JPH11110532A - 画像表示方法及び装置、並びにこれを用いた走査型プローブ顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数種の特性の２次元分布の関係を容易に把
握する。 【解決手段】 計測部２は、試料１の同一領域から得ら
れた複数種の特性の２次元分布をそれぞれ示す複数の２
次元分布データを得る。画像表示装置３の処理部２１
は、この複数の２次元分布データに基づいて、表示画像
データを生成する。表示画像データは、各々の画像が色
を決定する３成分のうちの互いに異なる１成分による画
像である複数の画像を互いに位置を対応させながら重ね
合わせた合成画像であって、当該合成画像中の各表示単
位領域の色が、当該表示単位領域の位置に応じた同一位
置に対応する前記複数種の特性の各値に応じて定められ
た合成画像を示す。表示制御部２３は、表示画像データ
が示す合成画像をディスプレイ２４に表示させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査型プローブ顕
微鏡などにおいて用いられる画像表示方法及び装置、並
びにこれを用いた走査型プローブ顕微鏡に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】走査型プローブ顕微鏡（Scanning Probe
Microscope; SPM）は、試料表面の形状だけでなく、試
料表面の同一領域の摩擦力、磁気力、静電気力、静電気
容量、吸着力などの様々な特性値を計測することがで
き、空間分解能も高いため、試料表面の微小領域の研究
に対して非常に注目を集めている。

【０００３】走査型プローブ顕微鏡のうちでも、走査型
力顕微鏡（Scanning Force Microscope）は、現在派生
している様々な走査型プローブ顕微鏡の基礎をなす最も
基本的な走査型プローブ顕微鏡である。

【０００４】走査型力顕微鏡では、鋭利な探針の先端
と、試料と探針（プローブ）を数オングストロームから
数百ナノメートル程度に近づけると、試料と探針先端と
の間隔に対して非常に敏感な原子間力（van der Waals
力）等の相互作用力が働くことを利用した顕微鏡であ
る。特に原子間力を利用したものを原子間力顕微鏡とい
う。

【０００５】例えば、走査型力顕微鏡により表面形状を
観察する場合は、次のように行う。まず、試料と探針を
ある一定の距離まで近づけて、試料と探針との間に原子
間力が働く状態にする。次に、原子間力が一定になるよ
うに試料と探針との間の距離にフィードバックを掛けな
がら、試料面上に走査していくと、原子間力が一定、す
なわち、探針と試料は等間隔を保ったまま移動するの
で、探針の位置は試料の形状をそのまま追跡しているこ
とになり、試料の表面形状を計測することができる。

【０００６】ここで、探針の先端を原子レベルで非常に
先鋭にしておくと、探針の先端の原子が原子間力を受け
て試料表面の原子と相互作用することから、探針の先端
の大きさ程度の原子レベルの横分解能で表面の形状を得
ることができる。

【０００７】走査型力顕微鏡における探針先端と試料と
の間に働く力の測定は、例えば、カンチレバーの撓みを
検出することによって行われる。カンチレバーとして
は、非常に柔らかい板バネの先に、先端の鋭利な探針が
付設されたものが用いられる。そして、探針と試料表面
との間で働く力によって生じるカンチレバーの撓みを検
出して、この撓みから、探針先端と試料との間に働く力
を測定している。

【０００８】この走査型力顕微鏡をベースにして、探針
に電荷を付与したり、磁気を付与したりすることによ
り、原子間力だけでなく、静電気力や磁気力を測定する
静電気力顕微鏡や、磁気力顕微鏡のような様々な走査型
プローブ顕微鏡を実現することができる。

【０００９】さらに近年、この原子間力などの試料表面
と探針との間に働く相互作用力を利用して、試料表面を
詳細に調べることにより、試料表面の物性がさらに詳細
に理解されつつある。

【００１０】試料表面と探針との間の相互作用力を調べ
る方法には、単純には、フォースカーブを取るという方
法がある。フォースカーブは、試料表面に探針を接近さ
せたり、離したりしたときに得られるカンチレバーの撓
みを利用した力計測信号を記録したものである。このフ
ォースカーブを解析すれば、試料表面と探針との間隔に
対して、どの程度の相互作用力が作用しているかを調べ
ることができる。

【００１１】このような構成の場合は、探針を試料面上
に近づけていくと、初めのうちは、試料と探針との間で
は引力が働き、カンチレバーは、試料面側に撓んで、そ
の先端が傾く。探針をさらに近づけていくと斥力が働
き、前記引力が働く場合と逆向きに傾く。カンチレバー
の先端の傾き（すなわち、カンチレバーのレバー部の撓
み）は、探針が受けた力に対応している。したがって、
光てこ法等により検出したカンチレバーの撓みから、探
針と試料表面との間に働く相互作用力の大きさおよび向
きを知ることができる。

【００１２】図８（ａ）は、探針と試料表面との間の距
離と、探針に働く原子間力の大きさ及びカンチレバーの
レバー部のバネの力の大きさとの関係を示す図である。
図８（ｂ）に典型的なフォースカーブを模式的に示す図
である。すなわち、図８（ｂ）は、試料表面に対するカ
ンチレバーの支持体の高さ方向の相対位置（図８（ｂ）
の例では、レバー部が撓んでいないと仮定した場合の、
探針と試料表面との間の距離として示している。）と、
カンチレバーのレバー部の撓み量との関係を示す図であ
る。図８（ａ）中のＡ〜Ｇと図８（ｂ）中のＡ〜Ｇと
は、それぞれ同じ位置を表す。また、図８（ｂ）の経路
Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄは、探針を試料表面に接近させたときに
得られるフォースカーブであり、経路Ｄ→Ｅ→Ｆ→Ｇ
は、探針を試料表面から遠ざけたときに得られるフォー
スカーブである。

【００１３】図８（ａ）の縦軸は、力の大きさで、正の
方向は斥力、負の方向は引力を表している。図８（ａ）
の横軸は、探針と試料表面との間の距離である。試料表
面と探針との間に働く力は、探針が試料表面に対して遠
く離れたところから近づくにつれて原子間力による引力
が働き、あるところから斥力が働く。また、カンチレバ
ーのバネの力は、探針が引力を受けると、カンチレバー
が試料表面側に撓むので、試料表面と探針との間の距離
は短くなり、斥力を受けると逆に試料表面と探針との間
の距離は長くなる。また、試料表面と探針とが相互作用
をしているときは、試料表面と探針との間に働く力とカ
ンチレバーのレバー部が受ける力とは釣り合っているの
で、図８（ａ）中の試料表面と探針との間で働く力とバ
ネの力との交点、すなわちＡ、Ｂ、Ｃ、・・・の位置に
探針は安定して存在することができる。一方、図８
（ｂ）の縦軸は試料表面と探針との間で働く力として検
出したカンチレバーのレバー部の撓み量であり、図８
（ｂ）の横軸は試料表面に対するカンチレバーの支持体
の高さ方向の相対位置である。この相対位置は、レバー
部が撓んでいないと仮定したときの探針と試料表面との
間の距離として示してあり、図８（ａ）のバネの力がゼ
ロの位置に対応する。以下、この相対位置をカンチレバ
ーの位置という。したがって、カンチレバーを試料表面
に近づけるというのは、図８（ａ）のバネの力に対応す
る直線を左から右に近づけていくことに対応し、交点の
位置での力の大きさが、カンチレバーのレバー部の撓み
となって図８（ｂ）のように検出される。

【００１４】このようなフォースカーブを利用すると、
試料表面の物性を詳細に理解することができる。具体的
には、フォースカーブを解析することにより、試料の弾
性や試料と探針の吸着力などが計測できる。すなわち、
図８（ｂ）中のＣ−Ｄ間あるいはＤ−Ｅ間の直線の傾き
は、試料に探針を押し込んだときの斥力を示しており、
これは、試料の弾性を表している。また、Ｅの地点で
は、表面の吸着力とカンチレバーの撓み力とが釣り合っ
ているところであるので、Ｅ−Ｆ間の距離は、試料と探
針との最大吸着力を示している。このように、フォース
カーブを解析すれば、様々な表面の物性を計測すること
ができる。

【００１５】さらに、特開平９−７２９２５号には、試
料表面上を２次元状に走査しながら、各測定点でフォー
スカーブを計測し、フォースカーブから様々な物理量を
抽出し、抽出した物理量毎にマッピングを行うことによ
り、試料の局所的な特性値の分布を画像化することが開
示されている。すなわち、試料表面上を２次元状に走査
しながら、各測定点でフォースカーブを計測し、この各
測定点でのフォースカーブから各測定点での様々な物理
量（特性）の値を抽出することによって、試料の同一領
域から得られた複数種の特性の２次元分布をそれぞれ示
す複数の２次元分布データを得、各２次元分布データに
よる画像を表示することにより、試料の局所的な領域の
特性値の分布を画像化することができる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、走査
型プローブ顕微鏡は、非常に高い空間分解能を持ち、試
料表面の微小領域の様々な物理的な特性（試料表面形状
も含む）を調べることができることから、注目を集めて
いる。

【００１７】しかしながら、従来の走査型プローブ顕微
鏡では、以下のような問題が生じていた。

【００１８】前述したように、走査型プローブ顕微鏡で
は、試料表面の様々な種類の特性の値を計測し、マッピ
ングすることで、試料表面の様々な種類の特性の分布が
明らかとなる。

【００１９】従来の走査型プローブ顕微鏡では、これら
の特性の値は、計測される特性の種類毎にグレースケー
ルあるいは疑似カラースケールで別々の画像として表示
し、これらの複数の画像を１画面上に並べて表示する。

【００２０】これらの画像は、試料の同一領域から得ら
れた画像であり、これらの複数の画像の位置関係を見比
べることにより、所定領域の性質を一応知ることができ
る。

【００２１】しかしながら、従来の走査型プローブ顕微
鏡のように、特性の種類毎にグレースケールで表示され
た複数の画像を並べただけでは、それぞれの画像が重要
な意味を持ってはいるが、画像が幾種類も得られる場合
には、試料の対応点がわかりにくく、各種類の特性の２
次元分布の関係を把握することが困難であるという問題
点があった。例えば、ある種類の特性の値が大きいと同
時に他の種類の特性の値が小さい試料表面上の箇所が物
理的に重要な意味を持っていた場合、当該箇所がいずれ
の箇所であるかを一目で把握することは極めて困難であ
った。

【００２２】また、これらの様々な種類の特性の値は、
計測技術の進歩と共に精度良く計測できるようになって
きてはいるが、走査型プローブ顕微鏡を用いて計測を行
う場合は、相互作用する探針先端の作用面積が非常に狭
いため、計測値がノイズを含みやすく、画像化してもノ
イズに埋もれてしまうことも多いと言う問題点もあっ
た。この点について、図９を参照して具体的に説明す
る。

【００２３】例えば、Ａ領域とＢ領域とを有する試料に
対して特性ｐと特性ｑの２つ種類の特性を計測すること
ができる走査型プローブ顕微鏡で観察を行うと、Ａ領域
及びＢ領域のそれぞれで、図９に示すような特性ｐ，ｑ
の計測値が得られる。

【００２４】図９において、横軸は特性ｐの値を示し、
縦軸は特性ｑの値を示す。図９中の黒丸はＡ領域での計
測値であり、白丸はＢ領域での計測値である。Ａ領域と
Ｂ領域とを特性ｐの計測値あるいは特性ｑの計測値で識
別しようとすると、Ａ領域では、特性ｐの計測値は小さ
く、特性の計測値ｑは大きく計測される傾向にある。一
方、Ｂ領域は、特性ｐの計測値は大きく、特性ｑの計測
値は小さく計測される傾向にある。

【００２５】しかしながら、このような状況で、試料表
面にＡ領域とＢ領域が混在している場合に、特性ｐの計
測値をマッピングした特性ｐの２次元分布を示す画像
と、特性ｑの計測値をマッピングした特性ｑの２次元分
布を示す画像とを並べて表示するだけでは、Ａ領域とＢ
領域を明瞭に識別することは非常に困難である。

【００２６】これは、Ａ領域とＢ領域とで、計測される
特性ｐの値あるいは特性ｑの値に差が現れる傾向がある
としても、Ａ領域及びＢ領域で計測される特性ｐ，ｑの
値の差に比べて、計測される特性ｐ，ｑの値のばらつき
の方が大きいので、特性ｐの値の画像と特性ｑの値の画
像をそれぞれ別々に表示したとしても、これらの画像は
非常にノイズの多い画像となるため、Ａ領域とＢ領域の
差を識別することは困難になるためである。

【００２７】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、複数種の特性の２次元分布の関係を容易に把
握することができるとともに、各特性の計測値のばらつ
きが大きい場合であってもそのばらつきの影響が低減し
た試料の性質の把握が可能である画像表示方法及び装
置、並びにこれを用いた走査型プローブ顕微鏡を提供す
ることを目的とする。

【００２８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の第１の態様による画像表示方法は、試料の
同一領域から得られた複数種の特性の２次元分布をそれ
ぞれ示す複数の２次元分布データに基づいて、前記複数
種の特性の２次元分布の関係を示す画像を表示する画像
表示方法であって、前記画像中の各表示単位領域の色
を、当該表示単位領域の位置と対応する前記試料の位置
における前記複数種の特性に応じて、定めたものであ
る。

【００２９】この第１の態様による画像表示方法によれ
ば、表示される画像中の各表示単位領域の色が、当該表
示単位領域の位置と対応する試料の位置における複数種
の特性に応じて定められている。したがって、表示され
る画像中の各表示単位領域の色が、当該表示単位領域の
位置と対応する試料の位置における複数種の特性の組み
合わせによって異なることとなり、複数種の特性の２次
元分布の関係が位置合わせされた上で色によって表示さ
れることとなる。すなわち、例えば、複数種の特性が試
料表面の高さ（説明の便宜上、その値をａとする。）及
び吸着力（説明の便宜上、その値をｂとする。）である
場合、値ａが大きく値ｂが大きい位置に応じた位置の表
示単位領域の色と、値ａが大きく値ｂが小さい位置に応
じた位置の表示単位領域の色と、値ａが小さく値ｂが大
きい位置に応じた位置の表示単位領域の色と、値ａが小
さく値ｂが小さい位置に応じた位置の表示単位領域の色
とは、互いに異なることとなる。このため、各種類の特
性の２次元分布の関係が一目瞭然であり、各種類の特性
の２次元分布の関係を極めて容易に把握することがで
き、試料の所定領域の性質を容易に知ることができる。
また、このように各種類の特性の２次元分布の関係が一
目瞭然であるため、複数種の特性の値から試料の性質を
総合的に解析できることとなる。したがって、各特性の
計測値のばらつきが大きい場合であっても、そのばらつ
きの影響をさほど受けずに試料の性質を把握することが
できる。

【００３０】本発明の第２の態様による画像表示装置
は、試料の同一領域から得られた複数種の特性の２次元
分布をそれぞれ示す複数の２次元分布データに基づい
て、前記複数種の特性の２次元分布の関係を示す画像を
表示する画像表示装置であって、前記複数の２次元分布
データに基づいて、各々の画像が色を決定する３成分の
うちの互いに異なる１成分による画像である複数の画像
を互いに位置を対応させながら重ね合わせた合成画像で
あって、当該合成画像中の各表示単位領域の色が、当該
表示単位領域の位置に応じた同一位置に対応する前記複
数種の特性の各値に応じて定められた合成画像を示す表
示画像データを生成する画像データ生成手段と、前記画
像データ生成手段により生成された前記表示画像データ
に基づいて、当該表示画像データが示す前記合成画像を
表示する画像表示出力手段と、を備えたものである。前
記画像表示出力手段は、例えば、ＣＲＴや液晶表示装置
や投射装置のような発光表示装置であってもよいし、プ
リンタのように紙などに画像を表示する装置であっても
よい。

【００３１】この第２の態様による画像表示装置は、前
記第１の態様による画像表示方法を実現する画像表示装
置の一例である。

【００３２】この第２の態様では、前記３成分は、後述
する第５の態様のようにＲＧＢモデルによる赤、緑及び
青であってもよいし、後述する第６の態様のようにＣＭ
Ｙモデルによるシアン、マゼンタ及びイエローであって
もよいし、後述する第７の態様のようにＨＳＢモデルに
よる色相、彩度及び明度であってもよいし、他のモデル
によるものであってもよい。

【００３３】この第２の態様では、重ね合わせるべき複
数の画像（表示画像ではなく、仮想的なものである）
は、後述する第３の態様からわかるように、全てがそれ
ぞれ特性の２次元分布を示す２次元分布データが示す画
像であってもよい。この場合、各特性を３成分のうちの
互いに異なる１成分に割り当てることになるので、表示
画像中に２次元分布の関係を示す特性の種類の数は最大
で３つ（勿論、２つでもよい。）となる。また、前記第
２の態様では、重ね合わせるべき複数の画像は、後述す
る第４の態様からわかるように、全てがそれぞれ、複数
種の特性の２次元分布を示す２次元分布データに基づい
て所定の変換により得た所定パラメータの２次元分布デ
ータが示す画像であってもよい。この場合、表示画像中
に２次元分布の関係を示す特性の種類の数は、何ら制限
されず、４つ以上も可能である。さらに、前記第２の態
様では、重ね合わせるべき複数の画像は、後述する第３
及び第４の態様からわかるように、一部が、特性の２次
元分布を示す２次元分布データが示す画像であるととも
に、残りが、複数種の特性の２次元分布を示す２次元分
布データに基づいて所定の変換により得た所定パラメー
タの２次元分布データが示す画像であってもよい。この
場合にも、表示画像中に２次元分布の関係を示す特性の
種類の数は、何ら制限されず、４つ以上も可能である。

【００３４】ここでは、説明の便宜上、重ね合わせるべ
き複数の画像の全てがそれぞれ特性の２次元分布を示す
２次元分布データが示す画像であるものとして、前記第
２の態様について説明する。この場合、複数種の特性を
それぞれ各色成分に対応させ、各特性の値の大きさによ
って、それぞれの色成分の成分量を変化させ、各特性の
種類毎の色成分を合成して各特性の値によって変化する
色で、複数種の特性の２次元分布の関係を示す画像を表
示することになる。したがって、複数種の特性の値が位
置合わせされた上で１枚の画像に重なって表示され、特
性の種類の違い及び複数種の特性の２次元分布の関係は
色の違いによって表示される。

【００３５】例えば、試料表面の高さを赤成分に対応さ
せるとともに吸着力を緑成分に対応させて、試料表面の
高さの２次元分布を示す画像と吸着力の２次元分布を示
す画像とを合成し、カラー表示する。

【００３６】このような場合では、表示される画像中の
各表示単位領域の色は、試料表面の高さの高い位置に応
じた位置の表示単位領域ほど赤成分が強く、吸着力が大
きい位置に応じた位置の表示単位領域ほど緑成分が強く
なり、これらの赤成分と緑成分とが合成された色で表示
される。つまり、高さが高く吸着力が大きい領域は、赤
と緑の合成として、黄色で表示される。また、高さが高
く吸着力が小さい領域は赤く表示され、高さが低く吸着
力が大きい領域は緑色で表示される。高さが低く吸着力
が弱い領域は黒く表示される。したがって、例えば、黄
色い領域は高さが高く吸着力が弱い領域であることが、
はっきりと識別できる。

【００３７】このため、前記第２の態様によれば、各種
類の特性の２次元分布の関係が一目瞭然であり、各種類
の特性の２次元分布の関係を極めて容易に把握すること
ができ、試料の所定領域の性質を容易に知ることができ
る。また、このように各種類の特性の２次元分布の関係
が一目瞭然であるため、複数種の特性の値から試料の性
質を総合的に解析できることとなる。したがって、各特
性の計測値のばらつきが大きい場合であっても、そのば
らつきの影響をさほど受けずに試料の性質を把握するこ
とができる。

【００３８】本発明の第３の態様による画像表示装置
は、前記第２の態様による画像表示装置において、前記
複数の画像のうちの少なくとも１つの画像は、前記複数
の２次元分布データのうちの１つの２次元分布データが
示す画像であるものである。

【００３９】本発明の第４の態様による画像表示装置
は、前記第２又は第３のいずれかの態様による画像表示
装置において、前記画像データ生成手段は、前記複数の
２次元分布データのうちの複数の２次元分布データに基
づいて所定パラメータの２次元分布データを生成する２
次元分布データ生成手段であって、前記所定パラメータ
の２次元分布データは、前記複数の２次元分布データの
うちの前記複数の２次元分布データの同一位置に対応す
る複数種の特性の各値から所定の変換により得た値を当
該位置に対応する前記所定パラメータの値として有す
る、２次元分布データ生成手段を含み、前記複数の画像
のうちの少なくとも１つは、前記２次元分布データ生成
手段により生成された前記所定パラメータの２次元分布
データが示す画像であるものである。

【００４０】前述した第２の態様に関する説明におい
て、この第４の態様についても既に説明したが、ここで
は、複数種の特性の２次元分布をそれぞれ示す複数の２
次元分布データに基づいて生成された所定パラメータの
２次元分布データの意義について説明する。

【００４１】この所定パラメータの２次元分布データ
は、複数種の特性の２次元分布をそれぞれ示す複数の２
次元分布データの同一位置に対応する複数種の特性の各
値から所定の変換により得た値を当該位置に対応する前
記所定パラメータの値として有するものであるので、当
該複数種の特性の２次元分布の関係を示す２次元分布を
示すこととなる。

【００４２】したがって、前記第２の態様のような場合
においては、３つの色成分のうちの少なくとも１つに所
定パラメータの２次元分布データを割り当てることによ
って、色成分が３つしかないのに、４つ以上の種類の特
性の２次元分布の関係を表示することが可能となるので
ある。

【００４３】なお、前記所定の変換の方法（内容）は、
試料の性質に応じて、当該所定パラメータの２次元分布
データを生成する元となった複数の２次元分布データに
対応する複数種の特性の２次元分布の、表示しようとす
る関係を考慮して、適宜定めればよい。

【００４４】例えば、試料のＡ領域とＢ領域のそれぞれ
で前述した図９に示すような特性ｐ，ｑの計測値が得ら
れる状況で、試料表面にＡ領域とＢ領域が混在している
場合には、Ａ領域とＢ領域とで特性ｐの値と特性ｑの値
との間に図９に示すように一定の関係があることを利用
し、この関係（あるいは特徴）を示すのに最適な変換方
法を採用すればよい。具体的には、この場合には、図９
に示すように、座標軸ξ、ηを想定し、特性ｐの値及び
特性ｑの値をパラメータηの値（座標軸ηに射影した
値）に変換すればよい。図９からわかるように、このパ
ラメータηの値によってＡ領域とＢ領域とを容易に識別
することが可能となり、特性ｐの値及び特性ｑの値をパ
ラメータηの値に変換する変換方法は、特性ｐの２次元
分布と特性ｑの２次元分布との関係を表示する場合にお
いて最適である。

【００４５】本発明の第５の態様による画像表示装置
は、前記第２乃至第４のいずれかの態様による画像表示
装置において、前記３成分が、赤、緑及び青であるもの
である。

【００４６】本発明の第６の態様による画像表示装置
は、前記第２乃至第４のいずれかの態様による画像表示
装置において、前記３成分が、シアン、マゼンタ及びイ
エローであるものである。

【００４７】本発明の第７の態様による画像表示装置
は、前記第２乃至第４のいずれかの態様による画像表示
装置において、前記３成分が、色相、彩度及び明度であ
るものである。

【００４８】本発明の第８の態様による画像表示装置
は、試料の同一領域から得られた複数種の特性の２次元
分布をそれぞれ示す複数の２次元分布データに基づい
て、前記複数種の特性の２次元分布の関係を示す画像を
表示する画像表示装置であって、前記複数の２次元分布
データに基づいて所定パラメータの２次元分布データを
生成する２次元分布データ生成手段であって、前記所定
パラメータの２次元分布データは、前記複数の２次元分
布データの同一位置に対応する複数種の特性の各値から
所定の変換により得た値を当該位置に対応する前記所定
パラメータの値として有する、２次元分布データ生成手
段を含む画像データ生成手段であって、前記２次元分布
データ生成手段により生成された前記所定パラメータの
２次元分布データに応じた表示画像データを生成する画
像データ生成手段と、前記画像データ生成手段により生
成された前記表示画像データに基づいて、当該表示画像
データが示す画像を表示する画像表示出力手段と、を備
えたものである。

【００４９】前述した第４の態様に関して説明したよう
に、複数種の特性の２次元分布をそれぞれ示す複数の２
次元分布データに基づいて生成された所定パラメータの
２次元分布データは、当該複数種の特性の２次元分布の
関係を示す２次元分布を示すこととなる。

【００５０】したがって、前記第８の態様のように、生
成された１つの所定パラメータの２次元分布データに応
じた表示画像データを生成し、当該表示画像データが示
す画像を表示すれば、当該所定パラメータの２次元分布
データを生成する元となった複数の２次元分布データに
対応する複数種の特性の２次元分布の関係を表示するこ
とができる。この場合、従来の画像表示と同様に、グレ
ースケールあるいは疑似カラースケールで表示すること
ができる。

【００５１】この第８の態様によっても、各種類の特性
２次元分布のの関係が一目瞭然であり、各種類の特性の
２次元分布の関係を極めて容易に把握することができ、
試料の所定領域の性質を容易に知ることができる。ま
た、このように各種類の特性の２次元分布の関係が一目
瞭然であるため、複数種の特性の値から試料の性質を総
合的に解析できることとなる。したがって、各特性の計
測値のばらつきが大きい場合であっても、そのばらつき
の影響をさほど受けずに試料の性質を把握することがで
きる。

【００５２】本発明の第９の態様による画像表示方法
は、試料の同一領域から得られた複数種の特性の２次元
分布をそれぞれ示す複数の２次元分布データに基づい
て、前記複数種の特性の２次元分布の関係を示す画像を
表示する画像表示方法であって、前記画像中の各表示単
位領域を前記複数種の特性にそれぞれ対応する複数の副
表示単位領域に分割し、当該各表示単位領域の各副表示
単位領域の色を対応する特性の種類に応じて定めるとと
もに、各副表示単位領域の明度又は輝度を、当該副表示
単位領域が属する表示単位領域の位置に応じた位置に対
応する当該対応する特性の値に応じて、定めたものであ
る。

【００５３】この第９の態様による画像表示方法によれ
ば、表示される画像中の各表示単位領域が前記複数種の
特性にそれぞれ対応する複数の副表示単位領域に分割さ
れ、当該各表示単位領域の各副表示単位領域の色が対応
する特性の種類に応じて定められるとともに、各副表示
単位領域の明度又は輝度が、当該副表示単位領域が属す
る表示単位領域の位置に応じた位置に対応する当該対応
する特性の値に応じて定められている。したがって、前
述した従来の画像表示によるグレースケールによる複数
種の特性の２次元分布を示す画像が、互いに色を変え
て、同一位置に対応する表示単位領域（第９の態様の副
表示単位領域に相当）がずれて並ぶように、重ね合わさ
れたような表示画像が得られる。このため、試料の対応
点が一目瞭然となり、各種類の特性の２次元分布の関係
を容易に把握することができ、試料の所定領域の性質を
容易に知ることができる。また、このように各種類の特
性の２次元分布の関係を容易に把握することができるた
め、複数種の特性の値から試料の性質を総合的に解析で
きることとなる。したがって、各特性の計測値のばらつ
きが大きい場合であっても、そのばらつきの影響をさほ
ど受けずに試料の性質を把握することができる。

【００５４】本発明の第１０の態様による画像表示装置
は、試料の同一領域から得られた複数種の特性の２次元
分布をそれぞれ示す複数の２次元分布データに基づい
て、前記複数種の特性の２次元分布の関係を示す画像を
表示する画像表示装置であって、当該画像中の各表示単
位領域を前記複数種の特性にそれぞれ対応する複数の副
表示単位領域に分割し、当該各表示単位領域の各副表示
単位領域の色を対応する特性の種類に応じて定めるとと
もに、各副表示単位領域の明度又は輝度を、当該副表示
単位領域が属する表示単位領域の位置に応じた位置に対
応する当該対応する特性の値に応じて定めた画像を示す
表示画像データを、前記複数の２次元分布データに基づ
いて生成する画像データ生成手段と、前記画像データ生
成手段により生成された前記表示画像データに基づい
て、当該表示画像データが示す前記画像を表示する画像
表示出力手段と、を備えたことを特徴とする画像表示装
置。

【００５５】この第１０の態様による画像表示装置は、
前記第９の態様による画像表示方法を実現する画像表示
装置の一例である。

【００５６】本発明の第１１の態様による画像表示装置
は、試料の同一領域から得られた複数種の特性の２次元
分布をそれぞれ示す複数の２次元分布データに基づい
て、前記複数種の特性の２次元分布の関係を示す画像を
表示する画像表示装置であって、前記複数の２次元分布
データに基づいて、当該画像中の各表示単位領域の色
が、当該表示単位領域の位置と対応する前記試料の位置
における前記複数種の特性に応じて、定められた画像を
示す表示画像データを生成する画像データ生成手段と、
前記画像データ生成手段により生成された前記表示画像
データに基づいて、当該表示画像データが示す前記画像
を表示する画像表示出力手段と、を備えたものである。

【００５７】この第１１の態様による画像表示装置は、
前記第１の態様による画像表示方法を実現する画像表示
装置の一例である。

【００５８】本発明の第１２の態様による画像表示装置
は、第１１の態様による画像表示装置が有する画像デー
タ生成手段内に、複数の２次元分布データに基づいて画
像の各表示単位領域毎に表示する色を決定し、画像表示
出力手段に接続されたデータ処理部を備えたもので、こ
のデータ処理部は、表示単位領域に表示される色を３成
分のパラメータによって定めている。

【００５９】この第１２の態様による画像表示装置は、
前記第１の態様による画像表示方法を実現する画像表示
装置の一例である。

【００６０】ところで、第１２の態様で示す３成分は、
先に説明した第２の態様と同様のものであり、その詳細
な説明については、ここでは省略することにする。

【００６１】本発明の第１３の態様による走査型プロー
ブ顕微鏡は、前記第２乃至８、１０、１１及び１２のい
ずれかの態様による画像表示装置と、前記試料の同一領
域から、前記複数種の特性の２次元分布をそれぞれ示す
前記複数の２次元分布データを得る計測部と、を備えた
ものである。

【００６２】本発明の第１４の態様による走査型プロー
ブ顕微鏡は、第１３の態様による走査型プローブ顕微鏡
の計測部について、探針と、探針と試料とを極近接させ
かつ探針と試料とを相対的に走査する駆動部と、探針と
試料との間に生ずる相互作用から、試料の同一領域にお
ける複数種の特性を取得し、かつ複数種の特性について
の２次元分布データを得る検出部を備えていることとし
た。そして、検出部については、画像表示装置内の画像
データ生成手段に接続されているとした。

【００６３】この第１３及び１４の態様は、前記第２乃
至８、１０、１１及び１２の態様による画像表示装置を
走査型プローブ顕微鏡の構成要素の一部として適用した
例であるが、前記第２乃至８、１０、１１及び１２の態
様による画像表示装置は、単独で又は他の装置において
用いることができる。当該画像表示装置を単独で用いる
場合には、例えば、予め光磁気ディスク等の記憶媒体に
記憶された、試料の同一領域から得られた複数種の特性
の２次元分布をそれぞれ示す複数の２次元分布データ
を、読み出して利用するようにすれば、試料の性質の解
析装置として利用することができる。

【００６４】

【発明の実施の形態】以下、本発明による画像表示方法
及び装置、並びにこれを用いた走査型プローブ顕微鏡に
ついて、図面を参照して説明する。

【００６５】（第１の実施の形態）まず、本発明の第１
の実施の形態による走査型プローブ顕微鏡について、図
１及び図２を参照して説明する。

【００６６】本実施の形態は、フォースカーブマッピン
グを行うことができる走査型プローブ顕微鏡の画像表示
装置において、本発明の一例による画像表示装置を用い
た例である。

【００６７】図１は、本実施の形態による走査型プロー
ブ顕微鏡を示す概略構成図である。図２は、図１中の画
像表示装置３の処理部２１の動作の一例を示すフローチ
ャートである。

【００６８】本実施の形態による走査型プローブ顕微鏡
は、試料１の同一領域から、複数種の特性の２次元分布
をそれぞれ示す複数の２次元分布データを得る計測部２
と、計測部２により得られた複数の２次元分布データに
基づいて、前記複数種の特性の２次元分布の関係を示す
画像を表示する画像表示装置３と、を備えている。

【００６９】計測部２は、探針４ａをレバー部４ｂの先
端に有するカンチレバー４と、該カンチレバー４の支持
体４ｃを保持するレバーホルダー５と、試料１を載せる
試料ホルダー６と、試料１をその表面と略垂直な方向
（Ｚ方向）に上下させて探針４ａと試料１とを接触させ
たり離したりするためのピエゾ素子７と、試料１をその
表面と略平行な方向（Ｚ方向と垂直な平面の方向であ
り、この平面内において互いに直交する方向をＸ方向及
びＹ方向とする。）に２次元状に走査させるＸＹ走査機
構８と、ピエゾ素子７の駆動制御を行うピエゾ駆動制御
装置９と、ＸＹ走査機構８を制御するＸＹ走査機構制御
装置１０と、半導体レーザー１１と、２分割フォトダイ
オード１２と、これらの全体を制御するとともに計測デ
ータを得る制御・処理装置１３と、を備えている。

【００７０】半導体レーザー１１及び２分割フォトダイ
オード１２はいわゆる光てこ法によるカンチレバー４の
撓み検出手段を構成しており、２分割フォトダイオード
１２から得られる撓み検出信号は制御・処理装置１３に
供給される。

【００７１】制御・処理装置１３は、図面には示してい
ないが記憶装置及び演算処理装置を含むものであり、試
料１の表面上に予め設定されている２次元状に位置する
複数の測定点（ＸＹ座標で表される）のそれぞれに、探
針４ａが順次配置されるようにＸＹ走査機構制御装置１
０を制御するとともに、各測定点において、探針４ａが
試料１に対して相対的にＺ方向に上下するように、ピエ
ゾ駆動制御装置９を制御する。

【００７２】また、制御・処理装置１３は、各測定点の
ＸＹ位置を示す情報（制御・処理装置１３からピエゾ駆
動制御装置９に与えられる制御信号に相当）と、当該測
定点において得られたＺ位置（制御・処理装置１３から
ピエゾ素子７に与えられる制御信号に相当）及びこれに
応じたカンチレバー４の撓み量（２分割フォトダイオー
ド１２からの検出信号に相当）を計測データとして取得
する。すなわち、制御・処理装置１３は、各測定点のＸ
Ｙ位置を示す情報と、当該測定点におけるフォースカー
ブを取得する。

【００７３】さらに、制御・処理装置１３は、これらの
計測データから、演算により、各測定点における試料表
面の表面形状（高さ）の値ｔｏｐｏ［ｉ］［ｊ］、吸着
力ａｄｆ［ｉ］［ｊ］の値及び弾性ｅｌａｓｔ［ｉ］
［ｊ］の値を求める。勿論、計測する特性はこの３種類
に限定されるものではない。ここで、変数ｉは測定点の
Ｘ座標に対応して０〜ｎ−１の整数値をとり、変数ｊは
測定点のＹ座標に対応して０〜ｎ−１の整数値をとる。
すなわち、本実施の形態では、ｎ×ｎ個の測定点につい
て計測を行う。本実施の形態では、ｔｏｐｏ［ｉ］
［ｊ］、ａｄｆ［ｉ］［ｊ］及びｅｌａｓｔ［ｉ］
［ｊ］は、それぞれ全体として、試料１の同一領域から
得られた表面形状、吸着力及び弾性の３種類の特性の２
次元分布をそれぞれ示す３つの２次元分布データとなっ
ている。

【００７４】制御・処理装置１３は、３つの２次元分布
データｔｏｐｏ［ｉ］［ｊ］、ａｄｆ［ｉ］［ｊ］及び
ｅｌａｓｔ［ｉ］［ｊ］が全て得られると、これらをま
とめて画像表示装置３の処理部２１に転送する。

【００７５】画像表示装置３は、処理部２１と、メモリ
２２と、表示制御部２３と、画像表示出力手段としての
ＣＲＴ等のディスプレイ２４とから構成されている。画
像表示出力手段としては、ディスプレイ２４に代えてカ
ラープリンタ等を用いてもよい。

【００７６】処理部２１は、制御・処理装置１３から転
送された３つの２次元分布データｔｏｐｏ［ｉ］
［ｊ］、ａｄｆ［ｉ］［ｊ］及びｅｌａｓｔ［ｉ］
［ｊ］を、一旦メモリ２２内に格納する。その後、処理
部２１は、図２に示す動作を行う。

【００７７】まず、処理部２１は、測定点の位置（ＸＹ
座標）に対応した変数ｉ、ｊ（測定点のＸＹ座標に対
応）を初期化してそれぞれ０にセットする（ステップＳ
１，Ｓ２）。次に、処理部２１は、制御・処理装置１３
から転送されてメモリ２２内に格納されている各２次元
分布データうちの現在セットされている変数ｉ、ｊによ
り決定される各値ｔｏｐｏ［ｉ］［ｊ］、ａｄｆ［ｉ］
［ｊ］及びｅｌａｓｔ［ｉ］［ｊ］に応じた各値をそれ
ぞれ、現在セットされている変数ｉ、ｊに対応した合成
画像中の位置の表示単位領域の赤成分ｃｏｌ［ｉ］
［ｊ］．ｒの値、緑成分ｃｏｌ［ｉ］［ｊ］．ｇの値、
青成分ｃｏｌ［ｉ］［ｊ］．ｂの値とし、これらをメモ
リ２２内に格納する（ステップＳ３）。すなわち、現在
セットされている変数ｉ、ｊにより決定される各値ｔｏ
ｐｏ［ｉ］［ｊ］、ａｄｆ［ｉ］［ｊ］及びｅｌａｓｔ
［ｉ］［ｊ］を現在設定されている変数ｉ、ｊに対応し
た合成画像中の位置の表示単位領域の色彩情報に変換す
る。つまり、得られた特性毎にそれぞれ色成分を割り当
てる。本実施の形態では、色彩を赤、緑、青の３成分に
分割し、それぞれ試料表面の高さ（試料表面形状）、吸
着力及び弾性に割り当てて合成する例を示しているが、
勿論これだけに限られるものではなく、例えば、色彩を
明度、彩度、色相に分けてもよいし、割り当てる特性
は、試料によって最適なものを選択する。また、必ずし
も３つの特性の全てを使う必要はなく、重要な２つの特
性だけを選択してもよい。

【００７８】処理部２１は、このようなステップＳ３３
の動作を全ての変数ｉ、ｊに対して行う（ステップＳ４
〜Ｓ７）。これにより、全ての変数ｉ、ｊについてのｃ
ｏｌ［ｉ］［ｊ］．ｒ、ｃｏｌ［ｉ］［ｊ］．ｇ及びｃ
ｏｌ［ｉ］［ｊ］．ｂの集合である合成画像を示す表示
画像データｃｏｌ［ｉ］［ｊ］が、メモリ２２内に格納
されることになる。

【００７９】処理部２１は、ステップＳ３の動作を全て
の変数ｉ、ｊに対して完了すると、表示制御部２３に表
示指令を与える（ステップＳ８）。表示制御部２３は、
メモリ２２内に格納されている表示画像データｃｏｌ
［ｉ］［ｊ］を読み出し、このデータが示す合成画像を
ディスプレイ２４に表示させる。

【００８０】以上の説明からわかるように、本実施の形
態では、前記ステップＳ３が、３つの２次元分布データ
ｔｏｐｏ［ｉ］［ｊ］、ａｄｆ［ｉ］［ｊ］及びｅｌａ
ｓｔ［ｉ］［ｊ］に基づいて、各々の画像が色を決定す
る３成分のうちの互いに異なる１成分による画像である
複数の画像を互いに位置を対応させながら重ね合わせた
合成画像であって、当該合成画像中の各表示単位領域の
色が、当該表示単位領域の位置に応じた同一位置に対応
する前記複数種の特性の各値に応じて定められた合成画
像を示す表示画像データを生成する画像データ生成手段
に相当している。

【００８１】本実施の形態によれば、例えば、平面上に
ある試料１に対して、表示画像において、試料１の存在
は表面形状に相当する色の部分から明らかとなり、なお
かつ、試料表面の化学的な情報は吸着力に相当する色の
部分、試料表面の機械的な情報は試料表面の弾性に相当
する部分によって得られる。

【００８２】本実施の形態による走査型プローブ顕微鏡
を用い、Ｓｉの基板上に高分子の付着物とセラミックス
の粒子が載ったものを試料１として、前記計測部２によ
って、当該試料１の同一領域から、表面形状、吸着力及
び弾性の３種類の特性の２次元分布をそれぞれ示す３つ
の２次元分布データを得た。この試料１に対しては、高
分子は吸着力及び弾性共に小さいのに対し、セラミック
スの粒子は吸着力及び弾性共に大きい。したがって、前
記画像表示装置３により、前記３つの２次元分布データ
に基づいて、この試料１に対する前記合成画像を表示す
れば、同じ高さの高分子付着物とセラミックスの粒子
は、高分子の付着物は高さ成分だけが大きいため、赤く
表示されるが、セラミックスの粒子は高さ、吸着力、弾
性とも大きいため、白く表示され、表面形状と対応させ
て、どの領域に高分子付着物が付いていて、どの領域に
セラミックス粒子が付いているのかが容易に識別でき
る。

【００８３】したがって、本実施の形態によれば、いく
つもの画像を見比べることなく、１枚の画像で、各特性
の２次元分布の関係を色で識別することができる。この
ため、各種類の特性の２次元分布の関係が一目瞭然であ
り、各種類の特性の２次元分布の関係を極めて容易に把
握することができ、試料１の所定領域の性質を容易に知
ることができる。また、このように各種類の特性の２次
元分布の関係が一目瞭然であるため、複数種の特性の値
から試料１の性質を総合的に解析できることとなる。し
たがって、各特性の計測値のばらつきが大きい場合であ
っても、そのばらつきの影響をさほど受けずに試料の性
質を把握することができる。

【００８４】なお、本実施の形態では、計測部２におい
て３つの２次元分布データｔｏｐｏ［ｉ］［ｊ］、ａｄ
ｆ［ｉ］［ｊ］及びｅｌａｓｔ［ｉ］［ｊ］が全て得ら
れた後に、これらをまとめて画像表示装置３の処理部２
１に転送していたが、１つの測定点に関するもの毎に画
像表示装置３に転送し、画像表示装置３は１表示単位領
域ごとに逐次画像表示するようにしてもよい。

【００８５】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態による走査型プローブ顕微鏡について、図
３を参照して説明する。

【００８６】図３は、本実施の形態による走査型プロー
ブ顕微鏡の画像表示装置３の処理部２１の動作の一例を
示すフローチャートである。

【００８７】本実施の形態による走査型プローブ顕微鏡
が前記第１の実施の形態による走査型プローブ顕微鏡と
異なる所は、画像表示装置３の処理部２１の一部の動作
のみであり、主として、２つの２次元分布データａｄｆ
［ｉ］［ｊ］及びｅｌａｓｔ［ｉ］［ｊ］に基づいて所
定パラメータの２次元分布データη［ｉ］［ｊ］を生成
し、この所定パラメータの２次元分布データη［ｉ］
［ｊ］と２次元分布データｔｏｐｏ［ｉ］［ｊ］とから
表示画像データを生成している点である。

【００８８】本実施の形態では、処理部２１は、制御・
処理装置１３から転送された３つの２次元分布データｔ
ｏｐｏ［ｉ］［ｊ］、ａｄｆ［ｉ］［ｊ］及びｅｌａｓ
ｔ［ｉ］［ｊ］を、一旦メモリ２２内に格納する。その
後、処理部は、図３に示す処理を行う。

【００８９】まず、処理部２１は、測定点の位置（ＸＹ
座標）に対応した変数ｉ、ｊ（測定点のＸＹ座標に対
応）を初期化してそれぞれ０にセットする（ステップＳ
１１，Ｓ１２）。次に、処理部２１は、制御・処理装置
１３から転送されてメモリ２２内に格納されている２つ
の２次元分布データうちの現在セットされている変数
ｉ、ｊにより決定される各値ａｄｆ［ｉ］［ｊ］及びｅ
ｌａｓｔ［ｉ］［ｊ］から、所定の変換により新たなパ
ラメータの値η［ｉ］［ｊ］に変換する（ステップＳ１
３）。

【００９０】本実施の形態においても、前記第１の実施
の形態と同様に、Ｓｉの基板上に高分子の付着物とセラ
ミックスの粒子が載ったものを試料１とする。前述した
ように、この試料１に対しては、高分子は吸着力及び弾
性共に小さいのに対し、セラミックスの粒子は吸着力及
び弾性共に大きい。この点に鑑み、本実施の形態では、
パラメータの値η［ｉ］［ｊ］への変換は、次の数１の
関係式を用いる。

【００９１】

【数１】η［ｉ］［ｊ］＝α×ａｄｆ［ｉ］［ｊ］＋β
×ｅｌａｓｔ［ｉ］［ｊ］ この関係式によれば、高分子の付着物に対しては、吸着
力及び弾性共に小さいため、パラメータの値η［ｉ］
［ｊ］は小さく、セラミックスの粒子に対しては、吸着
力及び弾性共に大きいためη［ｉ］［ｊ］は大きくな
る。

【００９２】したがって、本実施の形態では、処理部２
１は、次のステップＳ１４において、試料表面の凹凸の
高さを明度とし、パラメータηを色相にして重ね合わせ
て表示する。特にパラメータη［ｉ］［ｊ］の小さい側
を赤、大きい側を青に割り当てれば、基板の高さは低い
ために黒く表示されるのに対し、高分子の付着物は赤
く、セラミックスの粒子は青く表示され、基板上の付着
物と粒子を容易に識別することができる。

【００９３】具体的には、処理部２１は、ステップＳ１
４において、現在セットされている変数ｉ、ｊにより決
定される試料表面の凹凸の高さの値ｔｏｐｏ［ｉ］
［ｊ］に応じた値を、現在セットされている変数ｉ、ｊ
に対応した合成画像中の位置の表示単位領域の明度ｃｏ
ｌ［ｉ］［ｊ］．ｂの値とし、現在セットされている変
数ｉ、ｊに対応したパラメータη［ｉ］［ｊ］の値に応
じた値を、現在セットされている変数ｉ、ｊに対応した
合成画像中の位置の表示単位領域の色相ｃｏｌ［ｉ］
［ｊ］．ｃの値とし、これらをメモリ２２内に格納す
る。特にパラメータη［ｉ］［ｊ］の小さい側を赤、大
きい側を青に割り当てる。

【００９４】処理部２１は、このようなステップＳ１
３，Ｓ１４の動作を全ての変数ｉ、ｊに対して行う（ス
テップＳ１５〜Ｓ１８）。これにより、全ての変数ｉ、
ｊについてのｃｏｌ［ｉ］［ｊ］．ｂ、ｃｏｌ［ｉ］
［ｊ］．ｃの集合である合成画像を示す表示画像データ
ｃｏｌ［ｉ］［ｊ］が、メモリ２２内に格納されること
になる。

【００９５】処理部２１は、ステップＳ１３，１４の動
作を全ての変数ｉ、ｊに対して完了すると、表示制御部
２３に表示指令を与える（ステップＳ１９）。表示制御
部２３は、メモリ２２内に格納されている表示画像デー
タｃｏｌ［ｉ］［ｊ］を読み出し、このデータが示す合
成画像をディスプレイ２４に表示させる。

【００９６】以上の説明からわかるように、本実施の形
態では、前記ステップＳ１３が、２つの２次元分布デー
タａｄｆ［ｉ］［ｊ］及びｅｌａｓｔ［ｉ］［ｊ］に基
づいて、所定パラメータの２次元分布データη［ｉ］
［ｊ］を生成する２次元分布データ生成手段であって、
前記所定パラメータの２次元分布データη［ｉ］［ｊ］
は、２つの２次元分布データａｄｆ［ｉ］［ｊ］及びｅ
ｌａｓｔ［ｉ］［ｊ］の同一位置に対応する吸着力及び
弾性の各値から所定の変換により得た値を当該位置に対
応する前記所定パラメータの値として有する、２次元分
布データ生成手段に相当している。

【００９７】本実施の形態よっても、前記第１の実施の
形態と同様の利点が得られる。

【００９８】（第３の実施の形態）次に、本発明の第３
の実施の形態による走査型プローブ顕微鏡について、図
４を参照して説明する。

【００９９】図４は、本実施の形態による走査型プロー
ブ顕微鏡の画像表示装置３の処理部２１の動作の一例を
示すフローチャートである。

【０１００】本実施の形態による走査型プローブ顕微鏡
が前記第２の実施の形態による走査型プローブ顕微鏡と
異なる所は、主として、画像表示装置３の処理部２１の
一部の動作のみであり、前記第２の実施の形態では、表
面形状、吸着力及び弾性の３つの特性の２次元分布デー
タに基づいて表面形状、吸着力及び弾性の３つの特性の
２次元分布の関係を示す画像を表示していたのに対し、
本実施の形態では、吸着力及び弾性の２つの特性の２次
元分布データに基づいて、吸着力及び弾性の２つの特性
の２次元分布の関係を示す画像を表示する点である。

【０１０１】本実施の形態においても、前記第２の実施
の形態と同様に、Ｓｉの基板上に高分子の付着物とセラ
ミックスの粒子が載ったものを試料１としている。

【０１０２】図４中のステップＳ２１〜Ｓ２３，Ｓ２５
〜Ｓ２８は、図３中のステップＳ１１〜Ｓ１３，Ｓ１５
〜Ｓ１８とそれぞれ同一である。

【０１０３】本実施の形態では、ステップＳ２３の次
に、処理部２１は、ステップＳ２４において、現在セッ
トされている変数ｉ、ｊにより決定されるパラメータη
［ｉ］［ｊ］の値に応じた値を、現在セットされている
変数ｉ、ｊに対応した合成画像中の位置の表示単位領域
の明度ｂｒ［ｉ］［ｊ］の値とし、この値をメモリ２２
内に格納する。

【０１０４】処理部２１は、ステップＳ２３，Ｓ２４の
動作を全ての変数ｉ、ｊに対して行う（ステップＳ２５
〜Ｓ２８）。これにより、全ての変数ｉ、ｊについての
ｂｒ［ｉ］［ｊ］の集合である表示画像データｂｒ
［ｉ］［ｊ］が、メモリ２２内に格納されることにな
る。

【０１０５】処理部２１は、ステップＳ２３，２４の動
作を全ての変数ｉ、ｊに対して完了すると、表示制御部
２３に表示指令を与える（ステップＳ１９）。表示制御
部２３は、メモリ２２内に格納されている表示画像デー
タｂｒ［ｉ］［ｊ］を読み出し、このデータが示す画像
をディスプレイ２４に表示させる。すなわち、本実施の
形態では、表示画像は、グレースケールによる画像とな
る。代わりに、疑似カラースケールによる画像となるよ
うにしてもよい。

【０１０６】本実施の形態によっても、前記第２の実施
の形態と同様の利点が得られる。

【０１０７】（第４の実施の形態）次に、本発明による
第４の実施の形態による走査型プローブ顕微鏡につい
て、図５及び図６を参照して説明する。

【０１０８】図５は、本実施の形態による走査型プロー
ブ顕微鏡の画像表示装置３の処理部２１の動作の一例を
示すフローチャートである。図６は、本実施の形態によ
る走査型プローブ顕微鏡の画像表示装置３のディスプレ
イ２４に表示される画像を示す図である。

【０１０９】本実施の形態による走査型プローブ顕微鏡
が前記第１の実施の形態による走査型プローブ顕微鏡と
異なる所は、画像表示装置３の処理部２１の一部の動作
と、画像表示装置３のディスプレイ２４に表示される画
像の表示単位領域のみである。

【０１１０】本実施の形態では、図６に示すように、デ
ィスプレイ２４に表示される画像は、前記第１乃至第３
の実施の形態と同じく、のマトリクス状に配列したｎ×
ｎ個表示単位領域を有している。しかしながら、前記第
１乃至第３の実施の形態では、各表示単位領域は何ら分
割されておらず、個々の表示単位領域の色等はいずれの
箇所も同じに表示されていた。これに対し、本実施の形
態では、個々の表示単位領域は３つの副表示単位領域
ａ，ｂ，ｃに分割されている。図６においては、４つの
表示単位領域のみを拡大して示している。なお、本実施
の形態では、各表示単位領域において、副表示単位領域
ａ，ｂ，ｃが左右方向に左から順に並んでいる。したが
って、上下方向に並んだ各副表示単位領域ａは上下に連
続している。

【０１１１】図５中のステップＳ３１，Ｓ３２，Ｓ３４
〜Ｓ３７は、図２中のステップＳ１，Ｓ２，Ｓ４〜Ｓ７
とそれぞれ同一である。

【０１１２】本実施の形態では、ステップＳ３２の次
に、処理部２１は、ステップＳ３３において、現在セッ
トされている変数ｉ、ｊにより決定される表面形状の値
ｔｏｐｏ［ｉ］［ｊ］を現在セットされている変数ｉ、
ｊに対応した合成画像中の表示単位領域内の副表示単位
領域ａの赤色成分ｃｏｌ［ｉ］［ｊ］［ａ］．ｒの値と
し、現在セットされている変数ｉ、ｊにより決定される
表面形状の値ａｄｆ［ｉ］［ｊ］を現在セットされてい
る変数ｉ、ｊに対応した合成画像中の表示単位領域内の
副表示単位領域ｂの緑色成分ｃｏｌ［ｉ］［ｊ］
［ｂ］．ｇの値とし、現在セットされている変数ｉ、ｊ
により決定される表面形状の値ｅｌａｓｔ［ｉ］［ｊ］
を現在セットされている変数ｉ、ｊに対応した合成画像
中の表示単位領域内の副表示単位領域ｃの赤色成分ｃｏ
ｌ［ｉ］［ｊ］［ｃ］．ｒの値とし、これらをメモリ２
２内に格納する（ステップＳ３３）。

【０１１３】処理部２１は、このようなステップＳ３３
の動作を全ての変数ｉ、ｊに対して行う（ステップＳ３
４〜Ｓ３７）。これにより、全ての変数ｉ、ｊについて
のｃｏｌ［ｉ］［ｊ［ｊ］］［ａ］．ｒ、ｃｏｌ［ｉ］
［ｊ］［ｂ］．ｇ及びｃｏｌ［ｉ］［ｊ］［ｃ］．ｂの
集合である合成画像を示す表示画像データｃｏｌ［ｉ］
［ｊ］が、メモリ２２内に格納されることになる。

【０１１４】処理部２１は、ステップＳ３の動作を全て
の変数ｉ、ｊに対して完了すると、表示制御部２３に表
示指令を与える（ステップＳ３８）。表示制御部２３
は、メモリ２２内に格納されている表示画像データｃｏ
ｌ［ｉ］［ｊ］を読み出し、このデータが示す合成画像
をディスプレイ２４に表示させる。

【０１１５】以上の説明からわかるように、本実施の形
態では、当該画像中の各表示単位領域を複数種の特性に
それぞれ対応する複数の副表示単位領域ａ，ｂ，ｃに分
割し、当該各表示単位領域の各副表示単位領域ａ，ｂ，
ｃの色を対応する特性の種類に応じて定めるとともに、
各副表示単位領域ａ，ｂ，ｃの明度又は輝度を、当該副
表示単位領域ａ，ｂ，ｃが属する表示単位領域の位置に
応じた位置に対応する当該対応する特性の値に応じて定
めた画像を示す表示画像データを、前記複数の２次元分
布データに基づいて生成する画像データ生成手段を構成
している。

【０１１６】本実施の形態では、混色されるわけではな
いが、試料の各位置に対応した各表示単位領域内におい
て各特性に対応した副表示単位領域ａ，ｂ，ｃを並べる
ことにより試料の対応点を明示するものである。

【０１１７】本実施の形態によっても、前記第１の実施
の形態と同様の利点が得られる。

【０１１８】なお、個々の表示単位領域は２次元分布の
関係を表示しようとする特性の種類の数に応じて任意に
数に分割することができ、個々の表示単位領域内の副表
示単位領域の数は２つであっても４つ以上であってもよ
い。また、各副表示単位領域の色が対応する特性に応じ
て異なっていればよく、赤、緑、青等に限定されるもの
ではない。

【０１１９】（第５の実施の形態）次に、本発明の第５
の実施の形態による走査型プローブ顕微鏡について、図
７を参照して説明する。

【０１２０】図７は、本実施の形態による走査型プロー
ブ顕微鏡の画像表示装置３のディスプレイ２４に表示さ
れる画像を示す図である。図７おいては、８つの表示単
位領域のみを拡大して示している。

【０１２１】本実施の形態が前記第４の実施の形態と異
なる所は、個々の表示単位領域における副表示単位領域
ａ，ｂ，ｃの並び方のみである。本実施の形態では、各
表示単位領域において、副表示単位領域ａ，ｂ，ｃが上
下方向に上から順に並んでいる。したがって、左右方向
（ディスプレイ２４の水平走査方向と一致する）に並ん
だ各副表示単位領域ａは左右に連続している。このよう
に、同じ色を表示する副領域がディスプレイの２４の水
平走査方向と一致しているので、表示制御が容易とな
る。

【０１２２】以上の本発明の各実施の形態について説明
したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるも
のではない。前述した各実施の形態では、走査型プロー
ブ顕微鏡のフォースカーブマッピングに対する実施の形
態のみを示したが、その他の走査型プローブ顕微鏡画像
においても、同様に利用することができる。

【０１２３】たとえば、このようなフォースカーブマッ
ピングによる走査型プローブ顕微鏡以外の走査型プロー
ブ顕微鏡であっても、試料表面上を２次元状に走査しな
がら、各測定点で複数種の特性（例えば、試料表面の高
さ（試料表面の形状）と磁気力、試料表面の高さと吸着
力、試料表面の高さと試料表面の静電気力、試料表面の
高さと試料表面の温度など）の値を同時に計測し、試料
の同一領域から得られた複数種の特性の２次元分布をそ
れぞれ示す複数の２次元分布データを得、各２次元分布
データによる画像を表示することにより、試料の局所的
な領域の特性値の分布を画像化することができる。

【０１２４】以上のように、走査型プローブ顕微鏡を用
いれば、試料表面の同一領域で、複数種の特性の値を計
測することができるため、試料の複数種の特性の計測値
から、当該領域の試料表面の性質を深く理解することが
できる。

【０１２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数種の特性の２次元分布の関係を容易に把握すること
ができ、試料の所定領域の性質を容易に知ることができ
る。

【０１２６】また、本発明によれば、各特性の計測値の
ばらつきが大きい場合であっても、そのばらつきの影響
をさほど受けずに試料の性質を把握することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による走査型プロー
ブ顕微鏡を示す概略構成図である。

【図２】図１中の画像表示装置の処理部の動作の一例を
示すフローチャートである。

【図３】本発明の第２の実施の形態による走査型プロー
ブ顕微鏡の画像表示装置の処理部の動作の一例を示すフ
ローチャートである。

【図４】本発明の第３の実施の形態による走査型プロー
ブ顕微鏡の画像表示装置の処理部の動作の一例を示すフ
ローチャートである。

【図５】本発明の第４の実施の形態による走査型プロー
ブ顕微鏡の画像表示装置の処理部の動作の一例を示すフ
ローチャートである。

【図６】本発明の第４の実施の形態による走査型プロー
ブ顕微鏡の画像表示装置のディスプレイに表示される画
像を示す図である。

【図７】本発明の第５の実施の形態による走査型プロー
ブ顕微鏡の画像表示装置のディスプレイに表示される画
像を示す図である。

【図８】探針と試料表面との間の距離と力の大きさとの
関係及びフォースカーブを示す図である。

【図９】試料表面の計測値の様子を模式的に示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 試料 ２ 計測部 ３ 画像表示装置 ４ カンチレバー ５ カンチレバーホルダー ６ 試料ホルダー ７ ピエゾ素子 ８ ＸＹ走査機構 ９ ピエゾ駆動制御装置 １０ ＸＹ走査制御装置 １１ 半導体レーザー １２ ２分割フォトダイオード １３ 制御・処理装置 ２１ 処理部 ２２ メモリ ２３ 表示制御部 ２４ ディスプレイ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０９Ｆ 9/30 Ｈ０１Ｊ 37/22 ５０２Ｈ Ｈ０１Ｊ 37/22 ５０２ 37/28 Ｘ 37/28 Ｇ０６Ｆ 15/62 ４００

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料の同一領域から得られた複数種の特
   性の２次元分布をそれぞれ示す複数の２次元分布データ
   に基づいて、前記複数種の特性の２次元分布の関係を示
   す画像を表示する画像表示方法であって、 前記画像中の各表示単位領域の色を、当該表示単位領域
   の位置と対応する前記試料の位置における前記複数種の
   特性に応じて、定めたことを特徴とする画像表示方法。
2. 【請求項２】 試料の同一領域から得られた複数種の特
   性の２次元分布をそれぞれ示す複数の２次元分布データ
   に基づいて、前記複数種の特性の２次元分布の関係を示
   す画像を表示する画像表示装置であって、 前記複数の２次元分布データに基づいて、各々の画像が
   色を決定する３成分のうちの互いに異なる１成分による
   画像である複数の画像を互いに位置を対応させながら重
   ね合わせた合成画像であって、当該合成画像中の各表示
   単位領域の色が、当該表示単位領域の位置に応じた同一
   位置に対応する前記複数種の特性の各値に応じて定めら
   れた合成画像を示す表示画像データを生成する画像デー
   タ生成手段と、 前記画像データ生成手段により生成された前記表示画像
   データに基づいて、当該表示画像データが示す前記合成
   画像を表示する画像表示出力手段と、 を備えたことを特徴とする画像表示装置。
3. 【請求項３】 前記複数の画像のうちの少なくとも１つ
   の画像は、前記複数の２次元分布データのうちの１つの
   ２次元分布データが示す画像であることを特徴とする請
   求項２記載の画像表示装置。
4. 【請求項４】 前記画像データ生成手段は、前記複数の
   ２次元分布データのうちの複数の２次元分布データに基
   づいて所定パラメータの２次元分布データを生成する２
   次元分布データ生成手段であって、前記所定パラメータ
   の２次元分布データは、前記複数の２次元分布データの
   うちの前記複数の２次元分布データの同一位置に対応す
   る複数種の特性の各値から所定の変換により得た値を当
   該位置に対応する前記所定パラメータの値として有す
   る、２次元分布データ生成手段を含み、 前記複数の画像のうちの少なくとも１つは、前記２次元
   分布データ生成手段により生成された前記所定パラメー
   タの２次元分布データが示す画像であることを特徴とす
   る請求項２又は３記載の画像表示装置。
5. 【請求項５】 前記３成分が、赤、緑及び青であること
   を特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の画像表
   示装置。
6. 【請求項６】 前記３成分が、シアン、マゼンタ及びイ
   エローであることを特徴とする請求項２乃至４のいずれ
   かに記載の画像表示装置。
7. 【請求項７】 前記３成分が、色相、彩度及び明度であ
   ることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の
   画像表示装置。
8. 【請求項８】 試料の同一領域から得られた複数種の特
   性の２次元分布をそれぞれ示す複数の２次元分布データ
   に基づいて、前記複数種の特性の２次元分布の関係を示
   す画像を表示する画像表示装置であって、 前記複数の２次元分布データに基づいて所定パラメータ
   の２次元分布データを生成する２次元分布データ生成手
   段であって、前記所定パラメータの２次元分布データ
   は、前記複数の２次元分布データの同一位置に対応する
   複数種の特性の各値から所定の変換により得た値を当該
   位置に対応する前記所定パラメータの値として有する、
   ２次元分布データ生成手段を含む画像データ生成手段で
   あって、前記２次元分布データ生成手段により生成され
   た前記所定パラメータの２次元分布データに応じた表示
   画像データを生成する画像データ生成手段と、 前記画像データ生成手段により生成された前記表示画像
   データに基づいて、当該表示画像データが示す画像を表
   示する画像表示出力手段と、 を備えたことを特徴とする画像表示装置。
9. 【請求項９】 試料の同一領域から得られた複数種の特
   性の２次元分布をそれぞれ示す複数の２次元分布データ
   に基づいて、前記複数種の特性の２次元分布の関係を示
   す画像を表示する画像表示方法であって、 前記画像中の各表示単位領域を前記複数種の特性にそれ
   ぞれ対応する複数の副表示単位領域に分割し、当該各表
   示単位領域の各副表示単位領域の色を対応する特性の種
   類に応じて定めるとともに、各副表示単位領域の明度又
   は輝度を、当該副表示単位領域が属する表示単位領域の
   位置に応じた位置に対応する当該対応する特性の値に応
   じて、定めたことを特徴とする画像表示方法。
10. 【請求項１０】 試料の同一領域から得られた複数種の
    特性の２次元分布をそれぞれ示す複数の２次元分布デー
    タに基づいて、前記複数種の特性の２次元分布の関係を
    示す画像を表示する画像表示装置であって、 当該画像中の各表示単位領域を前記複数種の特性にそれ
    ぞれ対応する複数の副表示単位領域に分割し、当該各表
    示単位領域の各副表示単位領域の色を対応する特性の種
    類に応じて定めるとともに、各副表示単位領域の明度又
    は輝度を、当該副表示単位領域が属する表示単位領域の
    位置に応じた位置に対応する当該対応する特性の値に応
    じて定めた画像を示す表示画像データを、前記複数の２
    次元分布データに基づいて生成する画像データ生成手段
    と、 前記画像データ生成手段により生成された前記表示画像
    データに基づいて、当該表示画像データが示す前記画像
    を表示する画像表示出力手段と、 を備えたことを特徴とする画像表示装置。
11. 【請求項１１】 試料の同一領域から得られた複数種の
    特性の２次元分布をそれぞれ示す複数の２次元分布デー
    タに基づいて、前記複数種の特性の２次元分布の関係を
    示す画像を表示する画像表示装置であって、 前記複数の２次元分布データに基づいて、当該画像中の
    各表示単位領域の色が、当該表示単位領域の位置と対応
    する前記試料の位置における前記複数種に応じて、定め
    られた画像を示す表示画像データを生成する画像データ
    生成手段と、 前記画像データ生成手段により生成された前記表示画像
    データに基づいて、当該表示画像データが示す前記画像
    を表示する画像表示出力手段と、 を備えたことを特徴とする画像表示装置。
12. 【請求項１２】 前記画像データ生成手段は、更に前記
    複数の２次元分布データに基づいて前記画像の各表示単
    位領域毎に表示する色を決定し、前記画像表示出力手段
    に接続されたデータ処理部を備えており、 前記データ処理部は、前記表示単位領域に表示される色
    を、３成分のパラメータによって定めることを特徴とす
    る請求項１１記載の画像表示装置。
13. 【請求項１３】 請求項２、３、４、５、６、７、８、
    １０、１１及び１２のいずれかに記載の画像表示装置
    と、 前記試料の同一領域から、前記複数種の特性の２次元分
    布をそれぞれ示す前記複数の２次元分布データを得る計
    測部と、 を備えたことを特徴とする走査型プローブ顕微鏡。
14. 【請求項１４】 前記計測部は、探針と、前記探針と前
    記試料とを極近接させかつ前記探針と前記試料とを相対
    的に走査する駆動部と、前記探針と前記試料との間に生
    ずる相互作用から、前記試料の同一領域における前記複
    数種の特性を取得し、かつ前記複数種の特性についての
    ２次元分布データを得る検出部を備えており、前記検出
    部は、前記画像表示装置内の画像データ生成手段に接続
    されていることを特徴とする請求項１３記載の走査型プ
    ローブ顕微鏡。