による画像Ｐの生成を実行することにより、ヘッド部からサンプルＳＰのレーザ照射箇所までの距離を測定できる。ここで測定された距離に基づいて、分析深さ描画画面３０４１に分析深さを表示させることができる。これにより、実際の深さに基づいて特徴を構成する元素の種類と、該元素の含有率の分布を表示できるため、より正確にサンプルＳＰの分析結果を評価できる。
【0258】
さらに、サンプルＳＰへのレーザ光の照射前または照射後に分析深さを測定することで、一の物質が分布する厚さ（深さ方向の幅）を推定することもできる。この厚さに基づいて、複合物質推定部２１７は、サンプルＳＰの複合物質名として確度が高いものを推定することもできる。
【産業上の利用可能性】
【0259】
以上説明したように、本発明に係るレーザ誘起ブレークダウン分光装置は、各種サンプルを分析する場合に利用することができる。
【符号の説明】
【0260】
Ａ 分析観察装置
ＳＰ サンプル（分析対象物）
１ 光学系アセンブリ
５ 載置台
６ ヘッド部
７ 分析光学系
７１ 出射部
７４ 反射型対物レンズ（収集ヘッド）
７７Ａ 第１検出部（検出部）
７７Ｂ 第２検出部（検出部）
８１ 第１カメラ（撮像部）
９ 観察光学系
９３ 第２カメラ（撮像部）
９６ 拡大光学系
２ コントローラ本体
２１ａ 処理部
２１１ モード切替部
２１２ 照明制御部
２１３ 撮像処理部
２１４ 出射制御部
２１５ スペクトル取得部
２１６ 成分分析部
２１７ 複合物質推定部
２２１ ＵＩ制御部
２２５ ライブラリ読出部
２２６ 設定部
２１ｂ １次記憶部
２１ｃ ２次記憶部
２２ 表示部
Ｐ 画像
Ｐｂ 照射前画像
Ｐａ 照射後画像
Ｐｆ 俯瞰画像
ＳＰ サンプル（分析対象物）
１ 光学系アセンブリ
５ 載置台
６ ヘッド部
７ 分析光学系
７１ 出射部
７４ 反射型対物レンズ（収集ヘッド）
７７Ａ 第１検出部（検出部）
７７Ｂ 第２検出部（検出部）
８１ 第１カメラ（撮像部）
９ 観察光学系
９３ 第２カメラ（撮像部）
９６ 拡大光学系
２ コントローラ本体
２１ａ 処理部
２１１ モード切替部
２１２ 照明制御部
２１３ 撮像処理部
２１４ 出射制御部
２１５ スペクトル取得部
２１６ 成分分析部
２１７ 複合物質推定部
２２１ ＵＩ制御部
２２５ ライブラリ読出部
２２６ 設定部
２１ｂ １次記憶部
２１ｃ ２次記憶部
２２ 表示部
Ｐ 画像
Ｐｂ 照射前画像
Ｐａ 照射後画像
Ｐｆ 俯瞰画像
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16A】
【図16B】
【図16C】
