JP6842750B2 - 走査型プローブ顕微鏡及びその制御方法 - Google Patents

走査型プローブ顕微鏡及びその制御方法 Download PDF

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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。
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。
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）。
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、ｐ１００１２−１００１７
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 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 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 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 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 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 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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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）。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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）。
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）。
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）。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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）。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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

Claims (6)

  1. 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。
  2. 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１記載の走査型プローブ顕微鏡。
  3. 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る
    走査型プローブ顕微鏡。
  4. 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１〜３のいずれか１項に記載の走査型プローブ顕微鏡。
  5. 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る
    走査型プローブ顕微鏡。
  6. 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。
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